㈠ 認識一下網路拓撲，幾張圖片幾條線。
網路拓撲，不就是網路和拓撲組合在一起的新名詞嗎。這樣理解很有道理，網路很好理解，關鍵是這個拓撲，首先來了解一下什麼是拓撲。
拓撲是研究幾何圖形或空間在連續改變形狀後還能保持不變的一些性質的一個學科。是一種不考慮物體的大小、形狀等物理屬性，而僅僅使用點或者線描述多個物體實際位置與關系的抽象表示方法。拓撲不關心事物的細節，也不在乎相互的比例關系，而只是以圖的形式表示一定范圍內多個物體之間的相互關系。
拓撲英文名是Topology，直譯是地誌學，最早指研究地形、地貌相類似的有關學科。幾何拓撲學是十九世紀形成的一門數學分支，它屬於幾何學的范疇。有關拓撲學的一些內容早在十八世紀就出現了。那時候發現的一些孤立的問題，在後來的拓撲學的形成中占著重要的地位。
"拓撲"是一個外來詞，中國人把Topo譯為「拓撲」！誰？江澤涵先生是也！
江澤涵（1902-1994年），安徽旌德人，1926年畢業於南開大學數學系教授，1955年當選為中國科學院數理學部委員。他是把拓撲學引入中國的第一人，他出版的《拓撲學引論》是中國人編寫的第一部拓撲學教材。
譯Topo為拓撲，音義兼顧，形神俱備———「拓」者，對土地之開發也，「撲」者，全面覆蓋也。
網路拓撲(Network Topology)結構是指用傳輸介質互連各種設備的物理布局。指構成網路的成員間特定的物理的即真實的、或者邏輯的即虛擬的排列方式。如果兩個網路的連接結構相同我們就說它們的網路拓撲相同，盡管它們各自內部的物理接線、節點間距離可能會有不同。
在實際生活中，計算機與網路設備要實現互聯，就必須使用一定的組織結構進行連接，這種組織結構就叫做「拓撲結構」。網路拓撲結構形象地描述了網路的安排和配置方式，以及各節點之間的相互關系，通俗地說，「拓撲結構」就是指這些計算機與通訊設備是如何連接在一起的。
研究網路和它的線圖的拓撲性質的理論，又稱網路圖論。拓撲是指幾何體的一種接觸關系或連接關系；當幾何體發生連續塑性變形時，它的接觸關系會保持不變。用節點和支路組成的線圖表示的網路結構也具有這種性質。
網路拓樸的早期研究始於1736年瑞士數學家L.歐拉發表的關於柯尼斯堡橋問題的論文。1845年和1847年，G.R.基爾霍夫發表的兩篇論文為網路奠定了基礎。
在設計網路拓撲結構時，我們經常會遇到如「節點」、「結點」、」鏈路」和「通路」這四個術語。它們到底各自代表什麼，它們之間又有什麼關系呢？
（1） 節點
一個「節點」其實就是一個網路埠。節點又分為「轉節點」和「訪問節點」兩類。「轉節點」的作用是支持網路的連接，它通過通信線路轉接和傳遞信息，如交換機、網關、路由器、防火牆設備的各個[網路埠]等；而「訪問節點」是信息交換的源點和目標點，通常是用戶計算機上的網卡介面。如我們在設計一個網路系統時，通常所說的共有××個節點，其實就是在網路中有多個要配置IP地址的網路埠。
（2）結點
一個「結點」是指一台網路設備，因為它們通常連接了多個「節點」，所以稱之為「結點」。在計算機網路中的結點又分為鏈路結點和路由結點，它們就分別對應的是網路中的交換機和路由器。從網路中的結點數多少就可以大概知道你的計算機網路規模和基本結構了。
（3）鏈路
