數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)1.第3章局域網(wǎng)技術(shù)及其以太網(wǎng)主要內(nèi)容3.1局域網(wǎng)概述3.2局域網(wǎng)協(xié)議3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介3.6工業(yè)以太網(wǎng)2.3.1局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)經(jīng)歷了三代：第一代是以CSMA/CD和標(biāo)記環(huán)為代表，提供終端到主機(jī)的聯(lián)接，支持客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，運(yùn)行在中等數(shù)據(jù)率；第二代以FDDI為代表，滿足對(duì)LAN骨干網(wǎng)的要求，支持高性能工作站；第三代以千兆位以太網(wǎng)與ATM局域網(wǎng)為代表，提供多媒體應(yīng)用所需的吞吐量和實(shí)時(shí)傳輸?shù)馁|(zhì)量保證。3.3.1局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)的研究始于70年代，以1975年美國施樂Xerox公司推出的實(shí)驗(yàn)性以太網(wǎng)（Ethernet）和1974年英國劍橋大學(xué)研制的劍橋環(huán)網(wǎng)為典型代表。目前，Novell公司的Netware、IBM公司的令牌環(huán)網(wǎng)、3COM公司的3COMEther系列網(wǎng)、Microsoft公司的WindowsNT、Datapoint公司的ARCNET網(wǎng)等是局域網(wǎng)市場流行最廣的網(wǎng)絡(luò)。4.3.1局域網(wǎng)概述3.1.1局域網(wǎng)的組成與特點(diǎn)局域網(wǎng)：在較小的地理范圍內(nèi)，利用通信線路將眾多微機(jī)等設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)相互間的數(shù)據(jù)傳輸和資源共享的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)基本組成包括如下部分：（1）服務(wù)器（Server）（2）客戶機(jī)（Client）。（3）網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備。（4）通信介質(zhì)。（5）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等軟件。5.3.1局域網(wǎng)概述局域網(wǎng)特點(diǎn)：（1）以微機(jī)為主要建網(wǎng)對(duì)象。大部分局域網(wǎng)中沒有中央主機(jī)系統(tǒng)，只有多種微機(jī)及外設(shè)，可以說局域網(wǎng)是專為微機(jī)而設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）地理覆蓋范圍有限。通常網(wǎng)絡(luò)分布在一座辦公大樓或集中的建筑群內(nèi)，為一個(gè)部門所有，涉轄范圍一般只有幾公里。一般來說，局域網(wǎng)的覆蓋范圍在10km之內(nèi)。至多不超過25km。（3）通信傳輸速率高且誤碼率低。局域網(wǎng)一般為基帶傳輸，傳輸速率一般為10～100Mbps，甚至更高。因?yàn)閭鬏斁嚯x短誤碼率很低，一般在10-9～10-12范圍內(nèi)，能支持計(jì)算機(jī)間高速通信。6.3.1局域網(wǎng)概述（4）可采用多種通信介質(zhì)。如低廉的非屏蔽雙絞線、同軸電纜或價(jià)格昂貴的光纖等。（5）一般采用靈活方便的分布式控制和廣播式通信傳輸控制方式，可靠性較高。結(jié)點(diǎn)的增刪比較容易。（6）建網(wǎng)周期短且便于管理和擴(kuò)充。局域網(wǎng)由于范圍小，又為部門所有，因此建網(wǎng)周期短、成本低，因此維護(hù)管理和擴(kuò)充都十分方便。7.3.1局域網(wǎng)概述3.1.2局域網(wǎng)分類

局域網(wǎng)通常劃分成三類：一般局域網(wǎng)（LAN）、高速局域網(wǎng)（HSLN）和計(jì)算機(jī)化分組交換機(jī)（CBX）。三類局域網(wǎng)的主要特性見表。

特性一般局域網(wǎng)高速局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)化分組交換機(jī)傳輸媒體雙絞線、同軸電纜、光纖CATV同軸電纜雙絞線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線、樹、環(huán)總線星線傳輸速率（Mbps）l～20509.6～64最大距離（km）2511轉(zhuǎn)接技術(shù)報(bào)文分組報(bào)文分組線路轉(zhuǎn)接支持設(shè)備數(shù)100～100010100～10008.3.1局域網(wǎng)概述1、一般局域網(wǎng)（LAN）LAN可以支持小型機(jī)、大型機(jī)、終端和其他外圍設(shè)備的互連。最常見的LAN的類型是采用同軸電纜的總線/樹型網(wǎng)。也可選擇采用雙絞線、同軸電纜、甚至光纖的環(huán)型網(wǎng)。LAN的傳輸速率為1Mbps～20Mbps。美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）成立的IEEE802委員會(huì)制定了LAN的標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。

9.3.1局域網(wǎng)概述2．高速局域網(wǎng)（HSLN）HSLN是為大型機(jī)和大容量存貯設(shè)備之間高吞吐量而設(shè)計(jì)。HSLN的主要集中于采用CATV同軸電纜的總線結(jié)構(gòu)，HSLN可達(dá)到很高的數(shù)據(jù)速率（標(biāo)準(zhǔn)的是50Mbps），但距離和所聯(lián)設(shè)備數(shù)非常有限。HSLN主要用于計(jì)算機(jī)房的裝置。一般不用于小型機(jī)、微型機(jī)和一些不太貴的外設(shè)。HSLN的標(biāo)準(zhǔn)由美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（ANSI）所屬的一個(gè)委員會(huì)，即ANSX3T9.5委員會(huì)制定。

10.3.1局域網(wǎng)概述3．計(jì)算機(jī)化分組交換機(jī)（CBX）CBX是一種數(shù)字專用分組交換機(jī)，用于處理聲音和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)接。通常采用星型或?qū)有切屯負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，用雙絞線將端結(jié)點(diǎn)連到轉(zhuǎn)接點(diǎn)。LAN和HSLN采用報(bào)文分組轉(zhuǎn)接，而CBX則采用電路轉(zhuǎn)接。CBX中，對(duì)單個(gè)端結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)速率一般較低，但保證一定的頻帶寬度。當(dāng)連接建立之后，網(wǎng)絡(luò)中基本無延遲。CBX主要適用于語音傳輸、終端-終端和終端-主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。11.3.1局域網(wǎng)概述HSLN可以提供相當(dāng)高的數(shù)據(jù)傳輸速率，但由于價(jià)格昂貴，所聯(lián)設(shè)備和傳輸距離的限制，所以，應(yīng)用面非常狹窄。而LAN和CBX的應(yīng)用范圍都非常廣。從技術(shù)上而言，LAN發(fā)展得較快，現(xiàn)在已試圖將LAN的技術(shù)應(yīng)用于CBX。從開放系統(tǒng)互連的角度看，LAN的通用性更大。國際上有關(guān)LAN下三層的標(biāo)準(zhǔn)已趨于成熟。以下所有局域網(wǎng)均指LAN。

12.3.1局域網(wǎng)概述3.1.3局域網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)

局域網(wǎng)對(duì)應(yīng)了ISO/OSI參考模型的最低兩層：其中物理層用來建立物理連接；數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)組成幀進(jìn)行傳輸，并對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行順序控制、差錯(cuò)控制和流量控制，使不可靠的鏈路變?yōu)榭煽康逆溌贰⒖寄Ｐ鸵妶D。OSI參考模型LAN數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路子層（LLC）媒體訪問控制子層（MAC）物理層物理層圖5-1局域網(wǎng)的參考模型13.3.1局域網(wǎng)概述1.物理層物理層完成信號(hào)的編碼/譯碼、前導(dǎo)碼的生成/除去、比特的發(fā)送/接收等功能。有關(guān)信號(hào)與編碼常采用曼徹斯特編碼；介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜和光纜等；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多為總線、樹和環(huán)型；傳輸速率為1Mbps，4Mbps，10Mbps，50Mbps，100Mbps等。14.3.1局域網(wǎng)概述數(shù)據(jù)鏈路層分為：數(shù)據(jù)鏈路控制（LLC）和介質(zhì)訪問控制（MAC）兩個(gè)功能子層。目的：使數(shù)據(jù)鏈路功能中與硬件有關(guān)的部分和與硬件無關(guān)的部分分開。2.

