网络规划设计师教程知识点精讲之网络拓扑结构

网络规划设计师 责任编辑:长颈鹿 2017-07-14

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摘要:临近2017年网络规划设计师考试的时间,希赛小编为大家整理了几篇网络规划设计师教程知识点精讲,以下是网络拓扑结构的讲解,希望对大家有所帮助。

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    临近2017年网络规划设计师考试的时间,希赛小编为大家整理了几篇网络规划设计师教程知识点精讲,以下是网络拓扑结构的讲解,希望对大家有所帮助。

    网络拓扑结构是网络规划和设计的重要内容,也是网络设计的第一步。从计算机网络拓扑结构的定义来看,计算机网络的拓扑结构应该指其通信子网中节点和链路排列组成的几何图形。而在实际中,局域网的拓扑结构通常是指局域网的通信链路(即传输介质)和工作节点(即连接到网络上的任何设备,如服务器、工作站以及其他外围设备)在物理上连接在一起的方式。

      局域网与广域网相比,最主要的区别就在于它们覆盖的地理范围。由于局域网设计的主要目标是覆盖一个公司、一所大学或一幢甚至几幢大楼的“有限的地理范围”,因此它在基本通信机制上选择了“共享介质”方式和“交换”方式。局域网的拓扑结构与其工作原理和数据传输方法密切相关,在局域网中,一旦选定某种拓扑结构,则同时还需要选择一种适合于该拓扑结构的局域网工作方法和信息传输方式。因此,在选择时,一般要考虑以下几个因素:

      (1)价格

      网络拓扑结构直接决定了网络的安装和维护费用,例如,星型物理拓扑结构的网络安装费用比总线型拓扑结构高。

      (2)速率

      拓扑结构直接关系到系统的数据传输速率和带宽,例如,总线型拓扑结构的带宽由所有节点共同占有,而交换式星型拓扑结构的带宽则由一个节点占有。

      (3)规模

      网络的拓扑结构直接与网络的规模相关。网络中包含多少个节点、节点的分布情况、节点间的流量、专用服务器的位置及数量等都与网络规模有关。例如,使用交换机的树型拓扑结构支持的节点数目就较多,而总线型拓扑结构支持的节点数目就较少。

      由此可见,网络拓扑结构的选择,将直接影响网络的投资、运行速率、安装、维护和诊断等各种性能。目前,局域网在网络拓扑上主要采用总线型、环型、星型和树型结构。

      1.总线型拓扑结构

      总线型拓扑(Bus Topology)结构如图5-2所示,是局域网中最主要的拓扑结构之一。总线型拓扑结构的典型应用是细缆以太网(10BASE-2)和粗缆以太网(10BASE-5)。总线结构使用称为干线(或总线)的中央电缆(同轴电缆)将服务器和工作站以挂接方式连接到总线上,网络中所有节点都可以通过总线传输介质发送或接收数据,但一段时间内只允许一个节点利用总线发送数据。当一个节点利用总线传输介质以“广播”方式发送信号时,其他节点都可以“收听”到所发送的信号。由于总线作为公共传输介质是为多个节点所共享,所以在总线型拓扑结构中就有可能出现同一时刻有两个或两个以上节点利用总线发送数据的情况,这种现象被称为“冲突”(Collision),冲突会造成数据传输的失效,因为接收节点无法从所接收的信号中还原出有效的数据。需要提供一种机制用于解决冲突问题。

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      总线拓扑的优点:

      (1)结构简单灵活;

      (2)可靠性较高;

      (3)在低负荷时网络响应速度较快;

      (4)硬件设备少,造价低;

      (5)易于安装、配置、使用和维护;

      (6)共享能力强,适用于“一点发送,多点接收”的场合。

      总线型结构的缺点是:

      (1)故障诊断困难;

      (2)网络扩充不便;

      (3)信号随距离的增加而衰减,因此,总线网络的传输距离受到限制;

      (4)总线的带宽成为网络瓶颈。当网络中的节点数目较多时,网络性能下降。

      总线型结构适用于小型办公自动化系统、实验室、游戏厅、小型信息管理系统等低负荷且对输出的实时性要求不高的环境。

      2.环型拓扑结构

      环型拓扑结构看起来像是首尾相连的总线拓扑,其拓扑结构是环状的,如图5-3所示。环形拓扑的典型应用有Token-Ring令牌环网。在环型拓扑(Ring Topology)结构中,一般使用电缆或光纤连接环路上的各节点,网络上所有的节点通过环路接口卡,分别连接到与它相邻的两个节点上,从而形成一种首尾相连的闭环通信系统。在环形拓扑上,通常使用令牌在网络上传递信息。在环路上只有得到令牌的节点,才有权发送信息。计算机发送的信息令牌沿环路传输到目的地,目标设备收到数据后,会给发送设备返回一个确认信息。之后,令牌继续在环路上传递,直至被另一设备取得,并开始传递新的数据。在这样的系统上,令牌沿环路不断单向传递,每个节点都有机会传输信息,因此,可以建立起一个高速、有序的网络。对于使用环型拓扑的大型网络来说,由于使用令牌时,数据信号在每个节点上流过时都会被重传(再生),因此信号可以传输很长的距离而不会衰减。

