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2013.9第1页共89页第3章网络拓扑结构设计星形网络拓扑结构为主3.1点对点拓扑结构3.2广播类型拓扑结构3.3网络分层设计方法【重点】3.4服务子网和网络扩展设计【重点】3.5VLAN设计[不讲]2013.9第2页共89页网络拓扑结构1.星形：点到点。P47[最重要]2.环形：点到点3.总线形：广播类型2013.9第3页共89页3.2广播类型网络拓扑结构3.2.3星形拓扑结构每个节点都有一条单独的链路与中心节点相连，所有数据都要通过中心节点进行交换。星形网络采用广播传输技术，中心节点设备通常采用交换机。星形以太网在物理上呈星形结构，但逻辑上仍然是总线形拓扑结构（集线器）？。保持广播方式，但是更主要的是点到点方式（交换机）。二层交换机和三层交换机的区别。2013.9第4页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[P47图3-10]星形网络结构2013.9第5页共89页3.2广播类型网络拓扑结构星形结构优点：网络结构简单，建设和维护费用少。双绞线。通信节点一般采用交换机，提高了链路利用率。一个节点出现故障不会影响其它节点的连接。中心节点与每一个节点，点到点连接。星形结构缺点：可靠性低。中心节点负担重。信号都要经过交换机。使用线缆较多。但是，星形网络仍然是最主要的网络拓扑结构。2013.9第6页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[案例]星形网络结构星形2013.9第7页共89页3.1点对点方式主机点到点连接2013.9第8页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构3.1.1点对点网络的特点网络通信方式：点对点点对多点(广播)点对点网络将主机以点对点方式连接，主机通过单独的链路进行数据传输，并且两个节点之间可能会有多条单独的链路。点对点网络拓扑结构：点对点形、链路形、环形、网状形等。有没有星形网络拓扑结构？点对点网络主要用于城域网和广域网2013.9第9页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构[P40图3-1]点对点网络示意图2013.9第10页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构点对点网络优点：网络性能不会随数据流量加大而降低。点对点网络缺点：网络中任意两个节点通信时，如果它们之间的中间节点较多，就需要经过多跳后才能到达，这加大了网络传输时延。2013.9第11页共89页广播方式总线形一点发送，总线上所有点接收。2013.9第12页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构广播式网络仅有一条信道，网络上所有节点共享这个信道。广播网络广泛用于局域网通信。广播式网络拓扑结构：星形网、总线网、蜂窝网等。广播网络优点：在一个网段内，任何两个节点之间的通信，最多只需要“2跳”的距离；广播网络缺点：网络流量很大时，容易导致网络性能急剧下降。2013.9第13页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构广播网络没有用于广域网的原因：主机协调通信需要占用大量的通信资源；主机长距离通信会带来较大的信号延迟；长距离高带宽的信道非常昂贵。2013.9第14页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构各种拓扑结构的分类与工作方式网络类型拓扑结构类型主要应用网络扩展可靠性投资点对点链路形MAN、WAN中等低低环形MAN、WAN困难高高网状形MAN、WAN困难高高广播总线形LAN中等低低星形LAN容易高低蜂窝形WLAN容易高高2013.9第15页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构3.1.2链路形拓扑结构（城域网、广域网、工业以太网）链路形网络由点对点串联而成。链路网与总线网结构相同，工作原理不同。链路网与总线网的区别：总线网络采用广播方式进行数据传输；而链路形网络采用点对点方式进行信号传输。链路形网络拓扑结构简单，易于布线，节省传输介质(一般为光缆)，用于主干传输链路。支持链路结构的网络有：SDH、DWDM等。点对点可看作是链路形网的一种特殊情况。2013.9第16页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构链路形结构的优点设备无关性。链路独立。独立性。安全性。任一时刻只有2个节点间能使用信道。非中心化。链路形结构的缺点连接较多。任意两个节点都有链路连接。时延较大。中间结点较多。2013.9第17页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构[案例]链路形网络应用说明：ET1是什么2013.9第18页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构3.1.3环形拓扑结构环网中，各个节点通过环接口，连接在一条首尾相接的闭合环形通信线路中。环网结构有：单环多环环相切环内切环相交环相连等2013.9第19页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构[P42图3-3]SDH环网结构应用2013.9第20页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构已经淘汰的环网：TokenRing（令牌环）FDDI目前使用的环网：SDH（同步数字系列）DWDM（密集波分复用）RPR（弹性分组环路）2013.9第21页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构环网特点每个节点都与两个相临的节点相连，因而是一种点对点通信模式。环网信号单向传输，如果N+1节点需要将数据发送到N节点，要绕环网络一周才能到达N节点。环网在节点过多时会产生较大的信号时延。单向传输，与链路形不同。双环或多环。2013.9第22页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构在工程实施中，往往在环的两端实现环封闭。因此环网在物理上呈总线形状，逻辑上仍然是环型结构。[P43图3-4]工程中双环网络拓扑结构2013.9第23页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构双环网络的自愈功能单环网络中，如果环网中某一节点断开，环上所有节点的通信就会终止。环网采用双环或多环结构。在SDH环网正常工作时，外环（数据通路）传输数据，内环（保护通路）作为备用环路。当环路发生故障时，信号会自动从外环切换到内环，这种功能称为环网的“自愈”功能。