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任务1
参观校园网

一、任务要求

计算机网络已进入社会的各行各业。学校的校园网是一个正在不断扩大、不断变化的计算机网络。它除了在教学、科研工作中起着举足轻重的作用外,本身就是一个典型案例。校园网组建的全过程就是一个完整的项目。本任务要求学生在教师的带领下,从校园网接入层开始,向汇聚层、核心层参观。教师对每一层的通信设备、所用技术及作用、传输介质、综合布线的各个子系统作介绍,使学生对局域网的通信设备、传输介质,综合布线系统及企业网的基本架构有一个全面的了解。

二、相关知识

1.计算机网络概述

(1)计算机网络概述

计算机网络是通信技术和计算机技术发展、结合的产物。所谓网络是指“三网”,即电信网络、有线电视网络和计算机网络,本书所提网络均指计算机网络。21世纪是一个以网络为核心的信息时代,网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础,而发展最快并起核心作用的是计算机网络。计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平,而且已经成为衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。

1)计算机网络的基本概念

所谓计算机网络是指利用通信介质和通信设备把处于不同地理位置的两台或两台以上具有独立功能、自主的计算机连接起来,辅以软件进行控制,以实现资源共享和数据通信为目的的体系。图1.1为计算机网络示意图。

图1.1 计算机网络示意图

从以上的定义可以看出,计算机网络建立在通信网络的基础之上,是以资源共享和在线通信为目的的。利用计算机网络,不必花费大量的资金为每一位职员配置打印机,因为网络使共享打印机成为可能;利用计算机网络,不但可以利用多台计算机处理数据、文档、图像等各种信息,而且可以和其他人分享这些信息;利用计算机网络,同学们可以足不出户在校园拿到回家的动车票。在信息化高度发达的社会,在“时间就是金钱,效率就是生命”的今天,计算机网络为团队作战、协同工作提供了强有力的支持。

2)计算机网络的功能

计算机网络自诞生以来一直得到快速的发展,并被越来越广泛地应用于政治、经济、军事、生产及科学技术的各个领域,其主要功能包括4个方面:

①资源共享

在计算机系统中,有些设备价格昂贵,而有些设备尽管价格便宜,但并非经常用到(如大容量磁盘、打印机、绘图仪等设备)。对于一个组织或机构来说,有的设备有一台就可以了,为每一台计算机配置一些并非经常用到的设备是一种很大的浪费。在没有计算机网络的情况下,人们如果想使用这些设备,只有坐在安装有该设备的计算机前或将该设备从另一台计算机移动到自己的计算机上,设备被搬来搬去;而在网络环境下,人们可以坐在自己的计算机前,像使用本地计算机一样使用安装在其他计算机上的设备,工作变得更加快捷和方便。图1.2为多用户共享打印机示意图。

图1.2 多用户共享打印机示意图

计算机系统另一重要资源是数据及程序。一般情况下,计算机用户并不是孤立的,他们常常需要与其他用户交换信息、共享数据。没有计算机网络,只有将数据打印出来或将数据复制到U盘,通过传递纸张或U盘的方式共享数据。很显然,这是一种非常低效的工作方式。在网络环境下,网络用户可以直接共享几乎所有类型的数据及某些应用程序,将纸页和U盘的传递量降到最低。图1.3为多用户共享数据库示意图。

图1.3 多用户共享数据资源示意图

②数据通信

计算机网络可以为我们提供高效、快捷的通信手段。

现代社会信息量激增,信息交换也日益增多,每年有几万吨信件要传递。利用计算机网络传递信件是一种全新的电子传递方式。电子邮件比现有的通信工具具有更多的优点,它不像电话需要通话者同时在场,也不像广播系统只是单方向传递信息,在速度上比传统的邮件快得多。另外,电子邮件还可以携带声音、图像和视频,实现多媒体通信。利用计算机网络进行通信可以为企业创造惊人的经济效益。

利用计算机网络通信可以给科学家和工程师们提供一个网络环境,在此基础上可以建立一种新型的合作方式———计算机支持协同工作(Computer Supported Co-operative Work,CSCW),它消除了地理上的距离限制。

③增加可靠性

在一个系统内,单个部件或计算机的暂时失效必须通过替换资源的办法来维持系统的继续运行。但在计算机网络中,每一种资源(尤其是程序和数据)可以存放在多个地点,而用户可以通过多种途径来访问网内的某个资源,从而避免了单点失效对用户产生的影响。

④提高系统处理能力

单机的处理能力是有限的,且由于种种原因,计算机之间的忙闲程度各不相同。从理论上讲,在同一网内的多台计算机通过协同操作和并行处理可提高整个系统的处理能力,并使网内各计算机负载均衡。

由于计算机网络具有以上功能,因此各行各业都得到了广泛的应用。银行利用计算机网络可以实现异地通存通兑,可以增加资金的流通速度,例如,地处美国的银行晚上停止营业后可将资金通过网络转借给新加坡的银行继续使用(此时新加坡正为白天),提高资金的利用率;利用计算机网络人们可以足不出户就可完成订票、购物等工作;在军事指挥系统中,利用计算机网络可以使遍布十分辽阔地域的各计算机协同工作,对任何可疑的目标信息进行处理,及时发出警报,从而使最高决策机构采取有效措施;利用计算机网络,医生可以联合看病,远在北京的心脏病专家可以观察到旧金山进行的手术,并对正在进行手术的医生提出必要的建议;利用计算机网络可以进行远程教学等等。

目前,IP电话、网上寻呼、网络实时交谈(QQ)和E-mail已成为人们重要的通信手段。视频点播(VOD)、网络游戏、网上教学、电子商务都已走进了普通百姓的生活、学习和工作中,计算机网络正在改变着人们的学习、工作、生活及思维方式。

3)计算机网络的发展

计算机网络可以说是20世纪60年代美苏冷战时期的产物。60年代初,美国国防部领导的远景研究规划局ARPA(Advanced Research Project Agency)提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。这种网络用于计算机之间的数据传送,而不是为了打电话;能够连接不同类型的计算机;所有的网络结点都同等重要;计算机在进行通信时,必须有冗余的路由;网络的结构应当尽可能地简单,同时还能够非常可靠地传送数据。这就是后来的第一个分组交换网ARPANET———因特网(Internet)的前身。

计算机网络的发展和其他事物一样,也经历了从简单到复杂,从低级到高级的过程。在这一过程中,计算机技术与通信技术紧密结合,相互促进,共同发展。特别是近十年,计算机网络的发展可以用“迅猛”来形容,如今,计算机网络已经成为当今社会不可缺少的一部分。归纳起来,计算机网络的发展可分为4个阶段:

