第三章网络的基本概念 计算机网络形成与发展大致分为如下4个阶段： 1 第一个阶段可以追述到20世纪50年代。 2 第二个阶段以20世纪60年代美国的APPANET与分组交换技术为重要标志。 3 第三个阶段从20世纪70年代中期开始。 4 第四个阶段是20世纪90年代开始。 最热门的话题是INTERNET与异步传输模式ATM技术。 信息技术与网络的应用已经成为衡量21世界国力与企业竞争力的重要标准。 国家信息基础设施建设计划，NII被称为信息高速公路。 Internet，Intranet与Extranet和电子商务已经成为企业网研究与应用的热点。 计算机网络建立的主要目标是实现计算机资源的共享。计算机资源主要是计算机硬件，软件与数据。 我们判断计算机是或互连成计算机网络，主要是看它们是不是独立的“自治计算机”。 分布式操作系统是以全局方式管理系统资源，它能自动为用户任务调度网络资源。 分布式系统与计算机网络的主要是区别不在他们的物理结构，而是在高层软件上。 按传输技术分为：1。广播式网络。2。点--点式网络。 采用分组存储转发与路由选择是点-点式网络与广播网络的重要区别之一。 按规模分类：局域网，城域网与广域网。 广域网（远程网）以下特点： 1 适应大容量与突发性通信的要求。 2 适应综合业务服务的要求。 3 开放的设备接口与规范化的协议。 4 完善的通信服务与网络管理。 X．25网是一种典型的公用分组交换网，也是早期广域网中广泛使用的一种通信子网。 变化主要是以下3个方面： 1 传输介质由原来的电缆走向光纤。 2 多个局域网之间告诉互连的要求越来越强烈。 3 用户设备大大提高。 在数据传输率高，误码率低的光纤上，使用简单的协议，以减少网络的延迟，而必要的差错控制功能将由用户设备来完成。这就是帧中续FR，Frame Relay技术产生的背景。 决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法。 从局域网介质控制方法的角度，局域网分为共享式局域网与交换式局域网。 城域网MAN介于广域网与局域网之间的一种高速网络。 FDDI是一种以光纤作为传输介质的高速主干网，它可以用来互连局域网与计算机。 各种城域网建设方案有几个相同点：传输介质采用光纤，交换接点采用基于IP交换的高速路由交换机或ATM交换机，在体系结构上采用核心交换层，业务汇聚层与接入层三层模式。 计算机网络的拓扑主要是通信子网的拓扑构型。 网络拓扑可以根据通信子网中通信信道类型分为： 4 点-点线路通信子网的拓扑。星型，环型，树型，网状型。 5 广播式通信子网的拓扑。总线型，树型，环型，无线通信与卫星通信型。 传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。 常用的传输介质为：双绞线，同轴电缆，光纤电缆和无线通信与卫星通信信道。 双绞线由按规则螺旋结构排列的两根，四根或八根绝缘导线组成。 屏蔽双绞线STP和非屏蔽双绞线UTP。 屏蔽双绞线由外部保护层，屏蔽层与多对双绞线组成。 非屏蔽双绞线由外部保护层，多对双绞线组成。 三类线，四类线，五类线。 双绞线用做远程中续线，最大距离可达15公里；用于100Mbps局域网时，与集线器最大距离为100米。 同轴电缆由内导体，外屏蔽层，绝缘层，外部保护层。 分为：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。 单信道宽带：宽带同轴电缆也可以只用于一条通信信道的高速数字通信。 光纤电缆简称为光缆。 由光纤芯，光层与外部保护层组成。 在光纤发射端，主要是采用两种光源：发光二极管LED与注入型激光二极管ILD。 光纤传输分为单模和多模。区别在与光钎轴成的角度是或分单与多光线传播。 单模光纤优与多模光纤。 电磁波的传播有两种方式：1。是在空间自由传播，既通过无线方式。 2。在有限的空间，既有线方式传播。 移动通信：移动与固定，移动与移动物体之间的通信。 移动通信手段： 1 无线通信系统。 2 微波通信系统。 频率在100MHz-10GHz的信号叫做微波信号，它们对应的信号波长为3m-3cm。 3 蜂窝移动通信系统。 多址接入方法主要是有：频分多址接入FDMA，时分多址接入TDMA与码分多址接入CDMA。 4 卫星移动通信系统。 商用通信卫星一般是被发射在赤道上方35900km的同步轨道上 描述数据通信的基本技术参数有两个：数据传输率与误码率。 数据传输率是描述数据传输系统的重要指标之一。S=1/T。 