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第三章網絡的基本概念

計算機網絡形成與發展大致分為如下4個階段：

1 第一個階段可以追述到20世紀50年代。

2 第二個階段以20世紀60年代美國的APPANET與分組交換技術為重要標志。

3 第三個階段從20世紀70年代中期開始。

4 第四個階段是20世紀90年代開始。

最熱門的話題是INTERNET與異步傳輸模式ATM技術。

信息技術與網絡的應用已經成為衡量21世界國力與企業競爭力的重要標準。

國家信息基礎設施建設計劃，NII被稱為信息高速公路。

Internet，Intranet與Extranet和電子商務已經成為企業網研究與應用的熱點。

計算機網絡建立的主要目標是實現計算機資源的共享。計算機資源主要是計算機硬件，軟件與數據。

我們判斷計算機是或互連成計算機網絡，主要是看它們是不是獨立的“自治計算機”。

分布式操作系統是以全局方式管理系統資源，它能自動為用戶任務調度網絡資源。

分布式系統與計算機網絡的主要是區別不在他們的物理結構，而是在高層軟件上。

按傳輸技術分為：1。廣播式網絡。2。點--點式網絡。

采用分組存儲轉發與路由選擇是點-點式網絡與廣播網絡的重要區別之一。

按規模分類：局域網，城域網與廣域網。

廣域網（遠程網）以下特點：

1 適應大容量與突發性通信的要求。

2 適應綜合業務服務的要求。

3 開放的設備接口與規范化的協議。

4 完善的通信服務與網絡管理。

X．25網是一種典型的公用分組交換網，也是早期廣域網中廣泛使用的一種通信子網。

變化主要是以下3個方面：

1 傳輸介質由原來的電纜走向光纖。

2 多個局域網之間告訴互連的要求越來越強烈。

3 用戶設備大大提高。

在數據傳輸率高，誤碼率低的光纖上，使用簡單的協議，以減少網絡的延遲，而必要的差錯控制功能將由用戶設備來完成。這就是幀中續FR，Frame Relay技術產生的背景。

決定局域網特性的主要技術要素為網絡拓撲，傳輸介質與介質訪問控制方法。

從局域網介質控制方法的角度，局域網分為共享式局域網與交換式局域網。

城域網MAN介于廣域網與局域網之間的一種高速網絡。

FDDI是一種以光纖作為傳輸介質的高速主干網，它可以用來互連局域網與計算機。

各種城域網建設方案有幾個相同點：傳輸介質采用光纖，交換接點采用基于IP交換的高速路由交換機或ATM交換機，在體系結構上采用核心交換層，業務匯聚層與接入層三層模式。

