第三章网络拓扑结构设计

Date:27January2020ITEducation&Training第三章网络拓扑结构设计在明确了用户需求后，接下来的工作就是开始网络拓扑结构的设计了，这是整个网络系统设计的真正开始，是后续网络系统设计和网络组建工作的依据，只有在确定了网络拓扑结构的基础上，才可能进行诸如综合布线系统设计、应用系统的部署和具体的网络组建工作。本章重点如下：有线局域网的主要拓扑结构类型及各自的主要特点WLAN无线局域网的主要拓扑结构类型及各自的主要特点广域网的主要拓扑结构及各自的主要特点利用Visio2003绘制网络拓扑结构图的基本方法(重点)不同规模企业局域网拓扑结构的基本设计思路（重点）不同广域网接入方式的拓扑结构设计方法Date:27January2020ITEducation&Training3.1有线局域网拓扑结构目前，局域网的拓朴结构主要有：星型、环型、总线型、树型、网状型和混合型等几种。其中前3种是广泛应用的网络拓扑结构单元，实际的企业网络拓扑结构基本上是这3种网络结构单元混合组成的。Date:27January2020ITEducation&Training3.1.1星型结构星型拓扑结构也称“集中式拓扑结构”，是因集线器或交换机连接的各连接节点呈星状分布而得名。1．基本星型结构单元星型结构是目前应用最广、实用性最好的一种拓扑结构。无论在局域网中，还是在广域网中都可以见到它的身影。基本星型结构单元如下图所示。Date:27January2020ITEducation&Training2．多级星型结构复杂的星型网络就是在基本星型结构的基础上通过多台交换机级联形成的，从而形成多级星型结构，满足更多、不同地理位置分布的用户连接和不同端口带宽需求。下图是一个包含两级交换机结构的星型网络。当然，在实际的大中型企业网络中，其网络结构可能要比下图所示的复杂得多，还可能有三级，甚至四级交换机的级联（通常最多部署四级），还可能有交换机的堆栈。Date:27January2020ITEducation&Training3．星型结构传输距离限制因为在星型网络中通常是采用双绞线作为传输介质的（高档网络也有采用光纤的），而单段双绞线的最大长度为100米，集线设备放置在中心点，这样每一个采用此种结构的集线设备所能连接的网络范围最大直径就达到200米，超过这个范围都将要采用级联或者中继方法。4．星型结构主要优缺点星型拓扑结构的主要优点体现在：（1）网络传输数据快；（2）实现容易，成本低；（3）节点扩展、移动方便；（4）维护容易等几个方面。星型拓扑结构的主要缺点体现在：（1）核心交换机工作负荷重；（2）网络布线较复杂（3）广播传输，影响网络性能这三个方面。Date:27January2020ITEducation&Training3.1.2环型结构因为环型网络结构的传输速率最高只有16Mbps，扩展性能又不好，早已被星型结构双绞线以太网替代了。1．环型网络结构概述环型网络拓扑结构主要应用于采用同轴电缆（也可以是光纤）作为传输介质的令牌网中，是由连接成封闭回路的网络节点组成的。下图是一个典型的环型网络。Date:27January2020ITEducation&Training2．令牌环网工作原理在令牌环网络中，拥有“令牌”的设备才允许在网络中传输数据。这可保证在某一时间内网络中只有一台设备可以传送信息。在环型网络中信息流只能是单方向的，每个收到信息包的站点都向它的下游站点转发该信息包。信息包在环型网络中传输一圈，最后由发送站进行回收。当信息包经过目的站时，目的站根据信息包中的目标地址判断出自己是接收站，并把该信息拷贝到自己的接收缓冲区中。3．环型结构的主要优缺点环型结构网络的主要优点体现在：（1）网络路径选择和网络组建简单；（2）投资成本低这两个方面。环型结构网络的主要缺点体现在：（1）传输速度慢；（2）连接用户数非常少；（3）传输效率低；（4）扩展性能差；（5）维护困难这几个方面。明显缺点是主要的。