第七章通信与网络技术
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v 基带系统中的每个设备都共享相同的信道。 v 基带传输占用的频率范围为信道提供的全
部带宽。基带系统也可以以半双工方式支 持双向信号流。
第七章通信与网络技术
v 频带(宽带)是指某种传输媒介的宽频带 特性及其同时传输多种信号和业务的能力。
v 传输媒介的带宽分割为多个子信道,每个 子信道都可以独立地传输一路信号。
根据香农公式,信号传输率≤信道容量C
第七章通信与网络技术
6、通信系统中信道差错控制方法
1)前向纠错方式(FEC) 2)检错重发方式(ARQ) 3)混合纠错方式(HEC)
第七章通信与网络技术
7、 多路复用技术
多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上 进行传输,到接收端再用专门的设备将各路信号 分离出来,多路复用可以极大地提高通信线路的 利用率。
控制通信子网提供源点到目的点的数据传送 (Packet)。
第七章通信与网络技术
4.运输层(The Transport Layer) 为用户提供端到端的数据传送服务。
5.会话层(The Session Layer) 为用户提供会话控制服务。
6.表示层(The Presentation Layer) 为用户提供数据转换和表示服务。
第七章通信与网络技术
2020/12/6
第七章通信与网络技术
7.1 通信与网络技术的历史回顾
v 通信技术的发展(自学)
u 无线与有线通信技术的发展(包括电报、 电话、广播、电视等)
u 卫星通信技术的发展
v 计算机数据网络技术的发展(自学)
u 包交换技术的发展 u ARPA网——Internet的前身
第七章通信与网络技术
OSI七层协议
1.物理层(The Physical Layer) 在物理线路上传输原始的二进制数据位(基本
网络硬件)。 2.数据链路层(The Data Link Layer)
在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输 (Frame)。 3.网络层(The Network Layer)
u 数据传输速率是衡量系统传输数据能力的 主要指标,数据传输率是指单位时间内传 送的信息量,即每秒钟传送的二进制位比 特数,单位为每秒位,记作bps或b/s。
第七章通信与网络技术
4、数字通信系统的性能指标与计算 1)有效性指标
① 码元传输速率:即码元速率,表示单位时间 内信号波形的变换次数,即通过信道传输的 码元个数。单位:波特。
v 对等(Peer to Peer)模式
第七章通信与网络技术
4、局域网的硬件组成
v 网络服务器 v 网络工作站 v 网络接口卡(网卡) v 通信介质(双绞线等)
第七章通信与网络技术
补充:每条双绞线的两端都安装有水晶头( RJ45接口),通过水晶头将双绞线插入到网 卡的端口中
水晶头
口 网 卡 端
同理,同轴电缆有BNC、AUI连接器接
② 信息传输速率:即比特率,表示信源在单位 时间内传递的平均信息量。单位:bps或b/s。
第七章通信与网络技术
信息速率和码元速率之间的关系,其中N表示 每个符号可能有N种状态
③ 平均信息速率: 若每秒输出n个信号,每个信号的平均信息
量为H(x),则平均信息速率为:
或者,若已知码元传输速率RB,则平均信息速率
第七章通信与网络技术
例7-5:电话信道信噪比30dB,带宽为 3.4KHz,计算最高信息传输率。
信噪比为30dB,即S/N=1000 根据香农公式:
第七章通信与网络技术
例7-6:一帧电视信号由300000个像素构成,每个 像素有10个亮度信号,每个亮度信号等概率出现, 每秒发送30帧图像,信道的信噪比为1000,计算传 输信号的最小带宽。
4、计算机网络的分类
v 按通信的距离进行分类,分为以下三类:
u 局域网(local area network,LAN) u 城域网(metropolitan area network,MAN) u 广域网(wide area network,WAN )
v 按网络拓扑结构划分为:星型网、总线型网、 环型网和网状网等;