2013.9第24页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构[P43图3-5]双环网络的自愈功能2013.9第25页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构环网络的优点：不需要集中设备(如交换机)，消除了对中心系统的依赖性；信号沿环单向传输，传输时延固定；所需光缆较少，适宜于长距离传输；各个节点负载较为均衡；双环或多环网络具有自愈功能；可实现动态路由；路径选择简单，不容易发生地址冲突等问题。2013.9第26页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构环形网络拓扑结构的缺点：不适用于多用户接入；增加节点时，会导致路由跳数增加；难以进行故障诊断；结构发生变化时，需要重新配置整个环网；投资成本较高。2013.9第27页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构[案例]双环网络结构[案例]SDH环网应用2013.9第28页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构[案例P42]环网结构[案例]DWDM环网应用2013.9第29页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构3.1.4网状形拓扑结构网状形拓扑结构采用点对点通信方式网络中任何两个节点之间都有直达链路连接，在通信建立过程中，不需要任何形式的信号转接。网状形结构类型：半网状形结构全网状形结构网状结构一般用于城域网和广域网中2013.9第30页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构[P44图3-6]网状形拓扑结构2013.9第31页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构网状形结构的优点：每两个节点之间有直达链路，信号传输快；通信节点不需要汇接交换功能，提高网络性能；存在冗余链路，网络可靠性高。网状形结构的缺点：线路多，总长度大，基本建设和维护费用很大；在通信量不大的情况下，线路利用率很低。任意两个节点间有直达链路。全互连线路多。地理范围不大，设备很少，半网状形。大型网络核心层：全网状形拓扑结构。2013.9第32页共89页3.1点对点类型网络拓扑结构[案例P44]欧洲GEANT网络的网状形结构[案例]欧洲GEANT网络的网状形结构2013.9第33页共89页3.2广播方式网络拓扑结构2013.9第34页共89页3.2广播类型网络拓扑结构3.2.1广播网络的特点（以太网）广播网络工作原理广播网络一般采用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）原理进行工作。广播网络有一个信道，网络上所有节点共享这个信道。数据包广播传输时，网络中所有节点都会接收到数据包。各个节点一旦收到数据包，就对这个数据包进行检查，看是否发送给本节点，如果是则接收，否则丢弃这个数据包（最后谁来收回？）。广播网络类型有：星形网络，总线形网络，蜂窝形网络等。2013.9第35页共89页3.2广播类型网络拓扑结构广播网络信号传输方式[P45图3-7]单播多播组播。2013.9第36页共89页3.2广播类型网络拓扑结构这个问题意义不大冲突域冲突域的大小会影响到网络的性能。交换机、路由器等设备可以隔离冲突域。广播域（ARP地址解析）广播会占用大量网络资源，影响网络带。大量无用的广播包会形成广播风暴。可以用路由器来分割广播域。可采用VLAN划分缩小广播域的范围。2013.9第37页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[P45图3-8]冲突域和广播域2013.9第38页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[案例]交换机的冲突域和广播域R冲突域广播域交换机2013.9第39页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[案例]局域网中的广播域L2L2L2L2L2广播域广播报文交换机都是什么？这是一个什么拓扑结构的网络2层交换机转发广播帧2013.9第40页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[案例]使用路由器隔离广播域L2L2L2L2L2广播域广播报文路由器：不同网络。不转发广播帧。2013.9第41页共89页3.2广播类型网络拓扑结构大量无用的广播数据包会形成广播风暴，在网络设计中应尽量减小广播域的大小。产生广播风暴的原因：主机查找服务器大量主机广播查找服务器地址网络环路网卡故障网络病毒黑客软件和视频软件使用2013.9第42页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[P45图3-8]网络中的广播风暴2013.9第43页共89页3.2广播类型网络拓扑结构3.2.2总线形拓扑结构总线结构采用一条链路作为公共传输信道，网络上所有节点都通过相应的接口连接在总线上。N个节点完全互联只需要1条总线传输线路。总线网络协议有IEEE802.3定义的10BASE-2，10BASE-5，由于传输速率太低，目前已经淘汰。2013.9第44页共89页3.2广播类型网络拓扑结构总线结构优点不需要其他互联设备，组网费用低；扩展网络时，只需要添加一个网络接头。总线结构缺点主机增多时，会引起网络性能下降；总线出现故障时，将导致整个网络中断。2013.9第45页共89页3.2广播类型网络拓扑结构3.2.4蜂窝形拓扑结构（非重点）主要用于无线通信网络。蜂窝的大小与基站或AP发射功率有关。[P48图3-11]蜂窝实际结构蜂窝工程表示2013.9第46页共89页3.2广播类型网络拓扑结构蜂窝结构采用频率复用技术进行扩容蜂窝结构优点：网络建设时间短网络易于扩展蜂窝结构缺点：信号很容易受到环境或人为的干扰传输速率较低，投资成本较高2013.9第47页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[案例]家庭无线网络2013.9第48页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[案例]城域无线网络结构2013.9第49页共89页3.2广播类型网络拓扑结构3.2.5混合形拓扑结构（自己看）混合形结构在理论上可以是各种结构的组合，这种复杂的结构主要出现在城域网和广域网中。局域网中的混合结构主要是由交换机层次连接而构成的树形结构（星形+星形），以及由交换机与路由器连接构成的树形结构（星形+点对点）。混合形结构的顶层节点负荷较重，网络设计时可以将一部分负载分配给下一层节点。2013.9第50页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[P49图3-12]大学校园网结构2013.9第51页共89页3.2广播类型网络拓扑结构[案例]大学校园网结构2013.9第52页共89页3.2广播类型网络拓扑结构网络[案例]企业局域网混合形结构2013.9第53页共89页3.3网络分层设计方法[重点]2013.9第54页共89页3.3网络分层设计方法3.3.1接入层设计层次化网络设计模型：三层:核心层、汇聚层和接