①第一代计算机网络

由于远程终端数量的增加,为了解决一台计算机使用多个线路控制器的问题,在60年代初期,开发出多重线路控制器。它相当于一台多口的线路控制器,可以同时和多个终端同时通讯。我们将这种最简单的通信网称为第一代计算机网络。这是一个以主机为中心的阶段。

②第二代计算机网络

为了克服第一代计算机网络的缺点,提高网络的可靠性和可用性,人们开始研究将多台计算机相互连接的方法。首先想到的是借鉴电话系统中所采用的电路交换思想。电路交换是预先分配线路带宽的。但是,电路交换本来是为电话通信而设计的,由于建立通路的呼叫过程太长,不适合于计算机通信。到1969年12月,ARPA的计算机分组交换网ARPANET投入运行。ARPANET连接了美国加州大学洛杉机分校、加州大学圣巴巴分校、斯坦福大学和犹他大学四个节点的计算机。ARPANET的成功,标志着计算机网络的发展由以主机为中心进入了一个以网络为中心的全新阶段。

③第三代计算机网络

在第二代计算机网络中,多台计算机通过通信子网构成一个有机的整体,既分散又统一,从而使整个系统性能大大提高;原来单一主机的负载可以分散到全网的各个机器上,使得网络系统的响应速度加快;而且在这种系统中,单机故障也不会导致整个网络系统的全面瘫痪。但是在这种网络中,由于不同厂商使用的生产技术不同,使得不同厂商间的设备无法实现相互协调工作。针对上述情况,国际标准化组织于1977年设立专门的机构研究解决上述问题,并于不久后提出了一个使各种计算机能够互连的标准框架———开放系统互连参考模型(Open System Interconnection/ReferenceModel,OSI/RM)简称OSI。OSI参考模型的出现,意味着计算机网络发展到第三代。

④带宽和多媒体相结合的第四代计算机网络

计算机网络经过第一代、第二代和第三代的发展,表现出其巨大的使用价值和良好的应用前景。进入20世纪90年代以来,微电子技术、大规模集成电路技术、光通信技术和计算机技术不断发展,为网络技术的发展提供了有力的支持;由于要求接入网络的对象不断增加,IPv4协议提供的IP地址已满足不了实际需要,IPv6协议应运而生,新一代网络的出现已成必然,IPv4网络正在向IPv6过渡。

目前,计算机网络正朝着开放、综合化、智能化、高速化的方向发展。

4)计算机网络的分类

计算机网络的分类方法有多种,不同的分类依据有不同的网络类型。按网络的交换功能可分为:电路交换、报文交换、分组交换及混合交换网;按网络的使用者可分为:公用网、专用网;按拓扑结构分为:总线型、星型及环型网等。

按照其覆盖的地理范围进行分类是最常用的一种。由于网络覆盖的地理范围不同,所采用的传输技术也就不一样,进而形成的网络技术特点与网络服务功能也不相同。按照其覆盖的地理范围,计算机网络可以分为广域网(WAN,W ide Area Network)、城域网(MAN,MetropolitanAreaNetwork)和局域网(LAN,LocalAreaNetwork)。

①局域网(LAN)

局域网用于将有限范围内(如一个实验室、一幢大楼、一个校园)的各种计算机、终端与外部设备互联成网。根据采用的技术和协议标准的不同,局域网分为共享式局域网与交换式局域网。局域网技术应用十分广泛,是计算机网络中最活跃的领域之一。图1.4是小型办公室局域网。

②城域网(MAN)

城域网的设计目的是满足几十公里范围内的大型企业、机关、公司共享资源的需要,从而可以使大量用户之间进行高效的数据、语音、图形图像以及视频等多种信息的传输。城域网可视为数个局域网相连而成。例如:一所大学的各个校区分布在城市各处,将这些网络相互连接起来,便形成一个城域网,如图1.5所示。

图1.4 小型办公室局域网

图1.5 由数个局域网相连组成的城域网

③广域网(WAN)

广域网也称为远程网,为规模最大的网络。它所覆盖的地理范围从几十公理到几千公理。可以覆盖一个国家、一个地区或横跨几个洲,形成国际性的计算机网络。广域网通常可以利用公用网络(如公用数据网、公用电话网、卫星通信多等)进行组建,将分布在不同国家和地区的计算机系统连接起来,达到资源共享的目的。例如:大型企业在全球各城市都设立分公司,各分公司的局域网相互连接,即形成广域网,如图1.6所示,广域网的连线距离极长,连接速度通常低于局域网或城域网,使用的设备也相当昂贵。

图1.6 广域网可横跨城市或国家

④三种网络类型的比较

表1.1总结局域网、城域网与广域网三种网络类型的特性。

表1.1 网络类型的比较

(2)协议与分层

1)协议的概念

计算机网络的目标是实现入网系统的资源共享及数据通信,因此网上各系统之间要不断进行数据交换,但不同的系统之间可能存在很大差异,它们可能使用完全不同的操作系统,或者采用不同标准的硬件设备等。为了使不同厂商、不同结构的系统能够顺利进行通信,通信双方必须遵守共同一致的规则和约定,如通信过程的同步方式、数据格式、编码方式等,否则通信是毫无意义的。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。

现实生活中处处都有规约存在。做生意要签合同,合作要签协议,寄信也要遵守一定的规则:信封必须按照一定的格式书写(如收信人和发信人的地址、邮政编码必须按照一定的位置书写),否则,信件可能到不了目的地;同时,信件的内容也必须遵守一定的规则(如使用中文书写),否则,收信人可能看不懂信件的内容。如此等等。

网络协议通常由语义、语法和定时关系三部分组成。语义定义做什么,语法定义怎么做,而定时关系定义何时做。

2)网络的层次结构

计算机网络是一个复杂系统,入网站点往往分散在不同的地点,设备由不同的厂家制造,各个厂家很可能各自定义了很不相同的通信规则,因而计算机网络上的通信相当复杂。如果用一个协议规定通信的全过程,该协议将会是一团乱麻。与其他复杂的计算机体系一样,计算机网络系统的设计也采用结构化方法,把计算机网络系统的功能分解为多个子模块,相应地,协议也分为若干层,每层实现一个子功能。

