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任务二 网络拓扑结构

知识点​

一、基础概念​

  1. 什么是拓扑学?它与计算机网络有什么关系? 答:拓扑学是几何学分支,由图论演变而来;把实体抽象成无关大小形状的点,连接线路抽象成线,研究点线面关系。计算机网络设计借用了这一思想。

拓扑学是研究事物之间的关系的学科。在研究关系时,忽略事物的大小、形状、距离。只关注关系。

计算机拓扑学:将网络设备抽象为点,将通信线路抽象为线,研究网络中各实体之间的结构关系。

  1. 什么是计算机网络拓扑结构? 答:不考虑地理位置,将网络中的计算机、网络设备抽象为节点,通信线路抽象为连线,由点、线构成的几何图形,用来表示网络各实体之间的连接关系。

  2. 网络拓扑结构能反映什么? 答:反映网络中各实体之间的结构关系。

  3. 网络拓扑结构在网络设计中的作用,为什么说它是网络设计第一步? 答:①需要确定网络设备的位置;②拓扑直接决定网络性能、系统可靠性、通信费用与建设投资;③是实现各类网络协议的基础。

二、局域网拓扑分类​

  1. 局域网的拓扑结构主要有哪些?还有哪些其他拓扑? 答:局域网主要三种:星型、总线型、环型;另外还有混合拓扑、蜂窝拓扑结构。

主要有三种:

  • 星型:一个中心节点,若干个直接连接中心节点的其他节点
    • 中心节点:集线器或交换机
    • 特点:集中控制型网络
    • 传输介质:双绞线或光纤
  • 总线型:所有节点连接到总线(主干电缆)
    • 传输介质:同轴电缆或光缆
    • 特点:1. 没有中心节点 2. 串行传递、两端扩散(广播式网络)
  • 环型拓扑结构:所有节点通过点到点首尾相连,形成一个闭环。
    • 传输材质:公共传输电缆
    • 特点:沿环型节点传输
    • 典型局域网的拓扑结构主要有哪些?:令牌网

三、星型拓扑结构​

  1. 什么是星型拓扑结构?中心节点可以是什么设备? 答:以一个节点作为中心节点,其余所有节点直接和中心节点相连。中心节点可以是文件服务器、集线器、交换机等连接设备。

  2. 星型拓扑的控制方式是什么?节点之间如何通信? 答:属于集中控制型网络,由中心节点统一管理。节点通信都要经过中心节点:发送方先发给中心节点,再由中心节点转发给目标节点;中心节点负担重,外围节点通信处理简单。

  3. 星型拓扑的优点 答:①控制简单,便于监控管理;②故障诊断与隔离容易,单点故障仅影响单个设备,不影响全网;③方便提供网络服务,便于网络重新配置。

  4. 星型拓扑的缺点 答:①需要大量电缆,安装维护工作量大;②中心节点容易形成性能瓶颈,一旦故障,全网瘫痪。

  5. 目前应用最广泛的局域网拓扑是哪一种?原因是什么? 答:星型拓扑。原因:结构简单、便于管理、建网容易;使用双绞线/光纤,符合综合布线标准,能满足多种带宽需求;故障隔离简单,方便运维与网络调整。

四、总线型拓扑结构​

  1. 什么是总线型拓扑结构?总线一般使用什么传输介质? 答:所有节点直接连接到一条主干电缆(总线),无中心节点;介质常用同轴电缆(粗缆、细缆)或光缆。

  2. 为什么总线型网络称为广播式网络?信息如何传递? 答:信息以基带形式串行传输,从发送节点向总线两端扩散,类似广播。各节点收到信息后校验地址,只有地址匹配的节点才接收数据。

  3. 总线型拓扑结构特点 答:①无需额外互联设备,组网成本低;②节点共享总线带宽,用户越多传输速度越低;③扩展灵活,但可接入节点数量有限;④单个节点故障不影响全网;总线主干一旦断裂,网络瘫痪,主干故障排查困难;⑤同一时刻只允许一个节点发送数据,其余节点等待获取发送权。

五、环型拓扑结构​

  1. 什么是环型拓扑结构? 答:各节点通过点到点链路首尾相连,形成闭合环路;数据沿固定单向方向,在环路各节点之间依次传输。

  2. 环型拓扑适用什么网络?什么是令牌? 答:多用于IEEE 802.5令牌环网。令牌是一个数据帧,包含控制信息、数据信息;控制信息包含源地址、目标地址、忙/闲状态,用来控制节点的数据发送权限,令牌在环上依次传递。

  3. 环型拓扑结构特点 答:①组网简单、投资省,无需交换机/集线器等集中设备;②维护困难,任意节点故障就会造成全网中断,故障查找难度大;③扩展性差,增删节点需要中断整个网络;④数据单向流动,两点之间仅有一条路径,路径选择逻辑简单;⑤节点过多时,串行转发会降低传输速率,网络响应变慢。

