【正文】 等 22 網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)是指通信系統(tǒng)的整體設計它為網(wǎng)絡硬件軟件協(xié)議存取控制和拓 撲 提 供標 準 典型 的 網(wǎng)絡 體 系結(jié) 構(gòu) 包括 開 放系 統(tǒng) 互連 Open System InterconnectionOSI 參考模型和傳輸控制協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 Transmission Control ProtocolInter ProtocolTCPIP 參考模型盡管與 OSI 模型相關(guān)的協(xié)議已經(jīng)很少在使用了但是該參考模型本身是非常通用的并且仍然有效在每一層上討論的到的特性也仍然非常重要 TCPIP 模型卻有著不同的特點模型本身并不非常有效但是協(xié)議卻被廣泛的使用開了 OSI 參考模型 OSI 參考模型分為七層如圖 21 所示各層功能描述如下 應用層是 OSI 參考模型的最高層也是用戶訪問網(wǎng)絡的接口層是直接面向用戶的在 OSI 的環(huán)境下應用層為用戶提供各種服務例如電子郵件文件傳輸和遠程登錄等 表示層負責處理不同的數(shù)據(jù)在表示上的差異以及相互轉(zhuǎn)換如 ASCII 與UNICODE 之間的轉(zhuǎn)換不同格式文件的 轉(zhuǎn)換不兼容終端的數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)加密解密等 會話層負責建立管理和拆除進程之間的通信連接進程是指電子郵件文件傳輸?shù)纫淮为毩⑦\行的程序 傳輸層提供端到端的通信它從會話層接收數(shù)據(jù)進行適當?shù)奶幚碇髠魉偷木W(wǎng)絡層在網(wǎng)絡另一端的傳輸層從網(wǎng)絡層接收對方傳來的數(shù)據(jù)進行逆向處理后提交給會話層 網(wǎng)絡層負責提供連接和數(shù)據(jù)路由包括處理輸出報文分組的地址解析輸入報文的地址和維護路由信息以便對通信鏈路的變化作出適當?shù)捻憫? 數(shù)據(jù)鏈路層提供網(wǎng)絡相鄰節(jié)點間的可靠通信傳輸以幀為單位的數(shù)據(jù)包向網(wǎng)絡層提供正確無誤的信息包的發(fā)送和接收服務 物理層通過物理介質(zhì)傳送和接收原始的二進制位流 TCPIP 參考模型 TCPIP參考模型共有四個層次相對 OSI參考模型要簡單得多因此在實際的使用中比 OSI 模型更具有實用性所以它得到了更好的發(fā)展現(xiàn)在的計算機網(wǎng)絡大多是 TCPIP 參考模型結(jié)構(gòu)圖 22 所示為 OSI 參考模型與 TCPIP 參考模型的對比TCPIP 模型所定義的 4 個層次的主要功能如下 應用層為用戶表示應用數(shù)據(jù)例如 HTTP在如 Inter瀏覽器的 Web瀏覽器應用程序中為用戶表示數(shù)據(jù) 傳輸層支持設備間的通信和執(zhí)行錯誤糾正 Inter 層網(wǎng)際層確定通 過網(wǎng)絡的最佳路徑 網(wǎng)絡接口層控制網(wǎng)絡的硬件設備和介質(zhì) OSI 參考模型與 TCPIP 參考模型的比較 通過圖 22 的對比很容易可以發(fā)現(xiàn) OSI 的應用表示會話層的功能被合并到TCPIP 模型的應用層網(wǎng)絡的大部分功能存在于傳輸層和網(wǎng)絡層因而他們保留在獨立的層里 OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層被合并到了 TCPIP模型的網(wǎng)絡接口層 OSI 參考模型是一種過于理想化的體系結(jié)構(gòu)在實際的實施過程中有比較大的難度但它卻很好的為我們擔供了一個體系分層的參考有著很好的指導作用TCPIP 參考模型是一個事實上模型因其更具有實用性所以它得 到了更廣泛的支持和應用使得 TCPIP 成為事實上的工業(yè)標準 23 常用網(wǎng)絡連接設備 網(wǎng)關(guān) Gateway 網(wǎng)關(guān)是指在采用不同體系結(jié)構(gòu)或協(xié)議的網(wǎng)絡之間進行互通時用于提供協(xié)議轉(zhuǎn)換路由選擇數(shù)據(jù)交換等網(wǎng)絡兼容功能的設施 按照不同的分類標準網(wǎng)關(guān)也有很多種 TCPIP 協(xié)議里的網(wǎng)關(guān)是最常用的在這里我們所講的網(wǎng)關(guān)均指 TCPIP 協(xié)議下的網(wǎng)關(guān)那么網(wǎng)關(guān)到底是什么呢網(wǎng)關(guān)實質(zhì)上是一個網(wǎng)絡通向其他網(wǎng)絡的 