为了更好地理解分层的意思,举一个现实生活中的例子来说明。

假定A是X公司的总裁,B是Y公司总裁,A、B想通过寄信的方式来商讨生意上的事情。他的作法可能是:A把信写好后交给自己的秘书,然后秘书将信盖章,装入信封并投入信箱。此后,这封信就作为信件按邮局的发送顺序被发到了Y公司。在Y公司,B的秘书检查、核对,标上接收日期送交B进行处理。

这件事至少可以分为三个层次。最高层为总裁层,A、B了解他们所要商谈的事情;下面一层是秘书层,这一层不用了解商谈的内容,只负责装、拆信封编号,如果A、B所用语言不同,还要负责进行翻译;最低一层是邮局,邮局的人只负责将信件从发送地送到接收地,这一层完全不管信件的性质、所用语言,更不管信件的内容。

这种分层做法的好处是,每一层实现一种相对独立的功能,将复杂问题分解为若干较易处理的小问题。在我们的现实世界中,这种做法司空见惯,只不过叫分工合作罢了。计算机系统之间的通信与以上寄信过程虽然有很大差别,但其分层的含义却十分相似。

分层概念是计算机网络系统的一个重要概念。由于通信功能是分层实现的,因而进行通信的两个系统就必须具有相同的层次结构,如图1.7所示,两个不同系统上的相同层称为同等层或对等层。通信在对等层的实体之间进行。双方实现第N层功能所遵守的共同规则。

图1.7 计算机网络的层次结构

计算机网络层次结构划分应按照层内功能内聚,层间耦合松散的原则。也就是说,在网络中,功能相似或紧密相关的模块应放置在同一层;层与层之间应保持松散的耦合,使信息在层与层之间的流动减到最小。

计算机网络采用层次化结构的优越性如下:

①各层之间相互独立

高层并不需要知道低层是如何实现的,而仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务。各层都可以采用最合适的技术来实现。

②灵活性好

当任何一层发生变化时,只要接口保持不变,则在这层以上或以下各层均不受影响。另外,当某层提供的服务不再需要时,甚至可将这层取消。

③易于实现和维护

整个系统已被分解为若干个易于处理的部分,这种结构使得一个庞大而又复杂系统的实现和维护变得容易控制。

④有利于网络标准化

因为每一层的功能和所提供的服务都已有了精确的说明,所以标准化得较为容易。

(3)ISO/OSI参考模型

随着网络的不断发展,人们越来越认识到网络技术在提高生产效率、节约成本方面的重要性。于是,各种机构开始接入相互联网,扩大网络规模。但是,由于很多网络使用不同的硬件和软件,没有统一的标准,结果造成很多网络不能兼容,而且很难在不同的网络之间进行通信。

为了解决这些问题,人们迫切希望出台一个统一的国际网络标准。为此,国际标准化组织(ISO,InternationalStandardsOrganization)和一些科研机构、大的网络公司做了大量的工作,提出了开放式系统互连参考模型(ISO/OSIRM,InternationalStandards Organization/Open System InterconnectReferenceModel)和TCP/IP体系结构。

1)ISO/OSI参考模型的结构

开放式系统互连参考模型即有名的OSI/RM(Open System InterconnectReferenceModel),它是两大国际组织ISO(InternationalStandards Organization)和CCITT的共同努力下制定出来的。ISO主要负责工业产品的标准化,小至螺栓、螺母的形状、大至计算机程序设计语言、通信协议等极广范围的标准都属它的范围。CCITT则主要从事与电报、电话、数据通信有关的协议和标准化。

开放式系统互连(OSI)参考模型是一个描述网络层次结构的模型,是严格遵循分层模式的典范。其标准保证了各种类型网络技术的兼容性和互操作性。OSI参考模型说明了信息在网络中的传输过程,各层在网络中的功能和它们的架构。

OSI参考模型描述了信息或数据通过网络,是如何从一个系统的一个应用于程序到达网络中另一系统的另一个应用程序的。当信息在一个OSI参考模型中逐层传送的时候,从高层到低层,它与人类语言的距离越来越远,最终变为计算机世界的数字(0和1)。

在OSI参考模型中,计算机之间传送信息的问题分为7个较小且更容易管理和解决的小问题。每一个小问题都由模型中的一层来解决。OSI将这7层从低到高叫做物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。如图1.8所示为OSI的7层结构和每一层解决的主要问题。

图1.8 ISO/OSI7层参考模型

OSI参考模型并非指一个现实的网络,它仅仅规定了每一层的功能,为网络的设计规划出一张蓝图。各个网络设备或软件生产厂家都可以按照这张蓝图来设计和生产自己的网络设备或软件。尽管设计和生产出的网络产品的式样、外观各不相同,但它们应该具有相同的功能。

按照OSI参考模型,网络中各节点都有相同的层次,不同节点的同等层次具有相同的功能,同一节点内相邻层之间通过接口通信;每一层可以使用下层提供的服务,并向其上层提供服务;不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信(虚拟通信),如图1.9所示。

图1.9 OSI参考模型中两节点的层次结构

2)OSI各层的主要功能

①物理层(PhysicalLayer)

物理层是OSI参考模型的最低一层,也是在同级层之间直接进行信息交换的唯一一层。物理层负责传输二进制位流,它的任务就是为上层(数据链路层)提供一个物理连接,以便在相邻节点之间无差错地传送二进制位流,至于哪几个比特代表什么意义,则不是物理层所要管的,物理层要考虑的是多大电压代表“1”,多大电压代表“0”,连接电缆的插头尺寸多大,有多少根脚管。

有一点应该注意的是,传送二进制位流的传输介质,如双绞线、同轴电缆以及光纤等并不属于物理层要考虑的问题。实际上传输介质并不在OSI的7个层次之内。

②数据链路层(Data LinkLayer)

数据链路层负责在两个相邻节点之间,无差错地传送以“帧”为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和若干控制信息。

数据链路的任务首先要负责建立、维持和释放数据链路的连接。在传送数据时,如果接收节点发现数据有错,要通知发送方重发这一帧,直到这一帧正确无误地送到为止。这样,数据链路层就把一条可能出错的链路,转变成让网络层看起来就像是一条不出错的理想链路。

③网络层(NetworkLayer)

网络层的主要功能是为处在不同网络系统中的两个节点设备通信提供一条逻辑通路。其基本任务包括路由选择、拥塞控制与网络互联等功能。

通信子网只拥有到网络的低三层。

④传输层(Transport)

传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端(End-To-End)服务,透明地传送报文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节,因而是计算机通信体系结构中最关键的一层。该层关心的主要问题包括建立、维护和中断虚电路、传输差错校验和恢复以及信息流量控制机制等。

⑤会话层(Session Layer)

