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第1章 初识网络:网络其实并不神秘(1)

神奇的网络并非深不可测,揭开网络神秘的面纱,对于聪慧的现代人而言是轻而易举的事。

通晓网络的基本知识以后就会发现,多姿多彩的网络世界在你灵巧的双手敲击键盘、移动鼠标之际疾徐有序地呈现于眼帘。别再犹豫,别再矜持,让你我一同迈上通向网络的第一级台阶。

一、网络划分:种类多多切莫以为网络只是个没有知觉和意识的物质组合。

网络其实是一个有灵性、有生命的庞大体系。今天的网络,每时每刻都在不断地延伸、扩展。散布全球大大小小无数个系统汇集到一起,构成了今天的Internet.认知网络,需要了解网络是怎样划分和组成的。

局域网和广域网(1)局域网局域网是指在一个较小的地理范围内的各种计算机网络设备互联在一起的通信网络,可以包含一个或多个子网,通常物理设备之间的距离局限在几千米的范围之内。局域网既然是计算机网络系统的一种,它也参考和引用ISO/OSI参考模型,结合局域网本身的特点制定自己的具体模型和标准。局域网的参考模型通常采用IEEE802标准,它仅相应于ISO/OSI参考模型中的最低两层。物理层用来建立物理连接,数据链路层则把数据构成帧进行传输,并实现帧顺序控制、错误控制及流控制功能。局域网的拓扑结构主要是总线、树型或环型,故路由选择功能可大大简化,一般不设立单独的网络层。其余高层则可采用TCP/IP或IPX/SPX等协议。在众多的局域网技术中,最常用的是以太网和令牌环网。

①以太网技术以太网是一种总线结构的局域网,最早由施乐公司(Xerox)在PaloAlto的研究中心于1973年提出。在早期的设计中,网络传输媒介是同轴电缆,由电缆的发明者梅特卡夫(RobertM.Metcarre)博士以导光元素以太命名。

以太网是第一个作为标准推广的局域网,最早由多个厂家出售。以太网规格说明是IEEE802.3规范说明的基础。IEEE802.3是一个多方合作的标准。

802.3--CSMA/CD系统802.3标准描述了一种网络存取方法,通常称为载波检测多重访问及冲突诊断,一般简称为CSMA/CD系统。CSMA/CD系统使用广播式方法访问以太网。

在以太网中,在同一时刻只允许一个站点在以太网上发送信息。在这种模式下,当发送者在以太网上发送之前,要先检测以确定以太网是否是安静的,即网上没有进行数据传输。

这一检测是由检测电路在硬件级完成的。如果这时在网上没有传输在进行,则发送者就发送其信息,不再需要进行别的认可。如果以太网忙,则发送者随机等待一段时间,再尝试发送。这一过程称为避免冲突.

这些冲突是由每个发送结点的电路检测的。当发生冲突时,所有的发送者都中止包的传送。

在以太网中,一般把包发送开始到它到达其目的地时为止的这段时间叫做点到点传输延迟,简称为传输延迟.

在传输延迟过程中,发送包有冲突的危险。当网络规模增大时,为了减少点到点传输延迟从而减少可能的碰撞,就要相应减少包的尺寸。

CSMA/CD使用了非集中式的访问控制方法,解决网络冲突的策略由每一网络结点中的以太网连接硬件来完成。在以太网之上并没有一个超级的控制结构。以太网完全是一个被动的传输媒介,没有一个中央控制机制为传送结点分配系统带宽,或负责指定在某个时刻、哪个结点可以发送包。

以太网拓扑结构和传输媒介一个网络的拓扑结构是指连接电缆的物理布局。以太网最早采用同轴电缆作为其传输媒介,其拓扑结构是被动的总线。新技术的出现使我们可以采用其他媒介连接以太网,如屏蔽双绞线或光纤电缆。在总线拓扑结构中,通常有一中央电缆,在其上连结了许多结点。

总线由一个特殊的终点设备来终止,即在电缆的两个末端加上一个50欧的电阻。如果传输媒介断了,网络传输将失败。而如果在两端没有电阻的话,从没有终点的导线反弹回来的信号会与包自身发生冲突,也会导致传输失败。在正常情况下,当电子信号到达终点时,终点设备像海绵一样把这些信号吸收,这就使信号不会反弹回去,造成信号相互干扰。这种信号的相互干扰通常称为包冲突.

