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文档简介
综合布线技术与实训张文炳主编速云中张永副主编毛锦庚张江编著第1章计算机网络基础
出于对信息共享和信息传输应用的迫切要求,计算机及其网络的应用日益渗透到各个行业当中。在各种软件的支持下,人们可以通过网络进行快速的信息交换,并获得各种服务。随着计算机网络的日益普及,在综合布线系统中,对计算机网络进行布线的要求也越来越重要。计算机网络是多台计算机组成的系统,它的结构、功能、组成以及实现技术远比单机系统要复杂。本章将介绍计算机网络的体系结构,网络协议的基本内容,使大家对计算机网络有初步了解,为进行网络布线打下基础。1.1计算机网络概述
1.1.1计算机网络的组成和分类
常用的计算机网络分类是按照计算机网络的覆盖范围来进行划分。根据覆盖范围,从小到大可以分为局域网(LAN),城域网(MAN),广域网(WAN)和互联网(Internet)。具体参数如表1-1所示。
表1-1计算机网络的分类计算机网络分类分布范围分布距离局域网房间10米建筑物100米校园1公里城域网城市10公里广域网国家100公里互联网洲际1000公里2.城域网(MAN:MetropolitanAreaNetwork)城域网的组成主要包括:(1)城域网间的骨干网:连接不同的城域网的网络。(2)核心网:组成城域网所用的实现技术,目前主要有ATM技术和IP技术。(3)宽带接入网:即用户接入网络的方式,通常也用最后一公里的连接来说明接入网的重要。(4)网络汇聚层:它负责连接接入层交换机和核心层,以及汇聚分散的接入点,进行数据交换,提供流量控制和用户管理功能,起到控制中心的作用。(5)数据中心:对数据进行存储和操作。3.广域网(WAN:WideAreaNetwork)1.1.2网络的拓扑结构1.总线结构
总线拓扑结构(如图1-1所示)它是一种共享数据传输通路的物理结构。总线一般采用同轴电缆或双绞线。2.星型结构 星型结构(如图1-2所示)是以中央节点为中心,向外围的节点以放射状的形式进行连接。3.环型结构 环型结构(如图1-3所示)是将网络节点连接成闭合结构。4.树型结构 树型结构(如图1-4所示)是总线结构的扩充形式。5.分布式结构 分布式结构又可以称为网状结构(如图1-5所示),节点间可以有多条线路相连。图1-1总线拓扑结构
图1-2星型结构图1-3环型结构
图1-4树型结构图1-5分布式结构1.1.3ISO/OSI网络参考模型1.ISO/OSI参考模型ISO/OSI的参考模型又可以表示为OSI/RM共有7层,如图1-6所示。它的划分层次的原则如下:(1)网络中不同的节点都有相同的层次。(2)不同节点的同等层具有相同的功能。(3)同一节点内相邻之间通过接口通信。(4)每一层通过接口使用下层提供的服务,并向其上层提供服务。(5)每层完成各自的功能,修改本层的功能不会影响其他层。(6)不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。图1-6ISO/OSI参考模型2.参考模型的数据传输方式 例如,计算机A上的应用程序要将信息发送到计算机B的应用程序,如图1-7所示说明了这一过程。图1-7参考模型的数据传输方式1.2网络协议
在上面一节中,ISO/OSI的参考模型为网络通信的结构提供了一个大概的框架。而计算机要进行通信还需要实际而且相同的通信语言规范,这些语言规范在计算机网络中称为协议。协议的作用是保证数据的正常发送和接收。为此在协议中详细规定了通信时的数据格式、传送的时序以及控制信息和应答信号的格式等内容。下面会对其中常见个的协议进行介绍。1.2.1以太网(IEEE802.3系列标准)
