大学计算机基础第7章

第7章

局域网知识点：局域网基础知识网络拓扑结构局域网工作原理网络硬件通过对本章的学习掌握常见的局域网拓扑结构和以太网；掌握局域网的特点和工作方式以及功能；理解局域网的IEEE标准和硬件知识以及网络操作系统；在完成本章的学习后能够初步掌握简单局域网的组建方法。

7.1局域网概述

局域网特点：为一个单位所拥有，其地理范围和站点个数比较有限。网络中所有的站点共享带宽（即网络内各站点间的传输速率基本相同）。具有较低时间延迟和误码率。各个站点间为平等关系。在网络内可以进行广播（broadcast）（即一个站点向网络内其他所有站点发送消息）或多播（multicast）（即一个站点向网络内多个站点发送消息）。局域网的优点：能够方便地共享网络内的外部设备、主机、数据等，做到一个网络内的终端可以访问网内任意共享的资源。可以很方便地实现系统的扩展和演变。能够提高系统的可靠性、可用性和残存性。网络内设备的响应速度快。入网的设备位置可以不固定并能。7.2局域网的拓扑结构

7.2.1拓扑结构概念拓扑结构：通信子网中站点与链路相互连接的不同物理形态，反映了计算机网络的结构形态，是网络中资源的连接方式。

注：在实际中，我们通常认为拓扑结构就是局域网的传输介质和连接到网络上的任意设备之间在物理上的一种布线结构。拓扑结构分类：逻辑拓扑结构：用来描述网络中各站点间的信息流动形式或介质访问控制方法。物理拓扑结构：用来描述网络硬件的布局，即网络的物理连接形状。

一、星形拓扑（StarTopology）星形拓扑：网络中央的主站点通过点对点的连接方式与工作站通信的组网方式。

优点：

1、组网方式简单，管理容易；

2、对工作站点的扩充性强；

3、网络中某个工作站点发生故障时对网络的整体不会造成任何影响；缺点：

1、组网的费用较贵；

2、当主站点发生故障时，将使整个网络面临瘫痪的局面；

图7-1星形网

二、环形拓扑（RingTopology）

环形拓扑：站点之间通过中继器的点对点连接而形成的一个闭合的环形网络结构。优点：这种网络结构可以避免网络中站点之间的冲突；缺点：

1、建设环形结构所需要的通信设备通常比其他网络结构贵；

2、网络的后期管理也比其他网络复杂；注：实际应用中常用环形拓扑作为高速宽带网络的基本结构。图7-2环形网

三、总线拓扑（BusTopology）

总线拓扑：网络使用一根传输线作为传输介质，各站点通过硬件直接连接到线路上实现资源的共享。优点：

1、结构非常简单容易实现；

2、网络的建设和维护容易，并且价格便宜；

3、站点入网方式灵活用户随时可进入网络；缺点：这种结构当中一旦传输线出现故障将导致网络的直接瘫痪。注：随着目前局域网中信息传输量的增多，总线拓扑无法承担大数据量的传输，所以这种网络结构正在逐渐被淘汰。

图7-3总线网7.2.2各种拓扑结构的工作原理一、令牌总线网令牌总线网：一种基于总线拓扑结构并且使用IEEE802.4标准的局域网。特点：

1、在物理上是一个总线网，

2、在逻辑上是一个令牌网；即令牌传递的顺序与站点的位置无关。

3、接入方便和可靠性较高；

4、“无冲突”和“发送时延有确定的上限制”；例如：网络中站点B因故障损坏，站点E不能正常工作时，剩下的3个站点可在逻辑上重新组成一个令牌总线网，按照A→C→D→E→…的顺序正常通信。二、令牌环令牌环：一种基于环形拓扑结构并且使用IEEE802.5的局域网。特点：

1、每一个站点通过电缆与干线耦合器（TrunkCouplingUnit）相连。

2、网络通过干线耦合器的收听或发送方式实现站点之间的数据传输。星形令牌环路：这种结构只需要在每个干线耦合器的接入环路处安装一个继电器。当站点不工作或干线耦合器出故障时，继电器的开关是闭合的，这时可以将站点从网络中分离出去。当站点正常工作时，继电器的开关打开，站点重新回到环路中。从而避免网络因某个站点故障而整体瘫痪。