IP地址比如有網(wǎng)絡 A和網(wǎng)絡 B網(wǎng)絡 A的 IP地址范圍為 1254 子網(wǎng)掩碼 0 網(wǎng)絡 B 的 IP 地址范圍為 1254 子網(wǎng)掩碼0 在沒有路由器的情況下兩個網(wǎng)絡之間是不能進行 TCPIP 通信的即使是兩個網(wǎng)絡連接在同一臺交換機或集線器上 TCPIP 協(xié)議也會根據(jù)子網(wǎng)掩碼 0 判定兩個網(wǎng)絡中的主機處在不同的網(wǎng)絡里而要實現(xiàn)這兩個網(wǎng)絡之間的通信則必須通過網(wǎng)關(guān)如果網(wǎng)絡 A 中的用戶主機發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的目的主機不在本地網(wǎng)絡中就把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給它自己的網(wǎng)關(guān)再由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡 B的網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡 B的網(wǎng)關(guān)再轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡B 的某個用戶主機如圖 23 所示網(wǎng)絡 B 向網(wǎng)絡 A 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過程也是類似的只有設置好網(wǎng)關(guān)的 IP地址 TCPIP協(xié)議才能實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的相互通信網(wǎng)關(guān)的 IP地址是具有路由功能的設備的 IP 地址具有路由功能的設備有路由器啟用了路由協(xié)議的服務器實質(zhì)上相當于一臺路由器代理服務器也相當于一臺路由器 路由器 Router 路由器是連接因特網(wǎng)中各局域網(wǎng)廣域網(wǎng)的設備它會根據(jù)信道的情況自動選擇和設定路由以最佳路徑按前后順序發(fā)送信號的設備 路由器是一種專門的計算機在所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的運作中都扮演著極為重要的角色路由器主要負責連接各個網(wǎng)絡它的功能有確定發(fā)送數(shù)據(jù)包的最佳路徑將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目的地需要指出的是當兩個不同類型的網(wǎng)絡彼此相連時必須使用路由器例如 LAN A 是以太網(wǎng)類型 LAN B 是令牌環(huán)網(wǎng)類型此時就可以用路由器將這兩個局域網(wǎng)相連如圖 24 所示 路由器通過獲知遠程網(wǎng)絡和維護數(shù)據(jù)路由信息來進行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)是多個 IP網(wǎng)絡的匯合點或結(jié)合部分它主要依據(jù)第三層信息即目的 IP 地址來做出轉(zhuǎn)發(fā)覺定路由器使用路由表來查找數(shù)據(jù)包的目的 IP 與路由表中網(wǎng)絡地址之間的最佳匹配路由表最后會確定轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的送出接口然后路由器會將數(shù)據(jù)包封裝為適合該送出接口的數(shù)據(jù)鏈路幀 路由器選擇通暢快捷的近路能大大提高通信速度減輕網(wǎng)絡系統(tǒng)通信負荷節(jié)約網(wǎng)絡系統(tǒng)資源提高網(wǎng)絡系統(tǒng)暢通率從而讓網(wǎng)絡系統(tǒng)發(fā)揮出更大的效益來目前路由器已經(jīng)廣泛 應用于各行各業(yè)各種不同檔次的產(chǎn)品已經(jīng)成為實現(xiàn)各種骨干網(wǎng)內(nèi)部連接骨干網(wǎng)間互聯(lián)和骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通業(yè)務的主力軍 交換機 Switch 交換機 Switch 是一種用于電信號轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡設備它可以為接入交換機的任意兩個網(wǎng)絡節(jié)點提供獨享的電信號通路最常見的交換機是以太網(wǎng)交換機 以太網(wǎng)交換機是基于目的主機網(wǎng)卡的硬件地址 Media