1.标准以太网(IEEE802.3标准)如表1-2所示列出的是IEEE802.3的关于标准以太网络的标准。2.快速以太网(IEEE802.3u标准)100Base-T快速以太网标准又可以分为:100Base-TX、100Base-FX、100Base-T4三个子类。表1-2IEEE802.3的标准以太网络的标准特性IEEE802.0速率(Mb/s)信号传输方式最大网络长度(m)传输介质10Base510基带500同轴粗缆10Base210基带185同轴细缆10BaseT10基带100双绞线10Broad3610宽带3600同轴电缆10BaseFL10基带2000光纤1Base51基带500双绞线(1)100Base-TX:是一种使用5类非屏蔽双绞线(UTP),或1类,2类屏蔽双绞线(STP)的快速以太网技术。(2)100Base-FX:是一种使用光缆的快速以太网技术,可使用单模和多模光纤,多模光纤连接的最大距离为550米。(3)100Base-T4:使用四对3、4或5类线缆的100Mb/s。3.千兆以太网(IEEE802.3z标准)
IEEE802.3z委员会的目的是建立千兆位以太网标准,包括在1000Mb/s通信速率的情况下的全双工和半双工操作、802.3以太网帧格式、载波侦听多路访问和冲突检测(CSMA/CD)技术、10Base-T和100Base-T向下兼容技术使1000Mb/s以太网具有以太网的易移植、易管理特性。千兆以太网在处理新应用和新数据类型方面具有灵活性,它是在10Mb/s和100Mb/sIEEE802.3以太网标准的基础上进行了延伸,提供了1000Mb/s的数据带宽。
1000Mb/s千兆以太网目前主要有以下标准:1000Base-SX,1000Base-LX和1000Base-T标准。1.2.2ADSL技术
xDSL技术按上行和下行的速率是否相同可分为速率对称型和速率非对称型两种。速率对称型的xDSL有HDSL(HighbitrateDSL)高速数字用户环路、SDSL(SinglepairDSL)单对线数字用户环路等多种形式;非对称型的xDSL有ADSL(AsymmetricDSL)不对称数字用户环路和VDSL(VeryhighbitrateDSL)超高速数字用户环路等。
ADSL作为xDSL的一种,它的主要特点是:它的速率可以达到上行1M/下行8M,并且它把线路分成语音,上行和下行3个信道,语音和数据可以共用一对线。这样为经常使用Internet下载VOD以及多媒体音频资料的用户提供了高速的服务。而且它充分利用了现有的铜线资源,用户只要在现有的电话线安装ADSL,而运营商不需要进行线缆铺设,节省了大量的支出。因此,ADSL目前已经为电信运营商所采用,成为宽带用户接入的主流技术。1.2.3TCP/IP协议TCP/IP有很多重要的特点,主要包括以下4个方面:(1)使用逻辑编址。(2)提供DNS(DomainNameServer)服务。(3)TCP/IP有确保信息传输可靠性的特点,这就包括了信息传输的错误检测和监控网络中的信息流量的功能。(4)TCP/IP有专门的路由选择协议,优化了网络路径的选择。 如表1-3所示表示的是ISO/OSI参考模型与TCP/IP模型及其里面协议的对比。 由表1-3可知,TCP/IP协议共分4层,从高到低分别是应用层,传输层,IP层以及链路层,各层的主要特点如下:(1)链路层。 链路层,又称网络接口层,处理传输介质的物理接口细节,接收数据。这层包含了设备的驱动程序以及网卡的信息。表1-3ISO/OSI参考模型与TCP/IP模型中协议的对比
OSI/RMTCP/IP模型TCP/IP协议应用层应用层文件传输协议FTP,远程登录协议Telnet,简单邮件传输协议SMTP,网络文件服务协议NFS,简单网络管理协议SNMP等表示层会话层传输层传输层传输控制协议TCP,用户数据报协议UDP网络层网际层(IP层)网际协议(IP),网络控制报文协议ICMP地址/逆地址解析协议(ARP/RARP)数据链路层链路层各种网络接口物理层网际层主要处理分组在网络中的活动,这其中主要包括:①将分组封装到IP数据报中,而在TCP/IP协议中,封装1.1.3ISO/OSI参考模型类似,对每一层收到的数据都要加上相应的头部信息,甚至尾部信息。