总线型拓扑结构.docx

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总线型拓扑结构

总线型拓扑结构简称总线拓扑，它是将网络中的族个节点设备用一根总线（如同轴电缆等）挂接起來，实现计算机网络的功能。

总线型拓扑结构的数据传输是广播式传输结构，数据发送给网络上的所有的汁算机，只有讣算机地址与信号中的目的地址相匹配的计算机才能接收到。

采取分布式访问控制策略來协调网络上计算机数据的发送.如图1.5所示。

终端电阻终端电阻

銭端电阴终端电阻

图1.5

主要优点

1网络结构简单，节点的插入.删除比较方便，易于网络扩展。

2设备少、造价低•安装和使用方便。

-③具有较高的可靠性。

因为单个节点的故障不会涉及整个网络。

主要缺点

1故障诊断困难。

总线型的网络不是集中控制，故障诊I析需要在整个网络的各个站点上进行：

2故障隔离困难。

、勺节点发生故障，隔离起來还比较方便，一旦传输介质出现故障时，就需要将整个总线切断：

3易于发生数据碰撞•线路争用现空比较严重。

主要适用于家庭、宿舍等网络规模较小的场所。

星型拓扑结构

星型结构以中央节点为中心•并用单独的线路使中央节点与其他各节点相连.相邻节点之间的通信都要通过中心节点。

星型拓扑采用集中式通信控制策略.所有的通信均由中央节点控制.中央节点必须建立和维持许女并行数据通路。

星型拓扑采用的数据交换方式主婆有线路交换和报文交换两种.线路交换史为普遍。

网络的扩展通常是采用増加中央节点的方式，将中央节点级联起來.需要増加的节点再与新中央节点连接。

1•主要优点

1易于故障的诊断与隔离。

2易于网络的扩展。

3具有较高的可靠性。

2.主要缺点

1过分依赖中央节点。

2组网费用高。

3布线比较困难。

星型网络是在现实生活中应用最广的网络拓扑，一般的学校、爪位都采用这种网络拓扑结构组建他们的讣算

机网络.如图1・6所示。

~~环空拓扑结构是一些中继器和连接中继器的点到点链路组成一个闭合环，il•算机通过各中继器接入这个环中，构成环型拓扑的计算机网络。

在网络中各个节点的地位相等。

环型拓扑中的每个站点都是通过一个中继器连接到网络中的，网络中的数据以分组的形式发送。

网络中的信息流是定向的•网络的传输延迟也是确定的。

1•主要优点

1数据传输质SWo

2可以使用各种介质。

3网络实时性好。

2.主要缺点

1网络扩展困难。

2网络可靠性不商。

3故障诊断困难。

环空网平时用得比较少，主要用于跨越较大地理范困的网络，环型拓扑更适合于网际网等超大规模的网络，如图1・7所示。

扑结构

~~树型结构是从星型结构变化而來的，各节点按一定层次连接起來.形状像一颗倒宜的树，最顶端只有一个节点。

在树空结构的网络中有多个中心结点，形成一种分级管理的集中式网络，如图1・8所示。

1•树型结构的优点是

1连接容易。

2管理简讯。

3维护方便。

2.缺点是

1共享能力差。

2可靠性低。

高手点拨

除了以上的拓扑结构以外，还有网状及混合型拓扑结构。

学习内容

⑴网状结构

这种结构中各节点通过传输线相互连接起來•并且任何一个节点都至少与其他两个节点相连.所以网状结构的网络具有较商的可靠性，但其实现起來费用商.结构复朵、不易管理和维护。

⑵混合型拓扑结构

一般來说，一个较大的网络都不是单一的网络拓扑结构.而是将女种拓扑结构混合而成，充分发挥各种拓扑

结构的优点，这就是所谓的混合型拓扑结构。

课堂练习

1用自己的语言描述拓扑的概念，并举例说明。

2画出总线型、星型、环型、树型和网状网络的拓扑结构。

局域网

局域网（LocalAwaNetwork,简称LAN），通常是由地理范困在几千米以内的、采用魏一或有限的传输介质.