MAC子層LAN對(duì)于不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和媒體，其訪問控制不同。如總線形，各站點(diǎn)采用競爭方式；環(huán)形結(jié)構(gòu)采用令牌傳遞方式等，所以說局域網(wǎng)的差別主要體現(xiàn)在物理層和MAC子層。MAC子層有管理多個(gè)源鏈路和多個(gè)目的鏈路的功能。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)制定了幾種介質(zhì)訪問控制方法（如CSMA/CD，Token-Ring，Token-Bus等）。15.3.1局域網(wǎng)概述802.1B網(wǎng)際互聯(lián)互聯(lián)802.1B802.1A802.2LLC

數(shù)據(jù)鏈路層802.3CSMA/CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6MAN802.3802.4802.5802.6物理層圖5-2IEEE802主要標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系圖16.3.1局域網(wǎng)概述3.LLC子層

LLC子層屏蔽了媒體訪問控制方法，為連到局域網(wǎng)上的端系統(tǒng)提供端到端的差錯(cuò)控制和流量控制。向高層提供一個(gè)或多個(gè)服務(wù)訪問點(diǎn)SAP的邏輯接口，具有幀的接收、發(fā)送功能。發(fā)送時(shí)把要發(fā)送的數(shù)據(jù)加上地址和循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC字段等構(gòu)成LLC幀；接收時(shí)把幀拆封，執(zhí)行地址識(shí)別和CRC校驗(yàn)功能，并且有幀順序、差錯(cuò)控制和流量控制等功能。包括一些網(wǎng)絡(luò)層的功能，如數(shù)據(jù)報(bào)，虛電路和多路復(fù)用等。17.3.1局域網(wǎng)概述3.1.4局域網(wǎng)的基本技術(shù)

1.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星（Star）、環(huán)（Ring）、總線或樹（Bus/Tree）2.

傳輸形式局域網(wǎng)的傳輸形式有兩種：基帶傳輸與寬帶傳輸。典型的傳輸介質(zhì)：雙絞線、基帶同軸電纜、寬帶同軸電纜和光導(dǎo)纖維，電磁波等。3.

介質(zhì)訪問控制方法主要有五類：固定分配、需求分配、適應(yīng)分配、探詢和隨機(jī)訪問。其中環(huán)型網(wǎng)采用的令牌訪問方法，總線型網(wǎng)采用的CSMA/CD訪問方法等是局域網(wǎng)典型的訪問方法。18.3.2局域網(wǎng)協(xié)議IEEE802局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議制定了若干標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)稱為IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)。

802.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)因特網(wǎng)802.1尋址

802.1體系結(jié)構(gòu)

802.2邏輯鏈路控制（LLC）邏輯鏈路

802.3

802.4

802.5

802.6

802.13介質(zhì)訪問控制

MAC

MAC

MAC

MAC…MAC

物理層

物理層

物理層

物理層

物理層物理19.3.2局域網(wǎng)協(xié)議IEEE802委員會(huì)下設(shè)若干個(gè)子委員會(huì)，研究局域網(wǎng)的不同發(fā)展領(lǐng)域，其研究目標(biāo)包括：（1）IEEE802.l標(biāo)準(zhǔn)，包括局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，以及網(wǎng)絡(luò)管理與性能測量；（2）IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)，定義了邏輯鏈路控制層（LLC）功能與服務(wù)；（3）IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，定義了載波偵聽多路訪問/沖突檢測CSMA/CD總線介質(zhì)訪問控制方法與物理層規(guī)范；（4）IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)，定義了令牌總線介質(zhì)訪問控制方法與物理層規(guī)范；（5）IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)，定義了令牌環(huán)介質(zhì)訪控制方法與物理層規(guī)范；（6）IEEE802.6標(biāo)準(zhǔn)，定義了城域網(wǎng)MAN介質(zhì)訪問控制方法與物理層規(guī)范；20.3.2局域網(wǎng)協(xié)議（7）IEEE802.7標(biāo)準(zhǔn)，定義了寬帶技術(shù)；（8）IEEE802.8標(biāo)準(zhǔn)，定義了光纖技術(shù)；（9）IEEE802.9標(biāo)準(zhǔn)，定義了語音與數(shù)據(jù)綜合局域網(wǎng)技術(shù)；（l0）IEEE802.10標(biāo)準(zhǔn)，定義了可互操作的局域網(wǎng)安全性規(guī)范；（11）IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，定義了無線局域網(wǎng)技術(shù)；（12）IEEE802.12標(biāo)準(zhǔn)，定義了優(yōu)先級(jí)高速局域網(wǎng)（100Mb/s)；（l3）IEEE802.13標(biāo)準(zhǔn)，定義了快速以太網(wǎng)5B/6B編碼技術(shù)。IEEE802.l～I(xiàn)EEE802.6已經(jīng)成為ISO的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO8802-l～I(xiàn)SO8802-6。21.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)

3.3.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本概念

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是指將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備相連接，以構(gòu)成更大規(guī)模的因特網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)絡(luò)資源的共享。互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備可以是同種類型的網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，以及運(yùn)行不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)備和系統(tǒng)。使原來不能通信的網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)相互通信。在互連網(wǎng)中，每個(gè)子網(wǎng)為互連網(wǎng)的一個(gè)部分，每個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源都應(yīng)該成為互連網(wǎng)中的共享資源。同時(shí)，又應(yīng)該屏蔽各子網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、服務(wù)類型、網(wǎng)絡(luò)管理等方面的差異。網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)能實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模、更大范圍的網(wǎng)絡(luò)連接，使網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)成為一個(gè)整體。22.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)必須做到：（l）在互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)之間提供鏈路，至少有物理線路和數(shù)據(jù)線路；（2）在不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的進(jìn)程之間提供適當(dāng)?shù)穆酚蓙斫粨Q數(shù)據(jù)；（3）提供網(wǎng)絡(luò)記賬服務(wù)，記錄網(wǎng)絡(luò)資源使用情況；（4）提供各種互聯(lián)服務(wù)，應(yīng)盡可能不改變因特網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)類型主要有：局域網(wǎng)-局域網(wǎng)互聯(lián)、局域網(wǎng)-遠(yuǎn)程網(wǎng)互聯(lián)、局域網(wǎng)通過遠(yuǎn)程網(wǎng)與局域網(wǎng)的互聯(lián)，以及遠(yuǎn)程網(wǎng)與遠(yuǎn)程網(wǎng)的互聯(lián)。23.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)3.3.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備分類網(wǎng)間互聯(lián)設(shè)備有：中繼器（Repeater）、網(wǎng)橋（Bridge）、路由器（Router）和網(wǎng)關(guān)（Gateway）。網(wǎng)絡(luò)互連從通信協(xié)議的角度可分為四個(gè)層次：在物理層，使用中繼器在不同網(wǎng)段之間復(fù)制位信號(hào)；在數(shù)據(jù)鏈路層，使用網(wǎng)橋在局域網(wǎng)之間存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀；在網(wǎng)絡(luò)層，使用路由器在不同網(wǎng)絡(luò)間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組信號(hào)；在傳送層及傳送層以上，使用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，提供更高層次的接口。