但TCP传给IP的数据称为TCP段(TCPSegment),IP传给网络接口层的则称为IP数据报(IPDatagram),而在网络上传播的比特流称为帧(Frame),具体如图1-8所示,然后经过一定的路由选择,最后发送到相应的目的系统。②根据数据中的IP首部信息,进行地 址解析并确定是否转发IP数据报。③发送ICMP的差错和控制报文,处理 收到的ICMP报文。(3)传输层。 传输层的基本任务是提供应用 程序之间的通信服务,即端对端的通信。(4)应用层。应用层提供特定的网络应用 服务或程序,比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。 在TCP/IP中有几个协议是非常重要的,其中包括IP协议,ARP和RARP协议,ICMP协议,TCP协议以及UDP协议。(1)IP协议。IP提供的无连接服务的主要特点是:①每个分组都携带完整的目的结点地址。②数据传输过程不需要经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程。③数据分组传输过程中,每个数据分组都是独立处理的。图1-8网际层主要处理分组在网络中的活动
IP协议是如何实现将数据发送到目的地的呢?这其中起到关键作用的是它本身提供的IP路由选择机制。 搜索机制如下: ①搜索路由表,寻找与目的地址完全匹配(IP地址中的网络号和主机号一致)的表项,如果找到,则将数据报转发过去,反之,则执行②。 ②搜索路由表,寻找与目的网络号匹配的表项。如果找到,则将报文发送到该表项所指定的路由器,否则执行③。 ③搜索路由表,寻找“默认(default)”表项。如果找到,则将报文发送到该表项所指定的路由器,否则执行④。 ④以上步骤说明,该数据报不能被传送。如果不能传送的报文来自本机,则返回一个ICMP差错报文。(2)ARP和RARP协议。 地址解析协议(ARP)和逆地址解析协议(RARP)是IP层协议的重要组成部分之一,从图1-9可以看出,ARP协议和RARP协议位于IP和网络接口层之间,它们是为了使用IP协议做准备工作的。ARP进行IP地址到物理地址转换的过程主要分为以下3步:①查询ARP高速缓存,在Windows系统的命令行模型下,可以使用arp–a来进行查询,如图1-10所示。②查询ARP高速缓存,目的IP地址不存在,那么ARP就会在主机所在的网络上以广播的方式发送一个ARP请求,即向每个网络上的主机都发送请求,它的意思是“如果你拥有一个IP地址,请回答你的物理地址。”③在ARP高速缓存中,不存在该映射,而且ARP请求在经过一定次数的重发后,仍然没收到ARP应答,那么数据将不会被发送。RARP协议负责从物理地址到IP地址的转换。(3)ICMP协议。ICMP提供了两种类型的报文,差错报文和查询报文。图1-9ARP和RARP协议图1-10查询ARP高速缓存
ICMP协议通常被IP层或者更高层的调用,而应用程序也能够调用它,比如常用的ping和Traceroute这两个程序,它们都使用了ICMP。如图1-11和图1-12所示。(4)TCP协议。
TCP面向连接的服务提供必须首先使发送端的主机与接收信息的目的计算机建立连接。而这种连接是通过三次握手(ThreeHandShaking)的方式建立起来的。 三次握手连接的建立方式如图1-13所示。图1-11用ping程序测试网络连接量图1-12用Traceroute程序测试网络连接量图1-13三次握手连接的建立方式①发送端主机向接收端主机发送连接请求,并发送一个同步序列号(SYNSEQ=300)进行同步;②接收端主机同意连接,响应一个确认,确认号ACK=之前的同步序列号+1(ACK=300+1=301),并以返回一个同步序列号(SYNSEQ=500);③发送端主机响应接收端主机的同步序列号,返回一个确认(ACK=500+1=501),此时连接建立,开始数据传输。而关闭过程同样也进行3次握手的操作。同时,TCP协议还采用了重发的机制,来确保数据传输的可靠性。(5)UDP协议。 用户数据报协议UDP主要的作用是产生UDP数据报并组装成待发送的IP数据报,但是它不像TCP那样需要负责建立,维持或者终止连接,不会对收到的IP数据报进行正确性检查,不会对收到的IP数据报进行排序以及消除重复的IP数据报,而且没用重发的机制。以上的这些问题全部需要调用它的应用程序自己提供。1.3网络传输介质