被动的总线结构适于进行模块扩充,而且一般认为非常可靠。但有一点必须注意,即总线不能构成回路。也就是说,不能从一个结点出发,经过以太网,再回到该结点。这样的回路将使包与自身发生冲突,每一个结点在每次进行包传送时,都会检测到冲突。

②令牌环技术令牌环(TokenRing)技术产生于20世纪70年代,长期被用于广域网和局域网,IEEE802.5所描述的令牌环是一种局域网标准,该标准的原型来自于IBM的一个实验系统。

令牌环技术与CSMA/CD技术的最直接区别在于:第一,后者是总线结构,前者是环型结构;第二,后者采用CSMA/CD技术解决信道竞争,前者采用令牌技术解决信道竞争。二者的另一重大区别是,CSMA/CD为检测冲突而采用大量模拟部件,而令牌环无此需要,因此,几乎全部采用数字技术。

值得注意的是,令牌环在物理上并不是一个连续的环,而是由一段一段的点到点的线路首尾相连而成。这一点很有意思,因为照理说,点到点信道不存在信道竞争问题,为什么令牌环还用到了解决冲突的令牌技术呢局域网令牌环是一个典型的单向环网,在相邻环接口之间都是点到点连线。这里环接口相当于以太网中的收发器。按照IEEE802.5标准,令牌环中的物理连线采用1~4Mbps的屏蔽双绞线。

令牌环中环接口有三种工作方式:拷贝方式、传输方式和恢复方式。其中前两种方式是一般操作。接口I1工作于传输方式,其他接口均工作于拷贝方式,I4是本次传输的信宿。在拷贝方式下有一重要概念叫做1比特延迟,即每一比特到达接口后,先复制到1比特缓冲区,在缓冲区中被检查或修改后,再重新输出到环上。

恢复方式则是一种令牌损失后的特殊操作,用于令牌恢复。

点到点的令牌环存在着信道竞争问题。局域网区别于其他网络技术的最本质特点是它的距离短、数据传输率高,因而传输延迟极小。考虑令牌环的情形,假如有一周长为1000米的环,速率为1Mbps.典型的信号传输速度为2000米/微秒,则信号绕环一周需5微秒。在这5微秒中,传输站点只能传出5比特数据。如此快的速度导致两个后果:第一,各环接口只能采用1比特缓冲区,如果缓冲区太大,则接口处的延迟将大大高于传输线上的延迟,这必然丧失局域网高速高效的优势;第二,将点到点结构变成了共享信道结构,因为即便是考虑各接口的比特延迟,传输站点尚未发完一帧,其他所有站点都已收到该帧的信号,对于整个一帧数据来说,它本身并非是点到点传输的。因此,令牌环也需要进行介质访问控制。

所谓令牌是一种特殊的控制帧。一个环只有一个令牌。令牌不断在网中环绕,站点一旦抓住令牌,便可进入传输方式,发送数据。这时,其他站点只能进入拷贝方式。

对令牌的管理是令牌环技术中最核心、最复杂的部分。

与松散自由的总线型以太网不同,令牌环中站点与信道以及站点与站点之间的关系相当紧密,其管理工作要复杂和繁重得多。

令牌环采用一种集中式的管理方法。在令牌环中,有一特殊的监控站,负责职责包括:令牌管理、断环保护以及帧管理。

令牌环中,监控站并非某指定站点,其地位由平等竞争而来。

监控站获取

当环网启动或任一站点发现没有监控站存在时,该站发送一个CLAIMTOKEN控制帧,若此帧在其他CLAIMTOKEN帧出发之前绕环一周,则发送站就变成新的监控站。假如获取监控站地位时发生竞争,则采用竞争协议保证很快选出一个监控站。

令牌管理

监控站拥有一个定时器,设置为最长令牌时间。假如该定时器溢出,监控站将取走环内的帧,并发出一新的令牌。

帧管理

主要任务是清除无主帧和混淆帧。监控站通过帧格式或校验和检验帧的有效性,一旦发现无效帧,立即断开环路,取走该帧,并产生新的令牌。

环管理

包括断环处理、延迟处理。发生断环故障时,监控站可以通过软件控制旁路中继器将断环处旁路。所谓延迟处理,即在环中加入附加延迟以保证容纳整个令牌。

(2)广域网在企业运作中,人们需要在遍布全国甚至是全球的各个分支机构间建立起数据通信联系;在日常生活中,人们需要通过网络获得各种信息,与别人进行通信交流以及进行网上购物。这些都要求将跨国、跨地区的计算机和局域网连接起来,这就是网络的远程连接。广域网互联所涉及的技术是多种多样的,主要有以下几种:

·PSTN:公共电话交换网·ISDN:综合业务数据网·BISDN(ATM):宽带综合业务数据网·X.25:公共分组交换网·DDN:数字数据网·FrameRelay:帧中继网·SMDS:多兆位交换服务这里介绍五种比较常用,也是比较先进的广域网互联方式。

