网络常见设备及网络拓扑结构
计算机网络中的常见网络设备与拓扑结构
计算机网络中的常见网络设备与拓扑结构计算机网络已经成为现代社会中不可或缺的一部分，它负责将世界各地的计算机连接起来，使得信息的传递更加快捷高效。
在计算机网络中，常见的网络设备和拓扑结构起着重要的作用。
本文将介绍计算机网络中常见的网络设备和拓扑结构，以便读者更好地理解计算机网络的基本原理和运行方式。
一、网络设备1. 路由器路由器是计算机网络中最常见的设备之一，它负责在网络中传输数据包。
路由器是一个具有多个网络接口的设备，可以将数据包从源地址转发到目的地址。
它根据网络的拓扑结构和路由表来确定数据包传输的路径，以保证数据能够准确快速地传输到目的地。
2. 交换机交换机是计算机网络中用于连接计算机和其他网络设备的关键设备。
它根据数据包的目的MAC地址来转发数据，可以实现数据包的快速传输和广播的功能。
交换机通常具有多个以太网端口，可以同时连接多台计算机和其他网络设备。
3. 集线器集线器是计算机网络中用于连接多个计算机的设备，它是一个多端口的设备，可以将多台计算机连接在一起，形成局域网。
集线器主要用于数据包的广播，它将收到的数据包广播到所有的端口，从而实现计算机之间的通信。
4. 网卡网络适配器，也称为网卡，是计算机与计算机网络之间进行通信的关键设备。
它通过转换计算机内部的数据格式，使其能够在计算机网络中传输和接收数据。
网卡通常被集成在计算机主板上，也可以作为外部设备连接到计算机上。
二、拓扑结构1. 星型拓扑星型拓扑是计算机网络中最常见的拓扑结构之一，它以中心节点为核心，将所有的计算机和其他设备连接在一起。
在星型拓扑中，所有的数据流量都通过中心节点进行转发，因此中心节点需要具备较高的处理能力和带宽。
2. 总线型拓扑总线型拓扑是另一种常见的拓扑结构，它将所有的计算机和设备连接在一根共享的导线上。
在总线型拓扑中，数据包被广播到所有的设备上，每个设备根据源地址确定是否接收这个数据包。
总线型拓扑适用于少量计算机的局域网，但会受到导线带宽的限制。
常见的局域网的拓扑结构
常见的网络拓扑结构常见的分为星型网，环形网，总线网，以及他们的混合型1总线拓扑结构总线拓扑结构是将网络中的所有设备通过相应的硬件接口直接连接到公共总线上，结点之间按广播方式通信，一个结点发出的信息，总线上的其它结点均可“收听”到。
优点：结构简单、布线容易、可靠性较高，易于扩充，节点的故障不会殃及系统，是局域网常采用的拓扑结构。
缺点：所有的数据都需经过总线传送，总线成为整个网络的瓶颈；出现故障诊断较为困难。
另外，由于信道共享，连接的节点不宜过多，总线自身的故障可以导致系统的崩溃。
最著名的总线拓扑结构是以太网（Ethernet）。
2. 星型拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构。
这种结构适用于局域网，特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。
这种连接方式以双绞线或同轴电缆作连接线路。
优点：结构简单、容易实现、便于管理，通常以集线器（Hub）作为中央节点，便于维护和管理。
缺点：中心结点是全网络的可靠瓶颈，中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。
3. 环形拓扑结构各结点通过通信线路组成闭合回路，环中数据只能单向传输，信息在每台设备上的延时时间是固定的。
特别适合实时控制的局域网系统。
优点：结构简单，适合使用光纤，传输距离远，传输延迟确定。
缺点：环网中的每个结点均成为网络可靠性的瓶颈，任意结点出现故障都会造成网络瘫痪，另外故障诊断也较困难。
最著名的环形拓扑结构网络是令牌环网（Token Ring）4. 树型拓扑结构是一种层次结构，结点按层次连结，信息交换主要在上下结点之间进行，相邻结点或同层结点之间一般不进行数据交换。
