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任务二 网络拓扑结构

知识点​

一、基础概念​

  1. 什么是拓扑学？它与计算机网络有什么关系？ 答：拓扑学是几何学分支，由图论演变而来；把实体抽象成无关大小形状的点，连接线路抽象成线，研究点线面关系。计算机网络设计借用了这一思想。

拓扑学是研究事物之间的关系的学科。在研究关系时，忽略事物的大小、形状、距离。只关注关系。

计算机拓扑学：将网络设备抽象为点，将通信线路抽象为线，研究网络中各实体之间的结构关系。

  1. 什么是计算机网络拓扑结构？ 答：不考虑地理位置，将网络中的计算机、网络设备抽象为节点，通信线路抽象为连线，由点、线构成的几何图形，用来表示网络各实体之间的连接关系。

  2. 网络拓扑结构能反映什么？ 答：反映网络中各实体之间的结构关系。

  3. 网络拓扑结构在网络设计中的作用，为什么说它是网络设计第一步？ 答：①需要确定网络设备的位置；②拓扑直接决定网络性能、系统可靠性、通信费用与建设投资；③是实现各类网络协议的基础。

二、局域网拓扑分类​

  1. 局域网的拓扑结构主要有哪些？还有哪些其他拓扑？ 答：局域网主要三种：星型、总线型、环型；另外还有混合拓扑、蜂窝拓扑结构。

主要有三种：

  • 星型：一个中心节点，若干个直接连接中心节点的其他节点
    • 中心节点：集线器或交换机
    • 特点：集中控制型网络
    • 传输介质：双绞线或光纤
  • 总线型：所有节点连接到总线（主干电缆）
    • 传输介质：同轴电缆或光缆
    • 特点：1. 没有中心节点 2. 串行传递、两端扩散（广播式网络）
  • 环型拓扑结构：所有节点通过点到点首尾相连，形成一个闭环。
    • 传输材质：公共传输电缆
    • 特点：沿环型节点传输
    • 典型局域网的拓扑结构主要有哪些？：令牌网

三、星型拓扑结构​

  1. 什么是星型拓扑结构？中心节点可以是什么设备？ 答：以一个节点作为中心节点，其余所有节点直接和中心节点相连。中心节点可以是文件服务器、集线器、交换机等连接设备。

  2. 星型拓扑的控制方式是什么？节点之间如何通信？ 答：属于集中控制型网络，由中心节点统一管理。节点通信都要经过中心节点：发送方先发给中心节点，再由中心节点转发给目标节点；中心节点负担重，外围节点通信处理简单。

  3. 星型拓扑的优点 答：①控制简单，便于监控管理；②故障诊断与隔离容易，单点故障仅影响单个设备，不影响全网；③方便提供网络服务，便于网络重新配置。

  4. 星型拓扑的缺点 答：①需要大量电缆，安装维护工作量大；②中心节点容易形成性能瓶颈，一旦故障，全网瘫痪。

  5. 目前应用最广泛的局域网拓扑是哪一种？原因是什么？ 答：星型拓扑。原因：结构简单、便于管理、建网容易；使用双绞线/光纤，符合综合布线标准，能满足多种带宽需求；故障隔离简单，方便运维与网络调整。

四、总线型拓扑结构​

  1. 什么是总线型拓扑结构？总线一般使用什么传输介质？ 答：所有节点直接连接到一条主干电缆（总线），无中心节点；介质常用同轴电缆（粗缆、细缆）或光缆。

  2. 为什么总线型网络称为广播式网络？信息如何传递？ 答：信息以基带形式串行传输，从发送节点向总线两端扩散，类似广播。各节点收到信息后校验地址，只有地址匹配的节点才接收数据。

  3. 总线型拓扑结构特点 答：①无需额外互联设备，组网成本低；②节点共享总线带宽，用户越多传输速度越低；③扩展灵活，但可接入节点数量有限；④单个节点故障不影响全网；总线主干一旦断裂，网络瘫痪，主干故障排查困难；⑤同一时刻只允许一个节点发送数据，其余节点等待获取发送权。

五、环型拓扑结构​

  1. 什么是环型拓扑结构？ 答：各节点通过点到点链路首尾相连，形成闭合环路；数据沿固定单向方向，在环路各节点之间依次传输。

  2. 环型拓扑适用什么网络？什么是令牌？ 答：多用于IEEE 802.5令牌环网。令牌是一个数据帧，包含控制信息、数据信息；控制信息包含源地址、目标地址、忙/闲状态，用来控制节点的数据发送权限，令牌在环上依次传递。

  3. 环型拓扑结构特点 答：①组网简单、投资省，无需交换机/集线器等集中设备；②维护困难，任意节点故障就会造成全网中断，故障查找难度大；③扩展性差，增删节点需要中断整个网络；④数据单向流动，两点之间仅有一条路径，路径选择逻辑简单；⑤节点过多时，串行转发会降低传输速率，网络响应变慢。