六、混合拓扑、蜂窝拓扑​

  1. 什么是混合拓扑结构?有什么特点? 答:由多种拓扑组合而成(例如星型+总线型),可以兼顾不同拓扑结构各自的优点。

  2. 什么是蜂窝拓扑结构?特点与适用场景? 答:无线局域网常用拓扑,以微波、卫星、红外等无线介质进行点到点/多点传输;每个蜂窝中心部署无线收发设备;适用于无线局域网、城域网。

  • 蜂窝拓扑结构是指网络节点按照蜂窝状结构排列形成的网络结构。
  • 特点:①属于无线拓扑结构 ②点到点传输 或 多点传输 ③无线传输介质(微波、卫星、红外)

七、任务实施​

  1. 本任务(网络拓扑结构)实施步骤 答:①打开计算机,使用关键词“计算机网络的拓扑结构”搜索资料;②整理分析搜索结果,总结各类拓扑结构特点;③确定应用最广泛的拓扑,从连接、维护等角度分析其普及原因。

五种局域网拓扑结构对比图:​

拓扑类型类型标签核心描述优点缺点补充信息
星型集中控制型中心节点为文件服务器或集线器/交换机,各节点直接连中心节点控制简单;故障易隔离(单点故障不影响全网);便于提供服务电缆耗费多;中心节点易成"瓶颈"应用:目前局域网最普遍采用,常用双绞线/光纤
总线型广播式网络所有节点连到一条主干电缆(总线)上,无中心控制,信息向两端扩散组网费用低;扩展灵活;单节点失效不影响全网共用带宽,用户增多速度下降;总线中断则全网中断;一次仅一端可发送介质:同轴电缆(粗缆/细缆)或光缆
环型令牌传递节点经点到点链路首尾相连成闭合环,数据沿固定方向逐节点传递组建简单、投资较省;路径选择简化;控制软件简单任一节点故障全网瘫痪;维护困难;扩展须中断网络应用:IEEE 802.5 令牌网(Token Ring)
混合型组合结构将多种拓扑结构的局域网连在一起形成(如星型+总线型)兼并了不同拓扑结构的优点--
蜂窝型无线结构无线局域网常用,每个蜂窝中心位置设无线收发设备以无线介质传输-介质:微波/卫星/红外;适用:局域网和城域网

树形拓扑结构​

  • 树形拓扑(树型):是星型拓扑的扩展
  • 属性拓扑的结构:分层结构,有根节点、分支节点、叶子节点
  • 适用范围:适合分级管理、大范围局域网(校园网、园区网)。
  • 校园网标准三层架构(树型的分层):核心层 → 汇聚层 → 接入层
  • 校园网主干整体是树形拓扑(树型);每一栋楼内部是星型拓扑,属于树型拓扑的扩展(树=多层星型)。
层次设备位置核心功能
核心层核心三层交换机校园网管中心(根节点)全网高速骨干转发;连接互联网出口、校园服务器群
汇聚层汇聚三层交换机每栋教学楼/宿舍楼汇聚本楼宇所有流量;划分VLAN、路由、安全控制;楼宇之间光纤连核心
接入层接入二层交换机、AP教室、办公室、宿舍电脑、手机终端接入网络;接入层内部是星型拓扑,每台电脑单独连接入交换机

校园网整体结构是什么​

整体拓扑是树形拓扑

以核心交换机作为树根;各个楼宇汇聚交换机是主干分支;楼层接入交换机、学生电脑是叶子节点。

优点:易于扩展、故障隔离方便、分级管理(新增教学楼直接增加分支,不影响全网)

缺点:根节点(核心交换机)一旦故障,整个校园网瘫痪,大型校园网一般做双核心冗余备份。

楼宇内部(接入层):星型拓扑

教室里所有计算机单独网线接到本楼层接入交换机,属于星型。单个电脑网线坏了,只影响这一台,不影响其他主机。

校园网典型网络拓扑是什么?​

答:校园网典型拓扑是树形拓扑(树型),树形拓扑是星型拓扑的扩展,采用三层层次化结构:核心层、汇聚层、接入层。

  1. 核心层:核心交换机,作为网络主干,负责全网高速转发;
  2. 汇聚层:各楼宇汇聚交换机,汇聚本楼宇流量,实现VLAN、路由;
  3. 接入层:楼层接入交换机,终端电脑以星型方式接入交换机。 优点:方便分级管理、容易扩展、故障隔离简单,适合校园这种大型局域网。

