网络结构与互连设备

1、第3章 网络构造与互连设备 3.1 局域网的规范3.2 典型的局域网规范3.3 局域网的组成3.4 以太网的产品规范3.5 高速网络技术3.6 虚拟局域网3.7 广域网技术 3.8 本章小结练习题.3.1 局域网的规范3.1.1 局域网概述局域网(LAN，Local Area Network)，顾名思义就是部分区域的计算机网络。在局域网中，衔接在一同的计算机其分布范围普通在10m以上和几千米之内，因此局域网的本质特征是分布间隔短。另外，构成局域网的微机可以是不同厂家消费的，如IBM兼容机与Apple公司的Macintosh系统就可以衔接在一同。 .根据用途和传输速率的不同，可以把局域网划分为四

2、种： 程控小交换机管理的局域网; 部分区域网络; 高速部分区域网络; 宽带网。这几类局域网是为了满足不同的要求而分别开展起来的, 它们的性能、通讯协议、数据交换方式、软/硬接口、传输介质以及网络拓扑构造等均有所区别。 详细性能目的在表3-l中给出。.表3-l 局域网的一些性能参考目的.3.1.2 局域网协议及模型计算机衔接成的局域网必需添加一些网络产品并对这些产品进展配置，购买的网络产品必需符合规范。普通创建一个网络必需遵照一定的规范，这些规范由国际规范化组织制定。网络规范给我们带来的益处是：可以把遵照规范的任何网络产品衔接在一同。前面我们曾经学习了OSI参考模型。局域网遵照OSI模型，但采用

3、广播通讯方式，其体系构造与OSI参考模型有相当多的区别，如图3-1所示。.图3-1 局域网模型与OSI/RM对比.局域网不存在路由选择问题，因此局域网可以不要网络层，但局域网由于采用广播通讯方式，必需求处理由于共享信道产生的信息冲突这个中心问题。由于局域网的种类繁多，其物理媒体衔接控制的方法也各不一样，为了使局域网中的数据链路层不至于过分复杂，普通将局域网的数据链路层划分为两个子层，即媒体接入控制或媒体访问控制MAC(Medium Access Control)子层和逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)子层。.与OSI参考模型相比，局域网的参考模型相当于OSI的最低两

4、层。在局域网的数据链路层中，与物理媒体有关的问题都放在MAC子层，与物理媒体无关的问题都放在LLC子层。局域网对LLC子层是透明的，只需MAC子层才区分局域网的规范。MAC子层的主要功能有：(1) 将上层传下来的数据封装成帧进展发送(接纳时进展相反的过程，将帧装配)。(2) 实现和维护MAC协议。(3) 比特的过失检测。(4) 寻址。.LLC子层完成的主要功能有：(1) 建立和释放数据链路层的逻辑衔接。(2) 提供与高层的接口。(3) 过失控制。(4) 给帧加上序号。电气电子工程师协会(IEEE，The Institute of Electrical and Electronic Engine

5、er)是世界上最大的专业组织之一，对于网络而言，IEEE的一项最了不起的奉献就是对IEEE 802协议进展了定义。 .局域网的规范主要是由IEEE 802委员会制定的。该委员会成立于1980年，它专门担任制定不同工业类型的网络规范，主要的几个规范参见表3-2。在局域网中，由于数据以编址帧的方式传输并且不存在立刻交换等特点，高层协议对局域网来说并不那么重要。各局域网产品虽然高层软件不同，网络操作系统也有差别，但由于低层都采用了802局域网规范协议，因此几乎一切局域网都可以实现互连。.表3-2 OSI与IEEE 802规范的比较.如今的IEEE 802委员会共有以下12个分委员会: 802.1概述

6、、体系构造和网络互连，以及网络管理和性能丈量。 802.2逻辑链路控制。它提供OSI的数据链路层两个子层中上面一个子层的功能。逻辑链路控制是高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口。 802.3CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)。它定义了CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规范。 802.4令牌总线网。它定义了令牌传送总线网的MAC子层和物理层的规范。. 802.5令牌环型网。它定义了令牌传送环型网的MAC子层和物理层的规范。 802.6城域网。它定义了城域网的MAC子层和物理层的规范。 802.7宽带技术。 802.8光纤技术。 802.9综合话音数据局域网。 802.10可

7、互操作的局域网平安。 802.11无线局域网。 802.12新型高速局域网(100 Mb/s)。.如今IEEE的规范802.l802.6已成为ISO的国际规范ISO 8802.18802.6。在IEEE 802规范中，最常用的规范是IEEE 802.3、IEEE 802.4和IEEE 802.5，它们的介质访问控制方法分别为：带有冲突检测的载波监听多路访问方法(CSMA/CD)、令牌总线(Token Bus)方法和令牌环(Token Ring)方法。IEEE 802规范中还为局域网的每一个节点规定了一个48位(bit)的全局地址。目前，IEEE是世界上局域网全局地址的法定管理机构，担任分配高2

8、4位的地址。世界上一切消费局域网网卡的厂商都必需向IEEE购买高24位组成的序列号，而低24位由消费厂商本人决议。.3.2 典型的局域网规范3.2.1 以太网(Ethernet)以太网的构造如图3-2所示。.图3-2 以太网构造图.以太网和IEEE 802.3是两项较为类似的网络技术，都属于CSMA/CD局域网。CSMA/CD局域网上的每一个站点都能随时访问网络上的任何资源。CSMA/CD包含两方面的内容，即载波监听多路访问(CSMA)和冲突检测(CD)。载波监听多路访问(CSMA)的任务原理：在数据传输之前，CSMA/CD 局域网上的站点监听网络能否正在被运用，假设网络正在被运用，当前站点将