优点：连结简单，维护方便，适用于汇集信息的应用要求。
缺点：资源共享能力较低，可靠性不高，任何一个工作站或链路的故障都会影响整个网络的运行。
5. 网状拓扑结构又称作无规则结构，结点之间的联结是任意的，没有规律。
优点：系统可靠性高，比较容易扩展，但是结构复杂，每一结点都与多点进行连结，因此必须采用路由算法和流量控制方法。
网络拓扑结构
计算机网络的拓扑结构
2.环形结构 网络中的计算机通过网卡连接成一个封闭的环形。 特点： 优点：容易安装和监控，节省网线和连接设备。 缺点：环中任何一个节点出现故障都可能造成网络瘫 痪，增加节点比较困难。
计算机网络的拓扑结构
3.总线结构 网络中的每一台计算机都通过网卡直接连到一条公传 传输线路上，这条公共传输线路称为“总线”。 特点： 优点：结构简单，安装方便，某个节点出现故障不会 影响整个网络。 缺点：总线故障会导致网络瘫痪，安全性低，监控比 较困难。
第三节
网络的拓扑结构
计算机网络的拓扑结构
定义： 网络的拓扑结构（topology）是指网 络中各个节点（又叫站点，包括计算机和 其他设备）之间的连接方式。
计算机网络的拓扑结构
1.星形结构 用集线器或交换机作为网络的中央节点，网络中的每 一台计算机都通过网卡连接到中央节点上，计算机之间通 过中央节点进行信息交换。 特点： 优点：容易在网络中增加节点，网络故障容易判断， 节点之间不会互相影响，容易实现网络监控。 缺点：需要大量的网线，当中央节点发生故障时，会 使整个网络瘫痪。
计算机网络的拓扑结构常见的网络扑结构：练习及作业：练习： 1.了解你所在计算机教室的网络拓扑结构。 2.简述这种拓扑结构的特点。 作业： 简述常见的计算机网络拓扑结构类型及 其特点。
网络设备及组网方式
1.4 交换机工作原理
A
0260.8c01.1111
MAC 地址表
F0/1: 0260.8c01.1111
F0/2: 0260.8c01.2222
F0/3: 0260.8c01.3333 F0/4: 0260.8c01.4444
F0/1
F0/3
B
0260.8c01.3333
C
0260.8c01.2222
A
B
0260.8c01.1111
F0/1
C
0260.8c01.2222
F0/2
F0/3 F0/4
0260.8c01.3333
D
0260.8c01.4444
主机之间互相发送数据，交换机会学习数据帧 的源MAC地址。
1.4 交换机工作原理
A
0260.8c01.1111
C
0260.8c01.2222
MAC地址表
1.4 交换机互联方式
➢级联： 通过交换机的普通端口通过普通线缆简单 联接起来
➢堆叠: 通过堆叠线缆将交换机的背板连接起来， 扩大级联带宽
1.4 交换机转发方式
直通式 存储转发式 无碎片直通式（更高级的直通式转发）
直通式
直通式（Cut Through）方式在输入端口检测到一个数 据包后，只检查其包头，取出目的地址，通过内部的 地址表确定相应的输出端口，然后把数据包转发到输 出端口．这样就完成了交换。因为它只检查数据包的 包头（通常只检查14个字节）。
2. 应用代理型
代理服务器位于客户机与服务器之间，完全 阻挡了二者间的数据交流。从客户机来看，代理 服务器相当于一台真正的服务器；而从服务器来 看，代理服务器又是一台真正的客户机。当客户 机需要使用服务器上的数据时，首先将数据请求 发给代理服务器，代理服务器再根据这一请求向 服务器索取数据，然后再由代理服务器将数据传 输给客户机。由于外部系统与内部服务器之间没 有直接的数据通道，外部的恶意侵害也就很难伤 害到企业内部网络系统。
简述什么是计算机网络的拓扑结构
名词解释：1.通信子网：由各种通信处理机、通信线路与其他通信设备组成，负责全网的通信处理任务。
2.通信协议：为网络数据交换而制定的规则、约定于标准。
3.网络体系结构：计算机网络层次模型与协议的集合。
4.域名解析：域名IP地址的对应过程。