Access Control MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)交換機自身維護著一個表稱為 MAC表該表將目的 MAC地址與連接節(jié)點的端口進行映射交換機可以通過學習向 MAC表中填入 MAC地址及其對應的端口之 間的映射關(guān)系通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址 交換機還可以將 LAN 細分為多個單獨的沖突域其每個端口都代表一個單獨的沖突域并為該端口連接的節(jié)點提供完全的介質(zhì)帶寬如圖 25 所示在所有節(jié)點直接連接到交換機的 LAN 中網(wǎng)絡的吞吐量大幅增加每個用戶計算機連接到交換機的獨立端口是一個獨立的沖突域并擁有全部帶寬這種增加主要是由于三個原因每個端口有專用的帶寬沒有沖突的環(huán)境全雙工通信所謂全雙工是指在全雙工通信中數(shù)據(jù)流為雙向因此可以同時發(fā)送和接受數(shù)據(jù) 網(wǎng)橋 Bridge 網(wǎng)橋是 LAN 早期較為常用的設備網(wǎng)橋逐漸被交換機所取代使得交換機成為目前 LAN 常用設備網(wǎng)橋用于連接或橋接兩個物理網(wǎng)段可對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的流通進行管理它工作于數(shù)據(jù)鏈路層根據(jù) MAC 地址來轉(zhuǎn)發(fā)幀不但能擴展網(wǎng)絡的距離或范圍而且可提高網(wǎng)絡的性能可靠性和安全性網(wǎng)橋的功能如同交換機網(wǎng)橋與交換機的區(qū)別在與市場而不在與技術(shù)網(wǎng)橋和交換機對網(wǎng)絡進行分段的方式相同交換機就是一個多端口的網(wǎng)橋確切地說高端口密度的網(wǎng)橋就稱為局域網(wǎng)交換機 通俗的說網(wǎng)橋的工作像很早以前的電話接線員你撥給接線員告訴他接給誰他接給誰但網(wǎng)橋和接線員不同的地方是網(wǎng)橋自身 維護著一張表稱為 MAC 表它可以通過學習向 MAC表中填入 MAC地址及其對應的端口之間的映射關(guān)系下次再發(fā)送數(shù)據(jù)時不會再廣播網(wǎng)橋內(nèi)所有接口都在一個廣播域在網(wǎng)橋不知道你去的目的地時會發(fā)送廣播包到所有設備直到有你想找的為止 集線器 Hub 集線器 Hub 的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大以擴大網(wǎng)絡的傳輸距離同時把所有節(jié)點集中在以它為中心的節(jié)點上它工作于 OSI 參考模型第一層即物理層集線器與網(wǎng)卡網(wǎng)線等傳輸介質(zhì)一樣屬于局域網(wǎng)中的基礎設備采用CSMACDCarrier Sense Multiple AccessCollision Detect 即載波監(jiān)聽多路訪問沖突檢測方法訪問方式集線器不具有網(wǎng)絡管理的功能故價格比較便宜在一般中小型企業(yè)的環(huán)境中若所連接的電腦不多 1020 臺且使用者集中在某一區(qū)域則可選用廉價且使用的集線器 集線器屬于純硬件網(wǎng)絡底層設備基本上不具有類似于交換機的 智能記憶 能力和 學習 能力它也不具備交換機所具有的 MAC 地址表所以它發(fā)送數(shù)據(jù)時都是沒有針對性的而是采用廣播方式發(fā)送也就是說當它要向某節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時不是直接把數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點而是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到與集線器相連的所有節(jié)點如圖 26 所示 中繼 器 Repeater 中繼器 Repeater 是局域網(wǎng)環(huán)境下用來延長網(wǎng)絡距離的最簡單最廉價的互聯(lián)設備操作在 OSI 的物理層中繼器對在線路上的信號具有放大再生的功能 中繼器是連接網(wǎng)絡線路的一種裝置常用于兩個網(wǎng)絡節(jié)點之間物理信號的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作中繼器是最簡單的網(wǎng)絡互聯(lián)設備主要完成物理層的功能負責在兩個節(jié)點的物理層上按位傳遞信息完成信號的復制調(diào)整和放大功能以此來延長網(wǎng)絡的長度由于存在損耗在線路上傳輸?shù)男盘柟β蕰饾u衰減衰減到一定程度時將造成信號失真因此會導致接收錯誤中繼器就是為解決這一問題而設計的它完成物理線路的連接對衰 