负责通讯的双方在正式开始传输前的沟通,目的在于建立传输时所遵循的规则,使传输更顺畅、有效率。沟通的议题包括:使用全双工模式或半双式模式?如何发起传输?如何结束传输?如何设置传输参数?就像两国元首在见面会晤之前,总会先派人谈好议事规则,正式谈判时就根据这套规则进行一样。

⑥表示层(Presentation)

表示层处理两个应用实体之间进行数据交换的语法问题,解决数据交换中存在的数据格式不一致以及数据表示方法不同等问题。例如,IBM系统的用户使用EBCD编码,而其他用户使用ASCII编码。表示层必须提供这两编码的转换服务。数据加密与解密、数据压缩与恢复等也都是表示层提供的服务。

⑦应用层(Application Layer)

应用层是OSI参考模型中最靠近用户的一层,它直接提供文件传输、电子邮件、网页浏览等服务给用户。在实际操作上,大多是化身为成套的应用程序,例如:Internet Explorer、Netscape、OutlookExpress等,而且有些功能强大的应用程序,甚至涵盖了会话层和表示层的功能,因此有人认为OSI模型上三层(5、6、7层)的分界已经模糊,往往很难精确地将产品归类于哪一层。

3)数据的封装与传递

在OSI参考模型中,同等层之间经常要进行信息交换。对等层协议之间需要交换的信息单元叫做协议数据单元(PDU,ProtocolDataUnit)。节点对等层之间的通信除物理层之间直接进行信息交换外,其余对等层之间的通信并不直接进行(例如两个节点的链路层之间进行通信),它们需要通过借助于下层提供的服务来完成,对等层之间的通信为虚拟通信。实际通信是在相邻层之间通过层间接口进行。如图1.10所示。

图1.10 虚拟通信与直接通信

当某一层需要使用下一层提供的服务传送自己的PDU时,其当前层的下一层总是先将上一层的PDU变为自己PDU的一部分,然后利用更下一层提供的服务将信息传递出去。如图1.10中,节点A的传输层要把某一信息T-PDU传送到节点B的传输层的,首先将T-PDU交给节点A的网络层,节点A的网络层在收到T-PDU之后,将在T-PDU上加上若干比特的控制信息(即报头Header)变为自己PDU(N-PDU),然后再利用其下层链路层提供的服务将数据发送出去。以此类推,最终将这些信息变为能够在传输介质上传输的数据,并通过传输介质将信息传送到节点B。

在网络中,对等层可以相互理解和认识对方信息的具体意义(如节点B的传输层收到节点A的T-PDU时,可以理解该T-PDU的信息并知道如何处理该信息)。如果不是对等层,双方的信息就不可能(也没有必要)相互理解,例如,在节点B的网络层收到节点A的N-PDU时,它不可能也没有必要理解N-PDU包含的T-PDU代表什么意思。它仅需要将N-PDU中包含的T-PDU通过层间接口提交给上面的传输层。

为了实现对等层通信,当数据需要通过网络从一个节点传送到另一节点前,必须在数据的头部(和尾部)加入特定的协议头(和协议尾)。这种增加数据头部(和尾部)的过程叫做数据打包或数据封装。同样,在数据到达接收节点的对等层后,接收方将识别、提取和处理发送方对等层增加的数据头部(和尾部)。接收方这种将增加的数据头部(和尾部)去除的过程叫做数据拆包或数据解封。图1.11显示了数据的封装与解封过程。

图1.11 数据的封装与解封装

图1.12给出了一个完整的OSI数据传递与流动过程,从图1.12中可以看出OSI环境中数据流动的过程。

①当发送进程需要发送数据(DATA)至网络中另一节点的接收过程时,应用层为数据加上本层控制报头(AH)后,传递给表示层。

②表示层接收到这个数据单元后,加上本层的控制报头(PH),然后传送到会话层。

③同样,会话层接收到表示层传来的数据单元后,加上会话层自己的控制报头(SH),送往传输层。

图1.12 OSI结构中数据的传输与流动过程

④传输层接收到这个数据单元后,加上本层的控制报头(TH),形成传输层的协议数据单元PDU,然后传送给网络层。传输层的PDU称为报文(Message)。

⑤由于网络层数据单元长度的限制,从传输层接收到的长报文有可能要进行分组变为多个较短的数据字段,每个较短的数据字段在加上网络层的控制报头(NH)后,形成网络层的PDU,网络层的PDU又称为分组(Packet)。这些分组也需要利用数据链路层提供的服务,送往其接收节点的对等层。

⑥分组被送到数据链路层后,加上数据链路层的报头(DH)和报尾(DT),形成了一种称为帧(Frame)的链路层协议数据单元,帧将被送往物理层处理。

⑦数据链路层的帧传送到物理层后,物理层将以比特流的方式能过传输介质将数据传输出去。

⑧当比特流到达目的节点后,再从物理层依次上传。每层对其相应层的控制报头(和报尾)进行识别和处理,然后将去掉该层报头(和报尾)后的数据提交给上层处理。最终,发送进程的数据传到了网络中另一节点的接收进程。

尽管发送进程的数据在OSI环境中经过复杂的处理过程式才能送到另一节点的接收进程,但对于每台计算机的接收进程来说,OSI环境中数据流的复杂处理过程式的透明的。发送进程式的数据好像是“直接”传送给接收进程,这是开放系统在网络通过程式中最主要的特点。

(4)TCP/IP体系结构

ISO/OSI参考模型的提出在计算机网络发展史上具有里程碑的意义,得到广泛支持,以至于提到计算机网络就不能不提ISO/OSI参考模型。但是,OSI参考模型也有其缺点:定义过分繁杂、实现困难等。与此同时,TCP/IP协议的提出和广泛使用,特别是因特网用户的快速增长,使TCP/IP网络的体系结构日益显示出其重要性。

TCP/IP协议是目前最流行的商业化网络协议,尽管它不是某一标准化组织提出的正式标准,但它已经被公认为目前的工业标准或“事实标准”。因特网之所以能迅速发展,就是因为TCP/IP协议能够适应和满足世界范围内数据通信的需要。TCP/IP协议具有4个特点:

①开放的协议标准,可以免费使用,并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。

②独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网、广域网,以及互联网中。

③统一的网络地址分配方案,使得整个TCP/IP设备在网中都有唯一的地址。

④标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。

1)TCP/IP体系结构的层次划分

与ISO/OSI参考模型不同,TCP/IP体系结构将网络划分为应用层(Application Layer)、传输层(Transport Layer)、互联层(InternetLayer)、和网络接口层(Network Interface Layer)4层,如图1.13所示。