六、混合拓扑、蜂窝拓扑​

  1. 什么是混合拓扑结构？有什么特点？ 答：由多种拓扑组合而成（例如星型+总线型），可以兼顾不同拓扑结构各自的优点。

  2. 什么是蜂窝拓扑结构？特点与适用场景？ 答：无线局域网常用拓扑，以微波、卫星、红外等无线介质进行点到点/多点传输；每个蜂窝中心部署无线收发设备；适用于无线局域网、城域网。

  • 蜂窝拓扑结构是指网络节点按照蜂窝状结构排列形成的网络结构。
  • 特点：①属于无线拓扑结构 ②点到点传输 或 多点传输 ③无线传输介质（微波、卫星、红外）

七、任务实施​

  1. 本任务（网络拓扑结构）实施步骤 答：①打开计算机，使用关键词“计算机网络的拓扑结构”搜索资料；②整理分析搜索结果，总结各类拓扑结构特点；③确定应用最广泛的拓扑，从连接、维护等角度分析其普及原因。

五种局域网拓扑结构对比图：​

拓扑类型类型标签核心描述优点缺点补充信息
星型集中控制型中心节点为文件服务器或集线器/交换机，各节点直接连中心节点控制简单；故障易隔离（单点故障不影响全网）；便于提供服务电缆耗费多；中心节点易成"瓶颈"应用：目前局域网最普遍采用，常用双绞线/光纤
总线型广播式网络所有节点连到一条主干电缆（总线）上，无中心控制，信息向两端扩散组网费用低；扩展灵活；单节点失效不影响全网共用带宽，用户增多速度下降；总线中断则全网中断；一次仅一端可发送介质：同轴电缆（粗缆/细缆）或光缆
环型令牌传递节点经点到点链路首尾相连成闭合环，数据沿固定方向逐节点传递组建简单、投资较省；路径选择简化；控制软件简单任一节点故障全网瘫痪；维护困难；扩展须中断网络应用：IEEE 802.5 令牌网（Token Ring）
混合型组合结构将多种拓扑结构的局域网连在一起形成（如星型＋总线型）兼并了不同拓扑结构的优点--
蜂窝型无线结构无线局域网常用，每个蜂窝中心位置设无线收发设备以无线介质传输-介质：微波/卫星/红外；适用：局域网和城域网

树形拓扑结构​

  • 树形拓扑（树型）：是星型拓扑的扩展
  • 属性拓扑的结构：分层结构，有根节点、分支节点、叶子节点
  • 适用范围：适合分级管理、大范围局域网（校园网、园区网）。
  • 校园网标准三层架构（树型的分层）：核心层 → 汇聚层 → 接入层
  • 校园网主干整体是树形拓扑（树型）；每一栋楼内部是星型拓扑，属于树型拓扑的扩展（树=多层星型）。
层次设备位置核心功能
核心层核心三层交换机校园网管中心（根节点）全网高速骨干转发；连接互联网出口、校园服务器群
汇聚层汇聚三层交换机每栋教学楼/宿舍楼汇聚本楼宇所有流量；划分VLAN、路由、安全控制；楼宇之间光纤连核心
接入层接入二层交换机、AP教室、办公室、宿舍电脑、手机终端接入网络；接入层内部是星型拓扑，每台电脑单独连接入交换机

校园网整体结构是什么​

整体拓扑是树形拓扑

以核心交换机作为树根；各个楼宇汇聚交换机是主干分支；楼层接入交换机、学生电脑是叶子节点。

优点：易于扩展、故障隔离方便、分级管理（新增教学楼直接增加分支，不影响全网）

缺点：根节点（核心交换机）一旦故障，整个校园网瘫痪，大型校园网一般做双核心冗余备份。

楼宇内部（接入层）：星型拓扑

教室里所有计算机单独网线接到本楼层接入交换机，属于星型。单个电脑网线坏了，只影响这一台，不影响其他主机。

校园网典型网络拓扑是什么？​

答：校园网典型拓扑是树形拓扑（树型），树形拓扑是星型拓扑的扩展，采用三层层次化结构：核心层、汇聚层、接入层。

  1. 核心层：核心交换机，作为网络主干，负责全网高速转发；
  2. 汇聚层：各楼宇汇聚交换机，汇聚本楼宇流量，实现VLAN、路由；
  3. 接入层：楼层接入交换机，终端电脑以星型方式接入交换机。 优点：方便分级管理、容易扩展、故障隔离简单，适合校园这种大型局域网。