①ISDN:综合业务数据网1984年,国际电信标准化组织(当时称CCITT)给综合业务数字网(ISDN)定义如下:ISDN是电话网和数字网相结合演化而成的一种网络,它提供端到端(从计算机到计算机)的数字连接,包括话音业务和非话音业务等广泛的业务类别。用户可以通过一套标准化的、用于多种目的的接口访问这个网络。

ISDN是综合业务数据网(IntegratedServicesDigitalNetwork)的缩写。它是一种公用电信网络,它由公用电话网发展起来,为解决电话网速度慢、提供服务单一的缺点,其基础结构是为提供综合的语音、数据、视频、图像及其他应用和服务而设计的。早期的电信网络都是为一个特定的业务制定的体系,使用一套特定功能的网络。例如,提供电话服务的电话网,提供电视服务的有线电视网,提供数字传输服务的X.25网等。仅当通信和计算机密切结合的时候,电信网络才向综合化和智能化方向发展。ISDN就是一种能够同时提供多种服务的综合性网络。

②X.25分组交换网分组交换是为适应计算机通信而发展起来的一种先进通信手段,它以CCITTX.25协议为基础,可以满足不同速率、不同型号的主机系统以及局域网之间的通信,实现资源的共享。分组交换网是数据通信的基础网,数据通信速率最高为56Kbps.利用其网络平台可以开发各种增值业务,如:电子信箱、电子数据交换(EDI)、可视图文、传真存储转发、数据库检索等。X.25还被广泛应用于把远程终端连接到主机的场合,如定票、信用卡验证等。

③DDN数字数据网DDN即数字数据网(DigitalDataNetwork),它是利用光纤、数字微波和卫星等数字传输通道和数字交叉复用节点(简称DDN节点)组成的数字数据传输网,可以为用户提供各种速率的高质量的数字专用电路和其他新业务,以满足用户多媒体通信和组建中、高速计算机通信网需要。

DDN最大的特点是数字电路,可提供端到端的高速率、低时延、高质量的数据传输通道。电路可以自动迂回,可靠性高;还可以一线多用,既可以通话、传真、传送数据,又可以组建会议电视系统、开放帧中继业务,做多媒体服务,或组建自己的虚拟专网。

④帧中继(FrameRelay)帧中继是一种新型的数据传输网络。之所以称为帧中继是因为网上的操作大多是基于OSI参考模型的第二层,即数据链路层,也称帧层。帧中继的开发是为满足局域网的互联所需的大容量的传输,也为满足用户对数据传输延迟小的要求。它是分组交换技术的升级技术,其传输速率可达到1.544Mbps,理论上可高达45Mbps,它可以在固定虚电路(PVC)和交换虚电路上交换固定帧和可变帧。在帧中继网上帧的交换和路由选择是通过基于HDLC帧的方式实现的。

帧中继填充了X.25分组交换业务和ATM等宽带业务间的断层。它的容量和数据率都比旧的分组交换技术要高得多。帧中继最适于局域网间的互联,因为它的速率高、延迟小、价格低。

同样可用于有类似要求的许多其他方面。

帧中继传送只包含OSI模型的低两层,即物理层和数据链路层。

帧中继服务可提供56/64Kbps到1.544Mbps的数据通信速率,它能承受比X.25更高的通信量,帧中继交换节点的延迟比X.25小得多。帧中继具有按需分配带宽(BandwidthonDemand)的能力,可以在高速和远距离情况下承受局域网的突发通信,所以,通常被用于局域网到局域网的网间互联、主机访问以及数据文件传送。帧中继对用户完全透明,它使用标准的广域网用户接口,可以和ISDN及ATM服务共存。

⑤虚拟专用网:VPN在前面介绍的广域网互联技术中,有的是基于公用网络的,例如,ISDN,X.25等。由邮电通信部门建设,面向公众开放,其优点是速度快,租用费用便宜,缺点是各用户之间难以划分界限,安全性差。还有的是基于专线的,如DDN,由各行业或大企业自己建设,用户只限于本组织内部。这样的优点是专线专用,安全性好,但各个网络之间相互独立,规模小,互相访问很慢,不利于信息资源的共享和提高信息资源的利用率,而且网络运行维护费用高、可靠性差。VPN把信息加密后重新组包在公用网络上传输,并使用隧道技术,使用户感觉好像直接和他们的私有网络相连,是一种集网络加密、访问控制、认证和网络管理于一体,能够实现廉价的、安全可靠的跨地域的数据通信。

内联网和外联网利用Internet技术,可以构建不同的应用。对于Internet在企业业务中的应用,可以按照对内和对外分成Intranet和Extranet,又称内联网和外联网。