图1.13 TCP/IP分层体系结构

TCP/IP的分层体系结构与ISO/OSI参考模型有一定的对应关系。图1.14给出了这种对应关系。其中,TCP/IP体系结构的应用层与OSI参考模型的应用层、表示层及会话层相对应;TCP/IP的传输层与OSI的传输层相对应;TCP/IP的互联层与OSI的网络层相对应;TCP/IP的网络接口层与OSI的数据链路层及物理层相对应。

2)TCP/IP体系结构中各层的功能

图1.14 TCP/IP体系结构与OSI参考模型的对应关系

TCP/IP体系结构各层的功能简述如下:

①网络接口层

在TCP/IP分层体系结构中,最底层是网络接口层,它负责通过网络发送和接收IP数据报。TCP/IP体系结构并未对网络接口层使用权的协议做出强硬的规定,它允许主机连入网络时使用多种现成的和流行的协议,例如局域网协议或其他一些协议。

②互联层

互联层是TCP/IP体系结构的第二层,它实现的功能相当于OSI参考模型网络层的无连接网络服务。互联层负责将源主机的报文分组发送到目的的主机,源主机与目的主机可以在一个网上,也可以在不同的网上。

互联层的主要功能包括:

a.处理来自传输层的分组发送请求。在收到分组发送请求之后,将分组装入IP数据报,填充报头,选择发送路径,然后将数据报发送到相应的网络输出线。

b.处理接收的数据报。在接收到其他主机发送的数据报之后,检查目的地址,如需要转发,则选择发送路径,转发出去;如目的地址为本节点IP地址,则除去报头,将分组送交给传输层处理。

c.处理互联的路径、流控与拥塞问题。

③传输层

互联层之上是传输层,它的主要功能是负责应用进程之间的端-端(Hos-t to-host)通信。在TCP/IP体系结构中,设计传输层的主要目的是在互联网中源主机与目的主机的对等实体之间建立用于会话的端-端连接。因此,它与OSI参考模型的传输层功能相似。

TCP/IP体系结构的传输层定义了传输控制协议(TCP,TransportControlProtocol)和用户数据报协议(UDP,UserDatagram Protocol)两种协议。

TCP协议是一种可靠的面向连接的协议,它允许将一台主机的字节流(Byte Stream)无差错地传送到目的主机。TCP协议将应用层的字节流分成多个字节段(Byte Segment),然后将每一个字节段传送到互联层,并利用互联层发送到目的主机。当互联层将接收到的字节段传送给传输层时,传输层再将多个字节段还原成字节流传达室送到应用层。与此同时,TCP协议要完成流量控制、协调收发双方的发送与接收速度等功能,以达到正确传输的目的。

UDP协议是一种不可靠的无连接协议,它主要用于不要求分组顺序到达的传输中,分组传输顺序检查与排序由应用层完成。

④应用层

在TCP/IP体系结构中,应用层是最靠近用户的一层。它包括了所有的高层协议,并且总是不断有新的协议加入。其主要协议包括:

a.网络终端协议(Telnet),用于实现互联网中远程登陆功能。

b.文件传输协议(FTP,File TransferProtocol),用于实现互联网中交互式文件传输功能。

c.简单邮件传输协议(SMTPSimpleMailTransferProtocol),用于实现互联网中邮件传送功能。

d.域名系统(DNS,DomainName System),用于实现互联网设备名字到IP地址映射的网络服务。

e.超文本传输协议(HTTP,HyperTextTransferProtocol),用于目前广泛使用的Web服务。

f.路由信息协议(RIP,Routing Information Protocol),用于网络设备之间交换路由信息。

g.简单网络管理协议(SNMP,SimpleNetworkFile System),用于管理和监视网络设备。

h.网络文件系统(NFS,NetworkFile System),用于网络中不同主机间的文件共享。

应用层协议有的依赖于面向连接的传输层协议TCP(例如Telnet协议、SMTP协议、FTP协议及HTTP协议),有的依赖于面向非连接的传输层协议UDP(例如SNMP协议),还有一些协议(如DNS),既可以依赖于TCP协议,也可以依赖于UDP协议。

3)TCP/IP的协议组合

计算机网络的层次结构使网络中每层的协议形成了一种从上到下的依赖关系。在计算机网络中,从上至下相互依赖的各协议形成了网络中的协议栈。TCP/IP体系结构与TCP/IP协议栈之间的对应关系如图1.15所示。

从图1.15中可以看出,FTP协议依赖于TCP协议,而TCP协议又依赖于IP协议。SNMP协议依赖于UDP协议,而UDP协议也依赖于IP协议,等等。

图1.15 TCP/IP体系结构与协议的对应关系

尽管TCP/IP体系结构与OSI参考模型在层次划分及使用的协议上有很大区别,但它们在设计中都采用了层次结构的思想。无论是OSI参考模型还是TCP/IP体系结构都有不完美的,对二者的评论与批评都有很多。

OSI参考模型的主要问题包括定义复杂、实现困难,有些同样的功能(如流量控制与差错控制等)在每一层重复出现,效率低下,等等。而TCP/IP体系结构的缺陷包括网络接口层本身并不是实际的一层,每层的功能定义与其实现方法没能区分开来(这样做使TCP/IP体系结构不适合于其他非TCP/IP协议族),等等。

人们普遍希望网络标准化,但OSI迟迟没有成熟的网络产品。因此,OSI参考模型与协议没有像专家们所预想的那样风靡世界。而TCP/IP体系结构与协议在Internet中经受了几十年的风风雨雨,到了IBM,Microsoft、Novell及Oracle等大型网络公司的支持,成为计算机网络中的主要标准体系。从目前的趋势来看,恐怕很难有其他通信协议,能取代TCP/IP协议组合在互联网上的垄断地位。

2.局域网基础

在日常生活中,我们常见一些单位,用网线把数台计算机彼此连接在一起,并且安装网络操作系统,共享其中的资源,这种环境,就是一个局域网(LocalAreaNetwork,LAN)。局域网,顾名思义就是局部区域范围内的计算机网络,是一组物理位置彼此相隔不远的计算机和相关设备互联而成的集合,这个集合以通信和共享软硬件资源为目的,一个大的局域网可以包含多个子网。在计算机网络技术发展过程中,局域网技术一直是最活跃的领域之一。

(1)局域网的主要特点

局域网以通信和共享软硬件资源为目的。它除了具备结构简单、速度快、错误少、效率高、实际投资少且技术更新快外,还有如下特点:

①局域网覆盖的地理范围比较小,通常不超过几公里,甚至只在一幢建筑或一个房间内。

②信息的传输速率高(通常在100Mb/s~10000Mb/s之间)、误码率低(通常低于10 e-8),因此,利用局域网进行的数据传输快速可靠。

③网络的经营权和管理权属于某个单位,易于维护和管理。

④决定局域网的性质的关键技术要素是拓扑结构、传输媒体和媒体的访问控制技术。

(2)局域网的拓扑结构

网络拓扑结构定义了网中资源的连接方式。局域网的网络拓扑结构主要有总线型结构、环型结构和星型结构3种。

1)总线型拓扑结构

总线型拓扑结构是局域网中最主要的拓扑结构之一。总线型拓扑结构如图1.16所示。其中1.16(a)给出了总线型局域网的计算机连接示意图,图1.16(b)给出了总线型拓扑结构示意图。

图1.16 总线型局域网的拓扑结构示意图

在使用具有总线型拓扑结构的局域网中,所有的节点都通过相应的网络接口适配器直接连接到一条作为公共传输介质的总线上,信息的传输通常以“共享介质”方式进行。由于各个节点之间通过电缆直接连接,因此,总线拓扑结构中所需要的电缆长度是最小的。

总线型拓扑结构的一个重要特征就是可以在网中广播信息。网络中的每个站点几乎可以同时“收到”每一信息。这与下面讲到的环型网络形成了鲜明的对比。

总线型拓扑结构的最大优点是价格低廉,用户站点入网灵活。另外在一般情况下,总线型局域网中一个节点的失效不会影响其他节点的正常工作,而且节点的增删也可以不影响全网的运行。但它的缺点也是明显的,由于共用一条传输信道,任一时刻只能有一个站点发送数据,而且介质访问控制也比较复杂。但由于总线型局域网结构简单、接入灵活、扩展容易、可靠性高等特点使它风靡一时,成为使用最广泛的一种网络拓扑结构。

2)环型拓扑结构

环型拓扑结构也是局域网经常使用的拓扑结构之一。与总线型局域网相似,运行于环型局域网中的网络节点同样以共享介质方式进行数据传输。图1.17为环型局域网的拓扑示意图。其中图1.17(a)给出了环型局域网的计算机连接示意图,图1.17(b)给出了环型结构示意图。

图1.17 总线型局域网的拓扑结构示意图

环型结构局域网的特点是每个节点都与两个相邻的节点相连,节点之间采用点到点的链路,网络中的所有节点构成一个闭合的环,信息沿着一个方向绕环逐站单向传输。

在环型拓扑结构中,所有节点共享同一个环型信道,环上传输的任何数据都必须经过所有结点,因此,断开环中的一个节点,意味着整个网络的通信终止。这是环型拓扑结构的一个主要缺点。

3)星型拓扑结构

在星型拓扑结构中,网络中的各节点都连接到一个中心设备上,由该中心设备向目的节点传送信息。图1.18是星型局域网拓扑结构示意图,其中图1.18(a)给出了星型局域网的计算机连接示意图,图1.18(b)给出了星型局域网拓扑结构示意图。

图1.18 星型局域网的拓扑结构示意图

星型拓扑结构的优点在于方便了对大型网络的维护和调试,对电缆的安装和检验也相对容易。由于所有工作站都与中心节点相连,所以,在星型拓扑结构中移动某个工作站十分简单。但星型拓扑结构也存在一个致使缺点,就是由于所有都连接到中心节点,依靠中心节点向目的节点传送信息,所以中心节点一旦失效将会导致全网无法工作。而且星型拓扑结构需要更加可靠的电缆。

交换局域网是一种典型的星型拓扑结构局域网。目前,交换局域网技术正在迅速发展之中。

在实际应用中,上述三种类型的网络经常被综合应用,并形成互连网。

(3)局域网传输介质

数据传输介质是指传输信息的载体,是通信子网的一个重要组成部分,它使网络上的计算机实现了物理连接,在计算机网络中具有举足轻重的作用。传输介质的种类很多,但基本可以分为两类一。类是有线介质,如电缆双绞线光纤等另一、、;类是无线介质,包括微波、卫星通信等。局域网常用的传输介质有:同轴电缆、非屏蔽双绞线(UTP,Unshielded Twisted Paired)、屏蔽双绞线(STP,ShieldedTwistedPair)和光缆等。

1)同轴电缆

同轴电缆共有四层,如图1.19所示。因它的内部共有两层导体排列在同一轴上,所以称为“同轴”。最内层的中心导体主要成分是铜,导体的外层为绝缘层,包着中心导体层,再向外一层为导体网(外导体),导体网对内导体起着屏蔽的作用,它能减少外部的干扰,提高传输质量。同轴电缆的最外部为外层保护套,可以保护内部两层导体和加强拉伸力。

图1.19 同轴电缆结构示意图

同轴电缆比屏蔽双绞线或非屏蔽双绞线传输的距离远。因此,在没有中继器对传输信号放大的情况下,同轴电缆可以连接的局域网地域范围比双绞线大。同时,由于同轴电缆用于各种类型数据通信的时间已经很长,因此技术非常成熟。

电缆硬、折曲困难、重量重是同轴电缆的主要问题。由于安装及使用同轴电缆并不是一件简单的事情,因此,同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线。

同轴电缆有多种规格和型号。局域网常用的同轴电缆有粗同轴电缆和细同轴电缆两种。这两种同轴电缆的特征阻抗都为50,但粗同轴电缆的直径为1 cm,而细同轴电缆的直径仅为0.5 cm。

2)非屏蔽双绞线

非屏蔽双绞线UTP,如图1.20、图1.21所示,它是由8根铜缆组成。其中,这8根线由绝缘体分开,每两根线通过相互绞合成螺旋状而形成一对(“双绞线”因而得名)。在这4对线的外部是一层保护套,用于保护内部纤细的铜导体和加强拉伸力。

非屏蔽双绞线非常适合于楼宇内部的结构化布线。它的外部直径为0.43 cm,尺寸小、重量轻,价格便宜、容易安装和维护是非屏蔽双绞线的主要特点。与此同时,非屏蔽双绞线使用标准RJ-45连接器,如图1.22所示,连接牢固、可靠。非屏蔽双绞线的这些特殊优点,使其在局域网中得到了广泛应用,获得了巨大成功。现在见到的大部分局域网都是通过非屏蔽双绞线连接而成的。