「鏈路」是兩個節點間的線路。鏈路分物理鏈路和邏輯鏈路（或稱數據鏈路）兩種，前者是指實際存在的通信線路，由設備網路埠和傳輸介質連接實現；後者是指在邏輯上起作用的網路通路，由計算機網路體系結構中的數據鏈路層標准和協議來實現。如果鏈路層協議沒有起作用，數據鏈路也就無法建立起來。
（4）通路
「通路」從發出信息的節點到接收信息的節點之間的一串節點和鏈路的組合。也就是說，它是一系列穿越通信網路而建立起來的節點到節點的鏈路串連。它與「鏈路」的區別主要在於一條「通路」中可能包括多條「鏈路」。
星形拓撲結構的主要優點有：
1.結構簡單，容易管理維護；
2.重新配置靈活；
3.方便故障檢測與隔離；
4.控制簡單，便於建網；
5.網路延遲時間較小，傳輸誤差較低；
星形拓撲結構的主要缺點有：
1.成本高、可靠性較低；
優點是由於每個節點都同時與兩個方向的各一個節點相連接，此路不通彼路通，因此環狀拓撲具有天然的容錯性。缺點是由於存在來自兩個方向的數據流，因此必須對這兩個方向加以區分，或者進行限制，以避免無法區分的冗餘數據流對正常通信的干擾。管理和維護比較復雜。
優點是結構簡單，可擴充性好。缺點是維護難、單點的結構可能會影響全網路。
㈡ 計算機網路(三)數據鏈路層
結點：主機、路由器
鏈路：網路中兩個結點之間的物理通道，鏈路的傳輸介質主要有雙絞線、光纖和微波。分為有線鏈路、無線鏈路。
數據鏈路：網路中兩個結點之間的邏輯通道，把實現控制數據傳輸協議的硬體和軟體加到鏈路上就構成數據鏈路。
幀：鏈路層的協議數據單元，封裝網路層數據報。
數據鏈路層負責通過一條鏈路從一個結點向另一個物理鏈路直接相連的相鄰結點傳送數據報。
數據鏈路層在物理層提供服務的基礎上向網路層提供服務，其最基本的服務是將源自網路層來的數據可靠地傳輸到相鄰節點的目標機網路層。其主要作用是加強物理層傳輸原始比特流的功能，將物理層提供的可能出錯的物理連接改造成為 邏輯上無差錯的數據鏈路 ，使之對網路層表現為一條無差錯的鏈路。
封裝成幀就是在一段數據的前後部分添加首部和尾部，這樣就構成了一個幀。接收端在收到物理層上交的比特流後，就能根據首部和尾部的標記，從收到的比特流中識別幀的開始和結束。首部和尾部包含許多的控制信息，他們的一個重要作用：幀定界（確定幀的界限）。
幀同步：接收方應當能從接收到的二進制比特流中區分出幀的起始和終止。
組幀的四種方法：
透明傳輸是指不管所傳數據是什麼樣的比特組合，都應當能夠在鏈路上傳送。因此，鏈路層就「看不見」有什麼妨礙數據傳輸的東西。
當所傳數據中的比特組合恰巧與某一個控制信息完全一樣時，就必須採取適當的措施，使收方不會將這樣的數據誤認為是某種控制信息。這樣才能保證數據鏈路層的傳輸是透明的。
概括來說，傳輸中的差錯都是由於雜訊引起的。
數據鏈路層編碼和物理層的數據編碼與調制不同。物理層編碼針對的是單個比特，解決傳輸過程中比特的同步等問題，如曼徹斯特編碼。而數據鏈路層的編碼針對的是一組比特，它通過冗餘碼的技術實現一組二進制比特串在傳輸過程是否出現了差錯。
較高的發送速度和較低的接收能力的不匹配，會造成傳輸出錯，因此流量控制也是數據鏈路層的一項重要工作。數據鏈路層的流量控制是點對點的，而傳輸層的流量控制是端到端的。
滑動窗口有以下重要特性：
若採用n個比特對幀編號，那麼發送窗口的尺寸W T 應滿足： 。因為發送窗口尺寸過大，就會使得接收方無法區別新幀和舊幀。