Date:27January2020ITEducation&Training3.1.3总线型结构总线型拓扑结构与环型结构差不多，也主要是利用同轴电缆作为传输介质，以令牌的方式进行的。1．总线型结构概述总线型拓扑结构网络中所有设备通过连接器并行连接到一个传输电缆上，并在两端加装一个称之为“终接器”的组件，如下图所示。总线型网络所采用的传输介质一般也是同轴电缆（包括粗缆和细缆），不过现在也有采用光缆作为总线型传输介质的，如ATM网、CableMODEM所采用的网络等都属于总线型网络结构。为了扩展计算机的台数，还可以在网络中添加其他的扩展设备，如中继器等。Date:27January2020ITEducation&Training2．令牌总线工作原理令牌总线媒体访问控制是将局域网物理总线的站点构成一个逻辑环，每一个站点都在一个有序的序列中被指定一个逻辑位置，序列中最后一个站点的后面又跟着第一个站点。每个站点都知道在它之前的前趋站和在它之后的的后继站垢标识。为了保证逻辑闭合环路的形成，每个节点都动态地维护着一个连接表，该表记录着本节点在环路中的前继、后继和本节点的地址，每个节点根据后继地址确定下一站有令牌的节点。3．令牌总线的主要优缺点总线拓扑的优点与环型拓扑结构差不多，主要包括：（1）网络结构简单，易于布线；（2）扩展较容易；（3）维护容易这三个方面。同样，其缺点也是主要的。主要表现在：（1）传输速率低；（2）故障诊断困难；（3）故障隔离比较困难；（4）网络效率和传输性能不高；（5）难以实现大规模扩展等方面。具体参见书中介绍。Date:27January2020ITEducation&Training3.1.4树型结构树型拓扑结构可以认为是多级星型结构组成的，只不过这种多级星型结构自上而下（从核心交换机（或骨干层）到会聚层，再到边缘层）是呈三角形分布的，也就是上层的终端和集中交换节点少，中层的终端和集中交换节点多些，而下层的终端和集中交换节点最多，如下图所示。Date:27January2020ITEducation&Training树型结构就像一棵树一样，最顶端的枝叶少些，中间的多些，而最下面的枝叶最多。树的最下端相当于网络中的边缘层，树的中间部分相当于网络中的会聚层，而树的顶端则相当于网络中的核心（或骨干）层，顶端交换机就是树的“干”。它采用分级的集中控制方式，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，每条通信线路都必须是支持双向传输的。大中型网络通常采用树型拓扑结构，它的可折叠性非常适用于构建网络主干。由于树型拓扑具有非常好的可扩展性，并可通过更换集线设备使网络性能迅速得以升级，极大地保护了用户的布线投资，因此非常适宜于作为网络布线系统的网络拓扑。树型拓扑结构除了具有星型结构的所有优点外，还具有：扩展性能好和易于网络维护Date:27January2020ITEducation&Training3.1.5混合型结构混合型网络结构是目前局域网，特别是大中型局域网中应用最广泛的网络拓扑结构，它可以解决单一网络拓扑结构的传输距离和连接用户数扩展的双重限制。1．混合型结构概述混合型网络拓扑结构是指多种结构（如星型结构、环型结构、总线型结构）单元组成的结构，但常见的是由星型结构和总线型结构结合在一起组成的，如下图所示。Date:27January2020ITEducation&Training上页图所示的只是一种简单的混合型网络结构，实际上的混合结构网络主要应用于多层建筑物中。其中采用同轴电缆或光纤的“总线”用于垂直布线，基本上不连接工作站，只是连接各楼层中各公司的核心交换机，而其中的星型网络则体现在各楼层中各用户网络中，如下图所示。混合型拓扑结构的主要特点包括：（1）应用广泛；（2）扩展灵活；（3）互联性能差；（4）较难维护。Date:27January2020ITEducation&Training3.2无线局域网（WLAN）拓扑结构在无线局域网WLAN中，主要网络结构只有两类：一种就是类似于对等网的Ad-Hoc结构；另一种则是类似于有线局域网中星型结构的Infrastructure结构。