图1.20 非屏蔽双绞线结构示意图

图1.21 非屏蔽双绞线

图1.22 非屏蔽双绞线RJ-45接头

但是,非屏蔽双绞线的抗干扰能力没有同轴电缆、光缆等传输介质好,其传输距离也比较短。

目前,局域网使用的非屏蔽双绞线主要分为3类线、4类线、5类线和超5类线。这些非屏蔽双绞线虽然眼睛看上去基本相同,但其传输质量、抗干扰能力有很大区别。其中,3类线主要用于10M网络的连接,而100M、1 000M网络则只能使用5类线或超5类线。

3)屏蔽双绞线

屏蔽双绞线STP是屏蔽技术和绞线技术相结合的产物。它与非屏蔽双绞线在结构上的不同点是在绞线和外皮间夹有一层铜网或金属屏蔽层,因而价格相对也较昂贵。尽管屏蔽双绞线的传输质量比非屏蔽双绞线要高,但它们的电缆尺寸和重量相当。如果安装合适,STP具有很强的抗电磁、抗干扰的能力。当然,如果安装不合适(例如STP电缆接地不好),就有可能引入很多外界干扰(因为它可以使屏蔽线作为天线,从其他导体中吸入电信号、电噪声等),造成网络不能正常工作。

4)光缆

光缆,如图1.23所示,是另一种常用的网络连接介质,这种介质能传输调制了的光信号。用于网络连接的光缆由封装在隔开中的两根光缆组成。从横截面观察,每根光纤都被反射包层、Kevlar加固材料和外保护所包围。光缆的导光部分由内核(纤芯)和包层构成。中心的内核由纯度非常高的玻璃构成,其折射率很高。内核外的包层由折射率很低的玻璃或塑料组成,这样在光纤中传输的光将在内核与包层的交界处形成全反射。与管道相似,光缆利用全反射将光线限制在光导玻璃中,即使在弯曲的情况下,光也能传输很远的距离。

图1.23 光纤结构示意图

Kevlar加固层的作用是保护细如发丝的脆弱玻璃光纤,而外保护则为了整个电缆提供保护。当需要掩埋光纤电缆时,有时还需要增加一根不锈钢丝,以增加其强度。

光纤按其轴芯的模式可以分为单模光纤和多模光纤。单模光纤轴芯较细,约5~10μm,适合长距离传输,价格较贵,散射率小,传输效率极佳;多模光纤轴芯较粗,约50~100μm,适合短距离传输,价格较低,传输效率略差于单模光纤。这两种光纤在计算机局域网中都有其应用。由于单模光纤的传输质量比多模光纤的传输质量好,因此,单模光纤可以传输更远的距离,用于网络连接可以覆盖更广的地域范围。

与UTP、STP和同轴电缆相比,光缆的传输速度更高,其传输速度可以超过2Gb/s。由于光缆中传输的是光而不是电脉冲,所以光缆既不受电磁一无干扰,也不受无线电干扰,更不会成为雷击的接入点。光纤在传输时不会有光波信号散射出来,因此不用担心被人从散射的能量中盗取信息。再者,光纤一旦被截断,要用融接的方式才能接起来,因此若有人想要截断缆线窃取信息,不但费时费力而且较易被发现。光缆可以防止内外噪声和传输损耗低的特性,使光纤中的信号能够传输相当远的距离,这对设计覆盖范围广的网络非常有用。

但是,尽管光缆细如发丝,但其价格却相对较高,安装也比较困难。因为光连接器是光连接接口,所以他们必须非常光滑,不能有划痕,即使熟练的安装工也需要几分钟才能接好一个接头。如果工程比较大,其费用是惊人的。

(4)介质访问控制方法

不论是是总线型网、环型网还是星型网,都是同一传输介质中连接了多个站,而局域网中所有的站都是对等的,任何一个站都可以和其他站通信,这就需要有一种仲裁方式来控制各站使用介质的方法,这就是所谓的介质访问方法。

介质访问方式是确保对网络中各个节点进行有序访问的一种方法。在共享式局域网的实现过程中,可以采用不同的方式对其共享介质进行控制。常用的介质存取方法包括带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)方法、令牌总线(Token Bus)方法以及令牌环(Token Ring)方法。

目前最流行的局域网-以太网(Ethernet)使用的就是(CSMA/CD)介质访问控制方法,而FDDI网则使用令牌环介质访问控制方法。

1)以太网与CSMA/CD

传统以太网(Ethernet)采用总线型拓朴结构。虽然在组建以太网过程中通常使用星型物理拓扑结构,但在逻辑上它们还是总线型的。图1.24(a)显示了一个物理与逻辑统一的以太网,图1.24(b)则显示了一个物理上为星型而逻辑上为总线型的以太网。

以太网采用带有冲突监测的载波侦听多路访问(CSMA/CDM,CarrierSenseMultipleAccess W ithCollision Detection)方式实现对共享介质———总线的访问控制。在以太网中,任何节点都没有可预约的发送时间,它们的发送是随机的。同时,网络中不存在集中控制节点,所有节点都必须平等地争用发送时间。它们通过竞争方式来获得介质的使用权。

图1.24 以太网是总线型局域网,而物理结构可能是星型

①以太网的数据发送

以太网使用CSMA/CD介质访问控制方法。CSMA/CD的发送流程可以概括为“先听后发,边听边发,冲突停止,延迟重发”16个字。图1.25是以太网节点的发送流程。

图1.25 CSMA-CD数据发送流程

在CSMA/CD方式中,发送站检测通信信道中的载波信号,如果检测到载波信号,说明没有其他站在发送数据,或者说信道上没有数据,该站可以发送。否则,说明信道上有数据,等待一定时间后再次试探,直到能够发送数据为止。

当信号在电缆中传送时,每个站都能检测到。所有的站均检查数据帧中的地址字段,并依此判断是接收该帧还是忽略该帧。

由于数据在网中的传输需要时间,某些位置靠后的站就监听不到任何消息,而此时信道中又确实有信号传送,因此就会发生冲突,如图1.26所示。这时就用到了冲突检测,每个发送站同时监听自己的信号,如果该信号出现错误,发送站再发送一个干扰信息加强冲突。任何站听到干扰信号后,均停止一段时间再去试探。这一时间由网卡中的算法来决定。

图1.26 总线型局域网中的“冲突”现象

②以太网的接收

在接收过程中,以太网中的各节点同样需要监测信道的状态。如果发现信号畸变,说明信道中有两个或多个节点同时发送数据,有冲突发生,这时必须停止接收,并将接收到数据丢弃,如果在整个接收过程中没有发生冲突,接收节点在收到一个完整的数据后可对数据进行接收处理。图1.27为以太网节点的接收流程。