不同传输介质与不同传输速率的网络,网桥以 存储转发的方式实现互连的网络之间的通信。 4)交换机也是一种在数据链路层实现互联的 存储转发设备。
¡ 交换机——硬件设备 ¡ 网桥——软件实现 与网桥相比,交换机具有转发延迟较小, 拥有更多的端口等特点。
第七章通信与网络技术
交换机/网桥的工作过程
❖ 共享式局域网与交换式局域网的比较:
• 交换机把局域网分成了若干分段,是解 决总线型局域网冲突问题的有效方法。
第七章通信与网络技术
VLAN(虚拟局域网)是网络设备(如交换 机)上连接的不受物理位置限制的用户的一 个逻辑组。
3)波分多路复用(WDM)
光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法,简 称为波分复用WDM;
4)码分多路访问(CDMA)
以不同频率,不同码址来区分同时通信的不同用 户的无线通信技术。
第七章通信与网络技术
7.3 计算机网络
计算机网络是指把若干地理位置不同, 且具有独立功能的计算机,用通信线路和通 信设备互相连接起来,在网络软件的支持下 实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统。
u 具有较高的带宽,一般为10~1000 Mbps;
u 拓扑结构简单;
u 传输速率高,误码少。
第七章通信与网络技术
2、计算机网络的拓扑结构
v 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 间的结构关系。
v 拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相 互间的连接,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。
v 宽带系统必须为数据的发送和接收提供独 立的线路。
第七章通信与网络技术
3、数字通信系统中带宽的概念
u 早期的电子通信系统都是模拟系统。带 宽就是媒体能够传输的信号最高频率和 最低频率的差值。
u 数字通信系统中“带宽”的含义完全不 同于模拟系统,它通常是指数字系统中 数据的传输速率。
第七章通信与网络技术
1)频分多路复用(FDM)
在一条通信线路设计多路通信信道;每路信道的 信号以不同的载波频率进行调制;各个载波频率 是不重叠的, 那么一条通信线路就可以同时独立 地传输多路信号。
第七章通信与网络技术
2)时分多路复用(TDM)
时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若 干个时间片;每个用户分得一个时间片;在其占有 的时间片内,用户使用通信信道的全部带宽。
口,光纤有光纤接口
第七章通信与网络技术
5、局域网互联技术
v 网络互联设备包括中继器、集线器、网桥、 交换机和路由器。 1)中继器:延伸网络的距离,对弱信号予 以再生放大,工作于物理层。
2)集线器(Hub)主要是对电信号进行放 大整形、延伸网络覆盖范围,工作于数据链 路层。
第七章通信与网络技术
3)网桥 能够互连两个采用不同数据链路层协议、
v 拓扑结构主要有:总线结构、星型结构、环型结 构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。
第七章通信与网络技术
总线结构
v 优点:结构简单,成本较低,可扩充性好, 结点间响应速度快,使用的电缆少,采用广 播式通信;
v 缺点:总线长度不能太长,分支节点故障查 找难,容易出现冲突(指两个结点同时发送 数据)。
第七章通信与网络技术
2)无线传输介质
v 特点
u 使用电磁波 u 无需物理连接 u 适用于长距离
第七章通信与网络技术
6、网络通信协议
v 网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约 定与标准;
v 网络协议的三要素:语义、语法与定时; v 网络参考模型OSI:
1983年ISO 的 OSI (Open System Interconnection)模型正式成为国际标准, 它定义了不同结构网络互联的标准框架。
第七章通信与网络技术
1、网络的形成于发展
第一阶段:远程终端联机阶段 第二阶段:计算机网络阶段 第三阶段:计算机网络互联阶段 第四阶段:信息高速公路阶段
第七章通信与网络技术