計算機網絡的拓撲主要是通信子網的拓撲構型。

網絡拓撲可以根據通信子網中通信信道類型分為：

4 點-點線路通信子網的拓撲。星型，環型，樹型，網狀型。

5 廣播式通信子網的拓撲�？偩�型，樹型，環型，無線通信與衛星通信型。

傳輸介質是網絡中連接收發雙方的物理通路，也是通信中實際傳送信息的載體。

常用的傳輸介質為：雙絞線，同軸電纜，光纖電纜和無線通信與衛星通信信道。

雙絞線由按規則螺旋結構排列的兩根，四根或八根絕緣導線組成。

屏蔽雙絞線STP和非屏蔽雙絞線UTP。

屏蔽雙絞線由外部保護層，屏蔽層與多對雙絞線組成。

非屏蔽雙絞線由外部保護層，多對雙絞線組成。

三類線，四類線，五類線。

雙絞線用做遠程中續線，最大距離可達15公里；用于100Mbps局域網時，與集線器最大距離為100米。

同軸電纜由內導體，外屏蔽層，絕緣層，外部保護層。

分為：基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。

單信道寬帶：寬帶同軸電纜也可以只用于一條通信信道的高速數字通信。

光纖電纜簡稱為光纜。

由光纖芯，光層與外部保護層組成。

在光纖發射端，主要是采用兩種光源：發光二極管LED與注入型激光二極管ILD。

光纖傳輸分為單模和多模。區別在與光釬軸成的角度是或分單與多光線傳播。

單模光纖優與多模光纖。

電磁波的傳播有兩種方式：1。是在空間自由傳播，既通過無線方式。

　　　　　　　　　　　　2。在有限的空間，既有線方式傳播。

移動通信：移動與固定，移動與移動物體之間的通信。

移動通信手段：

1 無線通信系統。

2 微波通信系統。

　　頻率在100MHz-10GHz的信號叫做微波信號，它們對應的信號波長為3m-3cm。

3 蜂窩移動通信系統。

　　多址接入方法主要是有：頻分多址接入FDMA，時分多址接入TDMA與碼分多址接入CDMA。

4 衛星移動通信系統。

　　商用通信衛星一般是被發射在赤道上方35900km的同步軌道上

描述數據通信的基本技術參數有兩個：數據傳輸率與誤碼率。

數據傳輸率是描述數據傳輸系統的重要指標之一。S=1/T。

對于二進制信號的最大數據傳輸率Rmax與通信信道帶寬B（B=f，單位是Hz）的關系可以寫為： Rmax=2*f（bps）

在有隨機熱噪聲的信道上傳輸數據信號時，數據傳輸率Rmax與信道帶寬B，信噪比S/N關系為： Rmax=B*LOG⒉（1+S/N）

誤碼率是二進制碼元在數據傳輸系統中被傳錯的概率，它在數值上近似等于：

　　　　　　　　　　　Pe=Ne/N（傳錯的除以總的）

對于實際數據傳輸系統，如果傳輸的不是二進制碼元，要折合為二進制碼元來計算。

這些為網絡數據傳遞交換而指定的規則，約定與標準被稱為網絡協議。

協議分為三部分：語法。語義。時序。

將計算機網絡層次模型和各層協議的集合定義為計算機網絡體系結構。

計算機網絡中采用層次結構，可以有以下好處：

1 各層之間相互獨立。

2 靈活性好。

3 各層都可以采用最合適的技術來實現，各層實現技術的改變不影響其他各層。

4 易于實現和維護。

5 有利于促進標準化。

該體系結構標準定義了網絡互連的七層框架，既ISO開放系統互連參考模型。在這一框架中進一步詳細規定了每一層的功能，以實現開放系統環境中的互連性，互操作性與應用的可移植性。

OSI 標準制定過程中采用的方法是將整個龐大而復雜的問題劃分為若干個容易處理的小問題，這就是分層的體系結構辦法。在OSI中，采用了三級抽象，既體系結構，服務定義，協議規格說明。