每發送完一個幀就停止發送，等待對方的確認，在收到確認後再發送下一個幀。
除了比特出差錯，底層信道還會出現丟包 [1] 問題
「停止-等待」就是每發送完一個分組就停止發送，等待對方確認，在收到確認後再發送下一個分組。其操作簡單，但信道利用率較低
信道利用率是指發送方在一個發送周期內，有效地發送數據所需要的時間占整個發送周期的比率。即
GBN發送方：
GBN接收方：
因連續發送數據幀而提高了信道利用率，重傳時必須把原來已經正確傳送的數據幀重傳，是傳送效率降低。
設置單個確認，同時加大接收窗口，設置接收緩存，緩存亂序到達的幀。
SR發送方：
SR接收方：
發送窗口最好等於接收窗口。（大了會溢出，小了沒意義），即
傳輸數據使用的兩種鏈路
信道劃分介質訪問控制將使用介質的每個設備與來自同一通信信道上的其他設備的通信隔離開來，把時域和頻域資源合理地分配給網路上的設備。
當傳輸介質的帶寬超過傳輸單個信號所需的帶寬時，人們就通過在一條介質上同時攜帶多個傳輸信號的方法來提高傳輸系統的利用率，這就是所謂的多路復用，也是實現信道劃分介質訪問控制的途徑。多路復用技術把多個信號組合在一條物理信道上進行傳輸，使多個計算機或終端設備共享信道資源，提高了信道的利用率。信道劃分的實質就是通過分時、分頻、分碼等方法把原來的一條廣播信道,邏輯上分為幾條用於兩個結點之間通信的互不幹擾的子信道，實際上就是把廣播信道轉變為點對點信道。
頻分多路復用是一種將多路基帶信號調制到不同頻率載波上，再疊加形成一個復合信號的多路復用技術。在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬的情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若千與傳輸單個信號帶寬相同(或略寬)的子信道，每個子信道傳輸一種信號，這就是頻分多路復用。
每個子信道分配的帶寬可不相同，但它們的總和必須不超過信道的總帶寬。在實際應用中，為了防止子信道之間的千擾，相鄰信道之間需要加入「保護頻帶」。頻分多路復用的優點在於充分利用了傳輸介質的帶寬，系統效率較高;由於技術比較成熟,實現也較容易。
時分多路復用是將一條物理信道按時間分成若干時間片，輪流地分配給多個信號使用。每個時間片由復用的一個信號佔用，而不像FDM那樣，同一時間同時發送多路信號。這樣，利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個信號。
就某個時刻來看,時分多路復用信道上傳送的僅是某一對設備之間的信號:就某段時間而言,傳送的是按時間分割的多路復用信號。但由於計算機數據的突發性，一個用戶對已經分配到的子信道的利用率一般不高。統計時分多路復用(STDM，又稱非同步時分多路復用)是TDM 的一種改進，它採用STDM幀，STDM幀並不固定分配時隙，面按需動態地分配時隙，當終端有數據要傳送時，才會分配到時間片，因此可以提高線路的利用率。例如，線路傳輸速率為8000b/s，4個用戶的平均速率都為2000b/s，當採用TDM方式時，每個用戶的最高速率為2000b/s.而在STDM方式下,每個用戶的最高速率可達8000b/s.