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      由于信息包在封闭环中必须沿每个节点单向传输,因此,环中任何一段的故障都会使各站之间的通信受阻。为了增加环形拓扑结构的可靠性,还引入了双环拓扑。所谓双环拓扑就是在单环的基础上在各站点之间再连接一个备用环,从而当主环发生故障时,由备用环继续工作。

      环型拓扑的优点主要有:

      (1)由于两个节点之间只有通路,大大简化了对路径选择的控制;

      (2)传输时间固定,适用于对数据传输实时性要求较高的应用场合;

      (3)在负荷较重的场合,比争用信道的总线式网络有更高的传输速率;

      (4)由于光纤适合于信号单方向传递和点对点式连接,因此环型拓扑结构最适合使用光纤。环型拓扑的缺点主要有:

      (1)传输效率受节点数量影响,当节点过多时,传输效率较低,网络响应时间变长;

      (2)灵活性差。单环时,由于环路封闭,因此扩展不便;

      (3)可靠性差。当没有旁路电路或单环时,有一个工作站出现故障则整个网络都将瘫痪;

      (4)环路维护复杂,维护费用和造价较高。

      环型拓扑结构较多应用于局域网主干网中。在高速主干网中,环型网络通常使用光纤作为传输介质,它适用于企业的自动化系统、对数据传输实时性要求较高的应用场合以及负荷较重的大型网络和信息管理系统。网络规划设计师考试辅导教程

      3.星型拓扑结构

      星型拓扑(Star Topology)结构是由一个被称为中央节点的节点和一系列通过点对点链路接到中央节点的节点组成的。图5-4给出了星型拓扑结构的示意图,各节点以中央节点为中心相连接,各节点与中央节点以点对点的方式连接。任何两节点之间的数据通信都要通过中央节点,中央节点集中执行通信控制策略,主要完成节点间通信时物理连接的建立、维护和拆除工作。

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      星型拓扑结构的优点主要有:

      (1)网络结构简单,管理方便,可扩充性强,组网容易;

      (2)容易检测和隔离故障,便于维护;

      (3)扩展性好。在交换机或集线器上增加节点不需要中断网络;

      (4)集线器或交换机上的多种类型接口可以满足连接多种传输介质的要求;

      (5)每个节点与中心节点使用单独连线,单个节点故障不会影响整个网络;

      (6)造价和维护费用低。

      星型拓扑的缺点主要有:

      (1)每个站点直接与中央节点相连,需要大量电缆,因此费用较高;

      (2)如果中央节点产生故障,则全网不能工作,所以对中央节点的可靠性和冗余度要求很高;

      (3)当负荷过重时,系统响应和性能下降较快。

      星型拓扑结构适用面很广,主要用于工作间网络、智能大厦、采用网络交换机或交换式集线器的交换式网络。

      4.树型拓扑结构

      树型拓扑(Tree Topology)结构如图5-5所示,它可以看成是星型拓扑的扩展,即一个星型拓扑的末端节点又是其他星型拓扑的中央节点,图5-5中Switch2既是Switch1的末端节点,同时又是Hub1和PC2所构成的星型拓扑的中央节点。

     

    树型拓扑结构的优点与星型拓扑结构类似,都有易于扩展、故障隔离容易、网络层次清楚等优点。设计合理的树型拓扑结构可以比星型拓扑结构节约更多通信线路的投资费用。

      相比而言,树型拓扑结构比星型拓扑结构更为复杂,由于数据在传输过程中要经过多条链路,因此时延较大。另外,要求根节点和各级分支节点都具有较高的可靠性。

      树型拓扑结构属于集中控制式网络,适用于分级管理的场合或者控制性网络。

      以上介绍的是几种典型的局域网拓扑结构。在实际建网时,可根据具体情况,选择一种单一的拓扑结构或采用混合拓扑结构。顾名思义,混合拓扑结构是指几种不同拓扑结构的混合,而不仅仅是其中的某一种类型。


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