OSI七層：

2 物理層：主要是利用物理傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接，以便透明的傳遞比特流。

3 數據鏈路層。在通信實體之間建立數據鏈路連接，傳送以幀為單位的數據，采用差錯控制，流量控制方法。

4 網絡層：通過路由算法，為分組通過通信子網選擇最適當的路徑。

5 傳輸層：是向用戶提供可靠的端到端服務，透明的傳送報文。

6 會話層：組織兩個會話進程之間的通信，并管理數據的交換。

7 表示層：處理在兩個通信系統中交換信息的表示方式。

8 應用層：應用層是OSI參考模型中的最高層。確定進程之間通信的性質，以滿足用戶的需要。

TCP/IP參考模型可以分為：應用層，傳輸層，互連層，主機-網絡層。

互連層主要是負責將源主機的報文分組發送到目的主機，源主機與目的主機可以在一個網上，也可以不在一個網上。

傳輸層主要功能是負責應用進程之間的端到端的通信。

TCP/IP參考模型的傳輸層定義了兩種協議，既傳輸控制協議TCP和用戶數據報協議UDP。

TCP協議是面向連接的可靠的協議。UDP協議是無連接的不可靠協議。

主機-網絡層負責通過網絡發送和接受IP數據報。

按照層次結構思想，對計算機網絡模塊化的研究結果是形成了一組從上到下單向依賴關系的協議棧，也叫協議族。

應用層協議分為：

　　　1。一類依賴于面向連接的TCP。

　　　　　　　2．一類是依賴于面向連接的UDP協議。

10 另一類既依賴于TCP協議，也可以依賴于UDP協議。

NSFNET采用的是一種層次結構，可以分為主干網，地區網與校園網。

作為信息高速公路主要技術基礎的數據通信網具有以下特點：

1 適應大容量與突發性通信的要求。

2 適應綜合業務服務的要求。

3 開放的設備接口與規范化的協議。

4 完善的通信服務與網絡管理。

人們將采用X。25建議所規定的DTE與DCE接口標準的公用分組交換網叫做X。25網。

幀中繼是一種減少接點處理時間的技術。

綜合業務數字網ISDN：

　B-ISDN與N-ISDN的區別主要在：

2 N是以目前正在使用的公用電話交換網為基礎，而B是以光纖作為干線和用戶環路傳輸介質。

3 N采用同步時分多路復用技術，B采用異步傳輸模式ATM技術。

4 N各通路速率是預定的，B使用通路概念，速率不預定。

異步傳輸模式ATM是新一代的數據傳輸與分組交換技術，是當前網絡技術研究與應用的熱點問題。

ATM技術的主要特點是：

3 ATM是一種面向連接的技術，采用小的，固定長度的數據傳輸單元。

4 各類信息均采用信元為單位進行傳送，ATM能夠支持多媒體通信。

5 ATM以統計時分多路復用方式動態的分配網絡，網絡傳輸延遲小，適應實時通信的要求。

6 ATM沒有鏈路對鏈路的糾錯與流量控制，協議簡單，數據交換率高。

7 ATM的數據傳輸率在155Mbps-2。4Gbps。

促進ATM發展的要素：

2 人們對網絡帶寬要求的不斷增長。

3 用戶對寬帶智能使用靈活性的要求。

4 用戶對實時應用的需求。

5 網絡的設計與組建進一步走向標準化的需求。

一個國家的信息高速路分為：國家寬帶主干網，地區寬帶主干網與連接最終用戶的接入網。

解決接入問題的技術叫做接入技術。

可以作為用戶接入網三類：郵電通信網，計算機網絡（最有前途），廣播電視網。

　　　　　　　第四章局域網應用技術

決定局域網的主要技術要素是：網絡拓撲，傳輸介質與介質訪問控制方法。

局域網從介質訪問控制方法分為：共享介質局域網與交換式局域網。

總線局域網的介質訪問控制方式采用的是“共享介質”方式。

介質訪問控制方法是控制多個結點利用公共傳輸介質發送和接受數據的方法。

根據星型拓撲的定義，星型拓撲中存在中心結點，每個結點通過點與點之間的線路與中心結點連接，任何兩結點之間的通信都要通過中心結點轉接。

普通的共享介質方式的局域網中不存在星型拓撲。但是以交換分機CBX為中心的局域網為中心的局域網系統可以歸為星型局域網拓撲結構。