24.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)1．中繼器中繼器起簡單的信號(hào)放大作用，只能接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流，它對(duì)所通過的數(shù)據(jù)不作處理。主要用于延長電纜和光纜的傳輸距離。中繼器工作在物理層，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相同的局域網(wǎng)段間的電氣連接，在兩個(gè)物理網(wǎng)段上做比特流的復(fù)制，用以擴(kuò)展局域網(wǎng)的地理范圍。一個(gè)中繼器只包含有一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口。中繼器只適用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。使用中繼器的好處是擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的成本較低廉。主要有電信號(hào)中繼器和光信號(hào)中繼器。25.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)中繼器圖：26.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)2．網(wǎng)橋網(wǎng)橋是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，是在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)的互聯(lián)。網(wǎng)橋的基本特征是：（1）網(wǎng)橋能夠互聯(lián)兩個(gè)采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)；（2）網(wǎng)橋以接收、存儲(chǔ)、地址過濾與轉(zhuǎn)發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)因特網(wǎng)絡(luò)之間的通信；（3）網(wǎng)橋需要兩個(gè)因特網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同或兼容的協(xié)議；（4）網(wǎng)橋可以分隔兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的通信量，有利于改善因特網(wǎng)絡(luò)的性能與安全性。網(wǎng)橋在局域網(wǎng)中經(jīng)常被用來將一個(gè)大型局域網(wǎng)分成既獨(dú)立工作又能相互通信的多個(gè)子網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而改善各個(gè)子網(wǎng)的性能與安全性。27.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)網(wǎng)橋能夠解析它所接受的幀，并能指導(dǎo)如何把數(shù)據(jù)傳送到目的地。它能夠讀取目標(biāo)地址信息（MAC），并決定是否向網(wǎng)絡(luò)的其他段轉(zhuǎn)發(fā)（重發(fā)）數(shù)據(jù)包，而且，如果數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址與源地址位于同一段，就可以把它過濾掉。當(dāng)節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)橋傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)橋就會(huì)根據(jù)已知的MAC地址和它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的位置建立過濾數(shù)據(jù)庫（也就是人們熟知的轉(zhuǎn)發(fā)表）。網(wǎng)橋利用過濾數(shù)據(jù)庫來決定是轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包還是把它過濾掉28.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)3．路由器路由器在網(wǎng)絡(luò)層上實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。路由器的基本特征是：（1）路由器為兩個(gè)或兩個(gè)以上網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸解決最佳路由選擇；（2）路由器與網(wǎng)橋的主要區(qū)別是：網(wǎng)橋把幾個(gè)物理的子網(wǎng)連接起來，向用戶提供一個(gè)大的邏輯網(wǎng)絡(luò)。路由器則是從路由選擇角度為不同的邏輯上獨(dú)立的子網(wǎng)用戶之間的數(shù)據(jù)傳輸提供傳輸?shù)穆肪€；（3）路由器要求結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層以上的各層使用相同或兼容的協(xié)議。29.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)可路由的協(xié)議包括TCP/IP、IPX/SPX和AppleTalk。不可路由的協(xié)議包括NetBEUI和SNA。為了找出最優(yōu)路徑，各個(gè)路由器間要通過路由協(xié)議來相互通信。路由協(xié)議可用收斂時(shí)間和帶寬開銷來表征：收斂時(shí)間：路由器在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化或斷線時(shí)尋找出最優(yōu)傳輸路徑所耗費(fèi)的時(shí)間。帶寬開銷：運(yùn)行中的網(wǎng)絡(luò)為支持路由協(xié)議所需要的帶寬，30.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)路由協(xié)議：RIP、OSPF、EIGRP和BGP為IP和IPX設(shè)計(jì)的RIP（路由信息協(xié)議）。為IP設(shè)計(jì)的OSPF（開放的最短路徑優(yōu)先）。為IP、IPX和AppleTalk而設(shè)計(jì)的EIGRP(增強(qiáng)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議)。為IP、IPX和AppleTalk而設(shè)計(jì)的BGP（邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）。31.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)橋式路由器和路由交換機(jī)網(wǎng)橋路由器或橋式路由器：表示路由器具備了網(wǎng)橋的某些特征。結(jié)合路由器和網(wǎng)橋的好處就是可以轉(zhuǎn)發(fā)不可路由的協(xié)議，如NetBEUI。還可以通過一臺(tái)設(shè)備連接多種網(wǎng)絡(luò)。路由交換機(jī)：是路由器和交換機(jī)結(jié)合而成的。能解析OSI模型的第二層和第三層的數(shù)據(jù)。32.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)4．網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)間協(xié)議變換器網(wǎng)關(guān)（Gateway）也叫網(wǎng)間協(xié)議變換器或信關(guān)。網(wǎng)關(guān)是比網(wǎng)橋和路由器更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，能夠連接不同網(wǎng)絡(luò)的軟件和硬件的結(jié)合產(chǎn)品。可以實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的互朕，包括不同操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)，也可以實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)與主機(jī)、局域網(wǎng)與遠(yuǎn)程網(wǎng)之間的互聯(lián)。網(wǎng)關(guān)應(yīng)實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。33.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)3.3.3局域網(wǎng)操作系統(tǒng)局域網(wǎng)操作系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接的重要軟件。局域網(wǎng)操作系統(tǒng)通過網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序與網(wǎng)卡通信，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問控制和物理層協(xié)議。對(duì)不同傳輸介質(zhì)、不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不同介質(zhì)訪問控制協(xié)議的異型網(wǎng)，要求計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)能很好解決異型網(wǎng)絡(luò)互連的問題。Netware，WindowsNTServer，LANManager都是局域網(wǎng)操作系統(tǒng)的范例。

34.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)LANManager局域網(wǎng)操作系統(tǒng)微軟公司推出的基于Client/Server結(jié)構(gòu)的服務(wù)器開放式局域網(wǎng)操作系統(tǒng)，具有優(yōu)越的局域網(wǎng)操作系統(tǒng)性能。采用網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)接口規(guī)范NDIS，支持Ethernet，TokenRing，ARCNet等不同協(xié)議的網(wǎng)卡、多種拓?fù)?、傳輸介質(zhì)。提供豐富的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信的工具，支持客戶機(jī)的圖形用戶接口。采用以域?yàn)楣芾韺?shí)體的管理方式，對(duì)服務(wù)器、用戶機(jī)、應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)資源與安全，實(shí)行集中式網(wǎng)絡(luò)管理。通過加密口令控制用戶訪問，進(jìn)行身份鑒定，保障網(wǎng)絡(luò)的安全性。