1.3.1有线介质有线介质中常见的有双绞线、同轴电缆以及光纤。(1)双绞线。双绞线是将两根相互绝缘的铜导线绞合而成,它主要分为以下两大类:①非屏蔽双绞线(UTP):将一对或多对双绞线放入一个绝缘套管。按电器特性分类,双绞线分为A级到F级的不同类别。计算机网络中常用的是C、D、E、F级。
C级:3类双绞线(Cat.3),指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆
D级:5类双绞线(Cat.5),该类电缆增加了绕线密度,外套为高质量的绝缘材料。
D级还包括超5类双绞线(Cat.5e),即增强型的5类双绞线,与5类相比,抗干扰能力更强,信号衰减更小,目前广泛应用。
E级:6类双绞线(Cat.6),性能超过超5类双绞线,线缆传输频率带宽在250MHz以上,主要应用于1000Mb/s的快速以太网,应用越来越广泛,逐步成为市场主流产品。F级:7类双绞线(Cat.7),线缆传输频率带宽在600MHz以上,主要应用于10Gbit/s的快速以太网。3类、5/5e类、6类、7类双绞线支持向下兼容的应用。②屏蔽双绞线(STP):在一对或多对双绞线线对的外面加上一个用金属丝编织成的屏蔽层,然后再放入一个绝缘层。(2)同轴电缆。同轴电缆是由一根空心的外圆柱导体及其所包围的单根内导线所组成,内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开,按直径不同可分为同轴粗缆和同轴细缆。(3)光纤。光纤是光导纤维的简称,它是一种传输光束的细而柔韧的媒质。光纤一般可分为单模光纤和多模光纤两种。光纤有以下优点:①通频带很宽,理论可达30亿兆赫兹。②传输距离长。由于光纤具有极低的衰耗系数(目前商用化石英光纤已达0.19dB/km以下),若配以适当的光发送与光接收设备,可使其中继距离达数百公里以上。③电磁绝缘性能好,不受电磁场和电磁辐射的影响。④重量轻,体积小,施工方便。光缆的敷设方式方便灵活,既可以直埋、管道敷设,又可以水底和架空。⑤光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易爆场所。⑥保密性能好。光波在光纤中传输时只在其芯区进行,基本上没有光“泄露”出去,因此其保密性能极好。⑦抗化学腐蚀,使用寿命长。⑧原材料来源丰富,潜在价格低廉。制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即砂子,而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的。因此其潜在价格是十分低廉的。因此“光进铜退”将会是未来大发展趋势。1.3.2无线介质目前无线传输介质主要有红外线和微波两种。(1)红外线。红外线传输信号的方式是全数字式的,它具有很强的方向性,总是沿直线传播,因此在红外线发送器和接收器之前不可以有障碍物,这样红外线只能在很小的区域内使用,而且容易受到天气的影响,比如雨雾天气,造成数据传输的阻碍。(2)微波。微波通信采用频率在300Mhz-300Ghz之间的电波作为载波信号,它具有方向集中,信道容量大的特点。而微波通信也是沿直线传播的,由于地球表面是曲面,所以传播一定距离后,需要采用地面中继站或者人造卫星的方式来转发。1.4网络互联设备
