网络的相关概念.doc

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1、网络的相关概念1.1 计算机网络的发展1969年，美国国防部的高级研究项目局（DARPA）开始资助高速、分组通信网的开发项目以用来把各个实验室和研究中心连接起来，这就是ARPANET，并且这个网络是首先采用层次结构的通信系统之一。ARPANET模型比ISO的OSI参考模型早十年。率先采用了目前对等和分组交换网络使用的许多通讯方法。随着ARPANET的发展，他所面临的技术商业化的挑战，主机互连问题的重要性、协议的开放性和互操作性把TCP/IP推向市场。回头看来，我们选择TCP/IP是正确的，经过20多年的风风雨雨，也有人怀疑TCP/IP是一个过时的协议，可以肯定，不能期望这个协议能够解决现代连网

2、的全部要求，在这一期间内出现了许多通讯协议，显然TCP/IP现在非常成熟，是更现代化的协议，后来加入的如OSPF（1989）、PPP（1990）和SNMP（1993），继续显示了TCP/IP的演化性质，而且大多数的ISO协议的发展都沿用这一开放性的模式，于是TCP/IP便成为了“永不消亡的协议”。开放性的标准化协议带给网络互联的是又一个春天，从80年代末开始，局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术，多媒体，智能网络，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。三十年时间，网络技术已全面影响了人类生活的各个领域。网络革命带来的冲击，用美国人的说法：变革

3、之巨大犹如10月工业革命和基督教改革加在一起发生在一代人之内。网络发展必将影响和改变我们生活、工作的方式；通过对互联网、内域网、外域网的整合，我们正在逐渐地用网络化来武装劳动力，以创造新的工作效率。今后电子商务的网络平台是一个集成了数据、语音和视频应用的一体化平台，这一点无庸置疑。三网合一的网络平台以千兆以太网为核心，提供IP QoS的城域和局域骨干网，它是企业数据、语音、视频一体化应用的基础。目前IP语音和视频应用已经开始在运营商市场上普及，在企业中加速其应用的时机已到。网络设计和管理人员必须确保基础设施有处理IP语音和视频应用所需的高可靠、高性能和智能性，这要求高可靠和可用性；成熟的QoS

4、机制；基于策略的网络管理；以及高性能的一致性。“最后一公里”一直是0企业发展电子商务的瓶颈，解决这一问题的方法就是实现宽带接入。目前存在着多种宽带接入方式，ADSL和Cable Modem接入是面向个人和小型商业用户的低成本高效率宽带接入方案，这两种方式是目前最被看好、也是最有潜力的宽带接入方式；通过局域网来实现高速接入在中国独特的密集型居住方式下也很有潜力，发展速度也非常迅速；宽带无线技术也是发展趋势之一，目前主要的宽带无线接入技术有三类，即多路多点分配业务（MMDS）、直播卫星系统（DBS）和本地多点分配业务（LMDS）， 为了满足未来Internet/Intranet访问的需求，业界正在

5、开发新一代的无线局域网和蜂窝网络技术，如HiperLAN2标准。互联网的发展已经到了高速发展阶段，互联网的需求不断增长、技术也在日新月异，最终都是为人们更好的享受网络世界的信息服务，信息沟通，因特网就像空气一样渗入每一个国家、每一个行业、每一家公司、每一个家庭，在我们还来不及思考的时候就来到我们身边，进入我们的生活。1.2 计算机网络的定义计算机网络是指在网络协议控制下，利用某种传输介质和通信手段，把地理上分散的计算机、通信设备及终端等相互联接在一起，达到相互通信和资源共享（如硬盘、打印机等）的计算机复合系统。计算机之间的通信必须通过一种共同的语言，这种语言称之为“通信协议”（“网络标准”），

6、它是计算机用来交换信息时所采用的一种公共语言的规范的协议。目前，网络协议很多，其中TCP/IP协议是常见的一种，它是传输控制协议和网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）的简称，是Internet的核心，已被广泛使用。1.3 计算机网络的分类用于计算机网络分类的标准很多，如拓扑结构，应用协议等。但是这些标准只能反映网络某方面的特征，最能反映网络技术本质特征的分类标准是分布距离，按分布距离分为局域网（LAN），城域网（MAN），广域网（WAN），互联网（INTERNET）。局域网 几米10公里 小型机，微机大量推广后发展起来的，配