5.全双工通信：在一条通信电路中可以同时双向传输数据的方法。
6.纠错码：让每个分组带上足够的冗余信息，以便在接受端能发现并自动纠错的编码方法。
7.ARP：IP地址向MC地址的转换过程。
8.频分多路复用（FDM）：在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需要带宽的情况下，可将改物理信号的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。
9.网关（Gateway）：能够提供运输层及运输层以上各层协议转换的网络互连设备。
10.不归零码NR2：在一个码元的全部时间内发生或不发出电流（单极性），以及发出正电流或负电流（双极性）。
每一位编码占用了全部码元的宽度。
这种编码方式称为不归零码NRZ。
11．信道容量：信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限、单位为位/秒（bps）。
12．奇偶校验码：奇偶校验码是一种通过增加1位冗余位使得码字中“1”的个数恒为奇数或偶数的编码方法。
这是一种检错码。
13．网络互联：网络互连是指将两个网络，通过网络互连设备（网桥、网关和路由器等）及相应的技术措施实现互联，使得各个网络用户之间能够通信和实现资源共享。
14．传输信道：是信号的传输媒体及有关设备的总称。
15．多媒体：多媒体是以下两种或两种以上媒体组成的结合体：文本、图形、动画、静态视频、动态视频、声音。
16．防火墙：防火墙是位于内部网络和外部网络之间的屏障，他按照系统管理员预先定义好的规则来控制数据包的进出。
防火墙是系统的第一道防线，其作用是防止非法用户的进入。
17．子网：具有相同IP网络号的一组机器的集合。
18．音频采集：音频采集是指把音频信号转换成数字信号，并放在存储装备中的过程。
计算机网络硬件组成
3. 通信过滤
（1）目的：隔离本地信息，避免不必要的数据流动。 （2）方法：
利用端口/MAC地址映射表和帧的目的地址决定是否转发或转发到 何处。
如果地址表中不存在帧的目的地址，交换机则需要向除接收端口 以外的所有端口转发。
二 以太网交换机的工作过程
1. 数据转发方式
（1）直接交换 测到目的地址字段，立即转发
（2）存储转发交换 完整地接收整个数据，对数据进行差错检测
（3）改进的直接交换 接收数据头部，判断头部字段是否正确
2. 地址学习
（1）建立端口/MAC地址映射表需要解决的问题 ① 交换机怎样知道哪台计算机连接哪个端口； ② 交换机怎样维护地址映射表以保持其“新鲜”。
4.交换的提出 （1）共享以太网存在的问题的解决方法：分段 （2）何谓分段？
将大型以太网分割成两个或多个小型以太网； 每个段使用CSMA/CD介质访问控制方法维持段内用户的通信； 段与段之间通过“交换”设备沟通； 交换设备在一段接收信息，经处理后转发给另一段。
5.利用集线器组成的大型共享式以太网
三、交换机
特点：交换机是基于网络交换技术的产品，具有简单、低价、高性能 和高端口密集的特点，体现了桥接技术的复杂交换技术，它工作在 OSI参考模型的第二层( 数据链路层) 。它的任意两个端口之间都可 以进行通信而不影响其他端口，每对端口都可以并发地进行通信而独 占带宽，从而突破了共享式集线器同时只能有一对端口工作的限制， 提高了整个网络的带宽
屏蔽双绞线
1.优点 传输质量较高 电缆尺寸和重量与UTP相当
2.缺点 安装不合适有可能引入外界干扰
网络拓扑结构设计
网络拓扑结构设计网络拓扑结构设计是指在设计和搭建一个网络时，需要考虑并确定网络中各个设备之间的连接方式和布局方法。
拓扑结构的设计直接影响着网络的性能、可靠性和可扩展性，因此在进行网络拓扑结构设计时，需要综合考虑多种因素。
本文将从网络拓扑结构的概念、常见的拓扑结构以及设计考虑因素等方面进行详细阐述。
