第3章 网络拓扑结构设计(1)
第三章网络拓扑结构设计
Date: 31 May 2010
IT Education & Training
3.2 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.
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Date: 31 May 2010
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3.3 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(Centralized Topology)结构 分散式拓扑(Decentralized Topology)结构 分布式拓扑(Distributed Topology)结构 全互连(网状)拓扑(Mesh Topology)结构 不规则拓扑(Abnormity Topology)结构
Date: 31 May 2010
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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Visio 2003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
计算机网络拓扑结构设计
计算机网络拓扑结构设计在当今信息时代，计算机网络已经成为了人们生活和工作中不可或缺的一部分。
而要建立一个高效稳定的计算机网络，拓扑结构的设计是至关重要的。
本文将以第一人称的方式，为您介绍计算机网络拓扑结构设计的相关知识和技巧，助您打造出一款令人惊艳的网络系统。
一、网状拓扑结构网状拓扑结构是最早发展起来的一种网络连接方式，其特点是每个节点与其他节点直接相连。
这种结构具有高度的冗余性和可靠性，能够保证网络的稳定性和可扩展性。
然而，网状拓扑结构在连接方式上存在着一定的复杂性，对网络维护和管理的要求较高。
二、星型拓扑结构星型拓扑结构是一种简单而常见的网络连接方式，其特点是所有节点都直接连接到一个中央节点，形成一个星形结构。
这种结构具有易于管理和维护的优势，同时也能保证数据传输的可靠性和稳定性。
然而，星型拓扑结构也存在单点故障的问题，当中央节点出现问题时，整个网络将无法正常工作。
三、总线拓扑结构总线拓扑结构是一种广泛应用于局域网的连接方式，其特点是所有节点都通过一根总线连接起来。
这种结构具有简单、经济的特点，适用于小型网络。
然而，总线拓扑结构的带宽是共享的，当同时有多个节点进行数据传输时，会出现冲突和拥塞的情况。
四、环形拓扑结构环形拓扑结构是一种节点按环状布置的网络连接方式，每个节点只与相邻的节点相连。
这种结构具有良好的平衡性和对等性，能够有效减少数据传输的冲突。
然而，环形拓扑结构在节点的数量较多时，数据传输的延时也会增加。
五、树型拓扑结构树型拓扑结构是一种层次化的网络连接方式，其特点是将网络分为多个层次，每个层次都有一个中心节点。
这种结构具有良好的扩展性和冗余性，兼具环状拓扑结构和星型拓扑结构的优点。
然而，树型拓扑结构在中心节点出现问题时，整个网络将受到影响。
六、组合拓扑结构除了以上常见的拓扑结构外，实际应用中常常会采用组合拓扑结构，将多种拓扑结构相互组合，以满足不同的需求。
例如，将星型拓扑结构和总线拓扑结构相结合，可以兼具可靠性和扩展性。
网络拓扑结构设计
主讲：易建勋
第3章 网络结构设计
7
3.5 网络冗余设计
3.5.3 LAN冗余链路设计 • 冗余链路构成了网络环路，广播信息会在环路中循 环发送，导致网络性能降低。 • 环路引起的广播风暴，可通过STP或Trunk技术解决。 • STP原理： 将导致循环的端口设置为阻塞状态。当链路出现故 障时，启用已经被屏蔽的备用链路。
3.5 网络冗余设计
• 链路备份和负载均衡在物理结构上完全一致，但完 成的功能完全不同，工作模式也完全不同。 • 冗余链路用于网络备用时，2条冗余链路只有一条工 作，另外一条处于热备监控状态。 • 冗余链路用于负载均衡时，多条冗余链路同时工作， 不存在备用链路。
3.5 网络冗余设计
（2）单点故障 • 单点故障指网络中某一单个节点或某一单条链路发 生故障时，可能导致用户与核心设备或网络服务的 隔离。 • 冗余链路可以绕过单点故障。
3.5 网络冗余设计
3.5 网络冗余设计
（3）冗余设计的内容 • 冗余设计包括：链路冗余、交换机冗余、路由器冗 余、服务器冗余、电源系统冗余、软件冗余等。 • 最好的冗余是多台主机互为热备。 • 链路冗余可以采用链路聚合技术； • 服务器冗余可以采用双机热备方法； • 交换机、路由器、服务器都可采用冗余电源； • 软件冗余可以采用双服务器软件镜像的方法。
