大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第7章

第7章

局域網(wǎng)知識點(diǎn)：局域網(wǎng)基礎(chǔ)知識網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)局域網(wǎng)工作原理網(wǎng)絡(luò)硬件通過對本章的學(xué)習(xí)掌握常見的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和以太網(wǎng)；掌握局域網(wǎng)的特點(diǎn)和工作方式以及功能；理解局域網(wǎng)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)和硬件知識以及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；在完成本章的學(xué)習(xí)后能夠初步掌握簡單局域網(wǎng)的組建方法。

7.1局域網(wǎng)概述

局域網(wǎng)特點(diǎn)：為一個單位所擁有，其地理范圍和站點(diǎn)個數(shù)比較有限。網(wǎng)絡(luò)中所有的站點(diǎn)共享帶寬（即網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各站點(diǎn)間的傳輸速率基本相同）。具有較低時間延遲和誤碼率。各個站點(diǎn)間為平等關(guān)系。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可以進(jìn)行廣播（broadcast）（即一個站點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他所有站點(diǎn)發(fā)送消息）或多播（multicast）（即一個站點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)多個站點(diǎn)發(fā)送消息）。局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：能夠方便地共享網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的外部設(shè)備、主機(jī)、數(shù)據(jù)等，做到一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的終端可以訪問網(wǎng)內(nèi)任意共享的資源?？梢院芊奖愕貙?shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展和演變。能夠提高系統(tǒng)的可靠性、可用性和殘存性。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備的響應(yīng)速度快。入網(wǎng)的設(shè)備位置可以不固定并能。7.2局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

7.2.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)概念拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：通信子網(wǎng)中站點(diǎn)與鏈路相互連接的不同物理形態(tài)，反映了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形態(tài)，是網(wǎng)絡(luò)中資源的連接方式。

注：在實(shí)際中，我們通常認(rèn)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是局域網(wǎng)的傳輸介質(zhì)和連接到網(wǎng)絡(luò)上的任意設(shè)備之間在物理上的一種布線結(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類：邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：用來描述網(wǎng)絡(luò)中各站點(diǎn)間的信息流動形式或介質(zhì)訪問控制方法。物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：用來描述網(wǎng)絡(luò)硬件的布局，即網(wǎng)絡(luò)的物理連接形狀。

一、星形拓?fù)洌⊿tarTopology）星形拓?fù)洌壕W(wǎng)絡(luò)中央的主站點(diǎn)通過點(diǎn)對點(diǎn)的連接方式與工作站通信的組網(wǎng)方式。

優(yōu)點(diǎn)：

1、組網(wǎng)方式簡單，管理容易；

2、對工作站點(diǎn)的擴(kuò)充性強(qiáng)；

3、網(wǎng)絡(luò)中某個工作站點(diǎn)發(fā)生故障時對網(wǎng)絡(luò)的整體不會造成任何影響；缺點(diǎn)：

1、組網(wǎng)的費(fèi)用較貴；

2、當(dāng)主站點(diǎn)發(fā)生故障時，將使整個網(wǎng)絡(luò)面臨癱瘓的局面；

圖7-1星形網(wǎng)

二、環(huán)形拓?fù)洌≧ingTopology）

環(huán)形拓?fù)洌赫军c(diǎn)之間通過中繼器的點(diǎn)對點(diǎn)連接而形成的一個閉合的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以避免網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)之間的沖突；缺點(diǎn)：

1、建設(shè)環(huán)形結(jié)構(gòu)所需要的通信設(shè)備通常比其他網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)貴；

2、網(wǎng)絡(luò)的后期管理也比其他網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜；注：實(shí)際應(yīng)用中常用環(huán)形拓?fù)渥鳛楦咚賹拵ЬW(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)。圖7-2環(huán)形網(wǎng)

三、總線拓?fù)洌˙usTopology）

總線拓?fù)洌壕W(wǎng)絡(luò)使用一根傳輸線作為傳輸介質(zhì)，各站點(diǎn)通過硬件直接連接到線路上實(shí)現(xiàn)資源的共享。優(yōu)點(diǎn)：

1、結(jié)構(gòu)非常簡單容易實(shí)現(xiàn)；

2、網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)容易，并且價格便宜；

3、站點(diǎn)入網(wǎng)方式靈活用戶隨時可進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)；缺點(diǎn)：這種結(jié)構(gòu)當(dāng)中一旦傳輸線出現(xiàn)故障將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的直接癱瘓。注：隨著目前局域網(wǎng)中信息傳輸量的增多，總線拓?fù)錈o法承擔(dān)大數(shù)據(jù)量的傳輸，所以這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正在逐漸被淘汰。