第一部分：网络拓扑结构概述1.星型拓扑结构：星型拓扑结构是指将所有的设备都连接到一个中心节点上的结构，中心节点充当了网络的控制节点和数据中心。
星型拓扑结构具有易于维护和故障隔离的特点，但是中心节点的故障会导致整个网络的瘫痪。
2.总线型拓扑结构：总线型拓扑结构是指将所有的设备都连接到一个主要通信媒介上的结构，所有的设备共享这个通信媒介。
总线型拓扑结构具有成本低、扩展性好的优势，但是需要注意通信媒介的容量和冲突问题。
3.环型拓扑结构：环型拓扑结构是指将所有的设备连接成一个环状的结构，数据沿着环形路径传输。
环型拓扑结构具有高度的可扩展性和容错性，但是节点的故障会导致整个环路的中断。
4.树型拓扑结构：树型拓扑结构是指将所有的设备连接成一个树状的结构，通常有一个根节点和多个子节点。
树型拓扑结构具有良好的可扩展性和可靠性，但是中心节点的故障会导致整个网络的瘫痪。
5.网状拓扑结构：网状拓扑结构是指网络中的每个设备都与其他设备相连接，形成一个复杂的网络。
网状拓扑结构具有高度的可扩展性和容错性，但是设计和管理复杂度较高。
第二部分：设计考虑因素在进行网络拓扑结构设计时，需要考虑以下几个因素：1.性能要求：根据网络的性能要求选择合适的拓扑结构。
例如，对于对延迟要求较低的关键应用，可以选择星型或者环型拓扑结构；对于大规模的分布式系统，可以选择网状拓扑结构。
2.可靠性要求：根据网络的可靠性要求选择合适的拓扑结构。
例如，对于对故障隔离要求较高的应用，可以选择星型或者树型拓扑结构；对于对容错性要求较高的应用，可以选择环型或者网状拓扑结构。
什么是网络拓扑结构常见的网络拓扑结构有哪些
什么是网络拓扑结构常见的网络拓扑结构有哪些网络拓扑结构是指网络中各设备之间连接的方式和形式，在计算机网络中起着非常重要的作用。
不同的拓扑结构可影响网络的性能、可靠性、扩展性和管理难度。
常见的网络拓扑结构有星型拓扑、总线拓扑、环形拓扑、树状拓扑和网状拓扑等。
1.星型拓扑：星型拓扑是一种将所有终端设备连接到中心设备的结构。
中心设备通常是一个交换机或集线器，它负责将数据从一个终端设备传输到另一个终端设备。
星型拓扑在安装和维护上比较简单，且易于诊断和故障排除。
但是，如果中心设备出现故障，整个网络都将受到影响。
2.总线拓扑：总线拓扑是一种将所有设备连接到同一条总线上的结构。
设备之间通过总线进行通信，数据被发送到总线上并通过总线传输到目标设备。
总线拓扑是一种简单而廉价的网络连接方式，但在同一时间只能有一个设备发送数据，可能会导致数据碰撞和网络拥堵。
3.环形拓扑：环形拓扑是一种通过将所有设备连接成一个环形链路的结构。
每个设备都连接到环中的两个邻近设备，数据通过环形链路传输到目标设备。
环形拓扑适用于小型网络，但在一些链路出现故障时，整个环形拓扑都会受到影响。
4.树状拓扑：树状拓扑是一种将设备连接成树状结构的网络拓扑。
树状拓扑通常由一个或多个核心交换机连接到多个分支交换机的方式构成。
树状拓扑可以很好地扩展和改进网络性能，但是如果核心交换机发生故障，整个网络可能会遭受重大影响。
5.网状拓扑：网状拓扑是一种将所有设备相互连接的结构，每个设备都直接连接到其他设备。
网状拓扑提供了最高的可靠性和容错性，因为即使网络中的其中一部分出现故障，其他设备仍可以保持通信。
网状拓扑通常用于大型企业网络或互联网。
除了以上提到的常见网络拓扑结构，还有混合拓扑、分布式拓扑等特殊结构。
混合拓扑是指将多种拓扑结构组合在一起使用，以满足不同区域或部门的需求。
分布式拓扑是一种将网络设备分布在多个地理位置并相互连接的结构，适用于跨城市、跨国甚至跨洲的大型网络。
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o 路由器提供了防火墙服务。
网络常见设备及网络拓扑结构
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/12/13
网络常见设备及网络拓扑结构