7、置容易，速率高，4Mbps2GbpS。 位于一个建筑物或一个单位内，一般不存在寻径问题。城域网 10公里100公里 对一个城市的LAN互联，采用IEEE802.6标准。广域网 也称为远程网，几百公里几千公里。 发展较早，租用专线，通过IMP和线路连接起来，构成网状结构，解决循径问题，速率为9.6Kbps45Mbps如：邮电部的CHINANET，CHINAPAC，和CHINADDN网。互联网 并不是一种具体的网络技术，它是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术。局域网一般是为一个单位、一个地区所有，单机广泛应用的结果必然要求跨部门、跨地区甚至跨国家的网络互连，以便进行无纸贸易、国际

8、间电子邮件的传递、数据信息查询等服务，因此，局域网络技术发展的结果必然导致网络互连。而网络互连时应当作到以下几点：l 网络之间至少提供1条物理上连接的的链路及对这条链路的控制规程。l 在不同网络的进程之间提供合适的路由，以便交换数据。l 对用户使用互联网提供计费服务，它始终记录不同网络和不同网关的使用情况，并维护这些状态信息。1.4 计算机网络设备在网络互联时，一般不能简单地直接连接，而是通过一个中间设备互联，按中间设备在OSI模型中所处的层次来划分，可将中间设备分为以下6种。(1) 集线器（HUB）：又称为中继器，在物理层实现互联。(2) 网桥（Bridge）：工作在数据链路层，网段间桥接。

9、(3) 交换机（Switch）：在数据链路层实现互联。(4) 路由器（Router）：在网络层实现互联。(5) 桥路由（Brouter）：是网桥和路由器的混合产物，兼有网桥和路由器的功能。(6) 网关（Gateway）：在传输层及以上的层次实现互联.1.5 结构化布线1.5.1 定义 结构化布线系统是一个能够支持任何用户选择的话音、数据、图形图像应用的电信布线系统。系统应能支持话音、图形、图像、数据多媒体、安全监控、传感等各种信息的传输，支持UTP、光纤、STP、同轴电缆等各种传输载体，支持多用户多类型产品的应用，支持高速网络的应用。 1.5.2 特点 结构化布线系统具有以下特点：1)实用性：

10、能支持多种数据通信、多媒体技术及信息管理系统等，能够适应现代和未来技术的发展； 2)灵活性：任意信息点能够连接不同类型的设备，如微机、打印机、终端、服务器、监视器等； 3)开放性：能够支持任何厂家的任意网络产品，支持任意网络结构，如总线形、星形、环型等；4)模块化：所有的接插件都是积木式的标准件，方便使用、管理和扩充； 5)扩展性：实施后的结构化布线系统是可扩充的，以便将来有更大需求时，很容易将设备安装接入； 6)经济性：一次性投资，长期受益，维护费用低，使整体投资达到最少。 1.5.3 布线系统的构成 按照一般划分，结构化布线系统包括六个子系统：工作区子系统、水平支干线子系统、管理子系统、垂

11、直主干子系统、设备子系统和建筑群主干子系统。 1)建筑群主干子系统 提供外部建筑物与大楼内布线的连接点。EIA/TIA569标准规定了网络接口的物理规格，实现建筑群之间的连接。 2)设备子系统 EIA/TIA569标准规定了设备间的设备布线。它是布线系统最主要的管理区域，所有楼层的资料都由电缆或光纤电缆传送至此。通常，此系统安装在计算机系统、网络系统和程控机系统的主机房内。 3)垂直主干子系统 它连接通讯室、设备间和入口设备，包括主干电缆、中间交换和主交接、机械终端和用于主干到主干交换的接插线或插头。主干布线要采用星形拓扑结构，接地应符合EIA/TIA607规定的要求。 4)管理子系统 此部分