图1.27 CSMA-CD数据接收流程

③MAC地址

在以太网中,每个节点发送信息都是通过“广播”进行的。如果发送成功,以太网上的所有节点都能正确接收到该点所发的信息。而在大多数情况下,该节点并不是想和所有的节点通信,而是希望与其中的某一个节点(而不是所有节点)通信。这样,节点通过网络接收到正确的数据后,需要判断是不是发送给自己的,如果是,则继续处理该信息。如果不是,则废弃该信息。那么,局域网上的计算机是怎样判断收到的信息是自己还是他人呢?这就利用到MAC地址。

连入网络的每台计算机或终端都有一个全球唯一的物理地址,这个物理地址存储在网络接口卡(Network Interface Card,NIC)中,通常被称为介质访问控制地址(MediaAccess Control Address),或者就简单地称为MAC地址。在网络中,网络接口卡将设备连接到传输介质中,每个网络接口卡都有一个全球唯一的MAC地址,它位于OSI参考模型的数据链路层。

当源主机向网络发送数据时,它带有目的主机的MAC地址。当以太网中的节点正确收到该数据后,它们检查数据中包含的目的主机MAC地址是否与自己网卡上的MAC地址相符。如果不符,网卡就忽略该数据。如果相符,网卡就拷贝该数据,并将该数据送往数据链路层作进一步处理。

以太网的MAC地址长度为48 b。为了方便起见,通常使用16进制数书写(例如:52-54-ab-31-ac-c6)。为了保证MAC地址的唯一性,世界上有一个专门的组织负责为网卡的生产厂家分配MAC地址。

以太网使用的CSMA/CD是一种典型的分布式介质访问控制方法,它没有集中控制中心,网中的所有节点具有的相同的优先级。由于其发送采用竞争机制,发送等待延迟并不固定,在高负载时,冲突几率的增大会对网络的性能产生一定的影响。

2)FDDI与令牌介质访问控制

光纤分布式数据接口(Fiber Distributed Data Interface,FDDI)采用光纤作为其传输介质,网络的传输速率可达100Mb/s。FDDI采用环型拓扑结构,使用令牌作为共享介质的访问控制方法,因比,FDDI是一种令牌环网。图1.28给出了FDDI令牌环网的示意图,从该图中可以看出,FDDI的网络连接构成了双环结构。

图1.28 FDDI令牌环网示意图

①令牌环介质访问控制方法的基本原理

令牌环网利用一种称之为“Token”的短帧来选择拥有传输介质的站,只有拥有令牌的工作站才有权发送信息。当网上所有的站点都没有信息要发送时,令牌就沿环绕行。当某一个站点要求发送数据时,必须等待,直到捕获到经过该站的令牌为止。这时,该站点可以用改变令牌中一个特殊字段的方法把令牌标记成已被使用,并把令牌作为数据帧的帧头一起发送到环上。而在此时,环上不再有令牌,因此有发送数据要求的站点必须等待。环上的每个站点检测并转发环上的数据帧,比较目的地址是否与自身站点地址相符,从而决定是否拷贝该数据帧。数据帧在环上绕行一周后,由发送站点将其删除。发送站点在发完其所有信息帧(或者允许发送的时间间隔到达)后,生成一个新的令牌,并将该新令牌发送到环上。如果该站点下游的某一个站点有数据要发送,它就能捕获这个令牌,并利用该令牌发送数据。

图1.29归纳了令牌环的工作过程。

图1.29 令牌环的工作过程

第一步:令牌在环中流动,A站有信息发送,截获了令牌,见图1.29(a)。

第二步:A站向C站发送数据,见图1.29(b)。

第三步:B站转发数据,见图1.29(c)。

第四步:C站接收并转发数据,见图1.29(d)。

第五步:D站转发数据,见图1.29(e)。

第五步:A站收完所发帧的最后一比特后,重新产生令牌发送到环上。

与CSMA/CD不同,令牌传递网是延迟确定型网络。也就是说,在任何站点发送信息之前,可以计算出信息从源站到目的站的最长时间延迟。这一特性及令牌环网其他可靠特性,使令牌环网特别适合于那些需要预知网络延迟和对网络的可靠性要求高的应用。比如工厂自动化环境就是这样的一个应用实例。

②FDDI网的双环结构

使用环型网络拓扑结构网络的最大隐患之一是:一旦环上某处发生故障(例如某个节点出现故障),就会使整个网络出现瘫痪。为了解决可靠性问题,FDDI将它的令牌环网设计成双环结构,而且该双环是逆向旋转的。这也就是说FDDI网络包含了两个完整的环,第二个环中的数据流方向与主环中的数据流方向相反。

图1.30 光缆线路发生故障时,FDDI在G和H处形成回路

当网上的所有设备都正常工作时,FDDI仅使用其中的一个环发送数据。只有当第一个环失效时,FDDI才会使用第二个环。如图1.30所示,当组成FDDI令牌环的光缆出现故障(例如光缆断裂)时,与断点相邻的站点能重新配置网络,在G和H处形成回路,旁路断点,使用其反向路径,保证网络正常运行。当网络中的某一站点出现故障时,如图1.31所示,FDDI也可以进行重新配置,在R和S处形成回路,旁路故障站点,使用其反向路径,保证网络正常运行。FDDI这种重新配置以避免失效的过程叫做自恢复过程(SelfHealing)。因此,FDDI令牌环网络有时也叫做自恢复网络(SelfHealingNetwork)。

图1.31 环上的A站点发生故障时,FDDI在R和S处形成回路

三、任务实施

1.实施环境

校园网有大有小,结构有复杂,有简单,但基本能找到如图1.32所示结构:根据校园网具体情况选择一条从接入层到汇聚层,最后到网络中心的参观路线进行参观。

图1.32 某校园拓扑结构

2.操作步骤

①参观接入层,介绍接入层功能、接入层设备、传输介质及网络扩展技术。

②参观汇聚层,介绍汇聚层功能、汇聚层设备、传输介质及相关策略。

③参观核心层,介绍核心层功能、核心层设备、防火墙、路由器及DHCP、DNS、WEB、FTP、mail等服务器。

④选择合适的观察点,介绍综合布线各个子系统。

⑤简单画出校园网的拓扑图。 e4Q8dgSY10TnRMxMapWE5VfnqqMDV8RslnuIKqsgPG1IcztLv3Gx6B3S2oREsRlZ

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