圖7-3總線網(wǎng)7.2.2各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理一、令牌總線網(wǎng)令牌總線網(wǎng)：一種基于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并且使用IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)。特點(diǎn)：

1、在物理上是一個總線網(wǎng)，

2、在邏輯上是一個令牌網(wǎng)；即令牌傳遞的順序與站點(diǎn)的位置無關(guān)。

3、接入方便和可靠性較高；

4、“無沖突”和“發(fā)送時延有確定的上限制”；例如：網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)B因故障損壞，站點(diǎn)E不能正常工作時，剩下的3個站點(diǎn)可在邏輯上重新組成一個令牌總線網(wǎng)，按照A→C→D→E→…的順序正常通信。二、令牌環(huán)令牌環(huán)：一種基于環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并且使用IEEE802.5的局域網(wǎng)。特點(diǎn)：

1、每一個站點(diǎn)通過電纜與干線耦合器（TrunkCouplingUnit）相連。

2、網(wǎng)絡(luò)通過干線耦合器的收聽或發(fā)送方式實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸。星形令牌環(huán)路：這種結(jié)構(gòu)只需要在每個干線耦合器的接入環(huán)路處安裝一個繼電器。當(dāng)站點(diǎn)不工作或干線耦合器出故障時，繼電器的開關(guān)是閉合的，這時可以將站點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)中分離出去。當(dāng)站點(diǎn)正常工作時，繼電器的開關(guān)打開，站點(diǎn)重新回到環(huán)路中。從而避免網(wǎng)絡(luò)因某個站點(diǎn)故障而整體癱瘓。

干線耦合器普通令牌環(huán)具體工作簡圖：（1）在網(wǎng)絡(luò)中肯定存在一個特殊的信息即令牌。它平時不停地在環(huán)路上流動。如圖a所示令牌在環(huán)路中流動（2）當(dāng)站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須先使用干線耦合器截獲環(huán)路中的令牌，同時修改被截獲的令牌中的信息以阻止令牌繼續(xù)在環(huán)路中流動，并且將站點(diǎn)的干線耦合器由收聽狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)送狀態(tài)。如圖b所示截獲令牌進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。（3）環(huán)路中的每一個站點(diǎn)都使用干線耦合器將此數(shù)據(jù)接收并向下一個站點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。如圖c所示數(shù)據(jù)經(jīng)中間站點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)成功到達(dá)目的。（4）當(dāng)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)一周并且被目的站點(diǎn)接收后安全回到出發(fā)站點(diǎn)，保存有令牌的干線耦合器將修改令牌中的信息讓令牌可以重新在環(huán)路中流動，同時將站點(diǎn)的干線耦合器由發(fā)送轉(zhuǎn)變?yōu)槭章牋顟B(tài)。如圖d所示A站回收數(shù)據(jù)后，重新發(fā)出令牌令牌圖a圖b圖c圖d星形令牌環(huán)工作簡圖：（1）星形環(huán)路的結(jié)構(gòu)只需要在每個干線耦合器的接入環(huán)路處安裝一個繼電器。當(dāng)站點(diǎn)不工作或干線耦合器出故障時，繼電器的開關(guān)是閉合的，這時可以將站點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)中分離出去。當(dāng)站點(diǎn)正常工作時，繼電器的開關(guān)打開，站點(diǎn)重新回到環(huán)路中。如下圖所示。（2）站點(diǎn)B和站點(diǎn)C均被閉合的繼電器從網(wǎng)絡(luò)中分離出去，但整個環(huán)路沒有斷開，未出故障的站點(diǎn)仍然可以通過網(wǎng)絡(luò)相互通信。三、交換式以太網(wǎng)的工作原理

（1）存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換：采用這種方式時，集線器就像一個分組節(jié)點(diǎn)交換機(jī)。它從一個輸入端接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)暫存然后根據(jù)數(shù)據(jù)中目的地址將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到適當(dāng)?shù)妮敵龆丝?，?shí)現(xiàn)站點(diǎn)間的通信連接。（2）直通交換：這種方式利用了目的地址存在于數(shù)據(jù)的最前面這一特性。通信時數(shù)據(jù)無需暫存，交換機(jī)在收到數(shù)據(jù)后立即將數(shù)據(jù)按地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。從而使得數(shù)據(jù)的傳輸速率大幅提高，但是這種交換有可能將網(wǎng)絡(luò)中的一些無效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)各其他的站點(diǎn)。

7.2.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的比較和展望1．網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的比較