波分多路復用即光的頻分多路復用，它在一根光纖中傳輸多種不同波長(頻率）的光信號，由於波長（頻率）不同，各路光信號互不幹擾，最後再用波長分解復用器將各路波長分解出來。由於光波處於頻譜的高頻段，有很高的帶寬，因而可以實現多路的波分復用
碼分多路復用是採用不同的編碼來區分各路原始信號的一種復用方式。與FDM和 TDM不同,它既共享信道的頻率，又共享時間。下面舉一個直觀的例子來理解碼分復用。
實際上，更常用的名詞是碼分多址(Code Division Multiple Access.CDMA)，1個比特分為多個碼片/晶元( chip)，每一個站點被指定一個唯一的m位的晶元序列，發送1時發送晶元序列（通常把o寫成-1） 。發送1時站點發送晶元序列，發送o時發送晶元序列反碼。
純ALOHA協議思想：不監聽信道，不按時間槽發送，隨機重發。想發就發
如果發生沖突，接收方在就會檢測出差錯，然後不予確認，發送方在一定時間內收不到就判斷發生沖突。超時後等一隨機時間再重傳。
時隙ALOHA協議的思想：把時間分成若干個相同的時間片，所有用戶在時間片開始時刻同步接入網路信道，若發生沖突，則必須等到下一個時間片開始時刻再發送。
載波監聽多路訪問協議CSMA（carrier sense multiple access）協議思想：發送幀之前，監聽信道。
堅持指的是對於監聽信道忙之後的堅持。
1-堅持CSMA思想：如果一個主機要發送消息，那麼它先監聽信道。
優點：只要媒體空閑，站點就馬上發送，避免了媒體利用率的損失。
缺點：假如有兩個或兩個以上的站點有數據要發送，沖突就不可避免。
非堅持指的是對於監聽信道忙之後就不繼續監聽。
非堅持CSMA思想：如果一個主機要發送消息，那麼它先監聽信道。
優點：採用隨機的重發延遲時間可以減少沖突發生的可能性。
缺點：可能存在大家都在延遲等待過程中，使得媒體仍可能處於空閑狀態，媒體使用率降低。
p-堅持指的是對於監聽信道空閑的處理。
p-堅持CSMA思想：如果一個主機要發送消息，那麼它先監聽信道。
優點：既能像非堅持演算法那樣減少沖突，又能像1-堅持演算法那樣減少媒體空閑時間的這種方案。
缺點：發生沖突後還是要堅持把數據幀發送完，造成了浪費。
載波監聽多點接入/碰撞檢測CSMA/CD（carrier sense multiple access with collision detection）
CSMA/CD的工作流程：
由圖可知，至多在發送幀後經過時間 就能知道所發送的幀有沒有發生碰撞。因此把乙太網端到端往返時間為 稱為爭周期(也稱沖突窗口或碰撞窗口)。
截斷二進制指數規避演算法：
最小幀長問題：幀的傳輸時延至少要兩倍於信號在匯流排中的傳播時延。
載波監聽多點接入/碰撞避免CSMA/CA（carrier sense multiple access with collision avoidance）其工作原理如下
CSMA/CD與CSMA/CA的異同點：
相同點：CSMA/CD與CSMA/CA機制都從屬於CSMA的思路，其核心是先聽再說。換言之，兩個在接入信道之前都須要進行監聽。當發現信道空閑後，才能進行接入。
不同點：
輪詢協議：主結點輪流「邀請」從屬結點發送數據。
令牌：一個特殊格式的MAC控制幀，不含任何信息。控制信道的使用，確保同一時刻只有一個結點獨占信道。每個結點都可以在一定的時間內（令牌持有時間）獲得發送數據的權利，並不是無限制地持有令牌。應用於令牌環網（物理星型拓撲，邏輯環形拓撲）。採用令牌傳送方式的網路常用於負載較重、通信量較大的網路中。
輪詢訪問MAC協議/輪流協議/輪轉訪問MAC協議：基於多路復用技術劃分資源。