按照某种网络结构相互连接起來的讣算机组成的网络.如图L8所示。

主要特点:

-①数据传输速率极高。

2地理范困有限。

3误码率低。

4易维护。

局域网分类：

1.以太网

以太网采用CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听筝路访问）介质访问控制方法，使用的典型拓扑结构是总线型，不适用于大型或忙碌的网络。

常见的以太网有四种类型：

10Base-5、10Base-2.10Base-T.lOBase一F•其传输介质分别为粗缆、细缆.双绞线和光纤。

2.快速以太网

快速以太网执行的是以太网的扩展标准.保留着传统以太网的所有特征。

主要有两种类型：

lOOBase-T和100Base-VG,lOOBase-T采用fCSMA/CD介质访问控制方法，lOOBase-VG采用了新的介质访问方法:

请求优先。

快速以太网可以使用的传输介质为光纤和5类非屏蔽双绞线。

3.千兆以太网

干兆以太网采用CSMA/CD介质访问控制方法.传输速率可达lGbps,干兆以太网可以使用的传输介质为光纤和5类非屏蔽双绞线。

4.ATM

ATM是商速分组交换技术.其基木数据传输做元是信元，其速率可达155Mbps。

网络中増加计算机的数址，传输速率也不会降低，必须使用光纤作为传输介质.主要应用干主干网上。

5.FDDI

光纤分布数抿接口（FDDI）使用基木令牌的环型体系结构.以光纤为传输介质.传输速率可达100Mbps,主要用于高速网络主干，能够满足高频宽信息的传输需求。

城域MetropolitanAreaNetwork＞简称MAN）,是一种大型的局域网•它一般覆盖一个地区或城市，其传输速率通常在10Mbps以上，地域范憎可以从几十千米到上百干米.一般采用FDDI技术和ATM技术。

广域网

广域M（WideAreaNetwork,简称WAN）,又称为远程网.是抬处于一个相对广泛区域内的汁算机及其他设备.通过公共电信设施相互连接.以实现信息交换和资源共享为目的的计算机网络.如图1.10所示。

C地区

图1.10

典型的广域网技术：

（I）公共交换电话网（PSTN）

模拟拨号服务是基于标准电话线路的电路交换服务，主要用來作为连接远程站点的连接方法，比较典型的应用有：

用于远程站点和木地局域网之间互连.用干远程用户拨号上网及用作专用线路的备份线路。

（2）综合业务数字网（ISDN）

综合业务数字网为用户提供端到端的数字通信线路.传输速率為.达到128Kbp/s,而且可以通过数字通道传输语音、数据和图像信息。

主婆采用2B+D通道接入。

（3）不对称数字用户线（ADSL）

ADSL是不对称数字用户线.它允许下行信息传输速率（从网络到用户设备）远远商于上行信息传输速率（从用户设备到网络）。

ADSL支持的下行传输速率可以达到1・5〜8Mbp/s,上行传输速率可达到16〜640Kbp/s。

~~无线网络是抬通过无线于•持终端或移动终端.无线基站.无线网卡、无线路由等无线通信设备经无线传输介质连接而成的计算机网络.是汁算机网络技术与与无线通信技术相结合的产物.如图1」1所示。

无线网络使用的传输介质主要有两种：

无线电波和红外线。

无线网络的通信方式有扩展频谱方式与窄带调制方式。

使用扩展频谱方式通信时.数据基带信号的频谱被扩展至几倍或几十倍后再搬移至射频.然后发射出去。

在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展而被直接搬移至射频然后发射出去。

红外线网络采用小于1pm波长的红外线作为传输介质.有较强的方向性，它采用低于可见光的部分作为传输介质，因为红外信号要求视距传输.所以窃听困难，对邻近区域的类似系统不产生干扰，但是具有很髙的背景噪声•而且受日光.环境照明的影响较大。

无线网的特点：

（1）传输速率低

（2）视线问题

（3）通信盲点

课堂练习

1用自己规定的标准.给计算机网络分类。

2局域网的分类是怎样的？

3目前广泛使用的广域网技术主要有哪些?