2、网络的功能
(1)数据通信 (2)资源共享 (3)提高计算机的可靠性和可用性 (4)分布式处理
第七章通信与网络技术
3、网络的基本组成
第七章通信与网络技术
ຫໍສະໝຸດ Baidu
7.2 数据通信的基本原理
1、通信系统模型
•发送 方
•编码 /调制
•通信 信道
•解码 /解调
•接收 方
u 信源:数据通信中产生或发送数据的一端 u 信宿:数据通信中接受数据的一端 u 信道(传输介质):如双绞线、光纤等
第七章通信与网络技术
2、基带传输与频带传输
v 基带描述的是信息可以以数字形式在单一 信道中传输的通信系统,而这样的信道占 有传输媒介的整个带宽。
7.应用层(The Application Layer)
第七章通信与网络技术
OSI参考模型及协议
第七章通信与网络技术
7.4 计算机局域网
局域网是在较小的地理区域内,利用通信 线路将众多的计算机或数据终端设备连接起 来的通信网络。
1、计算机局域网有以下特点:
u 以微机为主要建网对象;
u 较小的地理覆盖范围;
第七章通信与网络技术
2)香农定理: 最大数据传输速率C=Wlog2(1+S/N) (bps) C:用每秒位数表示的线路容量的实际限 制值,W:信道带宽,S:平均信号强度, N:平均噪声强度。 S/N(信噪比)的单位分贝(dB),定 义为:10log10S/N 例如S/N(信噪比)100 ,等于20dB
计算机网络基本上都是分组交换网,分 组交换网是由资源子网和通信子网构成: u 资源子网—负责数据处理的主计算机、
终端、I/O设备、各种软件资源和数据库 等组成; u 通信子网—负责数据通信处理的通信控 制处理机与通信线路。
第七章通信与网络技术
•计算机网络由通信子网和资源子网组成
第七章通信与网络技术
•①分为基带同轴电缆( 阻抗50Ω)和宽带同轴 电缆(阻抗70Ω); ②粗硬,频带宽,传输 率较高,传输距离较长 ,抗干扰性较强;但布 线困难,价格比双绞线 贵。
•①有单模和多模之分 ; ②细软,极宽的频带, 传输率高(可达数千 Mbps),传输距离长(2 公里以上),不受电磁 干扰或噪声影响;但价 格昂贵。
第七章通信与网络技术
2)可靠性
①误码率(码元差错率) ②误信率(信息差错率)
第七章通信与网络技术
例7-1:已知容量为4.7GB的DVD盘可存储133分 钟的视频数据,试计算该数字信号的数据传输率。
例7-2:若数字传输系统中传送二进制码元速率为 2400B,求传送十六进制码元的信息速率。
第七章通信与网络技术
第七章通信与网络技术
3、局域网的工作模式 v 客户机/服务器模式(C/S)
——基于服务器的网络。
v 浏览器/服务器模式(B/S)
u B/S模式应用系统由浏览器(Browser)和服 务器(Web服务器/数据库服务器/中间件 等)组成。
u 以B/S模式开发的系统维护工作集中在服务器 上,客户端不用维护,操作风格比较一致。
v 按信号频带的占用方式划分为:基带网和宽带 网等等。
第七章通信与网络技术
5、传输介质
v 有线传输介质 u 同轴电缆 u 双绞线 u 光纤
v 无线传输介质 u 无线电波 u 微波 u 红外线 u 激光 u 卫星
第七章通信与网络技术
1)有线传输介质
• 双绞线
• 同轴电缆
•光纤
•①有非屏蔽(UTP)和 屏蔽(STP)两种; ②细,传输率较低, 传输距离较短,易受 干扰(尤其是UTP); 但价格便宜,布线简 单,性价比最好。
例7-3:设一信息源的输出由128个符号构成,其 中16个出现的概率为1/32,其余112个出现的概率 为1/224,信息源每秒发出1000个符号,每个符号 彼此独立,计算信息源的平均信息速率。
第七章通信与网络技术
5、信道容量 1)奈奎斯特定理
奈奎斯特定理阐述了带宽与系统每秒能传输 的最大位数之间的基本关系。它对数据传输的 最大速率给出了一个理论上的上限。 最大数据传输速率 C=2Blog2N(bps) C:最大数据传输率, B:是信道带宽, N: 传输系统采用N种电压。 注意:奈奎斯特定理没有考虑信道中噪声的干扰。
第七章通信与网络技术
星型结构
v 优点:控制简单, 网络故障易于发现;
v 缺点:成本高、可 靠性差、需要较多 通信电缆。
第七章通信与网络技术
环型结构
v 优点:通信线路短, 增加和减少结点时仅 需简单连接;