隨機訪問MAC協議： 用戶根據意願隨機發送信息，發送信息時可獨占信道帶寬。 會發生沖突
信道劃分介質訪問控制（MAC Multiple Access Control ）協議：既要不產生沖突，又要發送時佔全部帶寬。
區域網（Local Area Network）：簡稱LAN，是指在某一區域內由多台計算機互聯成的計算機組，使用廣播信道。其特點有
決定區域網的主要要素為：網路拓撲，傳輸介質與介質訪問控制方法。
區域網的分類
IEEE 802標准所描述的區域網參考模型只對應OSI參考模型的數據鏈路層與物理層，它將數據鏈路層劃分為邏輯鏈路層LLC子層和介質訪問控制MAC子層。
乙太網(Ethernet)指的是由Xerox公司創建並由Xerox、Intel和DEC公司聯合開發的基帶匯流排區域網規范，是當今現有區域網採用的最通用的通信協議標准。乙太網絡使用CSMA/CD（載波監聽多路訪問及沖突檢測）技術。 乙太網只實現無差錯接收，不實現可靠傳輸。
乙太網兩個標准：
乙太網提供無連接、不可靠的服務
10BASE-T是傳送基帶信號的雙絞線乙太網，T表示採用雙絞線，現10BASE-T 採用的是無屏蔽雙絞線（UTP），傳輸速率是10Mb/s。
計算機與外界有區域網的連接是通過通信適配器的。
在區域網中，硬體地址又稱為物理地址，或MAC地址。MAC地址：每個適配器有一個全球唯一的48位二進制地址，前24位代表廠家（由IEEE規定），後24位廠家自己指定。常用6個十六進制數表示，如02-60-8c-e4-b1-21。
最常用的MAC幀是乙太網V2的格式。
IEEE 802.11是無線區域網通用的標准，它是由IEEE所定義的無線網路通信的標准。
廣域網（WAN，Wide Area Network），通常跨接很大的物理范圍，所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個城市或國家，或橫跨幾個洲並能提供遠距離通信，形成國際性的遠程網路。
廣域網的通信子網主要使用分組交換技術。廣域網的通信子網可以利用公用分組交換網、衛星通信網和無線分組交換網，它將分布在不同地區的區域網或計算機系統互連起來，達到資源共享的目的。如網際網路（Internet）是世界范圍內最大的廣域網。
點對點協議PPP（Point-to-Point Protocol）是目前使用最廣泛的數據鏈路層協議，用戶使用撥號電話接入網際網路時一般都使用PPP協議。 只支持全雙工鏈路。
PPP協議應滿足的要求
PPP協議的三個組成部分
乙太網交換機
沖突域：在同一個沖突域中的每一個節點都能收到所有被發送的幀。簡單的說就是同一時間內只能有一台設備發送信息的范圍。
廣播域：網路中能接收任一設備發出的廣播幀的所有設備的集合。簡單的說如果站點發出一個廣播信號，所有能接收收到這個信號的設備范圍稱為一個廣播域。
乙太網交換機的兩種交換方式：
直通式交換機：查完目的地址（6B）就立刻轉發。延遲小，可靠性低，無法支持具有不同速率的埠的交換。
存儲轉發式交換機：將幀放入高速緩存，並檢查否正確，正確則轉發，錯誤則丟棄。延遲大，可靠性高，可以支持具有不同速率的埠的交換。
㈢ 計算機網路：數據鏈路層
互聯網是指很多異構的網路由路由器聯系起來的一個大網路。在研究這個大網路之前，我們要庖丁解牛，先研究其局部和單元。最小的網路單元就是區域網，區域網是一個單位所擁有，且地理范圍和站點數量都很有限。
區域網內的計算機通信不需要路由器，所以不會用到網路層的協議，而是依賴數據鏈路層。
上圖說明了數據鏈路層在整個互聯網體系中的位置。數據鏈路層的信道分為兩種：