9、处于等待和检测载波形状；假设网络未被运用，当前站点将开场传输数据。.采用CSMA依然会产生冲突，假设CSMA/CD局域网上的两个站点同时监听网络，同时得知网络未被运用，那么它们将同时开场传输数据；或者网络上有站点发送数据，由于信号在链路上传输有广播延迟，另一站点未检测到载波而发送数据。这两种情况都会导致网络冲突事件的发生，在此两种情况下同时发生的两个数据传输都是无效的，而且两个站点必需在之后的某个不同时辰重发数据。采用退避算法(该算法用来计算各站点的等待重新发送数据的时间)可以决议冲突的两个站点重发数据的时间。CSMA/CD 局域网的站点可以检测冲突，所以它们知道何时可以重发数据。.CSMA/

10、CD方法可以简单地概括为以下几点： 先听后发； 边听边发； 冲突停顿； 随机延迟后重发。 CSMA/CD方法经常用于总线型和树型拓扑构造网络中。以太网和IEEE 802.3局域网都属于广播网络，即网络上一切的站点都能监听到网络上的一切数据帧，而不论它们是不是数据帧的目的站点。网络上的每个站点都必需检查接纳到的数据帧来判别它本身能否是数据帧的目的站点。假设是数据帧的目的站点，那么将数据帧传送到当前站点的更高协议层作进一步的处置。.从某种意义上来讲，以太网和IEEE 802.3 局域网之间也存在着一些差别。以太网提供的效力与OSI参考模型的物理层和数据链路层相一致；而IEEE 802.3 LAN仅

11、仅规定了物理层和数据链路层的信道访问部分，并没有定义逻辑链路控制协议。通常情况下，以太网和IEEE 802.3都经过硬件来实现，这些协议的物理实现可以是主机内的接口卡，也可以是主机内主电路板上的电路。.3.2.2 IEEE 802.5规范：令牌环1环型局域网络任务原理1) 环型网的普通任务原理环型网的拓扑构造是一切节点串行衔接而构成的一个封锁环路。信息传输是单向和逐点传送的。信息沿环路而行，每经过一个节点按位或按帧转发一次。每个节点对信息都有地址识别才干，假设地址符合，该站就是目的节点而将信息收下，否那么继续向下传送。环型网的构造如图3-3所示，它由一高速数字通讯信道和环接口组成，节点主机经过

12、环接口衔接到网内。.图3-3 环型网构造图.2) 环接口环接口在逻辑上由五部分组成：发送器(缓冲)、接纳器(缓冲)、控制器、线驱动器和线接纳器，如图3-4所示。.图3-4 环接口逻辑框图 .线接纳器接纳来自环上的信息包，并送至接纳方缓冲器。在进展地址识别后，如本节点为该信息包的目的地址，那么将信息包放在缓冲器中暂存，然后送入本节点处置机或终端。对于已接纳的信息包，是继续转发还是终止该信息包的传送决议于环的控制战略。线驱动器是向环路发送信息包的部件，具有再生放大作用。发送缓冲器担负向环路上传送信息包的义务，包括从接纳器送来的转发信息包和从本站处置机送来的企图向网上发送的信息包。假设本节点不是所传

13、送信息包的目的地址，那么经接纳器送至发送器，然后经线驱动器将信息包送至环路，维持环信息的延续。控制器担任控制和调理环型网上的信息流量，检测信息的丧失，防止死锁和进展恢复等。.环接口要有足够的输入输出缓冲空间，以存储本地处置机的输入输出信息和转发信息，并能进展必要的缓冲延迟。线接纳器和线驱动器以及相应的控制逻辑等也可看成是环接口的一个中继转发器。它仅产生1位或几位的时间延迟，但对信号进展了整形和放大，使其负载才干加强。这种方式称为按位转发，延迟时间仅有l位或几位。与此相对应的还有按帧转发方式，即必需把整个帧的信息都接纳并存储下来，也称为存储转发。它的转发延迟时间较长，但易于实现分布式控制，通讯的

14、同步技术较易实现。 .3) 环型网络的特点环型网的主要特点有：(1) 只需一条环路，信息单向流动，无途径选择问题，且由于每个节点都可以收到其他任何节点发送的信息，故容易实现广播式发送。(2) 环路是一个含有有源部件的信道，每个中继转发器都具有放大整形作用，其负载才干强，覆盖面积大。(3) 对信道访问的控制技术较简单，只需向下游节点发送信息的信道空闲就可发送，故消除了信息流的拥堵和堵塞等问题，简化了软件设计和额外开销。.(4) 接口的功能比较简单，节点的增减方便，网络的本钱正比于节点的数量。(5) 环路适于多种传输介质,传输速率高,较适于实时传输。除上述优点外，环型网也还存在一些缺陷，主要是可靠

15、性较差。由于环路中的中继转发器为有源器件，和无源的总线网相比，其缺点率较高，而某一节点的缺点能够导致整个环路断开而无法任务，但目前已有许多提高可靠性的方法。. 环型网较多采用分布式控制技术，即信息包的传输是自治的，对环路的管理与控制是分散的；也有的采用集中控制机构，网中设一个交换站，一切源任务站的信息包需经交换站转发至目的任务站，但采用集中控制机构的环型网较少；也有将二者相结合起来的环型网，即网上信息包的传送是分布式的，而对环路的管理和控制是集中式的。令牌传送的根本思想是：令牌依次沿每个节点传送，使得每个节点都有平等发送信息包的时机。令牌有“空和“忙两个形状。“空表示令牌没有被占用，即网中没有