35.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)Netware由Novell公司和Apple公司聯(lián)合提出，用于支持多種局域網(wǎng)協(xié)議的互連技術(shù)。Netware互連技術(shù)的核心是開放數(shù)據(jù)鏈路接口ODI（OpenDatalinkInterface）。Netware可以支持Ethernet，TokenBus，TokenRing局域網(wǎng)?？稍诜?wù)器或工作站上插入多個(gè)不同協(xié)議的網(wǎng)卡，構(gòu)成網(wǎng)橋，實(shí)現(xiàn)多種局域網(wǎng)絡(luò)的互連。

36.3.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)WindowsNTServer采用網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)接口規(guī)范NDIS與傳輸驅(qū)動(dòng)接口標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置多種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如TCP/IP，NetBIOS，NetBEUI，允許用戶同時(shí)使用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信。用于高性能工作站、服務(wù)器、大型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、政府機(jī)關(guān)等異種機(jī)互連的應(yīng)用環(huán)境。由WindowsNTServer和WindowsNTWorkstation兩部分共同構(gòu)成完整的系統(tǒng)。

37.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式

3.4.1以太網(wǎng)概述以太網(wǎng)是20世紀(jì)70年代末由美國數(shù)字設(shè)備公司Dec、Intel和Xerox三家公司共同研制出來的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，簡稱DIX網(wǎng)，后來發(fā)展成了以太網(wǎng)。1984年推出細(xì)電纜以太網(wǎng)產(chǎn)品，后來推出粗電纜、雙絞線、CATV寬帶同軸電纜、光纜以及多種媒體的混合以太網(wǎng)產(chǎn)品。以太網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)：傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)軟件豐富、系統(tǒng)功能強(qiáng)、安裝連接簡單和使用維護(hù)方便。38.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式3.4.1.1

以太網(wǎng)的發(fā)展階段及其特點(diǎn)以太網(wǎng)采用CSMA/CD的訪問控制機(jī)制，是一種共享介質(zhì)的局域網(wǎng)。發(fā)展變化可分為以下幾個(gè)階段：（1）同軸粗電纜階段。最初的以太網(wǎng)傳輸速率為每秒10兆位，10Base-5類同軸電纜（粗纜），10Mbps以太網(wǎng)為大學(xué)和企業(yè)的主干網(wǎng)。（2）同軸細(xì)電纜階段。基于細(xì)纜的10Base-2類，10Mbps以太網(wǎng)由于安裝簡單，價(jià)格便宜，得到了推廣應(yīng)用。（3）雙絞線電纜階段。用電話系統(tǒng)雙絞線為傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)比同軸電纜組網(wǎng)更便宜、更靈活，更適合于局域網(wǎng)環(huán)境。（4）光纜階段。10Base-FL等。（5）近年來，發(fā)展了100Base-T、1000Base-T的以太網(wǎng)，采用了5類雙絞線作為這類網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)。

39.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式以太網(wǎng)發(fā)展的特點(diǎn)：1）簡易性：結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、便于修改；2）低成本：超大規(guī)模集成電路的發(fā)展和應(yīng)用使聯(lián)接設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)接口的成本不斷下降；3）兼容性：建成的各個(gè)以太網(wǎng)之間均在數(shù)據(jù)鏈路層交換數(shù)據(jù)，可以消除各種以太網(wǎng)之間的不相容因素；4）編址靈活性：編址機(jī)構(gòu)能夠指出信息幀是送往一個(gè)節(jié)點(diǎn)、一組節(jié)點(diǎn)還是所有的節(jié)點(diǎn)；5）均等性：從時(shí)間平均值看，所有節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)訪問的機(jī)會(huì)是均等的；6）擴(kuò)展性：按照協(xié)議工作的任一節(jié)點(diǎn)都不會(huì)妨礙其它節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展；40.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式7）低延時(shí)：網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)使幀在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸延時(shí)盡可能小。以太網(wǎng)的平均響應(yīng)時(shí)間為30ms；8）穩(wěn)定性：在滿負(fù)載條件下，網(wǎng)絡(luò)是穩(wěn)定的；9）可維護(hù)性：便于網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)、操作與規(guī)范化；10）層次化體系結(jié)構(gòu)：層次化體系結(jié)構(gòu)便于分析數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的邏輯概念和通信媒體的物理細(xì)節(jié)；11）廣泛的使用范圍：適用于辦公自動(dòng)化、分布數(shù)據(jù)處理和終端訪問網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域；12）高可靠性：單個(gè)工作站的故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并可通過總線對(duì)各工作站進(jìn)行檢測、診斷，便于維護(hù)和故障恢復(fù)。41.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式3.4.1.2

以太網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)1)傳輸速率：一般為10Mbps，最新的速率可達(dá)100010Mbps；2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線形結(jié)構(gòu)為主；3）通信媒體：同軸電纜、雙絞線、光纖；4）所遵循的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3；5）介質(zhì)訪問控制方式：CSMA/CD；6）網(wǎng)絡(luò)層次：OSI中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；7）傳輸類型：報(bào)文分組交換；8）分組長度：64～1518字節(jié)；9）最大站數(shù)：1024個(gè)；10）站間最大距離：2.5km（使用中繼器）；

42.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式3.4.2以太網(wǎng)的工作原理3.4.2.1

IEEE8023以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)l．IEEE802.3體系結(jié)構(gòu)IEEE802.3分為兩大部分：媒體訪問控制子層（MAC）和物理層，對(duì)應(yīng)于OSI的最低兩層。物理層中定義了兩個(gè)兼容接口：媒體相關(guān)接口MDI和訪問單元接口AUI。媒體相關(guān)接口MDI

是一個(gè)干線電纜接口，所有站都必須嚴(yán)格遵守IEEE802.3定義的物理媒體信號(hào)的確切技術(shù)規(guī)范，嚴(yán)格遵守站點(diǎn)正確動(dòng)作的規(guī)程；訪問單元接口AUI

是干線聯(lián)接電纜與站點(diǎn)的聯(lián)接接口。43.2．MAC的幀結(jié)構(gòu)包含的字段如下：l）前導(dǎo)碼（P）：由7個(gè)字節(jié)的碼組合，用作建立接收器的比特同步。2）幀首定界符（SFD）：“10101011”序列，用作接收器對(duì)幀的首位進(jìn)行定位，指示一幀的實(shí)際開始。3）目的地址（DA）：2或6個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)，用以指示該幀發(fā)往的目的站的地址，可以是唯一的地址、組地址或全地址。44.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式4）源地址（SA）：指示發(fā)送該幀的站，其長度必須與DA的長度相同。5）長度（LEN）：2個(gè)字節(jié)二進(jìn)制數(shù)，指示LLC數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。6）LLCPDU：46至1500個(gè)字節(jié)，是由LLC提供的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。7）填充（PAD）：保證幀的長度而附加的8位位組序列。8）幀校驗(yàn)序列（FCS）：32bit循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。45.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式3．MAC子層功能MAC子層由數(shù)據(jù)封裝和媒體訪問管理兩個(gè)功能模塊組成。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)，由LLC子層送出的發(fā)送信息經(jīng)過發(fā)送數(shù)據(jù)封裝模塊形成幀結(jié)構(gòu)，然后由發(fā)送媒體訪問管理模塊控制幀的發(fā)送，再通過物理層發(fā)送到媒體上。當(dāng)接收信息時(shí)，節(jié)點(diǎn)通過物理層接收到幀后，由接收媒體訪問管理模塊控制，把幀交給接收解封模塊。幀解封后，成為LLC子層所需要的信息，然后進(jìn)入LLC子層。MAC子層，具有沖突檢測的載波幀聽多路訪問協(xié)議。