网络互联的目的是使处于不同网络的用户能够相互通信和访问对方的资源,实现资源共享。而要实现互联,则必须解决如下问题:如何在物理上把两种网络连接起来;一种网络如何与另一种网络实现互访与通信;如何解决它们之间协议方面的差别,比如不同的寻址方式,不同的错误恢复方法,不同的路由选择以及不同的用户访问控制等等;如何处理速率与带宽的差别。解决这些问题,一般上来讲的是通过使用中间设备来实现。按照ISO/OSI的分层原则,这个设备负责处理不同网络之间的协议转换。按照它们处理的协议层次进行分类,网络互联设备可分为物理层的互联设备,数据链路层的互联设备,网络层的互联设备以及应用层的互联设备这五种。1.4.1物理层的互联设备物理层的互联设备有中继器(Repeater)和集线器(Hub)。(1)中继器。 中继器(RePeater)是工作于OSI/RM物理层的网络连接设备,可以互连数据链路层及其以上层协议相同的网络,一般用于拓展局域网的覆盖范围,常用于两个透明网络节点之间物理信号的双向转发工作。 中继器是最简单的网络互联设备,主要完成物理层的功能,负责在两个节点的物理层上按位传递信息,完成信号的复制、调整和放大功能,以此来延长网络的长度,但是这种距离的延伸也是有限制的。 中继器不仅起到扩展计算机网络的作用,还可以将不同传输介质的网络连在一起, 中继器有双端口和多端口之分,通信介质有电中继器和光纤中继器。目前100Mb/s快速以太网定义了两种类型的中继器:I类和II类。中继器在OSI模型中的位置如图1-14所示。(2)集线器。 集线器,可以说是一种特殊的中继器,作为网络传输介质间的中央节点,它克服了介质单一通道的缺陷,可使用多路传输。集线器的优点是:当网络系统中某条线路或某节点出现故障时,不会影响网上其他节点的正常工作。集线器可分为无源(Passive)集线器、有源(Active)集线器和智能(Intelligent)集线器。 无源集线器只负责把多段介质连接在一起,不对信号作任何处理,每一种介质段只允许扩展到最大有效距离的一半。有源集线器类似于无源集线器,但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能。智能集线器除具有有源集线器的功能外,还可将网络的部分功能集成到集线器中,如网络管理、选择网络传输线路等。图1-14中继器在OSI模型中的位置1.4.2数据链路层的互联设备数据链路层的互联设备有网桥(Bridge)和交换机(Switch)。1.网桥(1)网桥的概念。 网桥(Bridge)也称桥接器,是连接两个局域网的一种设备。网桥还可以用于扩展网络的距离、在不同介质之间转发数据信号以及隔离不同网段之间的通信。(2)使用网桥的原因。 网桥在相互连接的两个局域网之间起到帧转发的作用,它允许每个LAN上的站点与其他站点进行通信,看起来就像在一个扩展的局域网上一样。 网桥除了具有存储转发功能外,还具有帧过滤的功能。帧过滤功能是阻止某些帧通过网桥。帧过滤有3种类型:目的地址过滤、源地址过滤和协议过滤。(3)兼容性问题。
网桥可分为封装式网桥(encapsulationbridge)和转换式网桥(translationbridge)、本地网桥(localbridge)和远程网桥(remotebridge)等。 封装式网桥是将某局域网的数据帧封装在另一种局域网的帧格式中,是一种“管道”技术。如图1-15所示为封装式网桥示意图。(4)透明网桥和源路由选择网桥。 ①透明网桥。 透明网桥是由DEC公司针对以太网提出的桥接技术。透明网桥的基本思想是:网桥自动了解每个端口所接网段的机器地址(MAC地址),形成一个地址映像表,网桥每次转发帧时,先查地址映像表,如查到,则向相应端口转发,如查不到,则向除接收端口之外的所有端口转发或扩散(flood)。图1-15封装式网桥为了说明透明桥的工作原理,先看看如图1-16所示的例子。透明网桥是通过逆向学习算法(backwardlearning)来填写地址映像表的。为了提高扩展局域网的可靠性,可以在LAN之间设置并行的两个或多个网桥。但是,这样配置引起了另外一些问题,因为在拓扑结构中产生了回路。通过观察图1-17如何处理目的地址不明确的帧F,就可以简单地了解这些问题。图1-17所示是一种并行式透明网桥。下面通过如图1-18所示的例子来说明如何构造扩展局域网的生成树。此算法的结果是建立起从每一个LAN到根的惟一路径,从而它也是到每个其他LAN的惟一路径。图1-16透明网桥