16、信息发送；“忙表示令牌已被占用，即令牌正在携带信息发送。当“空的令牌传送至正待发送信息包的节点时，此信息立刻可以发送并将令牌置为“忙标志。在一个节点占有令牌期间，其他节点只能处于接纳形状。.2. 令牌传送环网(Token Passing Ring)令牌传送环网简称令牌环。 令牌传送环网中，每个任务站的主要义务是：(1) 转发从环路输入的比特流。 (2) 不停地监视以下两种比特组合：本站地址和令牌。令牌环的优点是：每当一站获得令牌后，可传送一变长信息。但由于规定由源站收回信息包，所以大约有50%的环路在传送无用信息，影响了传输效率。.令牌环另外一个优点就是重负载时可以高效率地任务，整个网络不会有

17、几个节点同时向网络发送数据，因此令牌环即使在重载时也不会因发生冲突而降低效率。在设计令牌环时要思索一个比特的“物理长度。假设令牌环上的数据传输速率为BMb/s，那么环节口设备每隔1/Bs发出一个比特。 .3.2.3 IEEE 802.4规范：令牌总线局域网令牌传送环网具有简单、经济、没有信息冲突等优点，但由于采取按位转发方式，环路上节点增多，信息延时也随之添加。采取CSMA/CD方式的总线网络，由于以竞争方式随机访问传输介质，因此一定会有冲突发生，且随着网络负载的添加，冲突愈加严重，网络延时不确定，可是总线具有广播式传输、恣意节点间可直接进展通讯等优点。 令牌总线局域网采用令牌传送总线访问控制

18、方式，令牌传送总线访问控制称为令牌传送总线(Token Passing Bus)。 .图3-5 令牌传送总线网拓扑构造.3.3 局域网的组成3.3.1 网络效力器前几年流行的各种微机局域网，它们大多运用集中控制型的公用效力器构造。网络效力器是网络的控制中心部件，普通由高档微机或由具有大容量硬盘的公用效力器担任。局域网的操作系统运转在效力器上，一切的任务站都以此效力器为中心，网络任务站之间的数据传输均需求效力器作为媒介，如Netware v2.x及v3.x等网络。 .目前，主要流行的微机局域网操作系统是Client/Server(客户机/效力器)构造式的，它们的访问控制方式属于集中管理和分散处置

19、型，这也是20世纪90年代以来局域网开展的趋势，如Windows NT 3.x、4.x和Windows 2000，以及Netware v4.x和v5.x等。对于简单的几台计算机那么采用对等(Peer to Peer)网络。采用对等网络后，一切计算机之间可以直接共享设定的网络资源，无需网络效力器。通常，无论采用哪种构造的局域网(对等网络除外)，在一个局域网内至少需求一个效力器，它的性能直接影响着整个局域网的效率，选择和配置好网络效力器是组建局域网的关键环节。 .目前，人们从不同的角度对网络效力器进展了分类，也就是说，网络效力器在充任文件效力器的同时，又可以充任多种角色的效力器。如某校园网的文件效

20、力器在作为文件效力器的同时，还充任了打印效力器、邮件效力器、Web效力器、域名(DNS)效力器和动态主机配置协议(DHCP)效力器等多种类型的效力器。当这个文件效力器作为打印效力器时，该当有一台或多台打印机与它相连，经过内部打印和排队效力，使一切网络用户都可以共享这些打印机，并且管理各个任务站的打印任务。.在网络中，也有将特殊功能的公用设备作为效力器运用的情况。如图3-6所示的通讯效力器，它将远程计算机连入到局域网中，这样为人们把家里的计算机连入单位的局域网进展办公带来了方便。图中PSTN为系统。.图3-6 通讯效力器将远程的计算机连入局域网.3.3.2 任务站或客户机在网络环境中，任务站或客

21、户机是网络的前端窗口，用户经过它访问网络的共享资源。任务站实践上就是一台计算机，它至少该当包括键盘、显示器、处置器CPU(包括RAM)。大多数任务站带有软驱和硬磁盘。 .通常用作任务站的机器是IBM PC和 Apple Macintosh等微机。这些微机经过插在其中的网卡，经传输介质与网络效力器衔接，用户可以经过任务站向局域网恳求效力并访问共享的资源。任务站从效力器中取出程序和数据以后，用本人的CPU和RAM进展运算处置，然后将结果再存到效力器中去。根据任务站的资源和运转方式可将任务站分为有盘任务站和无盘任务站。 内存是影响网络任务站性能的关键要素之一。 .3.3.3 网络适配器(网卡)网络适

22、配器又叫网络接口卡NIC(Network Interface Card)，简称“网卡，是以太网中的必备设备。 网卡的根本功能有：(1) 网卡实现任务站与局域网传输介质之间的物理衔接和电信号匹配，接纳和执行任务站与效力器送来的各种控制命令，完成物理层的功能。(2) 网卡实现局域网数据链路层的一部分功能，包括网络存取控制、信息帧的发送与接纳、过失校验、串并代码转换等。.(3) 网卡实现无盘任务站的复位及引导。(4) 网卡提供数据缓存才干。(5) 网卡还能实现某些接口功能。网卡主要具有以下三个根本参数： (1) 中断恳求IRQ。中断级的设置是网卡硬件的重要参数之一。对IBM PC类型的网络或效力器，

23、中断恳求IRQ应选择中断控制器提供的IRQ0IRQF的16级之一，如通常选IRQ3或IRQ4。(2) DMA通道。DMA是直接存储器访问方式，允许网卡、网站与存储器直接进展数据传送，而不需经过CPU。典型计算机系统的DMA3通道给网卡运用，其他通道那么为硬盘和软盘驱动器所运用。有些网卡不需选择DMA参数。.(3) 存储基地址和I/O基地址。存储基地址和I/O基地址是两个独立的物理地址，它们的功能类似。网站或效力器上的每块网卡都运用一个指定的I/O块和一个存储缓冲区，用于网络卡与操作系统之间的信息传送。决议I/O块和存储空间地址的参数是I/O基地址和存储基地址。对于无盘任务站上的网卡，需添加启动

