第五章 网络基础知识.docx

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第五章网络基础知识

第五章網路基礎知識

一.計算機網路的分類

1.按照網路的分佈範圍分類

a.局域網LAN（LocalAreaNetwork）

局域網是將小區域內的各種通信設備互連在一起的網路，其分佈範圍局限在一個辦公室、一幢大樓或一個校園內，用於連接個人計算機、工作站和各類週邊設備以實現資源分享和資訊交換。

它的特點是分佈距離近（通常在1000m到2000m範圍內），傳輸速度高（一般為1Mbps到20Mbps），連接費用低，資料傳輸可靠，誤碼率低等。

b.廣域網WAN（WideAreaNetwork）

廣域網也稱遠端網，它的聯網設備分佈範圍廣，一般從數公里到數百至數千公里。

因此網路所涉及的範圍可以是市、地區、省、國家，乃至世界範圍。

由於它的這一特點使得單獨建造一個廣域網是極其昂貴和不現實的，所以，常常借用傳統的公共傳輸（電報、電話）網來實現。

此外，由於傳輸距離遠，又依靠傳統的公共傳輸網，所以錯誤率較高。

c.城域網MAN（MetropolitanAreaNetwork）

城域網的分佈範圍介於局域網和廣域網之間，其目的是在一個較大的地理區域內提供資料、聲音和圖像的傳輸。

2.網路的交換方式分類

a.電路交換網

電路交換方式是在用戶開始通信前，先申請建立一條從發送端到接收端的物理通道，並且在雙方通信期間始終佔用該通道。

此方式類似于傳統的電話交換方式。

b.報文交換網

報文交換方式是把要發送的資料及目的地址包含在一個完整的報文內，報文的長度不受限制。

報文交換採用存儲-轉發原理，每個中間節點要為途徑的報文選擇適當的路徑，使其能最終到達目的端。

此方式類似於古代的郵政通信，郵件由途中的驛站逐個存儲轉發一樣。

c.分組交換網

分組交換方式是在通信前，發送端先把要發送的資料劃分為一個個等長的單位（即分組），這些分組逐個由各中間節點採用存儲-轉發方式進行傳輸，最終到達目的端。

由於分組長度有限，可以比報文更加方便的在中間節點機的記憶體中進行存儲處理，其轉發速度大大提高。

除了以上二種分類方法外，還可按採用的傳輸媒體分為雙絞線網、同軸電纜網、光纖網、無線網；按網路傳輸技術可分為廣播式網路和點到點式網路；按所採用的拓撲結構將計算機網路分為星形網、匯流排網、環形網、樹形網和網形網；按通道的帶寬分為窄帶網和寬頻網；按不同的用途分為科研網、教育網、商業網、企業網等。

二.計算機網路的拓撲結構

網路拓撲結構是指拋開網路電纜的物理連接來討論網路系統的連接形式，是指網路電纜構成的幾何形狀，它能從邏輯上表示出網路服務器、工作站的網路配置和互相之間的連接。

網路拓撲結構按形狀可分為：

星型、環型、匯流排型、樹型及匯流排/星型及網狀拓撲結構。

1.星型拓撲結構：

星型佈局是以中央結點為中心與各結點連接而組成的，各結點與中央結點通過點與點方式連接，中央結點執行集中式通信控制策略，因此中央結點相當複雜，負擔也重。

以星型拓撲結構組網，其中任何兩個站點要進行通信都要經過中央結點控制。

中央結點主要功能有：

在檔伺服器/工作站（FileServers/Workstation）局域網模式中，中心點為檔伺服器，存放共用資源。

由於這種拓撲結構，中心點與多台工作站相連,為便於集中連線，目前多採用集線器（HUB）。

星型拓撲結構優點：

網路結構簡單,便於管理、集中控制,組網容易，網路延遲時間短，誤碼率低。

缺點：

網路共用能力較差，通信線路利用率不高，中央節點負擔過重，容易成為網路的瓶頸，一旦出現故障則全網癱瘓。

2.環型拓撲結構

環形網中各結點通過環路介面連在一條首尾相連的閉合環形通信線路中，環路上任何結點均可以請求發送資訊。

請求一旦被批准，便可以向環路發送資訊。

環形網中的資料可以是單向也可是雙向傳輸。

由於環線公用，一個結點發出的資訊必須穿越環中所有的環路介面，資訊流中目的地址與環上某結點位址相符時，資訊被該結點的環路介面所接收，而後資訊繼續流向下一環路介面，一直流回到發送該資訊的環路介面結點為止。