雙絞線三類線帶寬為16MHz，適合于10MHz以下的數據。4類20MHz。語音。5類100MHz，甚至可以支持155MHz異步傳輸模式ATM。

共享介質訪問控制方式主要為：

1 帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD方法。

2 令牌總線方法（TOKEN BUS）。

3 令牌環方法（TOKEN RING）。

IEEE802。2標準定義的共享局域網有三類：

1 采用CSMA/CD介質訪問控制方法的總線型局域網。

2 采用TOKEN BUS介質訪問控制方法的總線型局域網。

3 采用TOKEN RING介質訪問控制方法的環型局域網。

ETHERNET(以太網)的核心技術是它的隨機爭用型介質訪問方法既CSMA/CD介質訪問控制方法。

最早使用隨機爭用技術的是夏威夷大學的校園網。

CSMA/CD的發送流程可以簡單的概括為1先聽先發2邊聽邊發3沖突停止4隨機延遲后重發。

沖突檢測是發送結點在發送的同時，將其發送信號波形與接受到的波形相比較。

TOKEN BUS（令牌總線方法）是一種在總線拓撲中利用“令牌”作為控制結點訪問公共傳輸介質的確定型介質訪問控制方法。

所謂正常穩態操作是網絡已經完成初始化，各結點進入正常傳遞令牌與數據，并且沒有結點要加入與撤除，沒有發生令牌丟失或網絡故障的正常工作狀態。

令牌傳遞規定由高地址向低地址，最后由低地址向高地址傳遞。

令牌總線網在物理上是總線網，而在邏輯上是環網。

交出令牌的條件：

1 該結點沒有數據幀等待發送。

2 該結點已經發完。

3 令牌持有最大時間到。

推動局域網發展的直接因素是個人計算機的廣泛使用。

如果網中有N個結點，那么每個結點平均能分配到帶寬為10Mbps/N。

共享介質局域網又可以分為Ethernet，Token Bus，Token Ring與FDDI以及在此基礎上發展起來的Fast Ethernet，FDDI II等。交換式局域網可以分為Switched Ethernet與ATM LAN，以及在此基礎上發展起來的虛擬局域網。

光纖分布式數據接口是一種以光纖作為傳輸介質的高速主干網。

Gigabit Ethernet的傳輸速率比Fast Ethernet（100Mbps）快10倍，達到1000Mbps，將傳統的Ethernet每個比特的發送時間由100ns降低到1ns。

根據交換機的幀轉發方式，交換機可以分為3類：

1 直接交換方式。

2 存儲轉發交換方式。

3 改進直接交換方式。

局域網交換機的特性：

1 低交換傳輸延遲。

2 高傳輸帶寬。

3 允許10Mbps/100Mbps。

4 局域網交換機可以支持虛擬局域網服務。

虛擬網絡（VLAN）是建立在交換技術基礎上的。

虛擬網絡是建立在局域網交換機或ATM交換機上的，它以軟件的形式來實現邏輯組的劃分與管理，邏輯工作組的結點組成不受物理位置的限制。

對虛擬網絡成員的定義方法上，有以下4種：

1 用交換機端口號定義虛擬局域網。（最通用的辦法）

2 用MAC地址。

3 用網絡層地址。（例如用IP地址來定義）。

4 IP廣播組。

這種虛擬局域網的建立是動態的，它代表一組IP地址。

10 BASE-5是IEEE 802。3物理曾標準中最基本的一種。它采用的傳輸介質是阻抗為50偶的基帶粗同軸電纜。

網卡是網絡接口卡NIC的簡稱，它是構成網絡的基本部件。

網卡分類：

按網卡支持的計算機種類：標準以太網卡。PCMCIA網卡（用于便攜式計算機）。

按網卡支持的傳輸速率分類：普通的10Mbps。高速的100Mbps網卡。10/100Mbps自適應網卡。1000Mbps網卡。

按網卡支持的傳輸介質類型分類：雙絞線網卡。粗纜網卡。細纜網卡。光纖網卡。

普通的集線器兩類端口：一類是用于連接接點的RJ-45端口，這類端口數可以是8，12，16，24等。另一類端口可以是用于連接粗纜的AUI端口，用于連接細纜的BNC端口，也可以是光纖連接端口，這類端口稱為向上連接端口。