24、芯片，为了使网卡启动芯片中的效力程序能在任务站上正确执行，还需设置Memory Address(效力程序在计算机上执行的起始地址)。 .3.3.4 传输介质传输介质是网络中信息传输的媒体，是网络通讯的物质根底之一。传输介质的性能特点对传输速率、通讯的间隔、可衔接的网络节点数目和数据传输的可靠性等均有很大的影响，必需根据不同的通讯要求，合理地选择传输介质。在局域网中常用的传输介质有双绞线、同轴电缆和光导纤维等。1. 双绞线双绞线(Twisted Pair)是最普通的传输介质，它由两根绝缘的金属导线扭在一同而成，如图3-8所示。 .图3-8 无屏蔽双绞线(UTP).双绞线分为有屏蔽双绞线(STP)

25、和无屏蔽双绞线(UTP)。有屏蔽双绞线外面环绕一圈金属屏蔽维护膜，可以减少信号传送时所产生的电磁干扰，但相对来讲价钱较贵。无屏蔽双绞线没有金属维护膜，对电磁干扰的敏感性较大，电气特性较差。它的最大优点是价钱廉价，所以广泛运用于传输模拟信号的系统中。此类双绞线的最大缺陷是绝缘性能不好，分布电容参数较大，信号衰减比较厉害；普通来说，传输速率不高，传输间隔也很有限。 .在以太网中运用UTP双绞线时，它具有如下特征： 物理星型配置； 电缆最大长度为100 m； 电缆上的传输速度为10 Mb/s、100 Mb/s、1000 Mb/s； 节点经过集线器、交换机衔接； 无外部终端电阻； 每段的最大媒体延迟为

26、1000 ns。.如今运用的UTP双绞线可分3类、4类、5类和超5类四种，这四种UTP的主要性能参数见表3-3。其中3类UTP顺应了以太网(10Mb/s)对传输介质的要求，是早期网络中重要的传输介质；4类UTP因其规范的推出比3类晚，而传输性能与3类UTP相比并没有提高多少，所以普通较少运用；5类UTP因价廉质优而成为快速以太网(100 Mb/s)的首选介质；超5类UTP那么运用在千兆位以太网(1000 Mb/s)中。.表3-3 UTP的主要性能参数.2同轴电缆同轴电缆(Coaxial Cable)是网络中最常用的维护套传输介质，共有四层，最内层是中心导体，从里往外依次分为透明绝缘层、金属网屏

27、蔽层和黑色维护套，如图3-9所示。 .图3-9 同轴电缆.按带宽和用途来划分，同轴电缆可以分为基带(Base Band)和宽带(Broad Band)。 常用的同轴电缆线型号参见表3-4，详细引见如下。(1) RG-58A/U。该型号为用于l0Base-2，阻抗50，直径0.18英寸的同轴电缆线，又称细同轴电缆。它是计算机网络中最常见到的同轴电缆线，以以太网规范而言，常与BNC接头配合衔接。(2) RG-11。该型号为用于10Base-5，阻抗50，直径0.4英寸的同轴电缆线，又称粗同轴电缆。它需配合收发器(Transceiver)运用。(3) RG-59U。该型号为阻抗75，直径0.25英寸

28、的同轴电缆线，常用于电视电缆线，也可作为宽带的数据传输线，ARCnet网络用的就是此类电缆线。.表3-4 常用的同轴电缆线.3. 光导纤维电缆光导纤维电缆(Optical Fiber)简称光纤电缆或光缆。随着对数据传输速度的要求不断提高，光缆的运用日益普遍。对于计算机网络来说，光缆具有无可比较的优势，也是目前和未来开展的方向。光缆由纤芯、包层和护套层组成。其中纤芯由玻璃或塑料制成，包层由玻璃制成，护套由塑料制成，其构造参见图3-10。 .图3-10 光纤电缆.(l) 光纤通讯的优点： 传输速率高，目前实践可到达的传输速率为几十Mb/s至几千Mb/s。 抗电磁干扰才干强，分量轻，体积小，韧性好，

29、平安严密性高等。传输衰减极小，运用光纤传输时，可以实如今68 km间隔内不运用中继器的高速率数据传输。光纤分为单模光纤和多模光纤。.(2) 光纤通讯的缺陷： 光纤通讯多用于作为计算机网络的主干线。光纤的最大问题是与其他传输介质相比价钱昂贵。 光纤衔接和光纤分支均较困难，而且在分支时，信号能量损失很大。光纤的类型由模资料(玻璃式塑料纤维)、芯和外层尺寸所决议，芯的尺寸大小决议光的传输质量。常用的光纤有： 8.3/125m单模光纤(其内径为8.3m，外径为125m)。 62.5/125m、50/125m、100/140m多模光纤。.光纤分布式数据接口(FDDI，Fiber Distributed

30、Data Interface)是由美国ANSI X3T9.5委员会于1982年制定的网络规范，它是目前独一的高速局域网一致规范，数据传输速率到达100 Mb/s甚至1000 Mb/s。目前，FDDI已是一种成熟的网络技术，世界上很多厂商都提供FDDI网络产品。但FDDI技术也存在某些与光纤一样的缺乏。.4. 传输介质的选择选择传输介质时应思索的要素很多，但首先该当确定主要要素，然后再选择适宜的传输介质。选择时可思索的主要要素有： 网络拓扑构造； 网络衔接方式； 网络通讯容量； 系统传输时的可靠性要求； 所传输的数据类型； 环境要素，如网络覆盖的地理范围、节点间距等。.3.3.5 网络互连设备在