12、放置电信布线系统设备，包括水平和主干布线系统的机械终端和1或交换。 5)水平支干线子系统 连接管理子系统至工作区，包括水平布线、信息插座、电缆终端及交换。指定的拓扑结构为星形拓扑。 水平布线可选择的介质有三种(100欧姆UTP电缆、150欧姆STP电缆及62.5/125微米光缆)，最远的延伸距离为90米，除了90米水平电缆外，工作区与管理子系统的接插线和跨接线电缆的总长可达10米。 6)工作区子系统 工作区由信息插座延伸至站设备。工作区布线要求相对简单，这样就容易移动、添加和变更设备。 1.5.4 介质及连接硬件的性能规格 在结构化布线系统中，布线硬件主要包括：配线架、传输介质、通信插座、插座

13、板、线槽和管道等。 1)介质 主要有双绞线和光纤，在我国主要采用无屏蔽双绞线与光缆混合使用的方法。光纤主要用于高质量信息传输及主干连接，按信号传送方式可分为多模光纤和单模光纤两种，线径为62.5/125微米。在水平连接上主要使用多模光纤，在垂直主干上主要使用单模光纤。现在，使用100欧姆无屏蔽双绞线已成为一种共识，它分为3类、4类和5类三种。 2)接头及插座 在每个工作区至少应有两个信息插座，一个用于语音，一个用于数据。插座的管脚组合为 ：1&2、3&6、4&5、7&8。 3)屏蔽与非屏蔽系统的选择 我国基本上采用北美的结构化布线策略，即使用无屏蔽双绞线十光纤的混合布线方式。 (1)屏蔽的含义

14、 屏蔽系统是为了保证在有干扰环境下系统的传输性能。抗干扰性能包括两个方面，即系统抵御外来电磁干扰的能力和系统本身向外插射电磁干扰的能力，对于后者，欧洲通过了电磁兼容性测试标准EMC规范。实现屏蔽的一般方法是在连接硬件外层包上金属屏蔽，层以滤除不必要的电磁波。现已有STP及SCTP两种不同结构的屏蔽线供选择。 (2)屏蔽系统的缺陷 A.接地问题 屏蔽系统的屏蔽层应该接地。在频率低于1MHz时，一点接地即可。当频率高于1MHz时，EMC认为最好在多个位置接地。通常的做法是在每隔波长十分之一的长度处接地，且接地线的长度应小于波长的十二分之一。如果接地不良(接地电阻过大、拦地电位不均衡等)，会产生电势

15、差，这样，将构成保证屏蔽系统性能的最大障碍和隐患。 B.系统整体性 屏蔽电缆不能决定系统的整体EMC性能。屏蔽系统的整体性取决于系统中最弱的元器伯。如跳接面板、连接器信息口、设备等。因此，若屏蔽线在安装过程中出现袭缝，则构成子屏蔽系统中最危险的环节。 C.屏幕子流的抗干扰性能 屏蔽系统的屏蔽层并不能低御频率较低的噪声，在低频时，屏蔽系统的噪音至少与非屏蔽系统一样。 而且，由于屏蔽式8芯模块插头无统一标准，无现场测试屏蔽有效程序的方法等原因，人们一般不采用屏蔽双绞线1.6 传输介质1.6.1 同轴电缆同轴电缆可分为两种基本类型，基带同轴电缆和宽带同轴电缆。目前基带常用的电缆，其屏蔽线是用铜做成的

16、网状的，特征阻抗为50(如RG-8、RG-58等)；宽带同轴电缆常用的电缆的屏蔽层通常是用铝冲压成的，特征阻抗为75(如RG-59等)。粗同轴电缆与细同轴电缆是指同轴电缆的直径大还是小。粗缆适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长、可靠性高。由于安装时不需要切断电缆，因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置。但粗缆网络必须安装收发器和收发器电缆，安装难度大，所以总体造价高。相反，细缆安装则比较简单，造价低，但由于安装过程要切断电缆，两头须装上基本网络连接头(BNC)，然后接在T型连接器两端，所以当接头多时容易产生接触不良的隐患，这是目前运行中的以太网所发生的最常见故障之一。1.6.2双绞线双绞

17、线(TP：Twisted Pairwire)是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。双绞线一般由两根2226号绝缘铜导线相互缠绕而成。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。在双绞线电缆(也称双扭线电缆)内，不同线对具有不同的扭绞长度，一般地说，扭绞长度在38.1cm至14cm内，按逆时针方向扭绞，相临线对的扭绞长度在12.7cm以上。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但