3.5 网络冗余设计
（4）网络链路的冗余设计 • 链路聚合技术主要适用点对点通信。 • 链路聚合技术投资较大，但可靠性好。 （5）冗余设计要求 • 只有在网络链路中断时，才启用冗余链路。 • 尽量不要将冗余链路用于负载平衡。 • 一般在核心层采用链路聚合技术。
电脑网络拓扑结构的设计与规划
电脑网络拓扑结构的设计与规划在计算机网络中，拓扑结构是指网络中各个节点（节点指计算机、路由器、交换机等）之间连接关系的物理组织形式。
在设计和规划网络拓扑结构时，需要考虑多方面的因素，如网络规模、带宽需求、数据安全性、故障纠正等。
本文将从设计和规划两方面对电脑网络拓扑结构进行探讨。
一、设计电脑网络拓扑结构1. 星型拓扑星型拓扑是指所有节点通过一个中央集线器（或交换机）连接在一起，中央集线器负责转发所有的数据包。
这种拓扑结构简单、易于管理，适用于小型网络。
但是，如果集线器出现故障，整个网络都会瘫痪。
因此，这种拓扑结构适用于要求不高的局域网。
2. 总线拓扑总线拓扑就是所有节点连接在同一根传输介质上，节点之间通过介质进行通信。
这种拓扑结构利用率高、硬件要求低，适用于小型网络。
但是，如果其中有一段介质发生故障，整个网络就会瘫痪。
3. 环型拓扑环型拓扑是指所有节点连接成一个环，相邻节点之间通过双向传输介质进行通信。
这种拓扑结构在节点数量较少的情况下比较适用，但是如果环中的一条链路发生故障，整个网络也会瘫痪。
4. 树型拓扑树型拓扑是指将所有节点组织成树状结构，树的根节点是网络的核心节点，其余节点通过边连接。
这种拓扑结构通信效率高、扩展性强，但是成本较高。
5. 网状拓扑网状拓扑是指所有节点之间都通过多条链路相互连接。
这种拓扑结构冗余度高、扩展性强、可靠性好，但是成本高，维护难度大。
二、规划电脑网络拓扑结构在规划网络拓扑结构时，应先确定网络规模、带宽需求、数据安全性、故障纠正等要素。
然后，根据这些要素选择合适的拓扑结构。
1. 网络规模和拓扑结构的关系网络规模是指网络中计算机的数量，它决定了应该选择何种拓扑结构。
一般来说，小型网络可以采用星型或总线拓扑结构，而大型网络则需要选择树型、网状等结构。
2. 带宽需求和拓扑结构的关系网络的带宽需求直接决定了采用何种拓扑结构。
如果要求高速的数据传输，则应选择带宽大、数据传输速率高的拓扑结构，如网状、树型等。
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。
网络拓扑结构设计
网络拓扑结构设计一、小型星型网络结构设计示例星型网络主要是以相对廉价的双绞线为传输介质的，网线的两端各用一个RJ-45水晶头为网络连接器。
这里所指的小型星型网络是指只有一台交换机(当然也可以是集线器，但前已很少使用)的星型网络，主要应用于小型独立办公室企业和SOHO用户中。
这类小型型网络所能连接的用户数一般在20个左右，当然也有可以连接高达40多个用户的，如48 的交换机，具体要根据交换机可用端口数而定。
1．网络要求•所有网络设备都与同一台交换机连接。
•整个网络没有性能瓶颈。
•要有一定的可扩展余地。
2．设计思路(1)确定网络设备总数这是整个网络拓扑结构设计的基础，因为一个网络设备至少需要连接一个端口，设备数一旦确定，所需交换机的端口总数也就确定下来了。
这里所指的网络设备包括工作站、服务器、网络打印机、路由器和防火墙等所有需要与交换机连接的设备。
本示例的设备总数就是 20个以内工作站用户+一台服务器+一台宽带路由器+一台网络打印机=23。
根据这样的计算结果，24口是最低要求，而本示例中的交换机有24个1 O／1 00Mbps端口，两个1 O／1 00／1 00Mbps 端口，一共26个端口，可以满足该网络的连接需求，但最好选择端口数更多的交换机。
(2)确定交换机端口类型和端口数一般中档二层交换机都会提供两种或以上类型的端口，如本示例中的1 O／1 00Mbps和 1 O／1 00／1 00Mbps，都是采用双绞线RJ-45端口。
有的还提供各种光纤接口。
之所以要提供这么多不同类型的端口就是为了满足不同类型设备网络连接的带宽需求。
一般来说，在网络中的服务器、边界路由器、下级交换机、网络打印机、特殊用户工作站等所需的网络带宽较高，所以通常连接在交换机的高带宽端口。
如本示例中的服务器所承受的工作负荷是最重的，直接与交换机的其中一个千兆位端口连接(另一个保留用于网络扩展)；其他设备的带宽需求不是很明显(宽带路由器目前的出口带宽受连接线路限制，一般在 1 0Mbps以内，所以在局域网端口方面就没必要连接高带宽端口了，其他企业级路由器就不一样了)，只需连接在普通的1 O／1 00Mbps快速自适应端口即可。
计算机网络拓扑规划与设计