31、网络中，常用的网络互连设备有中继器、集线器、网桥、交换机、路由器等，它们在网络通讯中起着关键的作用。各设备任务在OSI/RM模型的不同层次，详细参见图3-11所示。下面分别引见这些设备的任务原理和运用场所。.图3-11 网络互连设备的层次关系.1. 中继器(Repeater)中继器是物理层的衔接设备，可用不同电缆衔接网段以扩展网络长度，这里的网段指一个运用任何中继设备的规范网络。中继器的原理是：由于数字信号在传输过程中，其高次谐波最易衰减而使信号变形，电缆上的阻抗、容抗也会使信号幅值和外形变小或失真，中继器在信号传输一定间隔后对其进展整形和放大，但不对信号作校验等其他处置，故即使是一个错误的信

32、息帧或信号中含有噪声，它都照样整形放大。图3-12所示为中继器的一种运用方法。.图3-12 中继器衔接两个以太网 .运用中继器进展网络互连时，应留意如下两点：(1) 运用中继器互连以太网不能构成环路。(2) 必需遵照MAC协议的延时特性，不能用中继器将电缆无限地衔接起来。MAC协议的延时特性主要指的是，运用中继器或集线器来扩展以太网络的范围必需符合中继规那么，即在共享式以太网中，各站点传输信息时必需满足冲突域原那么。网络中任何两个站点传输信息的总延时满足如下条件：(1) 对10 Mb/s以太网运用：(DTE延时+MAC延时+中继延时+电缆延时)25.6s.其中，数据在任一网站内收发所破费的时间

33、为DTE延迟，由网卡进展冲突检测和收发所破费的时间为MAC延迟，DTE和MAC延迟往往合并计算；走过一段电缆的时间为电缆延迟；经过中继器整形放大所花的时间为中继器延迟。一切延迟的总和应小于冲突域所规定的时间25.6s。由于10Base以太网规定的信息帧的最小长度为512 bit，发送1bit的时间是0.1s，发完最小包需51.2s，但是为保证按CSMA/CD协议正确地收发，总延时那么只能限定在25.6s之内，如图3-13所示。.图3-13 冲突域的概念图 .在图3-13中，A、B为恣意两个网站，间隔为L，垂直坐标为延迟时间t。设A站从t0时开场发送，t1时第1 bit到达B站而A站已发完256

34、 bit，延时为25.6s。在此之前B站不知A站已发送，可在恣意tx时间竞发，但在电缆M点发生冲突。B站在t1检测到了冲突而发出拥塞帧，A站在刚发完一个最小帧后即收到拥塞帧，从而知道最小帧已受损，双方都退回重新竞发。.假设A站发出的是一个大于512 bit的长帧，那么更能在发完之前侦听到冲突而退回重发，防止了资源浪费。假设总延时大于最小帧长限制的25.6s，那么A站发完较小帧之后，根本不知道该帧已受损而使错帧在网上广播。因此，以太网的冲突域可以保证在延时25.6s以内发现冲突，使得局域网内的任何网站都能正确执行CSMA/CD协议，而不会发生错误。或者说局域网内任何两节点间一切设备的总延时应小于

35、25.6s，这就是组建局域网的根据，由此而制定了组建10 Mb/s以太网的中继规那么，即5-4-3-2-1中继规那么。其中：5指网络中最多可有5个网段；4指全信道上最多可连4个中继器；3指其中3个网段可连有网络站点；2指有两个网段只用来延伸网络间隔，不连网站；1指构成一个共享式以太网。.(2) 对100 Mb/s快速以太网运用：(DTE延时+MAC延时+中继延时+电缆延时)2.56s100 Mb/s快速以太网符合3-2-1中继规那么，即在一个高速共享网络内，最多用2个类高速HUB，两网站之间最多经过3条电缆，但两个高速HUB之间的电缆长度不能超越5 m。 .2. 集线器(HUB)网络集线器(H

36、UB)有许多特点。最简单的集线器经过把逻辑Ethernet衔接成物理上的星型拓扑构造而添加了网络的连通性，它本质是一个多端口中继器。略微复杂一点的集线器(交换式集线器)用作网桥和路由器的替代品以便减少网络拥塞。高级集线器为FDDI、帧中继及ATM网络提供了非常高速的连通性。图3-14阐明了10Base-T集线器与PC任务站衔接的方式。.图3-14 10Base-T集线器 .普通来说，集线器提供了以下一项或多项效力： 允许在一个或多个LAN上衔接大量计算机； 减少网络拥塞； 提供多协议效力, 例如Ethernet与FDDI的连通； 稳定网络主干； 实现高速通讯。.最简单的集线器是用在Ethern

37、et LAN上的10Base-T(有关10Base-T网络规范将在后面详细论述)，它还是将任务组与小型或大型LAN衔接的最流行方式之一。 局域网的管理由集线器上的软件而不是连到LAN上的一个个设备来完成。物理星型拓扑构造比物理总线拓扑构造更易于管理，由于一个端口只衔接一个设备或者双绞线的菊花状链接(一台与另一台衔接)使得设备范围遭到限制。假设一个端口上的网卡出现缺点，只需简单地使该端口失去作用，直到换了一块网卡，连在其他端口的任务站继续任务为止。 . 集线器提供的接口通常有8口、16口和24口等几种，集线器能提供衔接多种网络传输介质的接口，通常具有RJ-45和BNC两种接口或RJ-45、BNC

38、和AUI三种接口。集线器按性能还可分为类、类HUB。类HUB会把传来的模拟信号转变为数字信号再转发到其他端口，其延时较大，约为0.7s，可提供TX、T4端口。类HUB那么不进换转换，直接转发，延时较小，约为0.35s，只提供一种TX或T4端口。由于二者延迟差别很大，因此对衔接HUB的个数有明显的影响。.3. 网桥(Bridge)1) 网桥定义网桥是一种在数据链路层实现互连的存储转发设备。大多数网络，尤其是局域网，其构造上的差别都表达在介质访问协议(MAC)之中，因此，网桥被广泛地用于局域网的互连。 2) 网桥的功能和作用(1) 网桥的功能。 过滤和转发。如图3-15所示。由于网桥只将应该转发的