（1）令牌總線網(wǎng)使用得最為廣泛。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的整個電纜是絕緣的，站點(diǎn)的接入與安裝又很方便。每個站點(diǎn)隨時都可以向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息。并且參照802.4協(xié)議由于使用高可靠的電視電纜。發(fā)送時延是基本確定不變，該協(xié)議沒有對數(shù)據(jù)的長度設(shè)置下限；還可以為站點(diǎn)設(shè)定優(yōu)先級，有利于傳送數(shù)字化的分組話音信號，同時令牌總線局域網(wǎng)在重載時的良好表現(xiàn)，實(shí)際上已經(jīng)成為時分復(fù)用TDM。（2）參照802.5協(xié)議的令牌環(huán)形網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方式雖然具有多樣性并且也可以在網(wǎng)內(nèi)設(shè)置站點(diǎn)的優(yōu)先級，然而它具有一個主要的缺點(diǎn)就是令牌的管理采用了集中管理方式。當(dāng)管理令牌的站點(diǎn)出現(xiàn)故障時，按照協(xié)議網(wǎng)絡(luò)雖然可以再產(chǎn)生一個新的令牌管理站點(diǎn)，但是當(dāng)故障站點(diǎn)恢復(fù)是網(wǎng)絡(luò)中就會出現(xiàn)兩個令牌從而在網(wǎng)絡(luò)中造成令牌沖突，使得網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生較長的時延。

結(jié)論：基于令牌的局域網(wǎng)可達(dá)到接近于100%的效率。若負(fù)載的范圍只是輕等或中等，那么任意一種局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都可以勝任。2．網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的展望隨著藍(lán)牙技術(shù)、HomeRF技術(shù)、IEEE802.11等技術(shù)的成熟，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)入無線局域網(wǎng)的拓?fù)鋾r代。

7.3局域網(wǎng)的硬件組成

組成局域網(wǎng)的硬件主要有四種類型：一是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；二是網(wǎng)絡(luò)工作站；三是交換式集線器；四是連接線即傳輸介質(zhì)，主要是電纜或雙絞線，還有光纖。1．網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器即指文件服務(wù)器。文件服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)中最重要的硬件設(shè)備。其中裝有NOS（網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)）、系統(tǒng)管理工具和各種應(yīng)用程序等，是組建一個客戶機(jī)/服務(wù)器局域網(wǎng)所必需的基本配置；主要應(yīng)用在一般的LAN當(dāng)中；在Novell網(wǎng)中，還有其他兩種服務(wù)器：一是打印服務(wù)器，用來管理和控制網(wǎng)絡(luò)中的打印任務(wù)；二是異步通信服務(wù)器，主要用于進(jìn)行遠(yuǎn)程通信和與其他異步主機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。文件服務(wù)器打印服務(wù)器通信服務(wù)器2．網(wǎng)絡(luò)工作站對于網(wǎng)絡(luò)工作站基本上是我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫膫€人PC，當(dāng)然有時也可以使用一些服務(wù)器作為工作站。3．交換式集線器分為以下三種類型（1）對被傳送數(shù)據(jù)不做任何添加的PassiveHUB，稱為被動集線器。（2）能再生信號，監(jiān)測數(shù)據(jù)通訊的ActiveHUB，稱為主動集線器。（3）能提供網(wǎng)絡(luò)管理功能的IntelligentHUB，被稱為智能集線器。中繼器（Repeater）用于連接同類型的兩個局域網(wǎng)或延伸一個局域網(wǎng)。也可以對收到的網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行放大然后發(fā)送到另一網(wǎng)絡(luò)。圖1被動集線器圖2主動集線器4．網(wǎng)絡(luò)連接線局域網(wǎng)中通常會使用多種傳輸媒體。（1）雙絞線（TwistedPair）雙絞線由于價格便宜是目前局域網(wǎng)中使用范圍最廣的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，主要用于100Mb/s以下的基帶局域網(wǎng)中。（2）同軸電纜（CoaxialCable）同軸電纜根據(jù)電阻的不同其傳輸速率有相應(yīng)的改變，電阻為

50歐姆的細(xì)纜傳輸速率為10Mb/s，而電阻為70歐姆的粗纜傳輸速率為50Mb/s；但是無論是哪種類型的電纜它的傳輸距離都比雙絞線長，同時還具有很強(qiáng)的抗干擾能力。（3）光纖（OpticalFiber）光纖由于具有很好的抗電磁干擾特性和很寬的頻帶，主要用作網(wǎng)絡(luò)的骨架支撐局域網(wǎng)主要的通信線路；數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到