在點到點信道的數據鏈路層協議上，可以採用簡化的三層模型。無論是主機和主機，主機和路由器，或者兩個路由器之間，我們都可以看成結點和結點之間的通信。
數據鏈路層不必考慮物理層是如何實現比特傳輸的細節，我們甚至可以簡單設想，節點A沿著數據鏈路層的水平方向把幀輸出給結點B。
數據鏈路層的協議有多個，但有三個共性問題。
從上圖可以得出以下結論：
利用轉義字元（ESC，十六進制編碼0x1B）來解決幀的數據部分包含控制字元的問題
信道往往不是理想的，所以通信會帶來誤差。常用誤碼率來衡量傳輸誤差。誤碼率BER（bit error rate）等於錯誤的比特佔全部比特的百分比。
那麼我們怎麼知道所接受到的幀有沒有錯誤比特呢？這就需要校驗機制，目前數據鏈路層廣泛採用循環冗餘校驗CRC（(Cyclic Rendancy Check）。其原理是在幀的數據部分後面加上冗餘碼（FCS），接受方利用冗餘碼校驗數據部分。具體細節請參考《計算機網路》。
綜上，封裝成幀和透明傳輸保證收到完整的幀，差錯檢驗保證收到正確的幀。這三種機制能保證幀的無差錯傳輸，但不能保證可靠傳輸（發送什麼就接收到什麼）。造成不可靠傳輸的原因有兩類：
1. 幀中的比特錯誤
2. 幀重復，幀丟失，幀失序
數據鏈路層的幀的三種機制只能消除第一種錯誤，至於第二種則需要確認和重傳機制。在早期互聯網中，數據鏈路層曾經保證可靠傳輸，但隨著光纖技術的發展，誤碼率大大下降，數據鏈路層就採用了簡單的不可靠傳輸協議，把可靠運輸的實現放在了運輸層中。實踐證明，這樣可以提高通信效率。
最後，我們可以看到，計算機網路本質是通信問題，裡麵包含了很多通信元素：完整，誤差，校驗，重復，丟失，失序，可靠傳輸等。
㈣ 計算機有線網路的幾種常用拓撲結構圖
計算機網路中常用的拓撲結構有匯流排型、星型、環型等。
①匯流排拓撲結構
匯流排拓撲結構是一種共享通路的物理結構。這種結構中匯流排具有信息的雙向傳輸功能，普遍用於區域網的連接,匯流排一般採用同軸電纜或雙絞線。
匯流排拓撲結構的優點是：安裝容易,擴充或刪除一個節點很容易,不需停止網路的正常工作,節點的故障不會殃及系統。由於各個節點共用一個匯流排作為數據通路,信道的利用率高。但匯流排結構也有其缺點：由於信道共享,連接的節點不宜過多，並且匯流排自身的故障可以導致系統的崩潰。
②星型拓撲結構
星型拓撲結構是一種以中央節點為中心,把若干外圍節點連接起來的輻射式互聯結構。這種結構適用於區域網,特別是近年來連接的區域網大都採用這種連接方式。這種連接方式以雙絞線或同軸電纜作連接線路。
星型拓撲結構的特點是：安裝容易,結構簡單,費用低,通常以集線器(Hub)作為中央節點,便於維護和管理。中央節點的正常運行對網路系統來說是至關重要的。
③環型拓撲結構
環型拓撲結構是將網路節點連接成閉合結構。信號順著一個方向從一台設備傳到另一台設備,每一台設備都配有一個收發器,信息在每台設備上的延時時間是固定的。
這種結構特別適用於實時控制的區域網系統。
環型拓撲結構的特點是：安裝容易,費用較低,電纜故障容易查找和排除。有些網路系統為了提高通信效率和可靠性,採用了雙環結構,即在原有的單環上再套一個環,使每個節點都具有兩個接收通道。環型網路的弱點是,當節點發生故障時,整個網路就不能正常工作。
④樹型拓撲結構
樹型拓撲結構就像一棵「根」朝上的樹,與匯流排拓撲結構相比,主要區別在於匯流排拓撲結構中沒有「根」。這種拓撲結構的網路一般採用同軸電纜,用於軍事單位、政府部門等上、下界限相當嚴格和層次分明的部門。
樹型拓撲結構的特點：優點是容易擴展、故障也容易分離處理,缺點是整個網路對根的依賴性很大,一旦網路的根發生故障,整個系統就不能正常工作。