減的信號進行放大保持與原數(shù)據(jù)相同一般情況下中繼器的兩端連接的是相同的媒體但有的中繼器也可以完成不同媒體的轉(zhuǎn)接工作從理論上講中繼器的使用是無限的網(wǎng)絡也因此可以無限延長事實上這是不可能的因為網(wǎng)絡標準中都對信號的延遲范圍作了具體的規(guī)定中繼器只能在此規(guī)定范圍內(nèi)進行有效的工作否則會引起網(wǎng)絡故障 第 3 章 局域網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀分析與分類 局域網(wǎng) Local Area NetworkLAN 產(chǎn)生于 20 世紀 70 年代微型計算機的發(fā)明和迅速流行計算機應用的不斷深入和擴大以及對信息交流資源共享和高帶寬的迫切需求都直接推動了局域網(wǎng)的 發(fā)展進入 20世紀 90年代局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展突飛猛進新技術(shù)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)特別是交換技術(shù)的出現(xiàn)更使局域網(wǎng)技術(shù)進入了一個嶄新的階段 局域網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡的重要組成部分是當今計算機網(wǎng)絡技術(shù)應用與發(fā)展非?；钴S的一個領域公司企業(yè)政府部門及住宅小區(qū)內(nèi)的計算機都通過 LAN 連接起來以達到資源共享信息傳遞和數(shù)據(jù)通信的目的而信息化進程的加快更是刺激了通過 LAN 進行網(wǎng)絡互連需求的劇增 31 局域網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀 在局域網(wǎng) 組網(wǎng)技術(shù) 中比較 成熟且 應用較多 的技術(shù) 的網(wǎng)絡 類型有EtherATMAsynchronous Transfer Mode 異步 傳輸模式 DDNDigital Data Network 數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng) X25FDDIFiber Distributed Data Interface 光纖分布式數(shù)據(jù)接口其中 100M的 FDDI面臨淘汰數(shù)據(jù)分配上也分為共享式和交換式網(wǎng)間數(shù)據(jù)交換核心方面分為路由和三層交換兩種 在以上幾個方面中網(wǎng)絡類型的選擇是關(guān)鍵目前的主要技術(shù)之爭是發(fā)生在以太網(wǎng)和 ATM之間的這兩種技術(shù)各有短長 ATM技術(shù)相對以太網(wǎng)來說是一種較為為新型的技術(shù)它基于面向連接提供 QoS 保障在實時數(shù)據(jù)傳送預留帶寬方面有不可比擬的優(yōu)越性特別適合實時多媒體的交互式通 訊和一些突發(fā)性的數(shù)據(jù)傳送要求它針對不同的數(shù)據(jù)通訊類型會給予不同的質(zhì)量保證另外小信元有利于速率的不斷提高但由于其技術(shù)成熟度不夠且目前直接基于 ATM 的應用類型還比較少它的優(yōu)越性受到了限制此外它的元件和設備價格昂貴是另一個不利與推廣的弱點而以太網(wǎng)則是應用最廣泛發(fā)展最成熟的一種局域網(wǎng)以太網(wǎng)的標準化程度非常高并且價格低廉得到了業(yè)界幾乎所有廠商的支持 32 局域網(wǎng)分類 從目前的發(fā)展情況來看局域網(wǎng)可以分為兩類共享介質(zhì)局域網(wǎng) Shared LAN 如以太網(wǎng)令牌環(huán)令牌總線交換式局域網(wǎng) Switched LAN 如交換式以太網(wǎng) ATM 局 域網(wǎng) 以太網(wǎng) Ether是目前應用最廣的一類局域網(wǎng) 10BaseT以太網(wǎng)的中心連接設備是集線器 Hub 它是對共享介質(zhì)總線型局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一種改進用集線器作為以太網(wǎng)的中心連接設備時所有結(jié)點通過非屏蔽雙絞線與集線器連接這樣的以太網(wǎng)在物理結(jié)構(gòu)上是星型結(jié)構(gòu)但它在邏輯上仍然是總線型結(jié)構(gòu)并且在 MAC 層仍然采用 CSMACD 介質(zhì)訪問控制方式當集線器接收到某個結(jié)點發(fā)送的幀時它立即將數(shù)據(jù)幀通過廣播方式轉(zhuǎn)發(fā)到其它端口 在 10Bas