图1-18经过生成树算法后的结果如图1-19所示。在执行生成树算法过程中各网桥之间需要不断交换各自的信息,交换的信息有一定的格式。 ②源路由选择网桥。 源路由选择网桥(SourceRoute Bridge,SRB)是由IBM公司针对其
IEEE802.5令牌环网提出的一种网桥 技术,属于IEEE802.5的一部分。 其核心思想是发送方知道目的机的位置,并将路径中间所经过的网桥地址包含在帧头中一并发出,路径中的网桥依照帧头中的下一站网桥地址将帧一一转发,直到将帧传送到目的地。为了说明源路径网桥的工作原理,先来看看如图1-20所示的例子。图1-19经过生成树算法后的结果图1-204个源路径网桥和4个局域网的配置两种网桥的对照表如表1-4所示。特点透明网桥源路由选择网桥注解连接方式无连接面向连接透明性完全透明不透明透明网桥对主机来说是完全不可见的,而且它与所有现在的802产品完全兼容。源路由选择网桥既不透明又不兼容。如果要用源路由选择网桥,主机必须知道桥接模式,必须主动地参与工作配置方式自动手工路由次优化优化源路由选择网桥的几个不多的优点之一是:从理论上讲,它可使用最佳路由,而透明网桥则只限于生成树,另外,源路由选择网桥还可以很好地利用网间的并行网桥来分散载荷。不过在实际中网桥能否利用这些理论上的优点是令人怀疑的定位逆向学习发现帧逆向学习的缺点是:网桥必须一直等到碰巧有一特别的帧到来,才能知道目的地在何处查找帧的缺点是:在有并行网桥的大型互联网中,会发生指数级的帧爆炸失效处理由网桥处理由主机处理复杂性在网桥中在主机中由于主机数量通常比网桥大一两个数量级,因此,最好把额外的开销和复杂性放到少量的网桥中而不是全部的主机中两种网桥的对照表如表1-4所示。表1-4两种网桥的比较 (5)远程网桥。 远程网桥(RemoteBridge)通常使用远程通信路连接不同区域内的 多个LAN网段。 远程网桥无法提高WAN传输速度,但可以通过足够的缓冲来弥补差异。
2.交换机 交换机也称为交换器。 局域网交换机执行两个基本操作:一是交换数据帧以把进入媒体的数据块送到输出媒体上;二是构造交换并完成维护交换的操作。 交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整。 (1)交换机技术。 ①端口交换。 根据支持的程度,端口交换还可细分为: 模块交换:将整个模块进行网段迁移。 端口组交换:通常模块上的端口被划分为若干组,每组端口允许进行网段迁移。 端口级交换:支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的,具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当,那么还可以在一定程度上进行容错,但没有改变共享传输介质的特点,因而不能称之为真正的交换。 ②帧交换。 帧交换是目前应用最广的局域网交换技术 对网络帧的处理方式一般有以下几种 直通交换:提供线速处理能力,交换机只读出网络帧的前14个字节,便将网络帧传送到相应的端口上。 存储转发:通过对网络帧的读取进行验错和控制。 ③信元交换。
ATM技术代表了网络和通信技术发展的未来方向,也是解决目前网络通信中众多难题的一剂“良药”。
ATM采用固定长度53个字节的信元交换。
ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数GB的传输能力。 (2)局域网交换机类型。 局域网交换机根据使用的网络技术可以分为:以太网交换机、令牌环交换机、FDDI交换机、ATM交换机、快速以太网交换机等。 如果按交换机应用领域来划分,可分为:台式交换机、工作组交换机、主干交换机、企业交换机、分段交换机、端口交换机、网络交换机等。 局域网交换机是组成网络系统的核心设备。因此,在选交换机时要注意以下事项: ①交换端口的数量。 ②交换端口的类型。 ③系统的扩充能力。 ④主干线连接手段。 ⑤交换机总交换能力。 ⑥是否需要路由选择能力。 ⑦是否需要热切换能力。 ⑧是否需要容错能力。 ⑨能否与现有设备兼容,顺利衔接。 ⑩网络管理能力。 (3)支持VLAN的以太网交换机。
