网络拓扑和网络介质

1、网络拓扑和网络介质网络拓扑和网络介质王吉天2012.11.11计算机网络拓扑的定义 拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线、面之间的关系线、面之间的关系; ; 计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系间的结构关系; ; 计算机网络拓扑主

2、要是指通信子网的拓扑构型计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型; ; 拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。有重大影响。按网络的拓扑结构分类按网络的拓扑结构分类（1）总线状（2）星状（3）环状（4）树状（5）网状（6）不规则状终接器终接器终接器终接器工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站总线型网络拓朴结构总线型网络拓朴结构总线型拓扑结构的特点: 一般使用同轴电缆进行网络连接,不需要中间连接设备,建网成本较低 每一网段的两端都需要安装终结电阻.仅适用于连接计算机较少(一般应少于20台)的网络 网络的稳定性较差,任一节点出现故障

3、将会导致整个网络的瘫痪. 目前单纯的总线型结构主要用于10Mbit/s的共享网络总线型总线型星型网络拓朴结构星型网络拓朴结构工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站集线器集线器星型拓扑结构的特点: 优点 ： 1、易于故障的诊断 2、稳定 性好 3、易于故障的隔离 4、易于网络的扩展 5、易于提高网络的传输速度 缺点： 1、布线费用大 2、对中央结点要求高星型星型环型网络拓朴结构环型网络拓朴结构工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站环型结构 结构：将网上计算机连接成一个封闭的环。 特点 两台计算机间由唯一通路，没有路径选择问题 电

4、缆长度短 结点较多时，性能下降，但没有总线网那样严重 不便于扩充 一台计算机故障会影响全网。 故障诊断困难 典型网络：令牌环网、FDDI树型网络拓朴结构树型网络拓朴结构工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站PCsServerHubPCsServerHubPCsServerHubPCsServerHubPCsServerHubRouter树型树型树型 树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。 树型 1. 优点 易于扩充。树形结构可以延伸出很多分

5、支和子分支，这些新节点和新分支都能容易地加入网内。 故障隔离较容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将故障分支与整个系统隔离开来。 2. 缺点 各个节点对根节点的依赖性太大。如果根发生故障，则全网不能正常工作。网型网络拓朴结构网型网络拓朴结构工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站网型网状拓扑的优点： (1) 网络可靠性高，一般通信子网中任意两个节点交换机之间，存在着两条或两条以上的通信路径，这样，当一条路径发生故障时，还可以通过另一条路径把信息送至节点交换机。 (2) 网络可组建成各种形状，采用多种通信信道，多种传输速率。 (3) 网内节点共享资源容易

6、。 (4) 可改善线路的信息流量分配。 (5) 可选择最佳路径，传输延迟小。网状拓扑的缺点： (1) 控制复杂，软件复杂。 2) 线路费用高，不易扩充。网状拓扑结构一般用于Internet骨干网上，使用路由算法来计算发送数据的最佳路径。混合型网络拓朴结构混合型网络拓朴结构工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站(6)混合型拓扑结构混合型拓扑结构星型星型-总线型总线型总线型总线型星型星型-环型环型混合型混合型混合型：混合型：是指将两种或两种以上标准拓扑结构进行有是指将两种或两种以上标准拓扑结构进行有机结合机结合。注：混合型(分布式，集散型)网络结构特别使用与一个学

7、校、企业、工厂等各个办公楼分散的情况e.蜂窝型其他型其他型各拓扑分析型号型号优点优点缺点缺点备注备注总线型架设成本低、易安装、易扩充故障后果严重、故障诊断困难、传输效率低需要两端加终端电阻星型易于故障的诊断与隔离，稳定性好，易于网络的扩充，易于提高传输率费用高、布线难、依赖中央节点需要HUB或交换机环型此结构适应于星型结构无法适用的，跨越较大地理范围的网络，因此更适用广域网，FDDI和IEEE MAN（城域网）使用的是双环。网状较高的可靠性实现起来费用高、结构复杂、不易管理和维护在广域网中还经常采用部门网状连接方式星形总线几个星形拓扑由总线形的干线连接起来网络传输介质 1 双绞线 2 同轴电缆

8、 3 光纤 4 无线电短波通信 5 地面微波接力通信 6 红外线和激光 7 卫星通信 8 VSAT卫星通信 传输介质 传输媒体的特性： 物理特性：结构、接口等 传输特性：信号形式、传输速率、带宽等 连通性：点点连接或一点对多点连接 地理范围：连接的最大长度 抗干扰性：防噪声、电磁干扰的能力 相对价格：元件本身及安装维护的成本双绞线Twisted Pair 特点：方便实用，故障排除方便，且传输率较快，但成本较高。 分类: 屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair） 非屏蔽双绞（UTP，Unshielded Twisted Pair）非屏蔽双绞线屏蔽双绞线非屏蔽双绞线电缆具有