46.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式（1）發(fā)送數(shù)據(jù)封裝模塊的功能接收LLC子層所提供的數(shù)據(jù)。在該數(shù)據(jù)的前面加上前導(dǎo)碼P、幀起始定界符SFD、目的地址DA、源地址SA、數(shù)據(jù)長度LEN。在它后面附加上填充PAD和CRC校驗(yàn)序列，組成一個(gè)完整的MAC幀。然后把它交給發(fā)送媒體訪問管理模塊發(fā)送。

47.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式（2）發(fā)送媒體訪問管理模塊的功能媒體空閑時(shí)，經(jīng)過一個(gè)延遲，將發(fā)送信息送給物理層收發(fā)信號(hào)PLS接口，啟動(dòng)幀的發(fā)送。物理層收發(fā)信號(hào)PLS接口將發(fā)送信息轉(zhuǎn)換為媒體所要求的電信號(hào)并發(fā)送到媒體上，并同時(shí)對(duì)碰撞信號(hào)進(jìn)行檢測。若沒有碰撞產(chǎn)生，則發(fā)送完成。48.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式若產(chǎn)生了碰撞，物理層收發(fā)信號(hào)接口向MAC發(fā)出碰撞檢測信號(hào)，通知媒體訪問管理模塊進(jìn)行碰撞處理。該模塊收到信號(hào)后首先發(fā)送一個(gè)阻塞（Jam）位序列來強(qiáng)制碰撞繼續(xù)，使得其它站有足夠時(shí)間進(jìn)行碰撞檢測，然后停止發(fā)送，經(jīng)一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間延時(shí)后，進(jìn)行重發(fā)嘗試。直至發(fā)送成功。

49.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式（3）接收媒體訪問管理模塊的功能對(duì)物理層接收到的幀進(jìn)行過濾和校驗(yàn)。當(dāng)物理層收發(fā)信號(hào)PLS檢測到一幀的前導(dǎo)碼時(shí)，該模塊即開始檢測到達(dá)的幀是否錯(cuò)誤，幀長是否超過最大長度，是否為8位的整數(shù)倍，是否有碰撞產(chǎn)生等，然后過濾掉出錯(cuò)的幀，將接收正確的幀交給接收數(shù)據(jù)封裝模塊處理。

50.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式（4）接收數(shù)據(jù)封裝模塊的功能該模塊的功能是對(duì)接收到的幀進(jìn)行CRC校驗(yàn)，同時(shí)檢驗(yàn)幀的目的地址字段，決定本站是否接收該幀。如地址符合，則將幀的LLCPDU協(xié)議數(shù)據(jù)單元字段送給LLC子層處理。51.3.4.2.2以太網(wǎng)的工作原理

（1）以太網(wǎng)的控制流程

以太網(wǎng)是按CSMA/CD協(xié)議工作的，其控制流程如圖5-5所示。52.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式當(dāng)任何站有信息包要發(fā)送時(shí)，先得聽信道是否忙，若忙則應(yīng)推遲發(fā)送，等待信道空閑后立即開始發(fā)送，并且邊發(fā)送邊檢測碰撞。若沒有碰撞，就連續(xù)不斷發(fā)完為止。若檢測到碰撞，立即停止發(fā)送余下部分，轉(zhuǎn)而發(fā)送阻塞信號(hào)，以增強(qiáng)沖突，供其它站點(diǎn)檢測。遇到碰撞的幀要重發(fā)，若重發(fā)多次不成功，可認(rèn)為發(fā)送失敗。在以太網(wǎng)中，阻塞信號(hào)的長度為32bit，最大退后次數(shù)為10次，最大發(fā)送延遲量為1023個(gè)時(shí)間槽，最大的重發(fā)次數(shù)為16次。53.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式（2）以太網(wǎng)媒體的工作狀態(tài)以太網(wǎng)的傳輸媒體具有三種工作狀態(tài)：競爭狀態(tài)、發(fā)送狀態(tài)和空閑狀態(tài)。如圖5-6所示。圖5-6以太網(wǎng)媒體的三種工作狀態(tài)

54.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式媒體的連續(xù)的工作時(shí)間被劃分為一系列的長度相等的時(shí)間槽，每一個(gè)時(shí)間槽的長度為信息最大傳播延遲時(shí)間的兩倍。在t0時(shí)刻，某站剛完成了一個(gè)信息幀的發(fā)送，這時(shí)，任何有幀要發(fā)送的站都可發(fā)。若同時(shí)發(fā)送的站多于一個(gè)，就會(huì)有碰撞發(fā)生，這時(shí)碰撞的站將等待一隨機(jī)延遲周期后再試發(fā)，最后在某一時(shí)刻t1有一個(gè)站競爭成功，這就結(jié)束了競爭周期而開始一個(gè)發(fā)送周期。55.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式（3）應(yīng)答式以太網(wǎng)的控制流程

應(yīng)答式以太網(wǎng)對(duì)原以太網(wǎng)的競爭規(guī)則作了修改，賦予ACK幀較高的競爭優(yōu)先權(quán)，每當(dāng)一個(gè)信息幀傳輸結(jié)束時(shí)，信道就保留一個(gè)時(shí)間間隔。讓接收站能立即向源站發(fā)回一個(gè)ACK幀。其它要發(fā)送信息幀的站在檢測到信道空閑時(shí)，必須再等待基本等待時(shí)間BWT后，如信道仍然空閑才能發(fā)送。其控制流程如圖所示。這種改變加速信息幀的接收應(yīng)答過程，從而提高了信道吞吐量，改善了網(wǎng)絡(luò)性能。

56.57.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式3.4.3局域網(wǎng)組網(wǎng)方法3.4.3.1IEEE802.3物理層標(biāo)準(zhǔn)類型IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)為了能支持多種傳輸介質(zhì)，在物理層為每種傳輸介質(zhì)制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。主要有：10Base-5、10Base-2、10Base-T、10Base-FP、10Base-FB與l0Base-FL。IEEE802.3物理層標(biāo)準(zhǔn)與802.3介質(zhì)訪問控制子層及802.2邏輯鏈路控制子層的關(guān)系如圖5-8所示。58.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式

802.2LLCIEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)802.3MAC：CSMA/CD10Base-510Base-210Base-T10Base-FP10Base-FB10Base-FL媒介粗纜細(xì)纜非屏蔽雙絞線光纖

圖5-8802.3物理層標(biāo)準(zhǔn)與MAC、LLC子層的關(guān)系59.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式以太網(wǎng)在邏輯鏈路控制LLC子層采用802.2標(biāo)準(zhǔn)，在介質(zhì)訪問控制MAC子層采用CSMA/CD方法，物理層可以任意選取6種標(biāo)準(zhǔn)中的一種或多種的組合。例如：10Base-T，是1990年補(bǔ)充的一個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)。10Base-T采用以集線器Hub為中心的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由標(biāo)準(zhǔn)的RJ-45接插件、非屏蔽雙絞線、網(wǎng)卡、集線器Hub組成。網(wǎng)卡與集線器之間的非屏蔽雙絞線長度最大為100m，其結(jié)構(gòu)如圖5-9所示。60.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式61.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式3.4.3.2