按傳輸速率分類：1。10Mbps集線器。2。100Mbps集線器。3。10Mbps/100Mbps自適應集線器。

按集線器是或能夠堆疊分類：1。普通集線器。2�？啥询B式集線器。

按集線器是或支持網管功能：1。簡單集線器。2。帶網管功能的集線器。

局域網交換機的定義。

專用端口，共享端口。

局域網交換機可以分為：

1 簡單的10Mbps交換機。

2 10Mbps/100Mbps自適應的局域網交換機。

使用同軸電纜組建以太網是最傳統的組網方式。

粗同軸電纜與細同軸電纜。

中繼器用來擴展作為總線的同軸電纜的長度。作為物理層連接設備，起到接受，放大，整形轉發同軸電纜中的數據信號的作用。

如果不使用中繼器，最大粗纜長度不超過500米，如果使用中繼器，一個以太網中最多只允許使用4個中繼器，連接5條最大長度為500米的粗纜，總長不超過2500米。

如果不使用中繼器，最大細纜長度不超過185米，如果使用中繼器，一個以太網中最多只允許使用4個中繼器，連接5條最大長度為185米的粗纜，總長不超過185*5=925米。

粗纜與細纜混合結構的電纜纜段最大長度為500米。如果粗纜長度為L米，細纜長度為T米，則L，T 的關系為：

　　　　　　　　　　　L+3.28*T《500

采用多集線器的級聯結構時，通常采用以下兩種方法：

1．使用雙絞線，通過集線器的RJ-45端口實現級聯。

2．使用同軸電纜或光纖，通過集線器的向上連接端口實現級聯。

結構化布線系統與傳統的布線系統最大的區別在于：結構化布線系統的結構與當前所連接的設備位置無關。結構化布線系統先預先按建筑物的結構，將建筑物中所有可能放置計算機及其外部設備的位置都布好了線，然后再根據實際所連接的設備情況，通過調整內部跳線裝置，將所有計算機設備以及外部設備連接起來。

一個完善的智能大樓系統除了結構化布線系統以外，還應該包含以下幾種系統：

1 辦公自動化系統。

2 通信自動化系統。

3 樓宇自動化系統。

4 計算機網絡。

建筑物綜合布線系統的主要特點是：

8 由于建筑物綜合布線系統支持各種系統與設備的集成，能與現在所有的語音，數據系統一起工作，從而可以保護用戶在硬件，軟件，培訓方面的投資。

9 建筑物綜合布線系統有助于將分散的布線系統，合并成一組統一的，標準的布線系統中。

10 建筑物綜合布線系統的結構化設計，使用戶自己能夠容易的排除故障，增強了系統安全性，便于管理。

11 采用高性能的非屏蔽雙絞線與光纖的建筑物綜合布線系統，能夠支持高達100Mbps，甚至更高的數據傳輸速率。

工業布線系統是專門為工業環境設計的布線標準與設備。

網絡操作系統，能利用局域網低層提供的數據傳輸功能，為高層網絡用戶提供共享資源管理服務，以及其他網絡服務功能的局域網系統軟件，使連網的計算機能夠方便而有效的共享網絡資源，為網絡用戶提供所需要的各種服務的軟件與協議的集合。