局域网的组成

以下我们通过组建简讥的共卑式交换局域网來认识一下组网的过程。

1.局域网的基木硕件主要有：

服务湍、匚作站.网络接口卡.集线器.传输介质等。

（1）服务器

在网络中提供服务资源并起服务作用的汁算机称为服务湍.如图1.12所示。

网络中的服务器主要有为文件服务器.打印服务器、应用系统服务器等。

图1.12

⑵丄作站

连接到网络中的汁算机就称为匸作站，如图1.13所示。

匸作站可以分为有盘匸作站与无盘工作站。

区别在于有没有外存储器。

图1.13

（3）网络接口卡

网络接口卡简称网卡，又称为网络适配器，它是汁算机与传输介质之间的物理接口.如图1」4所示。

它的主要作用是负责将发送给其他汁算机的数据转变成能够在传输介质上传输的信号发送出去•同时又要负责通过传输介质接收信号，并且将接收到的信号转换成可以被汁算机识别的数据。

图1.14

（4）集线器

集线器也称为集中器或集线中心.简称Hub,如图1.15所示。

集线器的主要作用是能够对数据信号进行整形再生。

是一个集中式、广播式的中继器设备。

图1.15

（5）传输介质

传输介质的介质是用來连接计算机与计算机.讣算机与集线器等的媒介.如图1.16所示。

主要作用是连接各个网络设备。

图1.16

2.局域网的软件系统

局域网的软件系统主要由网络操作系统.匸作站软件.网卡驱动程序、网络应用软件和网络管理软件等组成。

（1）网络操作系统

网络操作系统运行在服务器上，负责处理工作站的请求，控制网络用户可用的服务程序和设备.维持网络的正常运行。

（2）工作站软件

匸作站软件运行在匸作站上.处理工作站与网络间的通信，与木地操作系统一起工作。

（3）网卡驱动程序

网卡驱动程序是网络破件专用的.一般随网卡一起提供，1：

作站或服务湍上的网卡必须经过驱动才能正常工作。

（4）网络应用软件

网络应用软件是专门为在网络环境中运行而设计的，网络版应用程序允许多个用户在同一时刻访问.操作、

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使用，它是网络文件资源共享的基础。

（5）网络管理软件

网络管理软件能监测网络上的活动并收集网络性能数据•并能根据数据提供的信息來微调和改善网络性能。

局域网的结构

局域网常见的只有两类：

工作站/服务器型网络和对等网。

（1）L：

作站/服务湍型网络。

匸作站/服务器型网络是指网络中至少有一台以上的专用服务器用來管理网络.控制网络运行.为网络上的用户提供共宇资源.而其他的计算机作为工作站并通过服务器來访问网络上的共孚资源.如图1.17（a）所示。

图l」7（a）

主要特点如下:

1网络运行稳定.信息管理比较安全、用户扩展方便.易干升级.可以有效地利用各匸作站的资源.股务器负担小.网络工作效率髙。

匸作站的管理比较困难.组网成木较岛.不适用于家庭。

2对等网

对等网络是描网络中的讣算机地位平等.是对等实体•既可以为别的汁算机提供服务，也可以宇用其他

计算机提供的服务,如图1.17（b）所示。

图l」7（b）

主要持点如下：

1组建和维护容易、成木较低、使用起來也比较简单。

宿舍组网使用。

数据保密性比较差、文件存储分散、不易于升级。

适用于家庭、

高手点拨

如果与计算机的组成互相比较，会发现很多的相似点。

如同样由软、换件系统组成。

所以采用对比法不失为一个好方法。

课堂练习

1家庭组网需要的换件主翌有哪些？

需要安装的软件呢？

2简要叙述基于服务器网络的特点。

3谈一谈你们通过伙I特网査找的国际标准化组织有哪些？

主要从事哪些方面标准的制定？

信息.数据.信号和伯逍

1・信息.数拯、信号和信道

数据是包含有一定内容的物理符号，是传送信息的载体。

信息是指数据在传输过程中的表示形式或向人们提供关于现实世界事实的知识，它不随戦荷符号形式的不

同而改变。

数据是信息传送的形式，信息是数据表达的内涵。

信号是数据的电编码、电磁编码或其他编码。

信号可以分为模拟信号和数字信号。

信道是信号传输的通道.包括通信设备和传输媒体。

信道按传输信号的形式可以分为模拟信道和数字信道C

模拟信道用于传输模拟信号，数字信道用于传输数字信号•如图2」所示。

1100011

图2」

2.数字数据与模拟数据

模拟数据是抬在某个区间产生的连续值，如，声音.视频、温度、圧力。

数字数据是有限个离散值.如字符串.整数数列。

模拟信号是在一定范囤内可以连续取值的信号，是一种连续变化的电信号.它可以不同频率在介质上传输,如图2.2（a）所示。

数字信号是一种离散的脉冲序列，它的取值是有限个数，它以恒定的正电压/负电乐或正电压/0电压.

表示"OS可以用不同的位速率在介质上传输•如图2.2（b）所示。

图2.2

数据通信模型

通信系统的基木作用是在发送方（信源）和接收方（信宿）之间传递和交换信息。

根据通信系统是利用模拟信号还是数字信号來传递消息，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。

模拟通信系统利用模拟信号來传递信息，如现在广泛使用的电话.广播和电视。

系统一般由信源、调制器.信道.解调器.信宿以及噪声源组成.如图2.3所示。

数字通信系统利用数字信号來传递信息，如计算机通信，数字电话、数字电视等。

数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器.调制器.信道.解调器.信道译码器、信源译码器以及发送端和接收端时钟同步组成，如图2.4所示。

图2.4

数据通信系统的主要技术指标

1带宽：

信号在通信线路上传输时最商频率与垠低频率之差叫信号的频带宽度.简称帯宽或称为通频带。

数字信号带宽与脉冲宽度成反比。

2信道容虽：

即讥位时间内届大可传输信息的位数.是信道传输信息的最大能力的抬标。

无噪声理想信道容址与信道的带宽的关系如下：

C=2Hlog2AT

其中：

C为信道容址，H为信道带宽（信道能够传输信号的最大频率范鬧），N为传输时为一个码元所収的离散值个数。

木公式也称为奈奎斯特公式或无噪信道传输能力公式。

对有噪声的实际信道，其关系如下：

其中：

S/N为接收端的信噪比。

木公式也称为香农公式。

3位速率：

位速率也称信号速率，常用S表示，位速率是数字信号的传输速率.它用氓位时间内传输的二进制代码的有效位数來表示.其认位为位每秒（bps）。

4波特率波特率也称调制速率，也称码元速率。

位速率和波持率之间有如下关系：

£=Plog2W

其中：

N是一个脉冲信号所表示的有效状态.在二进制方式中.N=2,故S=B°即数据传输速率和调制速率相等。

5误码率：

误码率指信息传输的错误率.是衡虽传输系统可靠性的抬标。

误码率以在接收的码元中的错误码元占总传输码元的比例來衡址.通常应低干io"。

课堂练习

1试举例说明数据可a息的区别

2举例说明模拟数据与数字数据。

3试用拨号上网说明模拟通信系统模型。

⑤数据通信系统主婆技术指标有哪些？

数据传输过程

1•数据传输

两台讣算机之间的数据传输首先需要将信息用二进制代码來表示，其次还要将二进制代码以一定的信号形式（如电压、电流.脉冲等）來表示.然后将信号经由信道进行传输.到达接收方后，再根据这些信号恢复为代码，从而得到发送端的信息，如图2.5所示。

