第3章網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與互連

第3章網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與互連設(shè)備

3.1局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)3.2典型的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)3.3局域網(wǎng)的組成3.4以太網(wǎng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)3.5高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.6廣域網(wǎng)技術(shù)3.7本章小結(jié)3.1局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1局域網(wǎng)概述

局域網(wǎng)(LAN，LocalAreaNetwork)，顧名思義就是局部區(qū)域的計算機網(wǎng)絡(luò)。

表3-l局域網(wǎng)的一些性能參考指標(biāo)特

性程控小交換機管理網(wǎng)局域網(wǎng)高速局域網(wǎng)寬帶網(wǎng)傳輸速率9600b/s～2Mb/s1Mb/s～20Mb/s100Mb/s～1Gb/s50Mb/s～100Mb/s拓撲結(jié)構(gòu)星型總線型、星型、環(huán)型星型、環(huán)型總線型傳輸介質(zhì)雙絞線雙絞線、同軸電纜雙絞線、光纖CATV電纜交換方式電路交換分組交換分組交換分組交換傳輸距離1km25km100km1km支持設(shè)備數(shù)幾百至幾千幾百至幾千幾百至幾千幾十投資費用較低較低較高較高3.1.2局域網(wǎng)協(xié)議及模型MAC子層的主要功能有：①

將上層交下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進行發(fā)送。②

實現(xiàn)和維護MAC協(xié)議。③

比特的差錯檢測。④

尋址。LLC子層完成的主要功能有：①

建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接。②

提供與高層的接口。③

差錯控制。④

給幀加上序號。表3-2OSI與IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的比較

IEEE是世界上局域網(wǎng)全局地址的法定管理機構(gòu)，負責(zé)分配高24位的地址。世界上所有生產(chǎn)局域網(wǎng)網(wǎng)卡的廠商都必須向IEEE購買高24位組成的序列號，而低24位由生產(chǎn)廠商自己決定。OSI模型IEEE802高層協(xié)議

802.10客戶操作的局域網(wǎng)安全

802.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)數(shù)據(jù)鏈路層802.2邏輯鏈路控制LLC802.3CSMA/CDMAC802.4TokenBusMAC802.5TokenRingMAC物理層CSMA/CD介質(zhì)TokenBus介質(zhì)TokenRing介質(zhì)返回3.2典型的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1以太網(wǎng)（Ethernet）以太網(wǎng)和IEEE802.3是二項較為相似的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，都屬于CSMA/CD局域網(wǎng)。圖3-1以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖CSMA/CD方法可以簡單地概括為以下幾點：·先聽后發(fā)；·邊聽邊發(fā)；·沖突停止；·隨機延遲后重發(fā)。以太網(wǎng)和IEEE802.3都通過硬件來實現(xiàn)，這些協(xié)議的物理實現(xiàn)可以是主機內(nèi)的接口卡，也可以是主機內(nèi)主電路板上的電路。3.2.2

IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)：令牌環(huán)

1．環(huán)形局域網(wǎng)絡(luò)工作原理1）環(huán)網(wǎng)的一般工作原理環(huán)網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)是所有節(jié)點串行連接而形成的一個封閉環(huán)路。信息傳輸是單向和逐點傳送的。

圖3-2環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖2)環(huán)接口環(huán)接口在邏輯上由五部分組成：發(fā)送器（緩沖）、接收器（緩沖）、控制器、線驅(qū)動器和線接收器，如圖3-3所示。3)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的特點環(huán)形網(wǎng)的主要特點有：①只有一條環(huán)路，信息單向流動，無路徑選擇問題。②環(huán)路是一個含有有源部件的信道，每個中繼轉(zhuǎn)發(fā)器具。有放大整形作用。③對信道訪問的控制技術(shù)較簡單。④接口的功能比較簡單，節(jié)點的增減方便，網(wǎng)絡(luò)的成本正比于節(jié)點的多少。⑤