1Gb/s。

7.4局域網(wǎng)的軟件組成及協(xié)議

7.4.1局域網(wǎng)模式

（1）對等（PeertoPeer）模式對等式局域網(wǎng)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)上的所有連接站點(diǎn)地位平等。對等式網(wǎng)絡(luò)原理，如右圖所示，當(dāng)站點(diǎn)A要想調(diào)用站點(diǎn)B的某一個文件時，只要站點(diǎn)B開放該文件，站點(diǎn)A就可以直接讀取該文件并寫入自己的磁盤中。（2）文件服務(wù)器模式文件服務(wù)器模式，如右圖所示，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)都存放在一臺指定的計(jì)算機(jī)中，這臺計(jì)算機(jī)稱之為文件服務(wù)器。它具有三大優(yōu)點(diǎn)：文件服務(wù)器與工作站之間分工明確，信息處理能力明顯增強(qiáng)；數(shù)據(jù)保密性好，可根據(jù)不同需求給用戶不同的權(quán)限；文件安全管理較好，可靠性高。對等模式文件服務(wù)器模式（3）客戶機(jī)/服務(wù)器模式

C/S模式中Client（客戶機(jī)）和Server（服務(wù)器）完全按照其在網(wǎng)絡(luò)中所擔(dān)任的角色而定，可簡單定義為客戶機(jī)為提出服務(wù)請求的一方；服務(wù)器為提供服務(wù)的一方，即在網(wǎng)絡(luò)中響應(yīng)需求方請求并“提供服務(wù)”的一方。C/S模式的應(yīng)用程序運(yùn)作原理。在此原理圖中，一般網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為Netware，服務(wù)器運(yùn)行多用戶SQL數(shù)據(jù)庫，工作站通過SQL的客戶程序向數(shù)據(jù)庫發(fā)出查詢請求，SQL服務(wù)器執(zhí)行這一查詢并將結(jié)果返回客戶。

特點(diǎn)：每個局域網(wǎng)上至少具備一臺服務(wù)器，專為網(wǎng)絡(luò)提供共享資源和服務(wù)，因此對服務(wù)器要求較高；客戶機(jī)經(jīng)過服務(wù)器允許后可以訪問網(wǎng)絡(luò)上的部分共享資源，但本機(jī)資源只供本機(jī)用戶使用；具有良好的網(wǎng)絡(luò)性能并適合于較大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。客戶機(jī)/服務(wù)器模式7.4.2幾種常見的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

目前主流操作系統(tǒng)有UNIX、NetWare、Linux、Windows2000Server等。1．UNIX

優(yōu)點(diǎn)：（1）安全性高

UNIX在系統(tǒng)的安全性方面一直是作得很好的，是任何一種操作系統(tǒng)不能與之相比的。UNIX是為多用戶、多任務(wù)的環(huán)境而設(shè)計(jì)，在用戶權(quán)限、文件、目錄權(quán)限、內(nèi)存的使用等方面都有嚴(yán)格的規(guī)定。是一個真正的多用戶、多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。（2）穩(wěn)定性好

UNIX系統(tǒng)很少會出現(xiàn)死機(jī)等情況，能夠在重負(fù)載情況下穩(wěn)定運(yùn)行，這是和它的多任務(wù)特性，以及對內(nèi)存的使用方式息息相關(guān)的。（3）網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大

UNIX是以Internet的基礎(chǔ)，專門為Internet而設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)：（1）用UNIX建立和管理網(wǎng)絡(luò)比起使用WindowsNT、Windows2000Server等其他操作系統(tǒng)要求具備更多的計(jì)算機(jī)知識技能。（2）UNIX的版本多，各版本之間的兼容性不好，可以在Windows系列操作系統(tǒng)中使用的商業(yè)軟件，不一定能夠在UNIX上使用。（3）UNIX對計(jì)算機(jī)硬件的支持不是很好，往往只能運(yùn)行少數(shù)幾家廠商生產(chǎn)的硬件平臺中。

2．NetWare系列

特點(diǎn)：（1）使用IPX/SPX協(xié)議

IPX/SPX協(xié)議就是Novell公司為Netware系統(tǒng)所專門開發(fā)的。用戶可以構(gòu)建一個IPX/SPX和TCP/IP的混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使網(wǎng)絡(luò)通信變得更加容易。（2）需要專門的服務(wù)器

NetWare的服務(wù)器是不能作為工作站操作系統(tǒng)來運(yùn)行，也不能運(yùn)行在其他操作系統(tǒng)之上。也就是說，運(yùn)行NetWare的網(wǎng)絡(luò)需要至少一臺“專職”的服務(wù)器。

3．WindowsNT/2000（詳見第8章）4．Linux特點(diǎn)：（1）開放的源代碼，非專有資源代碼，可以從Internet上免費(fèi)得到；（2）支持多用戶、多任務(wù)、多平臺、多處理器；（3）支持多種通信協(xié)議；（4）支持多文件系統(tǒng)。缺點(diǎn)：

版本繁多，許多版本之間互相不兼容。