豆包出题​

一、填空题（共25题）​

  1. 拓扑学是______的一个分支，它由______演变而来。

  2. 在拓扑学中，先将实体抽象为与大小、形状无关的______，再将连接实体的线路抽象为______。

  3. 如果不考虑实际网络的地理位置，把网络中的计算机、设备等视为______，把通信线路视为______，就初步抽象出了计算机网络的拓扑结构。

  4. 网络拓扑结构通常可以反映出网络中各实体之间的______关系。

  5. 网络的拓扑结构将直接关系到网络的______、______、通信及投资费用等因素。

  6. 选用总线型拓扑结构时，其______的使用量较少，投资也就较少。

  7. ______结构还是实现各种协议的基础。

  8. 网络拓扑结构的选择和设计是计算机网络设计的______。

  9. 局域网的拓扑结构主要有______、______和______三种。

  10. 星型拓扑结构是用一个节点作为______，其他节点直接与其相连构成的网络。

  11. 星型拓扑结构中常见的中心节点为______或______。

  12. 星型拓扑结构的网络属于______网络，整个网络由中心节点执行集中式控制管理。

  13. 星型拓扑结构中，中心节点负担重，容易形成______，一旦发生故障，则全网受影响。

  14. 采用星型拓扑结构的局域网，一般使用______或______作为传输介质。

  15. 总线型拓扑结构中，所有节点都直接连到一条主干电缆上，这条主干电缆就称为______。

  16. 总线所采用的介质一般是______（分为粗缆和细缆）或光缆。

  17. 总线型网络中，公用总线上的信息多以基带形式进行串行传递，其传递方向从发送节点向两端扩散，如同广播电台发射信息，因此又称______网络。

  18. 总线型网络因为各节点是______总线带宽的，所以传输速度会随着接入用户的增多而下降。

  19. 环型拓扑结构由网络中若干节点通过______的链路首尾相连形成一个闭合的环。

  20. 环型网络中，数据在环路中沿着______在各个节点间传输。

  21. 令牌网一般仅适用于IEEE ______标准的环型网络。

  22. 所谓"令牌"其实是一个______，由______和______两部分组成。

  23. 混合结构是将______的局域网连在一起而形成的。

  24. ______拓扑结构是无线局域网中常用的结构。

  25. 蜂窝拓扑结构以无线传输介质（______、卫星、红外等）点到点传输和多点传输为特征，适用于______和城域网。

二、单选题（共10题）​

  1. 星型拓扑结构中，常见的中心节点设备是（　） A. 调制解调器 B. 集线器或交换机 C. 路由器 D. 网卡

  2. 星型拓扑结构属于（　） A. 分布式控制型网络 B. 集中控制型网络 C. 分散控制型网络 D. 无控制型网络

  3. 总线型拓扑结构中，总线通常采用的传输介质不包括（　） A. 粗缆 B. 细缆 C. 光缆 D. 双绞线

  4. 总线型网络又被称为（　） A. 交换式网络 B. 广播式网络 C. 点对点网络 D. 环型网络

  5. 令牌网（Token Ring Network）属于哪种拓扑结构（　） A. 星型 B. 总线型 C. 环型 D. 蜂窝型

  6. 令牌网所遵循的IEEE标准是（　） A. 802.3 B. 802.4 C. 802.5 D. 802.11

  7. 下列关于环型拓扑结构特点的描述，错误的是（　） A. 网络组建比较简单，投资较省 B. 维护困难，任一节点故障会造成整个网络中断 C. 扩展性能好，添加节点无需中断网络 D. 信息流沿固定方向流动

  8. 蜂窝拓扑结构主要应用于（　） A. 有线局域网 B. 无线局域网 C. 广域网骨干 D. 城域网骨干

  9. 目前局域网普遍采用、应用最广泛的拓扑结构是（　） A. 星型 B. 总线型 C. 环型 D. 蜂窝型

  10. 混合拓扑结构（图1-6所示）是由哪两种结构组合而成（　） A. 星型与环型 B. 总线型与环型 C. 星型与总线型 D. 星型与蜂窝型

三、判断题（共5题）​

  1. 星型拓扑结构中，单个连接点的故障会影响整个网络的连通性。（　）

  2. 总线型拓扑结构中，单个节点失效不影响整个网络的正常通信；但如果总线某处中断，则整个网络或相应主干网络就会中断。（　）

  3. 环型拓扑结构扩展性好，添加或移出节点时不需要中断整个网络。（　）

  4. 蜂窝拓扑结构是有线局域网中常用的结构。（　）

  5. 网络拓扑结构的选择和设计是计算机网络设计的第一步。（　）

参考答案​

一、填空题答案​

  1. 几何学；图论
  2. 点；线
  3. 节点；连线
  4. 结构
  5. 性能；系统可靠性
  6. 传输介质
  7. 拓扑
  8. 第一步
  9. 星型；总线型；环型
  10. 中心节点
  11. 集线器；交换机
  12. 集中控制型
  13. "瓶颈"
  14. 双绞线；光纤
  15. 总线
  16. 同轴电缆
  17. 广播式
  18. 共用
  19. 点到点
  20. 一个方向
  21. 802.5
  22. 数据帧；控制信息；数据信息
  23. 多种拓扑结构
  24. 蜂窝
  25. 微波；局域网

二、单选题答案​

  1. B　　2. B　　3. D　　4. B　　5. C
  2. C　　7. C　　8. B　　9. A　　10. C

三、判断题答案​

  1. ×（单个连接点故障只影响一个设备，不会影响全网连通性）
  2. √
  3. ×（环型扩展性差，添加或移出节点必须中断整个网络）
  4. ×（蜂窝拓扑是无线局域网中常用的结构）
  5. √