環形網的優點：

資訊在網路中沿固定方向流動，兩個結點間僅有唯一的通路，大大簡化了路徑選擇的控制；某個結點發生故障時，可以自動旁路，可靠性較高。

缺點：

由於資訊是串列穿過多個結點環路介面，當結點過多時，影響傳輸效率，使網路回應時間變長；由於環路封閉故擴充不方便。

3.匯流排拓撲結構

用一條稱為匯流排的中央主電纜，將相互之間以線性方式連接的工站連接起來的佈局方式，稱為總線形拓撲。

在匯流排結構中，所有網上微機都通過相應的硬體介面直接連在匯流排上，任何一個結點的資訊都可以沿著匯流排向兩個方向傳輸擴散，並且能被匯流排中任何一個結點所接收。

由於其資訊向四周傳播，類似於廣播電臺，故匯流排網路也被稱為廣播式網路。

匯流排有一定的負載能力，因此，匯流排長度有一定限制，一條匯流排也只能連接一定數量的結點。

匯流排佈局的特點：

結構簡單靈活，非常便於擴充；可靠性高，網路回應速度快；設備量少、價格低、安裝使用方便；共用資源能力強，非常便於廣播式工作，即一個結點發送所有結點都可接收。

在匯流排兩端連接的器件稱為端結器（末端阻抗匹配器、或終止器）。

主要與匯流排進行阻抗匹配，最大限度吸收傳送端部的能量，避免信號反射回匯流排產生不必要的干擾。

總線形網路結構是目前使用最廣泛的結構，也是最傳統的一種主流網路結構，適合於資訊管理系統、辦公自動化系統領域的應用。

4.樹型拓撲結構

樹形結構是匯流排型結構的擴展，它是在匯流排網上加上分支形成的，其傳輸介質可有多條分支，但不形成閉合回路，樹形網是一種分層網，其結構可以對稱，聯繫固定，具有一定容錯能力，一般一個分支和結點的故障不影響另一分支結點的工作，任何一個結點送出的資訊都可以傳遍整個傳輸介質，也是廣播式網路。

一般樹形網上的鏈路相對具有一定的專用性，無須對原網做任何改動就可以擴充工作站。

5.匯流排/星型拓撲結構

用一條或多條匯流排把多組設備連接起來，相連的每組設備呈星型分佈。

採用這種拓撲結構，用戶很容易配置和重新配置網路設備。

匯流排採用同軸電纜，星型配置可採用雙絞線。

6.網狀拓撲結構

將多個子網或多個局域網連接起來構成網際拓撲結構。

在一個子網中,集線器、中繼器將多個設備連接起來，而橋接器、路由器及閘道則將子網連接起來。

根據組網硬體不同,主要有三種網際拓撲：

a.網狀網：

在一個大的區域內，用無線電通信連路連接一個大型網路時，網狀網是最好的拓撲結構。

通過路由器與路由器相連，可讓網路選擇一條最快的路徑傳送資料。

b.主幹網：

通過橋接器與路由器把不同的子網或LAN連接起來形成單個匯流排或環型拓撲結構，這種網通常採用光纖做主幹線。

c.星狀相連網：

利用一些叫做超級集線器的設備將網路連接起來，由於星型結構的特點，網路中任一處的故障都可容易查找並修復。

應該指出,在實際組網中,為了符合不同的要求，拓撲結構不一定是單一的,往往都是幾種結構的混用。

三.OSI參考模型

1,物理層（physicallayer）

（1）主要作用:

實現相鄰節點之間比特資料流程的透明傳送,盡可能遮罩具體傳輸介質和物理設備的差異.利用物理傳輸介質為資料連結層提供物理連接（物理通道）,為資料連結層提供位元流服務.物理層是所有網路的基礎,主要關心的問題有:

用多少伏特電壓表示"1",多少伏特電壓表示"0";一個比特持續多少微秒;是單工,半雙工還是全雙工;最初的連接如何建立和完成,通信後連接如何終止網路接插件有多少針以及各針的用途.通道的最大帶寬;傳輸介質（例如,是有導線的還是無導線的等）;傳輸方式:

是基帶傳輸還是頻帶傳輸,或者二者均可;多工技術（FDM,TDM和WDM波分多工Wave-lengthDivisionMultiplexing）;等等.