计算机网络拓扑规划与设计第一章介绍1.1 计算机网络的重要性1.2 计算机网络拓扑规划与设计的定义1.3 本章内容概述第二章计算机网络拓扑的基础概念2.1 拓扑结构的定义与分类2.1.1 线性拓扑结构2.1.2 星型拓扑结构2.1.3 环型拓扑结构2.1.4 树型拓扑结构2.1.5 网状拓扑结构2.2 网络拓扑的选择原则2.2.1 可靠性与冗余2.2.2 性能与传输2.2.3 扩展性与可管理性2.3 本章小结第三章计算机网络拓扑规划与设计的步骤 3.1 需求分析3.1.1 网络规模与覆盖范围3.1.2 对网络安全性的需求3.1.3 对网络性能的需求3.2 拓扑结构设计3.2.1 基础设施选择3.2.2 子网划分3.2.3 路由器与交换机配置3.3 网络设备选型与布局3.3.1 路由器的选择3.3.2 交换机的选择3.3.3 外围设备的选择3.4 网络测试与优化3.4.1 网络连接测试3.4.2 网络性能测试3.4.3 网络优化配置3.5 本章小结第四章计算机网络拓扑规划与设计案例分析4.1 小型企业办公网络设计4.1.1 办公室拓扑结构设计4.1.2 设备选型与布局4.1.3 网络测试与优化4.2 中型企业数据中心设计4.2.1 数据中心拓扑结构设计4.2.2 设备选型与布局4.2.3 网络测试与优化4.3 大型高校校园网络设计4.3.1 校园网络拓扑结构设计4.3.2 设备选型与布局4.3.3 网络测试与优化4.4 本章小结第五章计算机网络拓扑规划与设计的挑战与未来发展5.1 大规模物联网和移动互联网的挑战5.2 软件定义网络（SDN）的兴起5.3 5G时代的网络拓扑规划与设计5.4 本章小结结论通过本文对计算机网络拓扑规划与设计的研究，我们了解了拓扑结构的不同分类和选择原则，并掌握了拓扑规划与设计的具体步骤。
我们还通过案例分析，了解了不同场景下的拓扑规划与设计方法。
同时，我们也认识到了未来网络拓扑规划与设计面临的挑战和发展方向，如大规模物联网和移动互联网的需求以及软件定义网络和5G技术的兴起。
《计算机网络课件-网络拓扑结构设计》
易于管理和扩展，但是当集线器故障时，将影 响全部子节点。
混合拓扑
结合了多种拓扑结构的优点，使得网络更加稳 定、灵活和可靠。
总结
网络拓扑结构对于实现高效稳定的计算机网络至关重要，因此我们应该了解 不同的拓扑结构及其用途，以更好地设计和维护网络。同时，结合实际需求 和要求，选择最佳拓扑结构可以提高网络的可靠性和性能。
由多个星型拓扑结构组成的层次结构。
网络拓扑结构的选择因素
规模大小
网络的规模大小将影响拓扑结 构的选择，包括计算机数量和 物理距离。
成本限制
不同的拓扑结构适用于不同的 成本预算，例如，有些拓扑结 构需要更多的设备和布线。
安全性要求
某些拓扑结构提供更好的安全 性，例如，网状拓扑或混合拓 扑可以提高网络的弹性和容错 性。
网络拓扑结构设计
在计算机网络中，拓扑结构是构建网络的基础。本课程将介绍网络拓扑结构 的基本概念和意义，以及如何根据需要为特定的网络环境选择最佳结构。
了解不同的网络拓扑结构
星型拓扑
所有计算机都连接到一个中心集线器。
总线拓扑
所有计算机都连接到同一条电缆上。
环型拓扑
计算机通过形成闭合环路进行连接。
树型拓扑
网络拓扑结构的设计步骤
1
确定规模和需求
了解网络的需求和规模，例如，预计的用户数、数据流量等。
2
选择最佳拓扑结构
根据需求选择最佳的拓扑结构，如优美、稳定、安全、易于维护等。
3
设计细节
在拓扑结构中确定每个设备的位置、连接方式和网络地址。
4
实施和测试
根据设计的规划实施和测试，调整细节并对网络进行优化。
常见拓扑结构的优缺点
星型拓扑
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双环网的“自愈”
• SDH环网采用双环或多环结构。
–SDH环网正常工作时，外环传输数据，内环作为备用环路。 –当环路发生故障时，信号自动从外环切换到内环，这种 功能称为“自愈”。
四、网状型拓扑结构
• 一般用于城域网、广域网，大型局域网 核心层。 • 网络中任何两个节点之间都有直达链路 连接，通信过程中不需要进行信号转接。 • 网络中节点数为N，连接网络链路数H为：
三、环型拓扑结构
• 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，信号沿一个方向传输。 • 环网结构有：
– 单环 – 多环 – 环相切 – 环内切 – 环相交 – 环相连
• SDH环网结构应用
环网的实际施工
• 环型结构是一种点对点链路。 • 在工程设计中，往往在环的两端实现环的封 闭。环网在物理上呈总线形状，逻辑上仍然 是环型拓扑结构。
复习
• 网络工程设计规范：
– ITU（国际电信联盟）、IEEE（国际电子电气工程师 协会）、IETF（因特网工程任务组）
• 网络体系结构（分层+协议）： 网络体系结构（分层+
– OSI/RM、TCP/IP、IEEE802.3 OSI/RM、TCP/IP、