9、以下优点 1无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间，成本低； 2重量轻，易弯曲，易安装； 3将串扰减至最小或加以消除； 4具有阻燃性； 5具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。 6既可以传输模拟数据也可以传输数字数据。STPUTPUTP和和STP的区别：的区别：STP在电线与外部塑在电线与外部塑料套之间有一个屏蔽层料套之间有一个屏蔽层1 双绞线 表2-3是UTP电缆的常见类型，10BaseT局域网中主要使用3类线，5类常用于100BaseT局域网，它们的有效传输距离一般在100m左右。另外还有超5类双绞线电缆，通过对其“信道”性能测试结果表明，与普通5类双绞线电缆比较，它的近端串扰、衰减和结

10、构回波等主要性能指标都有很大提高。 UTP类別描述最大传送速度第一类(CAT 1)铜线沒有缠绕，不能传送资料。 只能传输语音第二类(CAT 2)沒有缠绕，可传送资料。4Mbps第三类(CAT 3)每英尺缠绕三次，是架设 10BaseT 网络的基本需求。10Mbps第四类(CAT 4)缠绕较第三类密，適合架设令牌网络(Token Ring Network)，。16Mbps第五类(CAT 5)缠绕最紧密，适合于架设高速以太网络上100Mbps双绞线的选购 包装好：包装纸箱质地、印刷都很精好，许多厂家有防伪标志。 有标识：五类线包皮上一般有“AWGCAT5” 以及生产厂商的名称。AWG表示铜线采用A

11、WG标准，铜线直径采用0.5mm。 绞合密度： 颜色清： 韧性好： 不燃烧：判断线缆是否阻燃。 使用温测试仪进行测试：如福禄克电缆测试仪和电缆分析仪进行测度。 品牌：安普 、朗讯（Lucent）、丽特（NORDX/CDT）、西蒙（Siemon）、奥创利（Ortrpmocs）等。双绞线的制作分为工作站至工作站和工作站至集线器两种：工作站至集线器的双绞线，其8芯线一一对应；工作站至工作站的双绞线，按照图2-10所示的连线制作。Pin#8Pin#1下面是PC机不经过HUB直接通过网线相连的参考图橘白绿白蓝蓝白绿褐白褐RJ-45色序图3类UTP线图图2-10 双绞电缆双绞电缆双绞线的制作标准标准123

12、45678T568A白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕T568B白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕绕对同一绕对与6同一绕对同一绕对与3同一绕对同一绕对RJ-45接头 选购标识：透明：可塑性：弹性：镀金：均匀：总结：一个好的RJ-45头应该是包装盒有标识，RJ-45头有标注，晶莹透亮，具有良好的可塑性，接头的弹片弹性好，用手拨动弹片，有“铮铮”的声音，做好水晶头后，能够听到一声清脆的“咔”的弹片声音。双绞线的制作 1、剪断 2、剥皮(2.50cm) 3、排序(直通,交错) 4、剪齐(留1.4cm) 5、插入(塑料弹片一侧朝下) 6、压制 7、测试 直通线：（1-1、2-2、3-3、4-4、5-5、6-6、7-7、8

13、-8） 交叉线：（1-3、2-6、3-1、4-4、5-5、6-2、7-7、8-8） 8、完成 橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕123456781243 在整个网络布线中应用一种布线方式，但两端都有RJ-45plug的网络联线无论是采用端接方式A，还是端接方式B，在网络中都是通用的。双绞线的顺序与RJ45头的引脚序号-对应。10M以太网的网线使用1，2，3，6编号的芯线传递数据，100M以太网的网线使用4，5，7，8编号的芯线传递数据。为何现在都采用4对(8芯线)的双绞线呢？这主要是为适应更多的使用范围，在不变换基础设施的前提下，就可满足各式各样的用户设备的接线要求。例如,我们可同时用其中一对绞线来实现

14、语音通讯。RJ-45双绞线插头线色 接头 信号橙白 1 TD+橙 2 TD-绿白 3 TD+蓝 4 未用蓝 白 5 未用绿 6 TD-棕白 7 未用棕 8 未用18直通线引引脚脚功功 能能1发送+2发送-3接收+4保留5保留6接收-7保留8保留UPLINK口口一般端口一般端口引引脚脚功功 能能1接收+2接收-3发送+4保留5保留6发送-7保留8保留交叉线引引脚脚功功 能能1发送+2发送-3接收+4保留5保留6接收-7保留8保留引引脚脚功功 能能1发送+2发送-3接收+4保留5保留6接收-7保留8保留一般端口一般端口一般端口一般端口直通线与交叉线的使用同类设备间相连使用交叉线方式；异类设备间相连