39、信息帧编排到它的通讯流量中，因此提高了整体网络的效率。 .图3-15 利用网桥衔接两个LAN . 学习功能。 (2) 网桥在实践运用中的作用。网桥经常用来分割一个负载过重的网络，以平衡负载，添加网络的效率。运用网桥可以将忙碌的网络分成假设干小段，由于设计良好的网络可以使多数分组不用跨越网桥即可传送，从而减少了独立网段上的信息流量。 扩展网络的物理尺寸。网桥的运用可以使网络设计者进一步延伸网络的间隔，扩展网络的总尺寸。 网桥可以实现局域网(LAN)之间以及远程局域网和局域网之间的相互衔接。 网桥可以衔接不同传输介质的网络。 .3) 在复杂网络环境中运用网桥的限制(1) 拥有网桥的网络通常不能运用

40、备用通道。(2) 网桥不能对网络进展分析，以实现继续传输数据时的最快路由。在多种路由存在时，尤其是在那些路由较慢的广域网中，路由选择功能往往是最希望具备和最需求的才干。(3) 网络不能过滤广播分组。因此，对于如何防止广播风暴，网桥无能为力。(4) 网桥依赖于物理设备的地址。.4) 网桥的运用方式和分类网桥可以用来互连两个同类网络，例如两个以太网之间的互连。网桥运用时的最简单方式是运用两端口的网桥互连两个部分网络，如图3-15所示。 从硬件配置的位置来分，网桥通常分为内部网桥和外部网桥两种。 从地理位置来分，网桥还可以分为近程网桥和远程网桥。如图3-16所示。.图3-16 本地网桥和远程网桥的运

41、用 .5) 网桥的安装(1) 内部网桥的安装。(2) 外部网桥的安装。 4. 路由器(Router)1) 路由器的作用路由器(Router)与网桥的最大差别在于网桥实现网络互连发生在数据链路层，而路由器实现网络互连发生在网络层。在网络层上实现网络互连需求相对复杂的功能，比如路由的选择多路重发以及错误检测等均在这一层上用不同的方法来实现。与网桥相比，路由器在异构网互连才干、拥塞控制才干和网段的隔离才干等方面都要强于网桥。 .另外，路由器可以隔离广播信息，从而可以将广播风暴的破坏性隔离在部分的网段之内。路由器是局域网和广域网之间进展互连的关键设备，通常的路由器都具有负载平衡、阻止广播风暴、控制网络

42、流量以及提高系统容错才干等功能。普通而言，路由器大都支持多协议，提供多种不同的物理接口，从而使不同厂家、不同规格的网络产品之间，以及不同协议的网络之间可以进展非常有效的网络互连。路由器的外形如图3-17所示。.图3-17 路由器.2) 路由器的运用方式从物理构造上看，路由器和网桥没有什么差别，它们都是由软件和硬件两部分组成的，而且网桥和路由器可以建立在同样的硬件平台上。但路由器在网络层互连网络，而网桥在数据链路层互连网络。因此，运用路由器衔接的网络在处置方面的任务较多，为使路由器能以网桥的速度执行义务，运用路由器衔接时，需求运用并行处置机或RISC构造。因此，普通路由器的价钱比网桥贵。路由器能

43、在多个网络和介质之间提供网络互连的才干，用路由器可以实现多个网络相互衔接，如图3-18所示。 .路由器任务在OSI七层模型的网络层，因此它与网络高层协议有关。 路由器在安装时需有许多初始配置，所以它的安装比较复杂。与网桥不同，路由器是与协议相关的，网间衔接中每一种高层协议必需分开配置，必需为每一种协议提供一个单独协议的路由器。此外，由于路由器处于OSI七层模型的网络层，所以网络层以下的低层协议不能运用路由器。综上所述，路由器的主要作用是衔接多个网络和多种介质，它最突出的特点是途径选择功能。 .图3-18 用路由器实现网络的衔接.3) 路由器的分类路由器有以下几种分类： 近程路由器和远程路由器；

44、 内部路由器和外部路由器； 静态路由器和动态路由器； 单协议路由器和多协议路由器等。从硬件配置的位置来分，路由器通常分为内部路由器和外部路由器两种。 路由器在任务时需求有初始途径表，它运用这些表来识别其他网络以及通往其他网络的途径和最有效的选择方法。 .4) 路由器的功能与特征(1) 路由器可以衔接运用不同类型传输介质的局域网。(2) 路由器可以衔接不同的网络，如网络编号不同的网络；还可以在各个网络和不同传输介质之间提供网络互连，例如，一台路由器可以衔接假设干个以太网和一个X.25网。(3) 路由器可以把广播风暴信息隔离在源网络内，从而减少和抑制了广播风暴。(4) 经过路由器发送数据的协议必需

45、专门设计，以便支持路由选择功能。例如IP、IPX和AppleTalk协议是可以支持路由选择的协议，NetBEUI和DLC是不能进展路由选择的协议。.(5) 通常运用路由器将局域网衔接到广域网上。设计好的广域网经常有多个通道，路由器可以确保各个通道得到有效的运用。(6) 不需求相互通讯的网络之间坚持永久衔接。(7) 可以提供可靠传输、优先效力。(8) 运用路由器可使互连网络坚持本人的管理控制范围，保证网络的平安。 .5) 路由器的运用特点(1) 优点： 可以合理、智能地选择最正确途径； 路由器也可以作为网桥，以处置不可路由的协议，例如NetBEUI； 在各个网络和不同传输介质之间提供网络互连；