　兩方面的功能：

1 為用戶提供各種簡單有效的訪問本機資源的手段。

2 合理組織系統工作流程，能夠有效得管理系統。

分為兩類：面向任務型與通用型。

通用型又可以分為：變形系統與基礎級系統。

經歷了從對等結構與非對等結構演變的過程。

非對等結構網絡操作系統的設計思想，將連網結點分為以下兩類：

2 網絡服務器。

3 網絡工作站。

虛擬盤體可以分為以下三類：專用盤體，共用盤體與共享盤體。

基于文件服務的網絡操作系統，分為兩部分：

2 文件服務器。

3 工作站軟件。

典型的局域網可以看成由以下三個部分組成：網絡服務器，工作站與通信設備。

網絡操作系統的基本功能有：

2 文件服務。

3 打印服務。

4 數據庫服務。

5 通信服務。

6 信息服務。

7 分布式服務。

8 網絡管理服務。

9 Internet/Internet服務。

網絡操作系統的基本任務是：屏蔽本地資源與網絡資源的差異性，為用戶提供各種基本網絡服務功能，完成網絡共享系統資源的管理，并提供網絡操作系統的E-MAIL服務。

WINDOWS NT SERVER操作系統是以“域”為單位實現對網絡資源的集中管理。

主域控制器與后備域控制器。

WINDOWS NT SEVER采用線程進行管理與占先式多任務，使得應用程序能更有效的運行。

內置4種標準網絡協議：1.TCP/IP協議。2.Microsoft公司的MWLink協議。3.NetBIOS的擴展用戶接口NetBEUI。4.數據鏈路控制協議。

利用域與域信任任務關系實現對大型網絡的管理。

NetWare操作系統是以文件服務器為中心的，它由三個部分組成：文件服務器內核，工作站外殼與低層通信協議。

服務器與工作站之間的連接是通過通信軟件，網卡，傳輸介質來實現的。通信軟件包括網卡驅動程序和通信協議軟件。

工作站運行的重定義程序NetWare Shell負責對用戶命令進行解釋。

在NetWare環境中，訪問一個文件的路徑為：

文件服務器名/卷名：目錄名\子目錄名\文件名

用戶分為：

1 網絡管理員。通過設置用戶權限來實現網絡安全保護措施。

2 組管理員。

3 網絡操作員。

4 普通網絡用戶。

NetWare操作系統的系統容錯技術主要是以下三種：

三級容錯機制。

第一級系統容錯SFT I采用了雙重目錄與文件分配表，磁盤熱道修復與寫后讀驗證等措施。

第二級系統容錯SFT II包括硬盤鏡像與硬盤雙工功能。

第三級系統容錯SFT III提供了文件服務器鏡像功能。

NetWare的事務跟蹤系統用來防止在寫數據庫記錄的過程中因為系統故障而造成數據丟失。

IntranetWare操作系統的主要特點：

1 IntranetWare操作系統能建立功能強大的企業內部網絡。

2 IntranetWare操作系統能保護用戶現有的投擲。

3 IntranetWare操作系統能方便的管理網絡與保證網絡安全。

4 IntranetWare操作系統能基成企業的全部網絡資源。

5 ntranetWare操作系統能大大減少網絡管理的開支。

LINUX系統：低價格，原代碼開放，安裝配置簡單。

同種局域網使用網橋就可以將分散在不同地理位置的多個局域網互連起來。

異型局域網也可以用網橋互連起來，ATM局域網與傳統共享介質局域網互連必須解決局域網仿真問題。

路由器或網關是實現局域網與廣域網互連的主要設備。

數據鏈路層互連的設備是網橋。網橋在網絡互連中起到數據接收，地址過渡與數據轉發的作用，它是實現多個網絡系統之間的數據交換。

網絡層互連的設備是路由器。如果網絡層協議不同，采用多協議路由器。

傳輸層以上各層協議不同的網絡之間的互連屬于高層互連。實現高層互連的設備是網關。高層互連的網關很多是應用層網關，通常簡稱為應用網關。

互連是基礎，互通是手段，互操作是目的。

所謂網絡互連，是將分布在不同地理位置的網絡，設備相連接，以構成更大規模的互聯網絡系統，實現互聯系統網絡資源的共享。

網絡互連的功能有以下兩類：

1 基本功能。

2 擴展功能。

網橋是在數據鏈路層上實現不同網絡互連的設備。需要互連的網絡在數據鏈路層以上采用相同的協議。

網橋在局域網中經常被用來將一個大型局域網分為既獨立又能互通的都個子網的互連結構，從而可以改善各個子網的性能與安全性。

基于這兩種標準的網橋分別是：

1 透明網橋。（各網橋）

2 源路選網橋。（源結點）

路由器是在網絡層上實現多個網絡互連的設備。需要每個局域網網絡層以上高層協議相同，數據鏈路層與物理層協議可以不同。如果高層協議不同，則采用多協議路由器連接。

網關可以完成不同網絡協議之間的轉換。

實現協議轉換的方法主要是：1。直接將網絡信息包格式轉化成輸出網絡信息包格式。N(N-1)..2..將輸入網絡信息包的格式轉化成一種統一的標準網間信息包的格式..2N.

一個網關可以由兩個半網關構成.

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