15、使用直通线方式。HUB与网卡的连接白橙橙白绿 绿 RJ-45RJ-4511236236HUB与HUB的级连白橙橙白绿 绿 RJ-45RJ-45112362362 同轴电缆典型的同轴电缆（Coaxial Cable）由一根内导体铜质芯线外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成，其结构如图2-11所示。 同轴电缆coaxial Cable 特点：价格便宜，安装方便，易于使用，但是随着网络速度不断增加，同轴电缆已经不能满足用户的需要，且稳定性较低。 分类 细缆：直径为0.25英寸。最大传输距离为185米，超过此距离须加中继器。细缆比粗缆灵活方便，易于安装。安装两头装上BNC头

16、,然后接在T型连接器两端。 粗缆：粗缆直径为0.5英寸，最大传输距离为500米，超过此距离须添加中继器。粗缆一般采用一种类似夹板的Tap装置进行安装,它利用Tap上的引导针穿透电缆的绝缘层,直接与导体相连。电缆两端头设有终端器,以削弱信号的反射作用。 主要用在有线电视网主要用在有线电视网和电视天线之间的电缆和电视天线之间的电缆BNC接头T型头网络卡终端电阻终端电阻 网卡 BNC接头同轴电缆T型接头细缆总线网（10BASE 2）终端电阻终端电阻每个网段最多接30个设备185m MAX细缆总线网（10BASE 2）细缆结构的主要技术参数：最大的干线电缆长度：185m最大网络干线电缆长度：925m每

17、条干线段支持的最大节点数：30BNC T型连接器之间的最小距离：0.5m每个以太网中最多可使用的中继器数：4用细缆连接计算机细缆总线网的网卡级连终端电阻BNC头终端电阻T型头钳压式细缆网线的制作钳压式BNC接头：主体铁环芯针内导体50欧细缆外绝缘层外层导体内绝缘层粗缆网（10BASE 5）终端电阻终端电阻每个网段最多接100个设备500m MAX收发器收发器电缆2.5m x N粗缆网（10BASE 5）粗缆结构的主要技术参数：最大的干线段电缆长度：500m最大网络干线电缆长度：2500m每条干线段支持的最大节点数：100收发器之间的最小距离：2.5m每个以太网中最多可使用的中继器数：4粗缆粗缆

18、收发器收发器Transceiver收发器线缆收发器线缆用粗缆连接计算机表2-4是作者在网络工程施工中常常用到的一些IEEE802.3 10BaseT系列网络拓扑经验，仅供读者参考。光纤光纤电缆的主要特性光纤芯包层外部保护层(a)(a)保护层包层光纤芯(b)(b)光电转换LED发送端输入光电转换PIN接收端输出光纤光信号3 光纤 实际上，只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生全反射，并且可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，这种光纤就称为多模光纤（Multimode Fiber），如图2-12所示。 （a）折射角大于入射角）折射角大于入射角 （b）光波在纤芯中传播

19、）光波在纤芯中传播 （c）62.5/125m渐变渐变增强型多模光纤增强型多模光纤 图图2-12 多模光纤多模光纤 光纤的结构： 光纤芯：由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心贺柱体，它质地脆、易断裂。 包层：折射率比纤芯低的玻璃封套，使射入纤芯的光信号经世 界面反射。 光纤通常被扎成束，外面有外壳保护，内部有抗拉线。多模光纤和5类双绞线的衰减与频率关系如图2-13所示，当传输频率超过100MHz时，5类双绞线随频率增加衰减愈来愈大；而光纤在300MHz以内，衰减基本不变。 图2.58 光纤与电缆频率衰减关系图62.5/125m渐变增强型多模光纤01101003001000频率(MHz)衰减(d

20、B/km)051015202530355类UTP双绞电缆光纤与电缆频率与衰光纤与电缆频率与衰减关系图减关系图使用玻璃纤维或石英玻璃(极细)做传输媒体，利用光的全反射原理传播光信号光缆的结构大致可分为缆芯（Cable Core）和保护层（Sheath）两大部分，图2-14为四芯光缆剖面的示意图。图图2-14 四芯光缆剖面示意图四芯光缆剖面示意图 光纤的选择分类主要特点主要用途连接距离光纤单模光纤 传输频带宽，通信容量大，短距离时达几千兆的传输率；线路损耗低、传输距离远；抗干扰能力强，安全可靠；搞化学腐蚀能力强；用于高速度、长距离连接；成本高；需要激光源；耗散极小，高效。可达到几千米至几十千米多模光纤 用于低速度、短距离布线；成本低；耗散大，低效一般在2000米左右收发器无线电短波通信 在一些电缆光纤难于通过或施工困难的场合，例如，高山、湖泊或岛屿等，即使在城市中挖开马路敷设电缆有时也