以太網(wǎng)絡(luò)接口適配器——網(wǎng)卡以太網(wǎng)接口適配器可以分為3類：標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)卡、便攜式適配器與PCMCIA卡。標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)卡是為臺(tái)式計(jì)算機(jī)連網(wǎng)設(shè)計(jì)的?？蓮闹С值奈锢韺訕?biāo)準(zhǔn)及與主機(jī)接口方式的不同等方面進(jìn)行分類。62.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式1．網(wǎng)卡所支持的傳輸介質(zhì)以太網(wǎng)卡可支持的傳輸介質(zhì)有粗纜、細(xì)纜、雙絞線與光纖。針對(duì)不同的傳輸介質(zhì)，網(wǎng)卡提供了相應(yīng)的接口。適用粗纜的網(wǎng)卡應(yīng)提供連接單元接口AUI，適用細(xì)纜的網(wǎng)卡應(yīng)提供NC接口，適用于非屏蔽雙絞線的網(wǎng)卡應(yīng)提供RJ-45接口，適用于光纖的網(wǎng)卡應(yīng)提供光纖的F/O接口。多數(shù)以太網(wǎng)卡都是將幾種接口形式集成在一塊網(wǎng)卡上，如AUI/BNC、AUI/RJ-45、BNC//RJ-45的二合一網(wǎng)卡，以及AUI/BNC/RJ-45的三合一網(wǎng)卡。多種接口的網(wǎng)卡一方面可以適應(yīng)不同類型傳輸介質(zhì)的連接要求；另一方面也為冗余連接提供條件，以提高網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性。

63.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式2．網(wǎng)卡支持的主機(jī)總線類型網(wǎng)卡必須和它所連接的計(jì)算機(jī)總線類型相適應(yīng)。典型的微型機(jī)總線有8位PC總線、16位的ISA總線與32位的EISA總線等，而PS/2采用微通道MCA總線結(jié)構(gòu)。網(wǎng)卡也設(shè)計(jì)為適應(yīng)不同總線類型。不同廠家生產(chǎn)的以太網(wǎng)卡在集成度、網(wǎng)卡CPU、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、配置方法上都有較大的區(qū)別。目前廣泛使用的以太網(wǎng)卡主要有3Com公司生產(chǎn)的Etherlink3C501、EtherlinkⅡ3C503、EtherlinkPlus3C505、Etherlink/Mc3C523，以及Novell公司生產(chǎn)的NE2000、NE3200NE/S及多種兼容網(wǎng)卡。

64.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式3.4.3.3

同軸電纜以太網(wǎng)的組網(wǎng)以太網(wǎng)所使用的同軸電纜有兩種；粗同軸電纜和細(xì)同軸電纜。相應(yīng)有3種方式：粗纜以太網(wǎng)、細(xì)纜以太網(wǎng)及粗/細(xì)纜混用的以太網(wǎng)。1．粗纜以太網(wǎng)圖5-10是一個(gè)粗線以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。65.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式所需設(shè)備如下：①網(wǎng)卡：連網(wǎng)的每個(gè)結(jié)點(diǎn)需要提供AUI接口的以太網(wǎng)卡。②收發(fā)器：結(jié)點(diǎn)通過安裝在總線同軸電纜的外部收發(fā)器連入網(wǎng)內(nèi)。③收發(fā)器電纜：又稱連接單元接口AUI纜，用于結(jié)點(diǎn)中網(wǎng)卡與收發(fā)器的連接。④電纜系統(tǒng)：主要包括：RG-11A/U500Ω特性阻抗的粗同軸電纜；N-系列電纜連接頭，安裝在粗同軸電纜的兩端；N-系列桶形連接器，在單根電纜長度不夠時(shí)，通過它連接兩條粗電纜段；N-系列終端匹配器，安裝在粗纜的兩端，防止信號(hào)反射；兩個(gè)終端匹配器其中有一端必須接地。66.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式粗纜以太網(wǎng)主要技術(shù)參數(shù)如下：不使用中繼器時(shí)，最大粗纜長度不能超過500m。使用中繼器：一個(gè)以太網(wǎng)中只允許最多使用4個(gè)中繼器。線段最大長度不能超過2500m。每個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)中連入的結(jié)點(diǎn)數(shù)最多為100個(gè)。兩個(gè)相鄰的收發(fā)器之間的距離最小為2.5m、收發(fā)器電線最大長度為50m。

67.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式2．細(xì)纜以太網(wǎng)（1）如圖5-11所示?；居布渲茫孩倬W(wǎng)卡；②BNCT型連接器；③電纜系統(tǒng)。電纜系統(tǒng)主要包括：RG-58A/U50Ω的細(xì)同軸電纜；BNC連接頭，安裝在細(xì)纜段的兩端；BNC桶形連接器，用于連接兩個(gè)細(xì)纜纜段；BNC終端匹配器，安裝在細(xì)纜的兩端；

圖5-11典型的BNC電纜連接結(jié)構(gòu)

68.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式（2）細(xì)纜以太網(wǎng)的主要技術(shù)參數(shù)不使用中繼器時(shí)，最大的細(xì)纜長度為185m。使用4個(gè)中繼器，最大的細(xì)纜長度可以達(dá)到925m。連入結(jié)點(diǎn)數(shù)最多為30個(gè)。兩個(gè)相鄰BNCT型連接器的距離應(yīng)是0.5m的整數(shù)倍，最小距離為0.5m。與粗纜連接方式比較，細(xì)纜系統(tǒng)造價(jià)低、安裝容易。由于纜段中連入多個(gè)BNCT型連接器，存在多個(gè)BNC連接頭與BNCT型連接器的連接點(diǎn)，因而同軸電纜連接的故障率較高，系統(tǒng)可靠性受到影響。細(xì)纜以太網(wǎng)多用于小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)或?qū)嶒?yàn)室環(huán)境中。

69.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式3.粗/細(xì)纜混合以太網(wǎng)在組建粗/細(xì)纜混合以太網(wǎng)時(shí)還必須使用粗纜和細(xì)纜之間的連接器件。粗/細(xì)纜混合結(jié)構(gòu)的電纜段最大長度為500m。

70.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式3.4.3.4雙絞線以太網(wǎng)的的組網(wǎng)

1.組建符合10Base-T標(biāo)準(zhǔn)的雙絞線以太網(wǎng)需要以下硬件設(shè)備：①網(wǎng)卡。②集線器Hub：集線器將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到每一個(gè)端口。集線器不提供幀過濾和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能。結(jié)點(diǎn)通過非屏蔽雙絞線傳送到集線器的數(shù)據(jù)信號(hào)將轉(zhuǎn)發(fā)給所有結(jié)點(diǎn)。③

非屏蔽雙絞線：10Base-T標(biāo)準(zhǔn)要求使用3類4芯的非屏蔽雙絞線，一對(duì)線用于信號(hào)發(fā)送，一對(duì)線用于信號(hào)接收。每條雙絞線的兩端必須裝有RJ-45插頭，用于網(wǎng)卡與集線器，以及集線器與集線器的連接。

71.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式2．雙絞線以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)雙絞線以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)可分為：單一集線器結(jié)構(gòu)、多集線器級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)、可疊加集線器結(jié)構(gòu)等。①

單一集線器結(jié)構(gòu)：所有結(jié)點(diǎn)通過雙絞線與集線器連接，構(gòu)成物理星形拓?fù)?。結(jié)點(diǎn)到集線器的雙絞線最大長度為100m。單一集線器結(jié)構(gòu)適宜于小型工作組規(guī)模的局域網(wǎng)，一般支持8～24個(gè)RJ-45端口和一個(gè)BNC、AUI或光纖連接端口。典型的單一集線器結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖5-12單一集線器結(jié)構(gòu)