（2）物理層的主要功能:

物理連接的建立,維持和拆除.實體之間資訊的按比特傳輸.實現四大特性的匹配（機械特性,電氣特性,功能特性,規程特性）

（3）物理層標準

物理層標準主要任務就是要規定DCE設備和DTE設備的介面,包括介面的機械特性,電氣特性,功能特性和規程特性.DTE是數據終端設備.資料電路端接設備DCE.DCE的作用就是在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和編碼的功能,並且負責建立,保持和釋放資料連結的連接.DTE通過DCE與通信傳輸線路相連,如圖所示.是美國電子工業協會EIA制定的著名物理層標準.物理或機械特性:

規定了DTE和DCE之間的連接器形式,包括連接器形狀,幾何尺寸,引線數目和排列方式等.電氣特性:

規定了DTE和DCE之間多條信號線的連接方式,發送器和接收器的電氣參數及其他有關電路的特徵.電氣特性決定了傳送速率和傳輸距離.功能特性:

對介面各信號線的功能給出了確切的定義,說明某些連線上出現的某一電平的電壓表示的意義.規程特性:

規定了DTE和DCE之間各介面信號線實現資料傳輸的操作過程（順序）.

物理層標準舉例

EIARS-232C/V.24介面標準RS是RecommendedStandard的縮寫,即推薦標準.RS-232-C介面標準與國際電報電話諮詢委員會CCITT的V.24標準相容,是一種非常實用的非同步串列通信介面.RS-232-C建議使用25針的D型連接器DB-25,但是在微型計算機的RS-232C序列埠上,大多使用9針連接器DB-9,如下圖所示.

（4）常見物理層設備與元件

物理傳輸中存在的主要問題

第一大問題:

●信號衰減●信號衰減限制了信號的傳輸距離●信號衰減還常常會同時伴隨著信號的變形●採用信號放大和整形的方法來解決信號衰減及其變形問題.

第二大問題:

●雜訊干擾●雜訊可能導致信號傳輸錯誤,即接收端難以從混雜了較大雜訊的信號中提取出正確的資料.●減少雜訊的措施,如抵消與遮罩,良好的端接和接地技術等

常見物理元件RJ-45插座RJ-45頭DB-25到DB-9的轉換器常見物理層設備中繼器（repeater）和集線器（hub）功能:

連接相同的LAN網段;對從入口輸入的實體信號進行放大和整形,然後再從出口輸出（轉發）.中繼器具有典型的單進單出結構.集線器是多埠中繼器.集線器常見的埠規格有4口,8口,16口和24口等.如下圖所示:

2,資料連結層（Datalinklayer）

（1）主要任務是負責相鄰節點之間的可靠傳輸,通過加強物理層傳輸原始比特的功能,使之網路層表現為一條無錯線路,資料連結層的傳輸單元為幀.

主要關心:

成幀與拆幀.以幀（frame）為單位（產生幀,識別幀的邊界）;差錯控制;（流量控制（防止高速的發送方的資料將低速的接收方"淹沒"）.廣播式網路在資料連結層還要處理:

如何控制對共用通道的訪問等等.

（2）主要設備:

交換機網橋

3,網路層（Networklayer）

（1）網路層的任務就是要選擇合適的路由,使發送站傳輸層所傳下來的資料能夠正確無誤地按位址送到目的站.網路層的傳輸單元被稱為分組（或稱包）.執行路徑選擇演算法,使分組在通信子網中有一條最佳路徑;擁塞控制.防止子網中同時出現過多的分組而相互阻塞通路,形成瓶頸;記帳功能;異種網路互聯.

（2）主要設備:

路由器:

三層交換機

4,傳輸層（Transportlayer）（核心層）

主要任務:

負責端到端節點間資料傳輸和控制功能.傳輸層是OSI中承上啟下層,下三層面向網路通信,確保資訊準確傳輸;上三層面向用戶主機,為用戶提供各種服務.傳輸層不涉及中間轉發節點,即與使用的網路無關.主要功能:

彌補網路層服務品質的不足,為會話層提供端-端的可靠資料傳輸服務.包括兩端主機之間的流量控制.

5,會話層（Sessionlayer）

主要目的是組織和同步在兩個通信的會話用戶之間的對話,並管理資料的交換.會話層的功能是在兩個節點間建立,維護和釋放面向用戶的連接.會話連接的建立是在傳輸連接的基礎上進行的.

6,表示層（Presentationlayer）

主要用於處理在兩個通信系統中交換資訊的表示方式.它包括資料格式變換,