• 网络工程设计模型（重点）：三层模型 网络工程设计模型（重点）：三层模型 • 网络工程设计原则：
点对点
网 状 型 总 线 型 广播 星 型 蜂 窝 型
3.1 点对点类型网络拓扑结构
• 将网络中节点以点对点方式连接起来，通过单独的链路进行 数据传输，两个节点之间可能存在多条单独链路。
• 点对点与端到端：
– 点对点是两个节点之间的物理链路。 – 端到端是跨越多个中间节点的逻辑链路，由多个点对点实现。
N ( N − 1) H= 2
3.2 广播类型网络拓扑结构
•广播网络信号传输方式
一、广播网络的特点
• 广播网络工作原理：CSMA/CD CSMA/CD • 冲突域：同一网段在同一时刻只能有一个信号发送 • 广播域：存在于以太网中，在一个网段，一台主机 在发送消息的同时，其他所有主机都能收到。
• 广播风暴：大量无用的广播数据包形成 广播风暴。 • 产生广播风暴的原因：
四、蜂窝型拓扑结构
• 主要用于无线通信网络。
–把微波覆盖区域分为大量相连的小区域，每个区域都 使用自己的、低功率的无线发送和接收基站（BS）或 无线接入点（AP） –蜂窝的大小与基站或AP发射功率有关。 –蜂窝型拓扑结构使用 频分复用方法
五、混合型拓扑结构
混合型结构的顶层节点负荷较重。 混合型结构的顶层节点负荷较重。
• 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。
各种拓扑结构的分类与工作方式
网 类 络 型 拓扑结构 类型 链路型 环 型 主 要 应 用 WAN WAN WAN LAN LAN WLAN 工 作 机 制 PPP SDH、DWDM 、 多种方式 CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CA 相 关 标 准 RFC1134 ITU-T G.803 多种标准 IEEE 802.3 IEEE 802.3 IEEE 802.11
点对点网络 VS 广播网络
• 工作原理
– 点对点网络：实现网络节点一对一的通信， 通信协议是PPP（广域网路由器）、PPPoE （局域网内提供拨号连接） – 广播网络：网络上所有节点共享一条信道， 采用CSMA/CD原理避免冲突。
• 适用场合
– 点对点网络主要用于城域网和广域网，如路 由器、光纤、DDN专线。 – 广播网络广泛用于局域网 局域网。 局域网
• 多级星型结构：在基本星型结构的基础上通过多台交 换机级联，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。
• 树型拓扑结构：由多级星型结构组成，自上而下呈 三角形分布。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。
• 大中型网络通常采用树型拓扑结构。
– 80/20与20/80、2用2备2扩、效率与公平（交换机 80/20与20/8型
• 点对点类型（Point to Point）：一对一通信 点对点类型（ ）：一对一通信 ）：
• 广播类型（Point to Muiltpoint）：一对多（全部） 广播类型（ ）：一对多 ）：一对多（全部） 通信
– 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 – 软件使用
二、总线型拓扑结构
• 采用一条通信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。
三、星型拓扑结构
• 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。 • N个节点完全互联需要N-1条传输线路。 • 中心节点设备通常采用交换机。（思考：集线器可以吗） • 传输距离限制：通常采用双绞线作为传输介质，所能连 接的网络范围最大直径为200米
一、链路型（线型）拓扑结构 链路型（线型）
• 链路型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。
– 总线网络采用广播 广播方式进行数据传输； – 而链路形网络采用点对点 点对点方式进行信号传输。
• 支持链路型的网络：
– SDH（同步传输网，提供数字电路接入服务） – DWDM（密集波分多路复用） – ATM（异步传输模式，ISDN）
大学校园网结构
• 支持拓扑结构
–支持点对点网络的拓扑：链路型、环型、 网状 –支持广播式网络的拓扑：星型网、总线 网、蜂窝网（无线局域网）
• 优缺点
–点对点网络：网络性能不会随数据流量 加大而降低。但中间节点较多时，增加网 络时延。 –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；但网络流量很大时，容易导致网 络性能急剧下降。