72.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式②

多集線器級(jí)聯(lián)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)：對(duì)于規(guī)模較大，或結(jié)點(diǎn)數(shù)超過單一集線器的端口數(shù)時(shí)，通常采用多集線器級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。多集線器級(jí)聯(lián)兩種方法：使用雙絞線，通過集線器的RJ-45端口級(jí)聯(lián)；使用同軸電纜、光纖，通過集線器提供的向上連接的端口實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)。

73.3.4以太網(wǎng)及其組網(wǎng)方式③

可堆疊集線器以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)：適用于中、小型企業(yè)連網(wǎng)環(huán)境?？啥询B集線器是由一個(gè)基礎(chǔ)集線器與多個(gè)擴(kuò)展集線器組成?；A(chǔ)集線器是一種具有網(wǎng)絡(luò)管理功能的獨(dú)立集線器。通過在基礎(chǔ)集線器上堆疊多個(gè)擴(kuò)展集線器，一方面可以增加以太網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)數(shù)，另一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)中結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)管理功能。

74.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介

3.5.1百兆比特快速以太網(wǎng)基于10Base-T和10Base-F技術(shù)發(fā)展起來的傳輸率達(dá)到100Mbps的局域網(wǎng)。應(yīng)用最廣泛的是100Base-TX和100Base-FX。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和媒體布局與10Base-T和10Base-FL一樣。幀結(jié)構(gòu)和媒體訪問控制方式使用了IEEE802.3的基本標(biāo)準(zhǔn)。既有共享型集線器組成的共享型快速以太網(wǎng)系統(tǒng)，又有快速以太網(wǎng)交換器構(gòu)成的交換型以太網(wǎng)系統(tǒng)。百兆比特快速以太網(wǎng)（FastEthernet）從IEEE.802標(biāo)準(zhǔn)來看，具有MAC子層和物理層（包括物理媒體）的功能。1995年，作為IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充，制定IEEE802.3u百兆比特快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

75.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介在統(tǒng)一的MAC子層下面，有四種百兆比特以太網(wǎng)的物理層，每種物理層連接不同的媒體來滿足不同的布線環(huán)境，如圖3-14所示。

MAC子層100Base-TX100Base-FX100Base-T100Base-TZ2對(duì)5類UTP光纖4對(duì)3類UTP2對(duì)3類UTP圖5-14四種百兆比特以太網(wǎng)物理層76.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介100Base-TX繼承了10Base-T5類非屏蔽雙絞線的環(huán)境，在布線不變的情況下，從10Base-T設(shè)備更換成100Base-TX的設(shè)備即可形成一個(gè)100Mbps的以太網(wǎng)系統(tǒng)；100Base-FX繼承了10Base-FL的多模光纖的布線環(huán)境，可直接升級(jí)成100Mbps的光纖以太網(wǎng)系統(tǒng)；100Base-TX和100Base-FX的應(yīng)用最為普及，在20世紀(jì)90年代以來建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)中一般都選用了5類雙絞線或光纖，這便為100Base-TX和100Base-FX的建設(shè)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

77.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介1．快速以太網(wǎng)系統(tǒng)的組成構(gòu)建100Mbps快速以太網(wǎng)系統(tǒng)，需要網(wǎng)卡（外置或內(nèi)置收發(fā)器）、收發(fā)器（外置）與收發(fā)器電纜、集線器或交換器。2．傳輸媒體主要使用雙絞線與光纜兩種媒體。對(duì)于100Base-TX，可選用阻抗為100Ω的5類非屏蔽雙絞線，也可選用阻抗為150Ω的屏蔽雙絞線。屏蔽和非屏蔽雙絞線的最長媒體段為100m。在100Base-FX環(huán)境中：選用多模光纖，100Mbps傳輸速率，全雙工，最長可達(dá)2km；選用單模光纖，全雙工情況下，可達(dá)到40km，但價(jià)格貴。

78.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介3．集線器集線器是百兆比特快速以太網(wǎng)星形結(jié)構(gòu)的核心。按結(jié)構(gòu)可分為共享型和交換型；按所用媒體可分為使用雙絞線的集線器（即100Base-TX）和使用光纖的集線器（即100Base-FX）；按硬件設(shè)備可分為單臺(tái)非擴(kuò)展型，堆疊型和廂體型。79.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介100Mbps快速以太網(wǎng)集線器，一般配置了8～24個(gè)端口，廂體型集線器可達(dá)到近百個(gè)端口。對(duì)于共享型集線器，整個(gè)系統(tǒng)的帶寬只能是100Mbps，設(shè)端口數(shù)為n，在所有端口均連接站點(diǎn)后，則每個(gè)站點(diǎn)得到的帶寬是100Mbps/n，端口數(shù)越多，每個(gè)站點(diǎn)獲得的帶寬越少，因此一個(gè)共享型集線器上的端口數(shù)一般不超過24個(gè)。交換型集線器能使整個(gè)系統(tǒng)的帶寬拓展，一臺(tái)具有12個(gè)端口的100Mbps快速以太網(wǎng)交換型集線器其帶寬可達(dá)1Gbps。80.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介廂體型集線器一般均為交換型的結(jié)構(gòu)，其背板帶寬可達(dá)5Gbps以上，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中作為系統(tǒng)的主干設(shè)備使用。堆疊型集線器過去主要用于共享型以太網(wǎng)系統(tǒng)，它把端口數(shù)有限的單個(gè)共享型集線器堆疊成一個(gè)端口數(shù)成倍增加的堆疊式集線器。使用雙絞線的集線器價(jià)格較低，安裝方便，但使用雙絞線的媒體段最長只能達(dá)到100m。與雙絞線相比，光纖具有諸多的優(yōu)勢，以光纖作為媒體用在交換型集線器上，對(duì)于系統(tǒng)擴(kuò)展帶寬帶來極好的前景。

81.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介3.5.2千兆比特快速以太網(wǎng)——吉比特以太網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)用以太網(wǎng)的過程中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和結(jié)構(gòu)的升級(jí)主要集中在以下三點(diǎn)上：（1）增加系統(tǒng)的帶寬。隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的增長，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳輸媒體上的數(shù)據(jù)流量隨之增長，因此要求系統(tǒng)不斷增加帶寬。（2）保護(hù)已有的投資。當(dāng)用戶升級(jí)和遷移時(shí)，原來的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不能舍棄，原來操作人員經(jīng)過培訓(xùn)后的技能也希望在新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境中能夠平滑繼承。（3）在技術(shù)上，系統(tǒng)的升級(jí)和遷移要平滑過渡，盡可能降低費(fèi)用開銷。

82.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介吉比特以太網(wǎng)優(yōu)勢在于：（1）使系統(tǒng)主干或者客戶站點(diǎn)訪問服務(wù)器的速度大大提高；（2）這是一種平滑過渡的技術(shù)，用戶在培訓(xùn)和維護(hù)方面的投資能夠得到有效的保護(hù)；（3）系統(tǒng)升級(jí)的投資降到最低限度，具有很高的性價(jià)比；（4）用戶不需要再花精力去學(xué)習(xí)新的協(xié)議和技術(shù)，用戶并沒有感到系統(tǒng)升級(jí)帶來的困難和風(fēng)險(xiǎn)。