对于二进制信号的最大数据传输率Rmax与通信信道带宽B（B=f，单位是Hz）的关系可以写为： Rmax=2*f（bps） 在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N关系为： Rmax=B*LOG⒉（1+S/N） 误码率是二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于： Pe=Ne/N（传错的除以总的） 对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制码元，要折合为二进制码元来计算。 这些为网络数据传递交换而指定的规则，约定与标准被称为网络协议。 协议分为三部分：语法。语义。时序。 将计算机网络层次模型和各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。 计算机网络中采用层次结构，可以有以下好处： 1 各层之间相互独立。 2 灵活性好。 3 各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他各层。 4 易于实现和维护。 5 有利于促进标准化。 该体系结构标准定义了网络互连的七层框架，既ISO开放系统互连参考模型。在这一框架中进一步详细规定了每一层的功能，以实现开放系统环境中的互连性，互操作性与应用的可移植性。 OSI 标准制定过程中采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处理的小问题，这就是分层的体系结构办法。在OSI中，采用了三级抽象，既体系结构，服务定义，协议规格说明。 OSI七层： 2 物理层：主要是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明的传递比特流。 3 数据链路层。在通信实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，采用差错控制，流量控制方法。 4 网络层：通过路由算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。 5 传输层：是向用户提供可靠的端到端服务，透明的传送报文。 6 会话层：组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换。 7 表示层：处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。 8 应用层：应用层是OSI参考模型中的最高层。确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。 TCP/IP参考模型可以分为：应用层，传输层，互连层，主机-网络层。 互连层主要是负责将源主机的报文分组发送到目的主机，源主机与目的主机可以在一个网上，也可以不在一个网上。 传输层主要功能是负责应用进程之间的端到端的通信。 TCP/IP参考模型的传输层定义了两种协议，既传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。 TCP协议是面向连接的可靠的协议。UDP协议是无连接的不可靠协议。 主机-网络层负责通过网络发送和接受IP数据报。 按照层次结构思想，对计算机网络模块化的研究结果是形成了一组从上到下单向依赖关系的协议栈，也叫协议族。 应用层协议分为： 1。一类依赖于面向连接的TCP。 2．一类是依赖于面向连接的UDP协议。 10 另一类既依赖于TCP协议，也可以依赖于UDP协议。 NSFNET采用的是一种层次结构，可以分为主干网，地区网与校园网。 作为信息高速公路主要技术基础的数据通信网具有以下特点： 1 适应大容量与突发性通信的要求。 2 适应综合业务服务的要求。 3 开放的设备接口与规范化的协议。 4 完善的通信服务与网络管理。 人们将采用X。25建议所规定的DTE与DCE接口标准的公用分组交换网叫做X。25网。 帧中继是一种减少接点处理时间的技术。 综合业务数字网ISDN： B-ISDN与N-ISDN的区别主要在： 2 N是以目前正在使用的公用电话交换网为基础，而B是以光纤作为干线和用户环路传输介质。 3 N采用同步时分多路复用技术，B采用异步传输模式ATM技术。 4 N各通路速率是预定的，B使用通路概念，速率不预定。 