環(huán)路適于多種傳輸介質(zhì),傳輸速率高,較適于實時傳輸。2.令牌傳遞環(huán)網(wǎng)?(TokenPassingRing)環(huán)網(wǎng)中，每個工作站的主要任務(wù)是：①

轉(zhuǎn)發(fā)從環(huán)路輸入的比特流。②

不停地監(jiān)視以下兩種比特組合：本站地址和令牌。3.2.3

IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)：令牌總線局域網(wǎng)牌傳遞環(huán)網(wǎng)具有簡單、經(jīng)濟、沒有信息沖突等優(yōu)點。令牌總線局域網(wǎng)采用令牌傳遞總線訪問控制方式令牌傳遞總線訪問控制是令牌傳遞總線的簡寫。

圖3-4令牌傳遞環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)返回3.3局域網(wǎng)的組成

局域網(wǎng)是一種分布范圍較小的計算機網(wǎng)絡(luò)，它一般由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、用戶工作站、網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡）、傳輸介質(zhì)以及通信設(shè)備組成。3.3.1網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

圖3-5通信服務(wù)器將遠程的計算機聯(lián)入局域網(wǎng)3.3.2工作站或客戶機在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，工作站或客戶機是網(wǎng)絡(luò)的前端窗口，用戶通過它訪問網(wǎng)絡(luò)的共享資源。通常用做工作站的機器是IBMPC機和AppleMacintosh等微機。工作站可以有自己單獨的操作系統(tǒng)，獨立工作。內(nèi)存是影響網(wǎng)絡(luò)工作站性能的關(guān)鍵因素之一。3.3.3網(wǎng)絡(luò)適配器(網(wǎng)卡)網(wǎng)卡的基本功能有:①

網(wǎng)卡實現(xiàn)工作站與局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)之間的物理連接和電信號匹配，接收和執(zhí)行工作站與服務(wù)器送來的各種控制命令，完成物理層的功能。②

網(wǎng)卡實現(xiàn)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的一部分功能，包括網(wǎng)絡(luò)存取控制，信息幀的發(fā)送與接收，差錯校驗，串并代碼轉(zhuǎn)換等。③

網(wǎng)卡實現(xiàn)無盤工作站的復(fù)位及引導(dǎo)。④

網(wǎng)卡提供數(shù)據(jù)緩存能力。⑤

網(wǎng)卡還能實現(xiàn)某些接口功能。圖3-6網(wǎng)絡(luò)適配器(NIC)網(wǎng)卡主要具有以下三個基本參數(shù)：①中斷―IRQ②DMA通道③存儲基地址和I/O基地址3.3.4傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸?shù)拿襟w，是網(wǎng)絡(luò)通信的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。1.雙絞線雙絞線（twistedpair）是最普通的傳輸介質(zhì)，它由兩根絕緣的金屬導(dǎo)線扭在一起而成，如圖3-7所示。圖3-7無屏蔽雙絞線(UTP)雙絞線分為有屏蔽雙絞（STP和無屏蔽雙絞線（UTP）。表3-3UTP的主要性能參數(shù)2．同軸電纜

同軸電纜（coaxialcable）是網(wǎng)絡(luò)中最常用的保護套傳輸介質(zhì)，共有四層，最內(nèi)層是中心導(dǎo)體，從里往外依次分為透明絕緣層、金屬網(wǎng)屏蔽層和黑色保護套，如圖3-8所示。UTP類別最高工作頻率/MHz最高數(shù)據(jù)傳輸率/Mb/s主要用途3類161010Mb/s網(wǎng)絡(luò)4類201610Mb/s網(wǎng)絡(luò)（用的很少）5類10010010Mb/s和100Mb/s網(wǎng)絡(luò)超5類10015510Mb/s、100Mb/s和1000Mb/s網(wǎng)絡(luò)環(huán)境圖3-8同軸電纜常用的同軸電纜線型號參見表3-4，具體介紹如下l)RG-58A/U