83.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介1．吉比特以太網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最下層是由10Mbps的以太網(wǎng)構(gòu)成；第二層是由100Mbps的以太網(wǎng)構(gòu)成；最上層是由吉比特以太網(wǎng)構(gòu)成。這種設(shè)計(jì)中，價(jià)低的交換機(jī)用來處理標(biāo)準(zhǔn)的10Mbps工作站連接，價(jià)高、容量大的交換機(jī)用在通信匯集的高層。工作組交換機(jī)可采用部分阻塞結(jié)構(gòu)，即設(shè)計(jì)成只有部分節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間高速傳送信息，如果這些節(jié)點(diǎn)被阻塞，也只有少數(shù)節(jié)點(diǎn)和有限的地區(qū)受影響。高層交換機(jī)一般設(shè)計(jì)成無阻塞的，從而確保在高層不會(huì)丟失數(shù)據(jù)分組。三層設(shè)計(jì)也提供多層的流量控制和緩沖。流量控制可以使來自高速端口的信息在低速端口裝置上不發(fā)生丟包。84.3.5高速以太網(wǎng)技術(shù)簡介2．吉比特以太網(wǎng)的應(yīng)用吉比特以太網(wǎng)具有10Mbps以太網(wǎng)的所有特征：即相同的幀格式、相同的介質(zhì)訪問控制方法（CSMA/CD）、相同的組網(wǎng)方法。一種以太網(wǎng)組建企業(yè)網(wǎng)的解決方案為：桌面系統(tǒng)采用速率為10Mbps的以太網(wǎng)，部門級(jí)系統(tǒng)采用速率為100Mbps的快速以太網(wǎng)，企業(yè)系統(tǒng)采用速率為1000Mbps的吉比特以太網(wǎng)。如果：現(xiàn)有的10Mbps以太網(wǎng)互聯(lián)到622MbpsATM局域網(wǎng)上，一方面由于以太網(wǎng)與ATM工作機(jī)理存在著較大的差異，降低網(wǎng)絡(luò)效率；另一方面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員需要重新培訓(xùn)，帶來技術(shù)成本的增加。如果全部采用以太網(wǎng)則不存在這個(gè)問題。85.3.6

工業(yè)以太網(wǎng)3.6.1概述

以太網(wǎng)已經(jīng)滲透到了控制層和設(shè)備層，PLC和遠(yuǎn)程I/O供應(yīng)商能提供支持TCP/IP的以太網(wǎng)接口的產(chǎn)品。以太網(wǎng)改變自動(dòng)化市場有三個(gè)原因：1．低成本的刺激和速度的提高。100Mb/s的網(wǎng)卡售價(jià)僅為20美元左右。千兆位以太網(wǎng)使速度提高到最初速度的100倍。2．現(xiàn)代企業(yè)對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息有越來越多的要求。企業(yè)的信息層大多數(shù)采用了以太網(wǎng)的解決方案，當(dāng)控制層和設(shè)備層都采用以太網(wǎng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)各層之間信息的無縫連接，而且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將是透明的。

86.3.6

工業(yè)以太網(wǎng)3．以太網(wǎng)的開放性和兼容性。工業(yè)以太網(wǎng)因?yàn)椴捎糜蒊EEE802.3所定義的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)，從而為PLC和DCS廠家廣泛接受。以太網(wǎng)還具有向下兼容性?？焖僖蕴W(wǎng)是在雙絞線連接的傳統(tǒng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(10Base-T)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在大多數(shù)場合，它還可以使用現(xiàn)有的布線。以太網(wǎng)還允許逐步采用新技術(shù)。不必改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可以一步步將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。

87.3.6

工業(yè)以太網(wǎng)3.6.2工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)

工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備要求工作溫度范圍較寬、封裝牢固(抗振和防沖擊)、導(dǎo)軌安裝、電源冗余、24VDC供電等。工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備與普通商用以太網(wǎng)設(shè)備之間的區(qū)別，如表5-2所示。

88.功能工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備普通商用以太網(wǎng)設(shè)備元器件和設(shè)計(jì)工業(yè)級(jí)商用級(jí)工作電壓24VDC220VAC電源冗余雙電源一般沒有安裝方式DIN道軌安裝桌面，機(jī)架工作溫度0～60℃5～40℃冷卻方式無風(fēng)扇有風(fēng)扇電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)EN50081-2(EMC、工業(yè))EN50082-2(EMC、工業(yè))EN50081-1(EMC、辦公室)EN50082-1(EMC、辦公室)冗余網(wǎng)切換時(shí)間≤500ms30～90sMTBF值至少10年3～５年要求備品備件供貨時(shí)間10年3～５年表3-2工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備與普通商用以太網(wǎng)設(shè)備之間的區(qū)別

89.3.6

工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)自動(dòng)化要求工業(yè)以太網(wǎng)解決方案必須滿足魯棒性和可靠性方面的專門需要。德國赫斯曼公司（Hirschmann）從80年代末就開始研究冗余以太網(wǎng)，擁有“環(huán)形以太網(wǎng)冗余”的專利。采用抗干擾的光纖和集成的冗余機(jī)制增強(qiáng)了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，從而保證了生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。過去，冗余網(wǎng)絡(luò)都是采用雙總線方式實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在，在總線的兩端之間增加一條鏈路即可實(shí)現(xiàn)高效率、高性價(jià)比的冗余。90.3.6

工業(yè)以太網(wǎng)3.6.3工控技術(shù)的“IT”化將重建企業(yè)網(wǎng)絡(luò)模型

工業(yè)以太網(wǎng)和Internet技術(shù)的發(fā)展將改變企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于企業(yè)的三層網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和對(duì)實(shí)時(shí)性的要求不同，在不同層次之間還需設(shè)置路由器或網(wǎng)橋，如圖5-15所示。以太網(wǎng)是低兩層標(biāo)準(zhǔn)。傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議多采用TCP/IP。應(yīng)用層協(xié)議存在分歧，3個(gè)主要協(xié)議是：Modbus/TCP(基于TCP/IP的Modbus協(xié)議)、EtherNet/IP(基于TCP/IP的Control-Net/DeviceNet)和基于以太網(wǎng)的Profinet協(xié)議。Modbus協(xié)議為眾多的供應(yīng)商所支持。由于以太網(wǎng)本身的開放性，它允許在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行不同的應(yīng)用層協(xié)議。

91.圖5-15基于工業(yè)以太網(wǎng)的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)模型

92.3.6

工業(yè)以太網(wǎng)控制器的位置可以位于現(xiàn)場，也可以位于中央控制室。有些控制器和遠(yuǎn)程I/O模塊中集成了Web服務(wù)器，允許信息層的用戶可直接獲取控制器和遠(yuǎn)程I/O模塊中的當(dāng)前狀態(tài)值?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，將實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與ERP系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)的用戶需求結(jié)合起來，使生產(chǎn)成為直接面向市場的“電子制造”，從而使企業(yè)能夠適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的要求。工業(yè)以太網(wǎng)有著非常廣泛的前景。隨著在工業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用，以太網(wǎng)不僅會(huì)對(duì)企業(yè)內(nèi)部的通信系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的改進(jìn)，還將對(duì)企業(yè)的管理和運(yùn)營方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)和開放的軟件系統(tǒng)的制造企業(yè)被稱為“透明工廠”。93.3.6