v 缺点:数据传输速率 较慢,可靠性低,一 个节点故障,将会造 成全网瘫痪,对分支 节点故障定位较难。
部带宽。基带系统也可以以半双工方式支 持双向信号流。
第七章通信与网络技术
v 频带(宽带)是指某种传输媒介的宽频带 特性及其同时传输多种信号和业务的能力。
v 传输媒介的带宽分割为多个子信道,每个 子信道都可以独立地传输一路信号。
根据香农公式,信号传输率≤信道容量C
第七章通信与网络技术
6、通信系统中信道差错控制方法
1)前向纠错方式(FEC) 2)检错重发方式(ARQ) 3)混合纠错方式(HEC)
第七章通信与网络技术
7、 多路复用技术
多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上 进行传输,到接收端再用专门的设备将各路信号 分离出来,多路复用可以极大地提高通信线路的 利用率。
控制通信子网提供源点到目的点的数据传送 (Packet)。
第七章通信与网络技术
4.运输层(The Transport Layer) 为用户提供端到端的数据传送服务。
5.会话层(The Session Layer) 为用户提供会话控制服务。
6.表示层(The Presentation Layer) 为用户提供数据转换和表示服务。
第七章通信与网络技术
2020/12/6
第七章通信与网络技术
7.1 通信与网络技术的历史回顾
v 通信技术的发展(自学)
u 无线与有线通信技术的发展(包括电报、 电话、广播、电视等)
u 卫星通信技术的发展
v 计算机数据网络技术的发展(自学)
u 包交换技术的发展 u ARPA网——Internet的前身
第七章通信与网络技术
OSI七层协议
1.物理层(The Physical Layer) 在物理线路上传输原始的二进制数据位(基本
网络硬件)。 2.数据链路层(The Data Link Layer)
在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输 (Frame)。 3.网络层(The Network Layer)
u 数据传输速率是衡量系统传输数据能力的 主要指标,数据传输率是指单位时间内传 送的信息量,即每秒钟传送的二进制位比 特数,单位为每秒位,记作bps或b/s。
第七章通信与网络技术
4、数字通信系统的性能指标与计算 1)有效性指标
① 码元传输速率:即码元速率,表示单位时间 内信号波形的变换次数,即通过信道传输的 码元个数。单位:波特。
v 对等(Peer to Peer)模式
第七章通信与网络技术
4、局域网的硬件组成
v 网络服务器 v 网络工作站 v 网络接口卡(网卡) v 通信介质(双绞线等)
第七章通信与网络技术
补充:每条双绞线的两端都安装有水晶头( RJ45接口),通过水晶头将双绞线插入到网 卡的端口中
水晶头
口 网 卡 端
同理,同轴电缆有BNC、AUI连接器接
② 信息传输速率:即比特率,表示信源在单位 时间内传递的平均信息量。单位:bps或b/s。
第七章通信与网络技术
信息速率和码元速率之间的关系,其中N表示 每个符号可能有N种状态
③ 平均信息速率: 若每秒输出n个信号,每个信号的平均信息
量为H(x),则平均信息速率为:
或者,若已知码元传输速率RB,则平均信息速率
第七章通信与网络技术
例7-5:电话信道信噪比30dB,带宽为 3.4KHz,计算最高信息传输率。
信噪比为30dB,即S/N=1000 根据香农公式:
第七章通信与网络技术
例7-6:一帧电视信号由300000个像素构成,每个 像素有10个亮度信号,每个亮度信号等概率出现, 每秒发送30帧图像,信道的信噪比为1000,计算传 输信号的最小带宽。
4、计算机网络的分类
v 按通信的距离进行分类,分为以下三类:
u 局域网(local area network,LAN) u 城域网(metropolitan area network,MAN) u 广域网(wide area network,WAN )
v 按网络拓扑结构划分为:星型网、总线型网、 环型网和网状网等;
不同传输介质与不同传输速率的网络,网桥以 存储转发的方式实现互连的网络之间的通信。 4)交换机也是一种在数据链路层实现互联的 存储转发设备。