干线耦合器普通令牌环具体工作简图：（1）在网络中肯定存在一个特殊的信息即令牌。它平时不停地在环路上流动。如图a所示令牌在环路中流动（2）当站点要发送数据时，必须先使用干线耦合器截获环路中的令牌，同时修改被截获的令牌中的信息以阻止令牌继续在环路中流动，并且将站点的干线耦合器由收听状态转变为发送状态。如图b所示截获令牌进行数据发送。（3）环路中的每一个站点都使用干线耦合器将此数据接收并向下一个站点转发。如图c所示数据经中间站点转发成功到达目的。（4）当数据在网络中循环一周并且被目的站点接收后安全回到出发站点，保存有令牌的干线耦合器将修改令牌中的信息让令牌可以重新在环路中流动，同时将站点的干线耦合器由发送转变为收听状态。如图d所示A站回收数据后，重新发出令牌令牌图a图b图c图d星形令牌环工作简图：（1）星形环路的结构只需要在每个干线耦合器的接入环路处安装一个继电器。当站点不工作或干线耦合器出故障时，继电器的开关是闭合的，这时可以将站点从网络中分离出去。当站点正常工作时，继电器的开关打开，站点重新回到环路中。如下图所示。（2）站点B和站点C均被闭合的继电器从网络中分离出去，但整个环路没有断开，未出故障的站点仍然可以通过网络相互通信。三、交换式以太网的工作原理

（1）存储转发交换：采用这种方式时，集线器就像一个分组节点交换机。它从一个输入端接收数据，并将数据暂存然后根据数据中目的地址将数据转发到适当的输出端口，实现站点间的通信连接。（2）直通交换：这种方式利用了目的地址存在于数据的最前面这一特性。通信时数据无需暂存，交换机在收到数据后立即将数据按地址进行转发。从而使得数据的传输速率大幅提高，但是这种交换有可能将网络中的一些无效数据转发各其他的站点。

7.2.3网络拓扑结构的比较和展望1．网络拓扑结构的比较

（1）令牌总线网使用得最为广泛。因为网络的整个电缆是绝缘的，站点的接入与安装又很方便。每个站点随时都可以向网络发送信息。并且参照802.4协议由于使用高可靠的电视电缆。发送时延是基本确定不变，该协议没有对数据的长度设置下限；还可以为站点设定优先级，有利于传送数字化的分组话音信号，同时令牌总线局域网在重载时的良好表现，实际上已经成为时分复用TDM。（2）参照802.5协议的令牌环形网实现方式虽然具有多样性并且也可以在网内设置站点的优先级，然而它具有一个主要的缺点就是令牌的管理采用了集中管理方式。当管理令牌的站点出现故障时，按照协议网络虽然可以再产生一个新的令牌管理站点，但是当故障站点恢复是网络中就会出现两个令牌从而在网络中造成令牌冲突，使得网络产生较长的时延。

结论：基于令牌的局域网可达到接近于100%的效率。若负载的范围只是轻等或中等，那么任意一种局域网拓扑结构都可以胜任。2．网络拓扑结构的展望随着蓝牙技术、HomeRF技术、IEEE802.11等技术的成熟，计算机网络将进入无线局域网的拓扑时代。

7.3局域网的硬件组成

组成局域网的硬件主要有四种类型：一是网络服务器；二是网络工作站；三是交换式集线器；四是连接线即传输介质，主要是电缆或双绞线，还有光纤。1．网络服务器

网络服务器即指文件服务器。文件服务器是网络中最重要的硬件设备。其中装有NOS（网络操作系统）、系统管理工具和各种应用程序等，是组建一个客户机/服务器局域网所必需的基本配置；主要应用在一般的LAN当中；在Novell网中，还有其他两种服务器：一是打印服务器，用来管理和控制网络中的打印任务；二是异步通信服务器，主要用于进行远程通信和与其他异步主机进行网络连接。文件服务器打印服务器通信服务器2．网络工作站对于网络工作站基本上是我们日常生活中使用的个人PC，当然有时也可以使用一些服务器作为工作站。3．交换式集线器分为以下三种类型（1）对被传送数据不做任何添加的PassiveHUB，称为被动集线器。（2）能再生信号，监测数据通讯的ActiveHUB，称为主动集线器。（3）能提供网络管理功能的IntelligentHUB，被称为智能集线器。中继器（Repeater）用于连接同类型的两个局域网或延伸一个局域网。也可以对收到的网络信号进行放大然后发送到另一网络。图1被动集线器图2主动集线器4．网络连接线局域网中通常会使用多种传输媒体。（1）双绞线（TwistedPair）双绞线由于价格便宜是目前局域网中使用范围最广的数据传输介质，主要用于100Mb/s以下的基带局域网中。（2）同轴电缆（CoaxialCable）同轴电缆根据电阻的不同其传输速率有相应的改变，电阻为