VLAN(VirtualLAN,虚拟局域网)是指在消除了各个终端(主机或者交换机、路由器等网络设备)的物理位置和物理距离的限制之后,而组成的一个单独的逻辑广播域,它可以由一个大的广播域分隔出来。VLAN的一个优点是可以把原来处在同一个逻辑广播域里的主机群,分隔成几个处于不同逻辑子网的工作组。这样能更有利的分配网络资源。 支持VLAN的以太网交换机可以把它的端口分组到一个个VLAN的逻辑交换工作组上。每个逻辑工作组将处于同一个小的广播域而不是原先大的广播域里,逻辑工作组的成员依然在同一个局域网。但工作组之间将属于不同的网段,它们的通信要靠路由器来完成。
1.4.3网络层的互联设备
1.路由器工作原理 路由器(Router)是用于连接多个逻辑上分开的网络,所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。 路由器分本地路由器和远程路由器,本地路由器是用来连接网络传输介质的,如光纤、同轴电缆、双绞线;远程路由器是用来连接远程传输介质,并要求相应的设备,如电话线要配调制解调器,无线要通过无线接收机、发射机。 为了完成这项工作,在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路由表(RoutingTable),供路由选择时使用。 路由表可以是由系统管理员固定设置好的,也可以由系统动态修改,可以由路由器自动调整,也可以由主机控制。 (1)静态路由表。 (2)动态路由表。2.路由器的特点路由器的特点如下:(1)适用于大规模的网络。(2)复杂的网络拓扑结构,负载共享和最优路径。(3)能更好地处理多媒体。(4)安全性高。(5)隔离不需要的通信量。(6)节省局域网的频宽。(7)减少主机负载。(8)它不支持非路由协议。(9)安装复杂。(10)价格高。3.路由器的作用路由器的作用如下:(1)在网络间截获发送到远地网段的报文,起转发的作用。(2)选择最合理的路由,引导通信。(3)路由器在转发报文的过程中,便于在网络间传送报文,按照预定的规则把大的数据包分解成适当大小的数据包,到达目的地后再把分解的数据包包装成原有格式。(4)路由器的主要任务是把通信引导到目的地网络,然后到达特定的节点站地址。 路由器在OSI模型中的位置如图1-21所示。4.路由协议所有的路由协议都可以被分成内部网关协议(IGP)和外部网关协议(EGP)两种。(1)内部网关协议(IGP)。内部网关协议(IGP,InteriorGatewayProtocol)被设计用于由一个组织控制或者管理的网络中,这样的网络也叫自治域系统。图1-21路由器在OSI模型中的位置
IGP用来发现穿越自治域系统的最佳路径。度量标准和如何使用度量标准在IGP中是非常重要的。IGP包括有RIP、IGRP、EIGRP、OSPF、IS-IS等协议。
RIP、IGRP都是典型的距离矢量(DistanceVector)路由协议。
OSPF是个链路状态(LinkState)路由协议。
EIGRP是一个混合(BalancedHybrid)路由协议,它结合了链路状态和距离矢量两种协议的优点。 (2)外部网关协议(EGP)。 外部网关协议(EGP,ExteriorGatewayProtocol)被设计用于两个不同组织所控制的网络之间,也即是不同的自治域系统之间。
1.4.4应用层的互联设备 网关(GateWay)是用来互联完全不同的网络。 网关主要功能就是将一种协议变成另一种协议,将一种数据格式变成另一种数据格式,将一种速率变成另一种速率,以求两者的统一。 网关的分类有多样。在OSI中网关有两种:一种是面向连接的网关;一种是无连接的网关。 当两个子网之间有一定距离时,往往将网关分成两半,中间用一条链路连接起来,我们称之为半网关。但关于网关,因特网界主要划分为内部网关和外部网关。因为网关的协议主要有两种:一种是EGP(外部网关协议),另一种是(IGP内部网关协议)。
IGP和EGP这两种协议跟路由器的主要路由协议是一样的。所以说路由器完全可以实现网关的功能。