¡ 交换机——硬件设备 ¡ 网桥——软件实现 与网桥相比,交换机具有转发延迟较小, 拥有更多的端口等特点。
第七章通信与网络技术
交换机/网桥的工作过程
❖ 共享式局域网与交换式局域网的比较:
• 交换机把局域网分成了若干分段,是解 决总线型局域网冲突问题的有效方法。
第七章通信与网络技术
VLAN(虚拟局域网)是网络设备(如交换 机)上连接的不受物理位置限制的用户的一 个逻辑组。
3)波分多路复用(WDM)
光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法,简 称为波分复用WDM;
4)码分多路访问(CDMA)
以不同频率,不同码址来区分同时通信的不同用 户的无线通信技术。
第七章通信与网络技术
7.3 计算机网络
计算机网络是指把若干地理位置不同, 且具有独立功能的计算机,用通信线路和通 信设备互相连接起来,在网络软件的支持下 实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统。
u 具有较高的带宽,一般为10~1000 Mbps;
u 拓扑结构简单;
u 传输速率高,误码少。
第七章通信与网络技术
2、计算机网络的拓扑结构
v 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 间的结构关系。
v 拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相 互间的连接,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。
v 宽带系统必须为数据的发送和接收提供独 立的线路。
第七章通信与网络技术
3、数字通信系统中带宽的概念
u 早期的电子通信系统都是模拟系统。带 宽就是媒体能够传输的信号最高频率和 最低频率的差值。
u 数字通信系统中“带宽”的含义完全不 同于模拟系统,它通常是指数字系统中 数据的传输速率。
第七章通信与网络技术
1)频分多路复用(FDM)
在一条通信线路设计多路通信信道;每路信道的 信号以不同的载波频率进行调制;各个载波频率 是不重叠的, 那么一条通信线路就可以同时独立 地传输多路信号。
第七章通信与网络技术
2)时分多路复用(TDM)
时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若 干个时间片;每个用户分得一个时间片;在其占有 的时间片内,用户使用通信信道的全部带宽。
口,光纤有光纤接口
第七章通信与网络技术
5、局域网互联技术
v 网络互联设备包括中继器、集线器、网桥、 交换机和路由器。 1)中继器:延伸网络的距离,对弱信号予 以再生放大,工作于物理层。
2)集线器(Hub)主要是对电信号进行放 大整形、延伸网络覆盖范围,工作于数据链 路层。
第七章通信与网络技术
3)网桥 能够互连两个采用不同数据链路层协议、
v 拓扑结构主要有:总线结构、星型结构、环型结 构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。
第七章通信与网络技术
总线结构
v 优点:结构简单,成本较低,可扩充性好, 结点间响应速度快,使用的电缆少,采用广 播式通信;
v 缺点:总线长度不能太长,分支节点故障查 找难,容易出现冲突(指两个结点同时发送 数据)。
第七章通信与网络技术
2)无线传输介质
v 特点
u 使用电磁波 u 无需物理连接 u 适用于长距离
第七章通信与网络技术
6、网络通信协议
v 网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约 定与标准;
v 网络协议的三要素:语义、语法与定时; v 网络参考模型OSI:
1983年ISO 的 OSI (Open System Interconnection)模型正式成为国际标准, 它定义了不同结构网络互联的标准框架。
第七章通信与网络技术
1、网络的形成于发展
第一阶段:远程终端联机阶段 第二阶段:计算机网络阶段 第三阶段:计算机网络互联阶段 第四阶段:信息高速公路阶段
第七章通信与网络技术
2、网络的功能
(1)数据通信 (2)资源共享 (3)提高计算机的可靠性和可用性 (4)分布式处理