路由器
o 路由器是一种多端口设备，它可以连接不同 传输速率并运行在不同环境下的局域网和广 域网。
网络常见设备及网络拓扑结构
路由器的功能
o 路由器不仅能够追踪网络的某个节点，而且还能和交 换机一样，选择要发送接收数据的两个节点之间的最 佳路径，也就是具有路由选择能力。
o 能够连接不同类型的网络、解析网络层的信息，并且 能够找出网络上一个节点到另一个节点的最优数据传 输路径。
网络常见设备及网络拓扑结构
中继器(Repeater)
o 中继器的作用是放大电信号，提供电流以驱 动长距离电缆。
网络常见设备及网络拓扑结构
集线器（Hub）
o 集线器(HUB)主要是指共享式集线器。 o 相当于一个多口的中继器，一条公共的总线，
能实现简单的共享和地址保护。 o 工作在OSI模型的物理层
网络常见设备及网络拓扑结构
交换机（Switch）
o 交换机是OSI模型中数据链路层上的网络设 备，能够解析出MAC地址信息。
48口交换机
网络常见设备及网络拓扑结构
交换机与集线器的区别
o 在OSI／RM中的工作层次不同 o 数据传输方式不同 o 带宽占用方式不同 o 传输模式不同
网络常见设备及网络拓扑结构
o 路由器不需要保持两个通信网络之间的永久性连接， 路由器可以根据需要建立新的连接，提供动态带宽， 并拆除闲置的连接。
网络常见设备及网络拓扑结构
路由器与交换机的主要区别
o 工作层次不同：交换机工作在数据链路层， 路由器工作在网络层。
o 数据转发所依据的对象不同：交换机利用MAC 地址（物理地址）来确定转发数据的目的地 址，路由器利用IP地址来确定数据转发的地 址。
网络常见设备及网络拓 扑结构
2020/12/13
网络常见设备及网络拓扑结构
实验步骤
o 网络传输介质
n 双绞线 n 同轴电缆 n 光纤
o 网络连接设备
n 网卡 n 集线器 n 交换机 n 路由器 n 调制解调器
网络常见设备及网络拓扑结构
双绞线
o 双绞线（TP，Twisted Pair）是目前使用最广 的一种传输介质，它有价格便宜、易于安装， 适用于多种网络拓扑结构等优点。
译码
编码
令命
控制
并行 数据 网络设备
态状
网卡的工作示意图
网络常见设备及网络拓扑结构
3com 3c905b网卡（10/100Mb/s自适应PCI） TP-LINK 的TF-5239 笔记本网卡
调制解调器
o 调制解调器（Modem）是结合了数据通信与计 算机技术，用于数据通信的一个重要设备。
o 调制解调器的作用： 将来自计算机或其它数据装置送来的数字信 号调制成一定频率范围的音频信号并发送出 去，同样可以将通信媒体（电话线）上的音 频信号解调为计算机能接受的数字信号。
通过从激光器或发光二极管发出的光波穿过 中心纤维来进行数据传输。
光纤（内核）
玻璃包层
外保护套（壳）
网络常见设备及网Leabharlann 拓扑结构单模光纤与多模光纤
网络常见设备及网络拓扑结构
网卡
o 网卡又称网络适配器或网络接口卡 （Network Interface Card, NIC）。
网络通信介质
串行信号
接收
发送
o BNC连接器：安装在细线段的两端，联网时连接到T型连 接头。
o 终端匹配电阻：终端匹配电阻是一种特殊的连接器，细 缆系统中为BNC50Ω，它内部有一个精心选择的、匹配网 络电缆特性的50Ω电阻。在进行网络连接时必须接地。
T型连接头
细缆终端匹配电阻
BNC连接器
网络常见设备及网络拓扑结构
光纤
o 光导纤维简称为光纤。 o 在它的中心部分包括了一根或多根玻璃纤维，
o 由4对扭在一起且相互绝缘的铜导线组成，如图，
两条线扭绞在一起可以减少对邻近线对的电子
干扰。
两对 四对
网络常见设备及网络拓扑结构
同轴电缆
o 同轴电缆是指有两个同心导体，而导体和屏蔽 层又共用同一轴心的电缆。
网络常见设备及网络拓扑结构
同轴电缆的连接器
o T型连接头：用于连接同轴电缆的BNC连接器和网络接口 卡。