信息f二进制代码一*信号〔电压、电流、脉冲等［鱼道•►信号*代码f信息

图2.5

2.几个概念

模拟通信：

模拟信号通过模拟信道进行传输。

数字通信：

模拟信号通过数字信道进行传输。

数振通信：

是专指信源和信宿中数据的形式是数字的，而不论是通过数字信道传输还是模拟信道传输。

3.优点

（1）抗干扰能力强

（2）适合远距离传输

（3）安全保密性好

（4）适合笋媒体信息传输

基带传输和宽带传输

数据传输方式依其数据在传输线上原样不变地传输还是调制变样后再传输•可以分为基带传输和宽帯传输两大类。

1.基带信号与基带传输

二进制数字脉冲信号称为基带信号。

基帯传输是将数据直接转换为脉冲信号加到电缆上进行传送的数抵传输方式。

2•宽帶信号与宽带传输

宽帶信号是将笫组基带信号分别调制不同频率的载波•并由这些载波分别占用不同频段的调制载波组成。

宽带传输是将数据加载到载波信号上进行传送的数抵传输方式。

基帶传输和宽带传输最重要的区别在于：

基帯传输采用的是“直接控制信号状态“的传输方式，而宽带传输采用的是“控制载波信号状态“的传输技术。

并行传输和串行传输

依据传输线数目的弱少.可以将数据传输方式分为：

并行传输和串行传输。

并行传输用于短距离、尚速率的通信，串行传输用于长距离.低速率的通信。

1•并行传输

并行传输是抬数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输.数据由多条数据线同时传送与接收.每个比特使用収独的一条线路。

并行传输的优点在于传送速率岛，发收双方相互之间不存在字符同步的问题，缺点是需婆多个并行信道，増加了设备的成木，而且并行线路的电平相互T•扰也会影响传输质虽.不适干做较长距离的通信.主要用于计•算机内部或同一系统设备间的通信。

如汁算机与打印机之间的数据传输.如图2.6所示。

数据线

图2.6

2•串行传输

串行传输就是将比特流逐位在一条信道上传送。

需要解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题。

相对于并行传输.串行传输的效率低•传输速率慢.但由于只有一条信道，减少J'设备的成木.且易

于实现与维护。

汁算机与Modem之间的通信就是串行传输.如图2.7所示。

图2.7

单工.半双工和全双工

1.单工通信

单工通信是抬在两个通信设备间.信息只能沿着一个方向被传输。

采用单匸通信时.在通信设备双方中，一方为发送设备.另一方为接收设备。

广播和电视节目的传送以及寻呼系统都屈于収匸通信的例子•如图2.8所示。

发送站—接收站

信息流向

图2.8

2•半双工通信

半双工通信是抬两个通信设备间的信息交换可以双向进行，但不能同时进行。

也就是说.在同一时间

内仅能使信息在一个方向上传输.如图2.9所示。

图2.9

3.全双工通信

全双工通信是抬两个通信设备间可以同时进行两个方向上的信息传输。

两个通信应同时具有发射利接收的功能.与通信站相接的传输设备和传输控制协议必须提供全双匸的I：

作方式•同是还应对缓存器作特殊的考虏，如想进行同时读写就要求缓存中也能同时释放和分配存储器等、如图2.10所示。

发送设备

接收设备"

设备人

图2」0

异步传输和同步传输

1.界步传输

下一个字符起位

界步传输方式又称为起止式同步方式，它是以字符为氓位进行同步的，且每一字符的起始时刻可以为任总。

数据格式如图2.11所示。

图2」1

起甲I士連3竺竺二警闲位

2•同步传输

同步传输方式是以固定的时钟节拍來连续串行发送数字信号的一种方法。

其数据格式如图2.12所示。

sync

字符鲍

结束控制字符

图2」2

多路复用技术

女路复用技术是使女路数据信号共同使用一条线路进行传输的技术。

（1）频分多路复用技术（FDM）

频分多路复用将信道的可用带宽划分为若干个小频带.每个小频带传送一路信号，形成一个子信道.