第七章通信与网络技术
3、网络的基本组成
第七章通信与网络技术
ຫໍສະໝຸດ Baidu
7.2 数据通信的基本原理
1、通信系统模型
•发送 方
•编码 /调制
•通信 信道
•解码 /解调
•接收 方
u 信源:数据通信中产生或发送数据的一端 u 信宿:数据通信中接受数据的一端 u 信道(传输介质):如双绞线、光纤等
第七章通信与网络技术
2、基带传输与频带传输
v 基带描述的是信息可以以数字形式在单一 信道中传输的通信系统,而这样的信道占 有传输媒介的整个带宽。
7.应用层(The Application Layer)
第七章通信与网络技术
OSI参考模型及协议
第七章通信与网络技术
7.4 计算机局域网
局域网是在较小的地理区域内,利用通信 线路将众多的计算机或数据终端设备连接起 来的通信网络。
1、计算机局域网有以下特点:
u 以微机为主要建网对象;
u 较小的地理覆盖范围;
第七章通信与网络技术
2)香农定理: 最大数据传输速率C=Wlog2(1+S/N) (bps) C:用每秒位数表示的线路容量的实际限 制值,W:信道带宽,S:平均信号强度, N:平均噪声强度。 S/N(信噪比)的单位分贝(dB),定 义为:10log10S/N 例如S/N(信噪比)100 ,等于20dB
计算机网络基本上都是分组交换网,分 组交换网是由资源子网和通信子网构成: u 资源子网—负责数据处理的主计算机、
终端、I/O设备、各种软件资源和数据库 等组成; u 通信子网—负责数据通信处理的通信控 制处理机与通信线路。
第七章通信与网络技术
•计算机网络由通信子网和资源子网组成
第七章通信与网络技术
•①分为基带同轴电缆( 阻抗50Ω)和宽带同轴 电缆(阻抗70Ω); ②粗硬,频带宽,传输 率较高,传输距离较长 ,抗干扰性较强;但布 线困难,价格比双绞线 贵。
•①有单模和多模之分 ; ②细软,极宽的频带, 传输率高(可达数千 Mbps),传输距离长(2 公里以上),不受电磁 干扰或噪声影响;但价 格昂贵。
第七章通信与网络技术
2)可靠性
①误码率(码元差错率) ②误信率(信息差错率)
第七章通信与网络技术
例7-1:已知容量为4.7GB的DVD盘可存储133分 钟的视频数据,试计算该数字信号的数据传输率。
例7-2:若数字传输系统中传送二进制码元速率为 2400B,求传送十六进制码元的信息速率。
第七章通信与网络技术
第七章通信与网络技术
3、局域网的工作模式 v 客户机/服务器模式(C/S)
——基于服务器的网络。
v 浏览器/服务器模式(B/S)
u B/S模式应用系统由浏览器(Browser)和服 务器(Web服务器/数据库服务器/中间件 等)组成。
u 以B/S模式开发的系统维护工作集中在服务器 上,客户端不用维护,操作风格比较一致。
v 按信号频带的占用方式划分为:基带网和宽带 网等等。
第七章通信与网络技术
5、传输介质
v 有线传输介质 u 同轴电缆 u 双绞线 u 光纤
v 无线传输介质 u 无线电波 u 微波 u 红外线 u 激光 u 卫星
第七章通信与网络技术
1)有线传输介质
• 双绞线
• 同轴电缆
•光纤
•①有非屏蔽(UTP)和 屏蔽(STP)两种; ②细,传输率较低, 传输距离较短,易受 干扰(尤其是UTP); 但价格便宜,布线简 单,性价比最好。
例7-3:设一信息源的输出由128个符号构成,其 中16个出现的概率为1/32,其余112个出现的概率 为1/224,信息源每秒发出1000个符号,每个符号 彼此独立,计算信息源的平均信息速率。
第七章通信与网络技术
5、信道容量 1)奈奎斯特定理
奈奎斯特定理阐述了带宽与系统每秒能传输 的最大位数之间的基本关系。它对数据传输的 最大速率给出了一个理论上的上限。 最大数据传输速率 C=2Blog2N(bps) C:最大数据传输率, B:是信道带宽, N: 传输系统采用N种电压。 注意:奈奎斯特定理没有考虑信道中噪声的干扰。
第七章通信与网络技术
星型结构
v 优点:控制简单, 网络故障易于发现;
v 缺点:成本高、可 靠性差、需要较多 通信电缆。
第七章通信与网络技术
环型结构
v 优点:通信线路短, 增加和减少结点时仅 需简单连接;
v 缺点:数据传输速率 较慢,可靠性低,一 个节点故障,将会造 成全网瘫痪,对分支 节点故障定位较难。