2)RG-113)?RG-59U

表3-4常用的同軸電纜線電纜線類型阻抗/W直徑/英寸*應(yīng)用RG-11500.4010BASE-5RG-58A/U500.1810BASE-2RG-62930.25ARCnetRG-59U750.25CATV3.光導(dǎo)纖維電纜光纖通信具有如下特點:l)優(yōu)點2)缺點4.傳輸介質(zhì)的選擇選擇時可考慮的主要因素為：·網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)；·網(wǎng)絡(luò)連接方式；·網(wǎng)絡(luò)通信容量；·系統(tǒng)傳輸時的可靠性要求；·所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型；·環(huán)境因素,如網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍、節(jié)點間距等。3.3.5網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備1.中繼器（Repeat）圖3-10聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的層次關(guān)系

圖3-11中繼器連接兩個以太網(wǎng)使用中繼器進行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時，應(yīng)注意如下兩點:①

使用中繼器互聯(lián)以太網(wǎng)不能形成環(huán)路；②必須遵循MAC協(xié)議的定時特性，不能用中繼器將電纜無限地連接起來。網(wǎng)絡(luò)中任何兩個站點傳輸信息的總延時滿足如下條件：1)10Mb/s以太網(wǎng)對于該以太網(wǎng)應(yīng)有：（DTE延時＋MAC延時＋中繼延時＋電纜延時）≤25.6?ms所有延遲的總和應(yīng)小于沖突域所規(guī)定的時間25.6?ms。圖3-12沖突域的概念圖2)100Mb/s快速以太網(wǎng)對于該以太網(wǎng)應(yīng)有：（DTE延時＋MAC延時＋中繼延時＋電纜延時）≤2.56?ms2.集線器（HUB）網(wǎng)絡(luò)集線器(HUB)有許多特色。最簡單的集線器通過把邏輯Ethernet連接成物理上的星形拓撲而增加了網(wǎng)絡(luò)的連通性，它實質(zhì)是一個多端口中繼器。

圖3-1310BASE-T集線器3.網(wǎng)橋（Bridge）1)網(wǎng)橋定義網(wǎng)橋是一種在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)互聯(lián)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。2)網(wǎng)橋的功能和作用(1)網(wǎng)橋的功能①過濾和轉(zhuǎn)發(fā)。在網(wǎng)絡(luò)上的各種設(shè)備和工作站都有一個地址。圖3-14利用網(wǎng)橋連接兩個LAN②學(xué)習(xí)功能。當(dāng)網(wǎng)橋接收到一個信息包時，它查看信息包的源地址并將該地址與路徑表中的各項對比，如果在其路徑表中查不到，則網(wǎng)橋?qū)⑿碌脑吹刂芳拥铰窂奖碇小?2)網(wǎng)橋在實際應(yīng)用中的作用網(wǎng)橋常常用來分割一個負載過重的網(wǎng)絡(luò)，以均衡負載，增加網(wǎng)絡(luò)的效率。2)在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用網(wǎng)橋的限制3)網(wǎng)橋的使用方式和分類網(wǎng)橋可以用來互聯(lián)兩個同類網(wǎng)絡(luò)從硬件配置的位置來分，網(wǎng)橋通常分為內(nèi)部網(wǎng)橋和外部網(wǎng)橋兩種。從地理位置來分，網(wǎng)橋還可以分為近程網(wǎng)橋和遠程網(wǎng)橋。圖3-15本地網(wǎng)橋和遠程網(wǎng)橋的使用4)網(wǎng)橋的安裝(1)內(nèi)部網(wǎng)橋的安裝內(nèi)部網(wǎng)橋安裝簡單，無需配置。(2)外部網(wǎng)橋的安裝

4.路由器（Router）1)路由器的作用2)路由器的使用方式圖3-16用路由器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接3)路由器的分類4)路由器的功能與特征5)路由器的使用特點5.網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)層之上，它是網(wǎng)絡(luò)層以上的互聯(lián)設(shè)備的總稱。