异步传输模式ATM是新一代的数据传输与分组交换技术，是当前网络技术研究与应用的热点问题。 ATM技术的主要特点是： 3 ATM是一种面向连接的技术，采用小的，固定长度的数据传输单元。 4 各类信息均采用信元为单位进行传送，ATM能够支持多媒体通信。 5 ATM以统计时分多路复用方式动态的分配网络，网络传输延迟小，适应实时通信的要求。 6 ATM没有链路对链路的纠错与流量控制，协议简单，数据交换率高。 7 ATM的数据传输率在155Mbps-2。4Gbps。 促进ATM发展的要素： 2 人们对网络带宽要求的不断增长。 3 用户对宽带智能使用灵活性的要求。 4 用户对实时应用的需求。 5 网络的设计与组建进一步走向标准化的需求。 一个国家的信息高速路分为：国家宽带主干网，地区宽带主干网与连接最终用户的接入网。 解决接入问题的技术叫做接入技术。 可以作为用户接入网三类：邮电通信网，计算机网络（最有前途），广播电视网。 第四章局域网应用技术 决定局域网的主要技术要素是：网络拓扑，传输介质与介质访问控制方法。 局域网从介质访问控制方法分为：共享介质局域网与交换式局域网。 总线局域网的介质访问控制方式采用的是“共享介质”方式。 介质访问控制方法是控制多个结点利用公共传输介质发送和接受数据的方法。 根据星型拓扑的定义，星型拓扑中存在中心结点，每个结点通过点与点之间的线路与中心结点连接，任何两结点之间的通信都要通过中心结点转接。 普通的共享介质方式的局域网中不存在星型拓扑。但是以交换分机CBX为中心的局域网为中心的局域网系统可以归为星型局域网拓扑结构。 双绞线三类线带宽为16MHz，适合于10MHz以下的数据。4类20MHz。语音。5类100MHz，甚至可以支持155MHz异步传输模式ATM。 共享介质访问控制方式主要为： 1 带有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD方法。 2 令牌总线方法（TOKEN BUS）。 3 令牌环方法（TOKEN RING）。 IEEE802。2标准定义的共享局域网有三类： 1 采用CSMA/CD介质访问控制方法的总线型局域网。 2 采用TOKEN BUS介质访问控制方法的总线型局域网。 3 采用TOKEN RING介质访问控制方法的环型局域网。 ETHERNET(以太网)的核心技术是它的随机争用型介质访问方法既CSMA/CD介质访问控制方法。 最早使用随机争用技术的是夏威夷大学的校园网。 CSMA/CD的发送流程可以简单的概括为1先听先发2边听边发3冲突停止4随机延迟后重发。 冲突检测是发送结点在发送的同时，将其发送信号波形与接受到的波形相比较。 TOKEN BUS（令牌总线方法）是一种在总线拓扑中利用“令牌”作为控制结点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。 所谓正常稳态操作是网络已经完成初始化，各结点进入正常传递令牌与数据，并且没有结点要加入与撤除，没有发生令牌丢失或网络故障的正常工作状态。 令牌传递规定由高地址向低地址，最后由低地址向高地址传递。 令牌总线网在物理上是总线网，而在逻辑上是环网。 交出令牌的条件： 1 该结点没有数据帧等待发送。 2 该结点已经发完。 3 令牌持有最大时间到。 推动局域网发展的直接因素是个人计算机的广泛使用。 如果网中有N个结点，那么每个结点平均能分配到带宽为10Mbps/N。 共享介质局域网又可以分为Ethernet，Token Bus，Token Ring与FDDI以及在此基础上发展起来的Fast Ethernet，FDDI II等。交换式局域网可以分为Switched Ethernet与ATM LAN，以及在此基础上发展起来的虚拟局域网。 光纤分布式数据接口是一种以光纤作为传输介质的高速主干网。 Gigabit Ethernet的传输速率比Fast Ethernet（100Mbps）快10倍，达到1000Mbps，将传统的Ethernet每个比特的发送时间由100ns降低到1ns。 根据交换机的帧转发方式，交换机可以分为3类： 1 直接交换方式。 2 存储转发交换方式。 3 改进直接交换方式。 局域网交换机的特性： 1 低交换传输延迟。 2 高传输带宽。 3 允许10Mbps/100Mbps。 4 局域网交换机可以支持虚拟局域网服务。 虚拟网络（VLAN）是建立在交换技术基础上的。 虚拟网络是建立在局域网交换机或ATM交换机上的，它以软件的形式来实现逻辑组的划分与管理，逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制。 