46、运用路由器可使互连网络坚持本人的管理控制范围，保证网络的平安。.(2) 缺陷： 运用较多的时间进展处置，致使网络传输性能下降； 安装和维护困难； 价钱较高； 路由器衔接网络时，需求它们在网络层以上的各层采用相兼容的协议。.5. 网关(Gateway)网关又称信关，它所实现的网络互连发生在网络层之上，是网络层以上的互连设备的总称。 6. 交换机(Switch)交换机又称交换式集线器，分第二层交换机(功能相当于网桥，任务在OSI模型的数据链路层)、第三层交换机(功能相当于路由器，任务在OSI模型的网络层)和高层交换机(功能相当于网关，任务在OSI模型的网络层之上)，其外形如图3-19所示。.图3-

47、19 交换机 . 交换机的外形与集线器非常类似，其主要特点是：一切端口平常都不连通。当任务站需求通讯时，交换机能连通许多对端口，使每一对相互通讯的任务站能像独占通讯媒体那样，无冲突地传输数据；通讯完成后断开衔接。交换机的交换方式有两种，即直通方式和传统的存储转发方式。 .3.4 以太网的产品规范3.4.1 以太网的产品概述1. 以太网的拓扑构造以太网的拓扑构造是总线型或星型，这是根据它的逻辑构造定义的，其运用的介质访问控制算法为“争用型。我们还应该留意以太网中的逻辑构造和物理构造的关系。 .2. 以太网的访问控制方式以太网的访问控制方式采用CSMA/CD方式。3. 以太网的产品规范以太网的产品

48、符合IEEE 802.3规范，传输速率为10Mb/s。 以太网及其主要参数见表3-5和表3-6。.表3-5 常用以太网的主要参数.表3-6 以太网的规范和主要参数 .3.4.2 常见以太网规范1. 规范以太网(10Base-5)规范以太网习惯上称为粗缆以太网，它采用RG-11 50同轴电缆为传输介质，规定每个任务站均经过网络接口板(AUI接口)、收发器电缆和收发器(Transceiver)与总线相连，如图3-20所示。 .图3-20 10Base-5网络构造.一个10Base-5的组网实例如图3-20所示。1) 粗缆以太网的硬件根本配置(1) 网卡。连网的每个节点需求一块带有15针AUI(DI

49、X)接口的网卡。(2) 收发器。粗缆以太网的每个节点需求经过一个安装在总线同轴电缆上的外部收发器(带有l5针AUI接口)连入网内。(3) 收发器电缆。收发器电缆又称AUI电缆，用于节点中网卡与收发器的衔接。(4) 电缆系统。.粗缆以太网的电缆系统主要包括: RG-11 50 粗同轴电缆； N-系列电缆衔接头，安顿在粗同轴电缆的两端； N-系列桶型衔接器，在单根电缆不够时，经过它衔接两条粗同轴电缆段； N-系列终端匹配器(也叫终端电阻),安装在粗同轴电缆的两端，防止信号的反射，其中之一必需接地。.(5) 中继器。中继器主要用来扩展作为总线的同轴电缆的长度和任务站(节点)的个数。 一个运用中继器扩

50、展网络间隔的10Base-5的组网实例如图3-21所示。.图3-21 运用中继器扩展的10Base-5网络.2) 粗缆以太网主要技术参数 根据中继规那么，在粗缆以太网中，当不运用中继器时，每段粗缆的最远传输间隔为500 m；假设运用中继器，一个粗缆以太网中最多允许运用4个中继器，衔接5条最大长度为500 m的粗同轴电缆，那么运用中继器后的粗缆以太网的最大长度不能超越2500 m。每个以太网段中连入的节点数最多为100个，最多有3个网段接入任务站，最大站点数为300个，两个相邻的收发器之间的最小间隔为2.5 m，收发器电缆长度为50 m。.3) 粗缆以太网主要特点运用粗缆以太网的优点是可靠性高，

51、抗干扰才干强，作用间隔长，并且适用于恶劣环境。由于粗缆线较贵，而且要求每个任务站都配置一个外部收发器和收发器电缆，因此本钱较高、网络投资较大，这是粗缆以太网的主要缺陷。.2. 细缆以太网(10Base-2)采用细同轴电缆作为传输介质的以太网被称为细缆以太网。一个10Base-2的组网实例如图3-22所示。.图3-22 10Base-2网络构造.l) 细缆以太网的硬件根本配置(1) 网卡。连网的每个节点都需求一块网卡。假设连入普通台式计算机，那么需求一块提供BNC接口的Ethernet网卡；假设连入便携式计算机，那么需求一块PCMCIA卡或便携式Ethernet网卡。(2) BNC-T型衔接器。

52、细缆Ethernet的每个节点经过BNC-T型衔接器(简称BNC接口)连入网内。(3) 电缆系统。.用于细缆以太网的电缆系统主要包括: RG58A/U 50 细同轴电缆； BNC电缆衔接器，安顿在细同轴电缆的两端； BNC桶型衔接器，在单根电缆不够长时，经过它衔接两条细同轴电缆段； BNC终端匹配器(也叫端接器或终端电阻),安装在细同轴电缆的两端，防止信号的反射，其中之一必需接地。 (4) 中继器。 .2) 细缆以太网主要技术参数根据中继规那么，一个细缆以太网电缆每段最大长度为185 m，最多运用4个中继器，所以最多衔接5个电缆段，细缆的最大长度可以到达925 m。连入细缆以太网一段中的节点数

53、目最多为30个，最多有3个网段接入任务站，最大站点数为90个；两个相邻的BNC-T型衔接器的间隔应是0.5 m的整数倍，最小间隔为0.5 m。每个段的两端都必需安装一个终端匹配器，并且有一端应接地，BNC-T型衔接器与网卡上的BNC接口必需直接衔接，中间不得接入任何电缆。.3) 细缆以太网主要特点与粗缆衔接方式比较起来，细缆系统造价低廉，安装容易。但由于电缆段中连入多个BNC-T型衔接器，存在着多个BNC型衔接头和BNC-T型衔接器的衔接点，因此同轴电缆衔接的缺点率较高，实际阅历阐明大部分缺点出在传输介质方面，且缺点不便查找和维护，某个站点的接头缺点将能够导致整个网络瘫痪，系统可靠性遭到影响。