3.2.1点对点Ad-Hoc结构点对点Ad-Hoc对等结构就相当于有线网络中的多机直接通过网卡互联，中间没有集中接入设备，信号是直接在两个通信端点对点传输的，如下图所示。Date:27January2020ITEducation&TrainingAd-Hoc对等结构网络通信中没有一个信号交换设备，网络通信效率较低，所以仅适用于较少数量的计算机无线互连（通常是在5台主机以内）。同时由于这一模式没有中心管理单元，所以这种网络在可管理性和扩展性方面受到一定的限制，连接性能也不是很好。而且各无线节点之间只能单点通信，不能实现交换连接，就像有线网络中的对等网一样。这种无线网络模式通常只适用于临时的无线应用环境，如小型会议室，SOHO家庭无线网络等。Date:27January2020ITEducation&Training3.2.2基于AP的Infrastructure结构基于无线AP的Infrastructure（基础）结构模式（如下图所示）其实与有线网络中的星型交换模式差不多，也属于集中式结构类型。其中的无线AP相当于有线网络中的交换机，起着集中连接和数据交换的作用。在这种无线网络结构中，除了需要像Ad-Hoc对等结构中在每台主机上安装无线网卡，还需一个AP接入设备，俗称“访问点”或“接入点”。这个AP设备用于集中连接所有无线节点，并进行集中管理的。Date:27January2020ITEducation&Training这种网络结构模式的特点主要表现在网络易于扩展、便于集中管理、能提供用户身份验证等优势，另外数据传输性能也明显高于Ad-Hoc对等结构。在这种AP网络中，AP和无线网卡还可针对具体的网络环境调整网络连接速率，如11Mbps的可使用速率可以调整为1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps4档；54Mbps的IEEE802.11a和IEEE802.11g的则更是有54Mbps、48Mbps、36Mbps、24Mbps、18Mbps、12Mbps、11Mbps、9Mbps、6Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps共12个不同速率可动态转换，以发挥相应网络环境下的最佳连接性能。理论上一个IEEE802.11b的AP最大可连接72个无线节点，实际应用中考虑到更高的连接需求，我们建议为10个节点以内。其实在实际的应用环境中，连接性能往往受到许多方面因素的影响，所以实际连接速率要远低于理论速率，如上面所介绍的AP和无线网卡可针对特定的网络环境动态调整速率，原因就在于此。当然还要看具体应用。Date:27January2020ITEducation&Training3.3广域网拓扑结构在广域网中，网络拓扑结构类型的划分主要是从管理和访问控制功能角度进行的，而不是从结构外形，所以在广域网的拓扑结构不是称之为某某形状，而是称之为某某式。如果从结构外形划分，广域网拓扑结构与局域网拓扑结构类似，也可分为星型结构、总线型结构和混合型结构等几种。下面是按功能分布角度划分的广域网中的四种拓扑结构。集中式拓扑（CentralizedTopology）结构分散式拓扑（DecentralizedTopology）结构分布式拓扑（DistributedTopology）结构全互连（网状）拓扑（MeshTopology）结构不规则拓扑（AbnormityTopology）结构Date:27January2020ITEducation&Training3.3.1集中式拓扑结构集中式拓扑结构中，网络用户管理和访问业务处理集中在较少的几台服务器上，这些服务器通常被集中放置在网络中心的通信控制处理机（NC，如复用器、交换机等），或称“节点计算机”，如各种功能服务器。在其之下，可以有许多级的集中器（Concentrator）。它们的作用仅用来进行用户网络的物理