1.4.5网卡
1.网卡概述 网卡是单机与网络间架设的桥梁,是LAN的接入设备。它主要完成如下功能: (1)读入由其他网络设备(Router、Switch、Hub或其他NIC)传输过来的数据包,经过拆包,将其变成客户机或服务器可以识别的数据,通过主板上的总线将数据传输到所需设备中(CPU、RAM或HardDriver)。 (2)将PC设备(CPU、RAM或HardDriver)发送的数据,打包后输送至其 他网络设备中。
2.网卡的类型 如果从工作方式上来看,网卡大致有5类: (1)主CPU用IN和OUT指令对网卡的I/O端口寻址并交换数据 (2)网卡采用共享内存方式,即CPU使用MOV指令直接对内存和网卡缓冲区寻址。 (3)网卡采用DMA方式,ISR通过CPU对DMA控制器编程,DMA控制器一般在系统板上,有的网卡也内置DMA控制器。 (4)主总线网卡能够裁决系统总线控制权,并对网卡和系统内存寻址,LAN控制权裁决总线控制权后以成组方式将数据传向系统内存,IRQ调用LAN驱动程序ISR,由ISR完成数据帧处理,并同高层协议一起协调接收和发送操作,这种网卡由于有较高的数据传输能力,常常省去了自身的缓冲区。 (5)智能网卡中有CPU、RAM、ROM以及较大的缓冲区。
3.网卡的总线类型
1)ISA适配卡 工业标准体系结构ISA卡总线作为传送10Mb/s(在10Mb/s交换制时)或100Mb/s的媒介时,应注意如下几点: (1)ISA总线只有16位宽。 (2)ISA总线的工作时钟频率只有8MHz。 (3)ISA总线不允许猝发式数据传输。 (4)大多数ISA总线为I/O映射型,从而降低数据传输速度。ISA适配卡具有以下性能特点:(1)支持8或者6位ISA插槽。(2)可利用软件进行配置。(3)与NE2000兼容。(4)可编程I/O口或者共享内存操作方式。(5)支持RPL标准。(6)支持POST。(7)加电检测。(8)全双工(FDX)操作。(9)安装支持“即插即用”。(10)利用IBM的LANAID应用程序,安装过程轻松自如。(11)支持对称多处理器(SMPs)以及所有在EISA、微通道或PCI插槽之外,同时带有ISA插槽的个人计算机。(12)带有RPL可选件。2)PCI适配卡
PCI总线外部设备互联适配卡,它不仅具有32位总线主控器,性能卓越,而且可以在UTP或AUI介质上,以高达10Mb/s的速度进行操作。该种适配卡具有以下性能特点:(1)性能优良,具有32位总线主控器。(2)全双工(FDX)操作。(3)安装支持“即插即用”。(4)配有外部状态LED,用来显示链路(Link)及活动(Activity)状态。(5)带有RPL可选件。(6)支持POST。100/10MPCI以太网适配卡具有以下性能特点:(1)目前支持10Mb/s速率,将来可以支持100Mb/s,以适应网络不断发展的需求。(2)对现有网络无须作大幅度改动,即可通过数种途径来改善网络性能。(3)利用单个RJ-45接头即可连接到速率为10Mb/s或100Mb/s的网络。(4)支持SMP(对称多处理系统)。3)专为便携机设计的PCMCIA适配卡4)专为微通道(MCA)系统设计的以太网适配卡它还具有另外一些性能特点:(1)共享内存操作方式。(2)支持RPL标准。(3)支持POST。5)为EISA系统设计的以太网适配卡
EISA以太网适配卡是为服务器和高性能工作站提供的一种32位总线主控器适配卡。它能够减少发送和接收数据所需的主机CPU时钟数,以及增加以太网的数据吞吐量,从而极大地提高网络性能。可以使用10BASE-T、10BASE2或AUI3种介质来接入网络。1.5防火墙
1.5.1防火墙设计思想图1-22显示了防火墙的基本功能。大多数防火墙就是一些路由器组成,如图1-23所示。它们根据数据包的源地址、目的地址、更高级的协议,或根据由专用网络安全管理员制定的标准,或安全策略,过滤进入网络的数据包。许多复杂的防火墙使用了代理
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