对虚拟网络成员的定义方法上，有以下4种： 1 用交换机端口号定义虚拟局域网。（最通用的办法） 2 用MAC地址。 3 用网络层地址。（例如用IP地址来定义）。 4 IP广播组。 这种虚拟局域网的建立是动态的，它代表一组IP地址。 10 BASE-5是IEEE 802。3物理曾标准中最基本的一种。它采用的传输介质是阻抗为50偶的基带粗同轴电缆。 网卡是网络接口卡NIC的简称，它是构成网络的基本部件。 网卡分类： 按网卡支持的计算机种类：标准以太网卡。PCMCIA网卡（用于便携式计算机）。 按网卡支持的传输速率分类：普通的10Mbps。高速的100Mbps网卡。10/100Mbps自适应网卡。1000Mbps网卡。 按网卡支持的传输介质类型分类：双绞线网卡。粗缆网卡。细缆网卡。光纤网卡。 普通的集线器两类端口：一类是用于连接接点的RJ-45端口，这类端口数可以是8，12，16，24等。另一类端口可以是用于连接粗缆的AUI端口，用于连接细缆的BNC端口，也可以是光纤连接端口，这类端口称为向上连接端口。 按传输速率分类：1。10Mbps集线器。2。100Mbps集线器。3。10Mbps/100Mbps自适应集线器。 按集线器是或能够堆叠分类：1。普通集线器。2。可堆叠式集线器。 按集线器是或支持网管功能：1。简单集线器。2。带网管功能的集线器。 局域网交换机的定义。 专用端口，共享端口。 局域网交换机可以分为： 1 简单的10Mbps交换机。 2 10Mbps/100Mbps自适应的局域网交换机。 使用同轴电缆组建以太网是最传统的组网方式。 粗同轴电缆与细同轴电缆。 中继器用来扩展作为总线的同轴电缆的长度。作为物理层连接设备，起到接受，放大，整形转发同轴电缆中的数据信号的作用。 如果不使用中继器，最大粗缆长度不超过500米，如果使用中继器，一个以太网中最多只允许使用4个中继器，连接5条最大长度为500米的粗缆，总长不超过2500米。 如果不使用中继器，最大细缆长度不超过185米，如果使用中继器，一个以太网中最多只允许使用4个中继器，连接5条最大长度为185米的粗缆，总长不超过185*5=925米。 粗缆与细缆混合结构的电缆缆段最大长度为500米。如果粗缆长度为L米，细缆长度为T米，则L，T 的关系为： L+3.28*T《500 采用多集线器的级联结构时，通常采用以下两种方法： 1．使用双绞线，通过集线器的RJ-45端口实现级联。 2．使用同轴电缆或光纤，通过集线器的向上连接端口实现级联。 结构化布线系统与传统的布线系统最大的区别在于：结构化布线系统的结构与当前所连接的设备位置无关。结构化布线系统先预先按建筑物的结构，将建筑物中所有可能放置计算机及其外部设备的位置都布好了线，然后再根据实际所连接的设备情况，通过调整内部跳线装置，将所有计算机设备以及外部设备连接起来。 一个完善的智能大楼系统除了结构化布线系统以外，还应该包含以下几种系统： 1 办公自动化系统。 2 通信自动化系统。 3 楼宇自动化系统。 4 计算机网络。 建筑物综合布线系统的主要特点是： 8 由于建筑物综合布线系统支持各种系统与设备的集成，能与现在所有的语音，数据系统一起工作，从而可以保护用户在硬件，软件，培训方面的投资。 9 建筑物综合布线系统有助于将分散的布线系统，合并成一组统一的，标准的布线系统中。 10 建筑物综合布线系统的结构化设计，使用户自己能够容易的排除故障，增强了系统安全性，便于管理。 11 采用高性能的非屏蔽双绞线与光纤的建筑物综合布线系统，能够支持高达100Mbps，甚至更高的数据传输速率。 工业布线系统是专门为工业环境设计的布线标准与设备。 网络操作系统，能利用局域网低层提供的数据传输功能，为高层网络用户提供共享资源管理服务，以及其他网络服务功能的局域网系统软件，使连网的计算机能够方便而有效的共享网络资源，为网络用户提供所需要的各种服务的软件与协议的集合。 两方面的功能： 1 为用户提供各种简单有效的访问本机资源的手段。 2 合理组织系统工作流程，能够有效得管理系统。 分为两类：面向任务型与通用型。 通用型又可以分为：变形系统与基础级系统。 经历了从对等结构与非对等结构演变的过程。 非对等结构网络操作系统的设计思想，将连网结点分为以下两类： 2 网络服务器。 3 网络工作站。 虚拟盘体可以分为以下三类：专用盘体，共用盘体与共享盘体。 基于文件服务的网络操作系统，分为两部分： 2 文件服务器。 