50欧姆的细缆传输速率为10Mb/s，而电阻为70欧姆的粗缆传输速率为50Mb/s；但是无论是哪种类型的电缆它的传输距离都比双绞线长，同时还具有很强的抗干扰能力。（3）光纤（OpticalFiber）光纤由于具有很好的抗电磁干扰特性和很宽的频带，主要用作网络的骨架支撑局域网主要的通信线路；数据传输速率可达到

1Gb/s。

7.4局域网的软件组成及协议

7.4.1局域网模式

（1）对等（PeertoPeer）模式对等式局域网操作系统的特点是网络上的所有连接站点地位平等。对等式网络原理，如右图所示，当站点A要想调用站点B的某一个文件时，只要站点B开放该文件，站点A就可以直接读取该文件并写入自己的磁盘中。（2）文件服务器模式文件服务器模式，如右图所示，应用程序和数据都存放在一台指定的计算机中，这台计算机称之为文件服务器。它具有三大优点：文件服务器与工作站之间分工明确，信息处理能力明显增强；数据保密性好，可根据不同需求给用户不同的权限；文件安全管理较好，可靠性高。对等模式文件服务器模式（3）客户机/服务器模式

C/S模式中Client（客户机）和Server（服务器）完全按照其在网络中所担任的角色而定，可简单定义为客户机为提出服务请求的一方；服务器为提供服务的一方，即在网络中响应需求方请求并“提供服务”的一方。C/S模式的应用程序运作原理。在此原理图中，一般网络操作系统为Netware，服务器运行多用户SQL数据库，工作站通过SQL的客户程序向数据库发出查询请求，SQL服务器执行这一查询并将结果返回客户。

特点：每个局域网上至少具备一台服务器，专为网络提供共享资源和服务，因此对服务器要求较高；客户机经过服务器允许后可以访问网络上的部分共享资源，但本机资源只供本机用户使用；具有良好的网络性能并适合于较大规模网络。客户机/服务器模式7.4.2几种常见的网络操作系统

目前主流操作系统有UNIX、NetWare、Linux、Windows2000Server等。1．UNIX

优点：（1）安全性高

UNIX在系统的安全性方面一直是作得很好的，是任何一种操作系统不能与之相比的。UNIX是为多用户、多任务的环境而设计，在用户权限、文件、目录权限、内存的使用等方面都有严格的规定。是一个真正的多用户、多任务网络操作系统。（2）稳定性好

UNIX系统很少会出现死机等情况，能够在重负载情况下稳定运行，这是和它的多任务特性，以及对内存的使用方式息息相关的。（3）网络功能强大

UNIX是以Internet的基础，专门为Internet而设计。缺点：（1）用UNIX建立和管理网络比起使用WindowsNT、Windows2000Server等其他操作系统要求具备更多的计算机知识技能。（2）UNIX的版本多，各版本之间的兼容性不好，可以在Windows系列操作系统中使用的商业软件，不一定能够在UNIX上使用。（3）UNIX对计算机硬件的支持不是很好，往往只能运行少数几家厂商生产的硬件平台中。

2．NetWare系列

特点：（1）使用IPX/SPX协议

IPX/SPX协议就是Novell公司为Netware系统所专门开发的。用户可以构建一个IPX/SPX和TCP/IP的混合网络环境，使网络通信变得更加容易。（2）需要专门的服务器

NetWare的服务器是不能作为工作站操作系统来运行，也不能运行在其他操作系统之上。也就是说，运行NetWare的网络需要至少一台“专职”的服务器。

3．WindowsNT/2000（详见第8章）4．Linux特点：（1）开放的源代码，非专有资源代码，可以从Internet上免费得到；（2）支持多用户、多任务、多平台、多处理器；（3）支持多种通信协议；（4）支持多文件系统。缺点：

版本繁多，许多版本之间互相不兼容。