18、价格较为低廉。目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP：Unshilded Twisted Pair)和屏蔽双绞线(STP：Shielded Twisted Pair)。虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间，信号的衰减比较大，并且产生波形畸变。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线的质量、长度及传输技术。只要精心选择和安装双绞线，就可以在有限距离内达到每秒几百万位的可靠传输率。当距离很短，并且采用特殊的电子传输技术时，传输率可达100Mbps155Mbps。由于利用双绞线传输信息时要向周围幅射，信息很容易被窃听，因此要花费额

19、外的代价加以屏蔽。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹，以减小幅射，但并不能完全消除辐射。屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。类似于同轴电缆，它必须配有支持屏蔽功能的特殊连结器和相应的安装技术。但它有较高的传输速率，100米内可达到155Mbps。1.6.3光纤、光缆1.6.3.1光纤光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15mm50mm，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8mm10mm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护

20、。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆，易断裂，因此需要外加一保护层。光纤主要分以下两大类：1）传输点模数类传输点模数类分单模光纤(Single Mode Fiber)和多模光纤(Multi Mode Fiber)。单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。多模光纤是在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤。与单模光纤相比，多模光纤的传输性能较差。2)折射率分布类折射率分布类光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤。跳变式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面，折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯

21、的折射率随着半径的增加按一定规律减小，在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。1.6.3.2 光缆光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆纤维组成，简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质，它有以下几个优点：(1) 频带较宽。(2) 电磁绝缘性能好。光纤电缆中传输的是光束，由于光束不受外界电磁干扰与影响，而且本身也不向外辐射信号，因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。当然，抽头困难是它固有的难题，因为割开的光缆需要再生和重发信号。(3) 衰减较小。可以说在较长距离和范围内信号是一个常数。(4) 中继器的间隔较大，因此可

22、以减少整个通道中继器的数目，可降低成本。根据贝尔实验室的测试，当数据的传输速率为420Mbps且距离为119公里无中继器时，其误码率为108，可见其传输质量很好。而同轴电缆和双绞线每隔几千米就需要接一个中继器。 1.7 网络拓朴结构网络的拓扑结构是抛开网络物理连接来讨论网络系统的连接形式，网络中各站点相互连接的方法和形式称为网络拓扑。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、环型结构、总线结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构、分布式结构等。1.7.1 星型结构星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相

23、连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。它具有如下特点：结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；网络延迟时间较小，传输误差较低。但缺点也是明显的：成本高、可靠性较低、资源共享能力也较差。1.7.2 环型结构环型结构由网络中若干节点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环，这种结构使公共传输电缆组成环型连接，数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。环型结构具有如下特点：信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影

24、响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。1.7.3 总线型结构总线结构是指各工作站和服务器均挂在一条总线上，各工作站地位平等，无中心节点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各节点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。总线型结构的网络特点如下：结构简单，可扩充性好。当需要增加节点时，只需要在总线上增加一个分支接口便可与分支节点相连，当总线负载不允许时还

25、可以扩充总线；使用的电缆少，且安装容易；使用的设备相对简单，可靠性高；维护难，分支节点故障查找难。1.7.4 分布式结构分布式结构的网络是将分布在不同地点的计算机通过线路互连起来的一种网络形式，分布式结构的网络具有如下特点：由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性；网中的路径选择最短路径算法，故网上延迟时间少，传输速率高，但控制复杂；各个节点间均可以直接建立数据链路，信息流程最短；便于全网范围内的资源共享。缺点为连接线路用电缆长，造价高；网络管理软件复杂；报文分组交换、路径选择、流向控制复杂；在一般局域网中不采用这种结构。1.7.5 树型结

26、构树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。1.7.6 网状拓扑结构在网状拓扑结构中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接，这种连接不经济，只有每个站点都要频繁发送信息时才使用这种方法。它的安装也复杂，但系统可靠性高，容错能力强。有时也称为分布式结构。1.7.7 蜂窝拓扑结构蜂窝拓扑结构是无线局域网中常用的结构。它以无线传输介质（微波、卫星、红外等）点到点和多点传输为特征，是一种无线网，适用于城市网、校园网、企业网。在计算机网络中还有其他类型的拓扑结构，如总线型与星型混合。总线型与环型混合连接的网络。在局域网中，使用最多的是总线型和星型结构。