豆包出题​

一、填空题(共25题)​

  1. 拓扑学是______的一个分支,它由______演变而来。

  2. 在拓扑学中,先将实体抽象为与大小、形状无关的______,再将连接实体的线路抽象为______。

  3. 如果不考虑实际网络的地理位置,把网络中的计算机、设备等视为______,把通信线路视为______,就初步抽象出了计算机网络的拓扑结构。

  4. 网络拓扑结构通常可以反映出网络中各实体之间的______关系。

  5. 网络的拓扑结构将直接关系到网络的______、______、通信及投资费用等因素。

  6. 选用总线型拓扑结构时,其______的使用量较少,投资也就较少。

  7. ______结构还是实现各种协议的基础。

  8. 网络拓扑结构的选择和设计是计算机网络设计的______。

  9. 局域网的拓扑结构主要有______、______和______三种。

  10. 星型拓扑结构是用一个节点作为______,其他节点直接与其相连构成的网络。

  11. 星型拓扑结构中常见的中心节点为______或______。

  12. 星型拓扑结构的网络属于______网络,整个网络由中心节点执行集中式控制管理。

  13. 星型拓扑结构中,中心节点负担重,容易形成______,一旦发生故障,则全网受影响。

  14. 采用星型拓扑结构的局域网,一般使用______或______作为传输介质。

  15. 总线型拓扑结构中,所有节点都直接连到一条主干电缆上,这条主干电缆就称为______。

  16. 总线所采用的介质一般是______(分为粗缆和细缆)或光缆。

  17. 总线型网络中,公用总线上的信息多以基带形式进行串行传递,其传递方向从发送节点向两端扩散,如同广播电台发射信息,因此又称______网络。

  18. 总线型网络因为各节点是______总线带宽的,所以传输速度会随着接入用户的增多而下降。

  19. 环型拓扑结构由网络中若干节点通过______的链路首尾相连形成一个闭合的环。

  20. 环型网络中,数据在环路中沿着______在各个节点间传输。

  21. 令牌网一般仅适用于IEEE ______标准的环型网络。

  22. 所谓"令牌"其实是一个______,由______和______两部分组成。

  23. 混合结构是将______的局域网连在一起而形成的。

  24. ______拓扑结构是无线局域网中常用的结构。

  25. 蜂窝拓扑结构以无线传输介质(______、卫星、红外等)点到点传输和多点传输为特征,适用于______和城域网。


二、单选题(共10题)​

  1. 星型拓扑结构中,常见的中心节点设备是( ) A. 调制解调器 B. 集线器或交换机 C. 路由器 D. 网卡

  2. 星型拓扑结构属于( ) A. 分布式控制型网络 B. 集中控制型网络 C. 分散控制型网络 D. 无控制型网络

  3. 总线型拓扑结构中,总线通常采用的传输介质不包括( ) A. 粗缆 B. 细缆 C. 光缆 D. 双绞线

  4. 总线型网络又被称为( ) A. 交换式网络 B. 广播式网络 C. 点对点网络 D. 环型网络

  5. 令牌网(Token Ring Network)属于哪种拓扑结构( ) A. 星型 B. 总线型 C. 环型 D. 蜂窝型

  6. 令牌网所遵循的IEEE标准是( ) A. 802.3 B. 802.4 C. 802.5 D. 802.11

  7. 下列关于环型拓扑结构特点的描述,错误的是( ) A. 网络组建比较简单,投资较省 B. 维护困难,任一节点故障会造成整个网络中断 C. 扩展性能好,添加节点无需中断网络 D. 信息流沿固定方向流动

  8. 蜂窝拓扑结构主要应用于( ) A. 有线局域网 B. 无线局域网 C. 广域网骨干 D. 城域网骨干

  9. 目前局域网普遍采用、应用最广泛的拓扑结构是( ) A. 星型 B. 总线型 C. 环型 D. 蜂窝型

  10. 混合拓扑结构(图1-6所示)是由哪两种结构组合而成( ) A. 星型与环型 B. 总线型与环型 C. 星型与总线型 D. 星型与蜂窝型


三、判断题(共5题)​

  1. 星型拓扑结构中,单个连接点的故障会影响整个网络的连通性。( )

  2. 总线型拓扑结构中,单个节点失效不影响整个网络的正常通信;但如果总线某处中断,则整个网络或相应主干网络就会中断。( )

  3. 环型拓扑结构扩展性好,添加或移出节点时不需要中断整个网络。( )

  4. 蜂窝拓扑结构是有线局域网中常用的结构。( )

  5. 网络拓扑结构的选择和设计是计算机网络设计的第一步。( )


参考答案​

一、填空题答案​

  1. 几何学;图论
  2. 点;线
  3. 节点;连线
  4. 结构
  5. 性能;系统可靠性
  6. 传输介质
  7. 拓扑
  8. 第一步
  9. 星型;总线型;环型
  10. 中心节点
  11. 集线器;交换机
  12. 集中控制型
  13. "瓶颈"
  14. 双绞线;光纤
  15. 总线
  16. 同轴电缆
  17. 广播式
  18. 共用
  19. 点到点
  20. 一个方向
  21. 802.5
  22. 数据帧;控制信息;数据信息
  23. 多种拓扑结构
  24. 蜂窝
  25. 微波;局域网

二、单选题答案​

  1. B  2. B  3. D  4. B  5. C
  2. C  7. C  8. B  9. A  10. C

三、判断题答案​

  1. ×(单个连接点故障只影响一个设备,不会影响全网连通性)
  2. √
  3. ×(环型扩展性差,添加或移出节点必须中断整个网络)
  4. ×(蜂窝拓扑是无线局域网中常用的结构)
  5. √