54、细缆以太网多用于小规模网络和实验室中。.3双绞线以太网(10Base-T)10Base-T是采用无屏蔽的双绞线电缆作为传输介质的以太网，T(Twisted-pair)是双绞线电缆的英文缩写。运用集线器和双绞线的以太网构造分为单集线器构造、多集线器级联构造、可叠加集线器构造。1) 双绞线以太网根本硬件配置(1) 集线器(HUB)。 HUB的组网功能。 HUB的信号强化功能。 . HUB能自动检测“碰撞，在检测到“碰撞信号后，会立刻发送出一个阻塞(JAM)信号，以强化“冲突信号，从而防止了由于介质上信号的衰减而使其他任务站“无法侦听的情况。 HUB能自动指示出有缺点的任务站，并切除其与网络的通讯。

55、2) 双绞线以太网构造(1) 单集线器构造。典型的单集线器构造组网实例如图3-14所示。(2) 多集线器级联以太网构造。.对于规模较大，或节点(任务站)数超越单集线器的端口数目的以太网，通常采用多集线器级联接构造。多集线器级联有两种方法： 运用双绞线，经过RJ-45端口级联，如图3-23所示。 .图3-23 双集线器级联的10Base-T网络构造. 运用同轴电缆、光纤，经过集线器提供的向上衔接的端口实现级联。普通集线器普通都提供两类端口，一类是用于衔接节点(任务站或效力器)的RJ-45端口，这类端口的数目普通是4、8、l2、16、24等；另一类是可以衔接粗缆的AUI端口或衔接细缆的BNC端口，

56、也可以是光纤衔接端口，这些端口被称为向上衔接端口。利用集线器的向上衔接端口级联可以扩展局域网覆盖范围。假设运用细缆衔接两个集线器，细缆的单根电缆段的最大长度为185m，那么网中两节点的最大间隔可到达385(l85+l00+100)m，如图3-24所示。 .图3-24 10Base-T经过细缆级联的双集线器网络构造.(3) 可叠加集线器以太网构造。 可叠加集线器适用于中、小企业连网环境。运用可叠加集线器以太网的典型构造如图3-25所示。 .图3-25 可叠加集线器网络构造 .3) 双绞线以太网构造特点 (1) 优点。 检测缺点容易。 安装、管理和运用简单。 本钱低。 扩展方便。 改动网络规划容易

57、。 网络组建方便灵敏。.(2) 缺陷。 中央节点的负荷过重，HUB出现缺点将导致整段或全部网络瘫痪。 双绞线的抗干扰才干弱，因此选择时应非常留意它的电器特性，如阻抗、电容和延迟等。只需慎重选择并测试双绞线的型号和实践参数，才干充分发扬10Base-T网络的优点，保证网络的平安运转。 通讯线路利用率低。.综上所述，虽然各种类型的局域网上的传输介质可以是粗缆、细缆、双绞线和光纤，但是从当前的开展趋势来看，局域网正在由早期的粗缆、细缆向双绞线和光纤转换，网络的类型也正由单一方式向混合方式转换。其中最常见的是双绞线以太网和光纤方式的干线网混合衔接，这主要是由于大多数的办公室内已装有双绞线，而光纤能提供

58、优良的传输特性，如速度高、抗干扰才干强以及传输间隔长等。我们也常从经济上思索，运用粗缆、细缆作为干线与双绞线以太网的混合衔接方式。.3.5 高速网络技术3.5.1 FDDI光纤分布数据接口(FDDI，Fiber Distributed Data Interface)规范是在20世纪80年代中期开发的。它提供了快于以太网或令牌环的高速数据通讯。该规范由ANSI X3T9.5规范委员会定义，它提供的访问方法可在忙碌网络上获得有效的数据吞吐量。FDDI真正超越了以太网和令牌环，数据吞吐率为100Mb/s。例如，一本完好的大不列颠百科全书在FDDI网段上发送只需20 s的时间。.FDDI在单一光纤线缆

59、段上支持50个节点，最终的传输才干是每秒传输450 000个帧。这个速率是以太网才干的30倍，以太网的最大传输速率是15 000个帧每秒。FDDI支持由音频、视频和实时运用组成的网络通讯。1访问方法FDDI在网络通讯中采用令牌传送，这一点与令牌环的访问方法类似。FDDI与规范令牌环不同之处在于采用了计时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环从一个节点传送到另一个节点。.假设节点没有传输数据的需求，那么它拾起令牌并将其发给下一个节点。假设持有令牌的节点需求传输数据，那么允许它在固定的时间内发送尽能够多的帧，这段固定时间称为目的令牌轮转时间(TTRT，Target Token Rotation Ti

60、me)。由于FDDI采用计时令牌方法，所以在给定时间内网络上有能够存在由多个节点发送的多个帧，这种才干使FDDI成为“高吞吐量体系构造(High-through Input Architecture)。 .一旦某个节点发送了一帧，该帧就到达网络环上的下一个节点。每个节点要确定该帧能否发给本人，并且要检查帧能否出错。假设该节点是预期的目的节点，那么它将该帧标志为已读过。同样，假设任何一个节点检测到一个错误，它就将帧中的一个形状位打上标志指出这是一个错误形状。当该帧前往到源发节点时，源发节点经过读前往帧就能确定它能否被目的节点接纳，同时检查能否出现传输错误。假设检测到一个错误，那么必需重传该帧。如