3 工作站软件。 典型的局域网可以看成由以下三个部分组成：网络服务器，工作站与通信设备。 网络操作系统的基本功能有： 2 文件服务。 3 打印服务。 4 数据库服务。 5 通信服务。 6 信息服务。 7 分布式服务。 8 网络管理服务。 9 Internet/Internet服务。 网络操作系统的基本任务是：屏蔽本地资源与网络资源的差异性，为用户提供各种基本网络服务功能，完成网络共享系统资源的管理，并提供网络操作系统的E-MAIL服务。 WINDOWS NT SERVER操作系统是以“域”为单位实现对网络资源的集中管理。 主域控制器与后备域控制器。 WINDOWS NT SEVER采用线程进行管理与占先式多任务，使得应用程序能更有效的运行。 内置4种标准网络协议：1.TCP/IP协议。2.Microsoft公司的MWLink协议。3.NetBIOS的扩展用户接口NetBEUI。4.数据链路控制协议。 利用域与域信任任务关系实现对大型网络的管理。 NetWare操作系统是以文件服务器为中心的，它由三个部分组成：文件服务器内核，工作站外壳与低层通信协议。 服务器与工作站之间的连接是通过通信软件，网卡，传输介质来实现的。通信软件包括网卡驱动程序和通信协议软件。 工作站运行的重定义程序NetWare Shell负责对用户命令进行解释。 在NetWare环境中，访问一个文件的路径为： 文件服务器名/卷名：目录名\子目录名\文件名 用户分为： 1 网络管理员。通过设置用户权限来实现网络安全保护措施。 2 组管理员。 3 网络操作员。 4 普通网络用户。 NetWare操作系统的系统容错技术主要是以下三种： 三级容错机制。 第一级系统容错SFT I采用了双重目录与文件分配表，磁盘热道修复与写后读验证等措施。 第二级系统容错SFT II包括硬盘镜像与硬盘双工功能。 第三级系统容错SFT III提供了文件服务器镜像功能。 NetWare的事务跟踪系统用来防止在写数据库记录的过程中因为系统故障而造成数据丢失。 IntranetWare操作系统的主要特点： 1 IntranetWare操作系统能建立功能强大的企业内部网络。 2 IntranetWare操作系统能保护用户现有的投掷。 3 IntranetWare操作系统能方便的管理网络与保证网络安全。 4 IntranetWare操作系统能基成企业的全部网络资源。 5 ntranetWare操作系统能大大减少网络管理的开支。 LINUX系统：低价格，原代码开放，安装配置简单。 同种局域网使用网桥就可以将分散在不同地理位置的多个局域网互连起来。 异型局域网也可以用网桥互连起来，ATM局域网与传统共享介质局域网互连必须解决局域网仿真问题。 路由器或网关是实现局域网与广域网互连的主要设备。 数据链路层互连的设备是网桥。网桥在网络互连中起到数据接收，地址过渡与数据转发的作用，它是实现多个网络系统之间的数据交换。 网络层互连的设备是路由器。如果网络层协议不同，采用多协议路由器。 传输层以上各层协议不同的网络之间的互连属于高层互连。实现高层互连的设备是网关。高层互连的网关很多是应用层网关，通常简称为应用网关。 互连是基础，互通是手段，互操作是目的。 所谓网络互连，是将分布在不同地理位置的网络，设备相连接，以构成更大规模的互联网络系统，实现互联系统网络资源的共享。 网络互连的功能有以下两类： 1 基本功能。 2 扩展功能。 网桥是在数据链路层上实现不同网络互连的设备。需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议。 网桥在局域网中经常被用来将一个大型局域网分为既独立又能互通的都个子网的互连结构，从而可以改善各个子网的性能与安全性。 基于这两种标准的网桥分别是： 1 透明网桥。（各网桥） 2 源路选网桥。（源结点） 路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备。需要每个局域网网络层以上高层协议相同，数据链路层与物理层协议可以不同。如果高层协议不同，则采用多协议路由器连接。 网关可以完成不同网络协议之间的转换。 实现协议转换的方法主要是：1。直接将网络信息包格式转化成输出网络信息包格式。N(N-1)..2..将输入网络信息包的格式转化成一种统一的标准网间信息包的格式..2N. 一个网关可以由两个半网关构成.
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