6.交換式集線器

交換式集線器的交換方式有兩種，即直通方式和傳統(tǒng)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式。直通方式并非簡單直接連通。

返回3.4以太網(wǎng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

3.4.1以太網(wǎng)的產(chǎn)品概述1.以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)2.以太網(wǎng)的訪問控制方式3.以太網(wǎng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)表3-5常用以太網(wǎng)的主要參數(shù)標(biāo)

準(zhǔn)傳

輸

介

質(zhì)拓撲結(jié)構(gòu)最多區(qū)段

數(shù)區(qū)段最多工作站最大區(qū)段長度網(wǎng)絡(luò)最大長度標(biāo)準(zhǔn)接頭10BASE-5粗纜總線5個100個500m2500mAUI10BASE-2細纜總線5個30個185m925mBNC10BASE-T無屏蔽雙絞線星型不限不限100m不限RJ45表3-6以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和主要參數(shù)以太網(wǎng)標(biāo)

準(zhǔn)傳

輸

介

質(zhì)拓撲結(jié)構(gòu)區(qū)段最多工

作

站最大區(qū)段長度/mIEEE規(guī)范批準(zhǔn)時間速度/Mb/s10BASE-550Ω粗同軸電纜總線100個500802.319831010BASE-250Ω細同軸電纜總線30個185802.3a1988101BASE-52對100Ω3類雙絞線星型12／集線器250802.3c1988110BASE-T2對100Ω3類雙絞線星型4、8、12、16、24／集線

器100802.3i199010100BASEFX2股多?；騿文Ｊ焦饫w星型

2000/10000802.3l1992100100BASE-T2對l00W5類雙絞線，或4對100W3、4、5類雙絞線，或2對150W1類雙絞線星型1024100802.3u19951003.4.2常見以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)1.標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（l0BASE-5）

圖3-l710BASE-5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1)粗纜以太網(wǎng)的硬件基本配置(1)網(wǎng)卡(2)收發(fā)器(3)收發(fā)器同軸電纜(4)電纜系統(tǒng)(5)中繼器圖3-18使用中繼器擴展的10BASE-5網(wǎng)絡(luò)2.細纜以太網(wǎng)(10BASE-2)采用細同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)，被稱為細纜以太網(wǎng)。例如圖3-19所示。3．雙絞線以太網(wǎng)（10BASE-T）1）雙絞線以太網(wǎng)基本硬件配置(1)集線器（HUB）(2)非屏蔽雙絞線UTP（UnshieldedTwistedPair）圖3-20雙集線器的l0BASE-T網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖3-22可疊加集線器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)返回3.5高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.5.1FDDI光纖分布數(shù)據(jù)接口（FDDI，F(xiàn)iberDistributedDataInterface）標(biāo)準(zhǔn)是在20世紀(jì)80年代中期開發(fā)的。1．訪問方法圖3-23計時令牌訪問法2．FDDI錯誤管理FDDI節(jié)點監(jiān)督兩種網(wǎng)絡(luò)錯誤情形：長時間無活動和長時間不出現(xiàn)令牌。3．FDDI物理連通性

圖3-24高速雙環(huán)圖3-25容錯繞接圖3-26用集中器DAS組成FDDI3.5.2

ATM網(wǎng)絡(luò)圖3-27ATM路徑選擇3.5.3快速以太網(wǎng)技術(shù)1．100BASE-T快速以太網(wǎng)

圖3-28快速以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)的典型組網(wǎng)圖表3-7三種快速以太網(wǎng)的物理層規(guī)范2．100BASE-T高速交換式以太網(wǎng)3.5.4

100VG-AnyLAN技術(shù)3.5.5千兆位以太網(wǎng)物理層規(guī)范100BASE-TX100BASE-FX100BASE-T4