如图2.13所示。

频分多路复用常用于模拟信号的传输.如图2.14所示。

□T

子信道入

曰」

子信道F

用

子信道（：

频

子信道n

段

子信道E

子信道F

页丿fi内容

图2」3

图2」4

（2）时分多路复用技术（TDM）

时分蚩路复用技术是将通信信道传输数据的时间划分为若干个时间段，每一路信号占用一个时间段.在其占用的一段时间内，信号独自使用信道的全部带宽。

时分多路复用通常用干数字数据的传送，也可用于模拟信号的传送。

时分多路复用在任一时刻.只传送一种信号，多路信号分时地在信道中传送，如图2.15所示。

•时间

图2・15

（3）波分复用技术（WDM）

波分复用是把光波波长分割复用.在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。

基木原理是在发送端将不同的光信号组合起來.也即是复用过程：

耦合到光线线路上用一根光纤进行传输，在接收端又将组合波长的光信号区分开拓即完成解复川过私再通过进一步处理恢复出原信号后送入不同的终端。

课堂练习

1举例说明单匸通信、半双丄通信和全双工通信。

2片步传输和同步传输数据格式上的主要区别是什么？

3简述3种复用技术的主要1：

作原理。

电路交换

（1）电路交换的原理

电路交换过程主要有3个阶段：

电路建立、数据传输和电路拆除。

1电路建立

在传输数据之前.先经过呼叫过程建立一条瑞到端的电路。

数据传输

电路建立以后，数据就可以从源站发往目的站，电路连接是全双工的，数据可以在两个方向传输。

在整个数据传输过程中，所建立的连接必须始终保持连接状态。

3电路拆除

数抿传输结束后，由某一方发出拆除请求.然后逐节拆除到对方的节点链路.将电路的使用权交还给网络，以供其他用户使用。

<2）电路交换的特点

电路交换方式的持征是在整个连接路径中均采用物理连接。

优点：

信息传输时延小：

电路是透明的：

信息传送的吞吐虽大。

缺点：

网络资源利用率较低：

数据通信的效率较低：

通信双方在信息传输速率、编码格式、同步方式、通信规程等要完全兼容.不同速率和不同通信协议之间的用户不能通信。

⑶适用范碉

电路交换方式进行数据通信.可以用于公用交换网•即电话网.以及专线方式，如数字数据网DDNo电路交换适用于信息虽大的场合。

报文交换

报文交换也称为包交换，它将用户的一个报文分成若干个报文组.以报文组为爪位采用•'存储一转发"交换方式进行通信。

⑴报文交换的工作廉理

报文交换采用存储一转发原理.即交换机把來自用户的报文先暂时存放在节点机内排队等候•网络上链路空闲时就转发出去至下一节点，报文在下一节点再存储一转发.直到到达目的节点。

信息是以报文为敢位传输的.网络节点具有信息处理、存储和路由选择的功能。

（2）报文交换的特点

报文交换的优点是^

报文交换过程没有电路接续.可以采用女路复用，提岛线路的利用率：

用户

不需要叫通对方就可以发送报文：

容易实现不同类空的终端之间的通信。

报文交换的缺点是:

数据时延较大.不利干实时通信：

要求交换机有岛速处理能力及大的存储容虽，增加了设备的开支。

分组交换

分组交换采用广•存储一转发"的方式•同时把报文分割成若干较短的、按一定格式组成的分组进行交换和传输。

分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种，是汁算机网络中使用最广泛的一种交换技术。

⑴虚电路分组交换

虎电路分组交换在传送数据前必须在发送端和接收端之间建立一条逻辑连接.数据按照爭先建好的路

径顺序传输。

传送数据虽较大时，通常采用虚电路方式。

（2）数据报分组交换

数据报分组中每个分组的大小有严格的限制，每个数据报自身携带足够的地址信息。

各数据报所走的路径不一定相同，各个数据报到达目的地的顺序可能不

同，有的数据报会丢失。

⑶分组交换的特点

分组交换采用"存储一转发"方式.不独占信道：

信息传输时延较小：

为不同通信规程的数据终端间能相互通信提供了会话环境：

可靠性商。

分组交换的技术实现复杂.软件及皱件结构都较为复杂：

网络附加的信息较多。

分组交换主要应用干

讣算机终端连网。

课堂练习

1简要叙述电路交换的过程

2报文交换的特点是什么？

3分组交换有几种技术？

简要叙述其特.

差错控制机制

在计算机进行数据通信时，在实际的数据传输过程中不可避免地会出现差钳.需要在数据传输中引入差错控制技术。

1•

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