计算机三级网络技术-.pdf

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1、第 1 页 共 12 页计算机三级网络技术CSMA/CD 发送流程为：先听后发、边听边发、冲突停止、冲突延迟、后重发（随机延迟后重发）。以太网的核心技术是随机争用型介质访问控制方法，即带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法、他的核心技术起源于ALOHA网（无限分组交换网）。进行冲突检测的两种方法：比较法和编码违例判决法。以太网协议规定一个帧的最大重发次数为16，16次，则进入“冲突过多”结束状态，当某个节点完成一个数据帧的接收后，首先要判断接收的数据帧长度。以太网将接收出错分为：帧校验出错、帧长度错与帧位错。CSMA/CD 在网络通信负荷较低时，表现出较好的吞吐率与延迟特性，当通信

2、负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降，传输延迟增加。在以太网结构中，1 字节的帧前定界符的结构为10101011.目的地址与源地址长度均为6B（48bit），即 6 个字节，1 字节=8bit。目的地址第一位为0 第一节点地址该帧只能被目的地址所指节点数接收。目的地址第一位为1 多点地址该帧只能被一组节点接收。目的地址全为 1 广播地址，该帧将被所有节点接收。第 2 页 共 12 页类型字段值等于Ox0800，表示网络层使用IP 协议。数据字段的最小长度为46B，最大长度为 1500B。以太网帧的最小长度为64B,最大长度为 1518B。10Base-T RJ-45 接口连接非屏蔽双绞线。

3、10Base-5 AUI 接口连接粗同轴电缆。10Base-2 BNC 接口连接细同轴电缆。域名解析是将某一域名映射为相应的IP 地址。ATM 采用的传输模式为同步串行通信，使用的是信元传输。物理地址或硬盘地址（MAC）固化在计算机的网卡中。硬盘地址通常称为MAC 地址、物理地址或以太网地址。其长度为48 位。传统局域网技术是建立在“共享介质”的基础上的。典型的介质访问控制方法有CSMA/CD、令牌环和令牌总线。无论局域网的传输速率提高到多少，以太网帧结构都是不变的。10Base-T 标准定义了介质独立接口（MII），将 MAC子层与物理层分隔开。10Base-Tx 和 10Base-Fx 都

4、是一个全双工系统，每个节点同时以100Mpbs的速率发送与接收数据。10Base-Tx 支持 2 对 5 类非屏蔽双绞线（UTP）或 2 对 1 类屏蔽双绞线。10Base-F4 支持 4 对 3 类 UTP，其中 3 对用于传输，1 对用于冲突检测。第 3 页 共 12 页IEEE802.3（传统以太网协议标准）IEEE802.3u（快速以太网标准）IEEE802.3z（千兆以太网协议标准）IEEE802.3ae（万兆以太网标准）IEEE802.3 标准使用的媒体访问控制方式是CSMA/CD。无限局域网IEEE802.11 标准中使用的媒体访问控制方式为CSMA/CA。令牌环网IEEE802

5、.5 标准使用的媒体访问控制方式是Token Ring。1000Base-T 网卡主要有：100Base-Tx、100Base-Fx、100Base-T4、100Base-T2。快速以太网在 LLC子层使用 IEEE802.2 标准。1000Base-T 使用 5 类非屏蔽双绞线（UTP），其长度可达 100m。1000Base-Cx使用屏蔽双绞线（STP）,其长度可达 25m。1000Base-Lx 使用波长为 1300nm的单模光纤，其长度可达3km。1000Base-Sx 使用波 长 为 850nm 的多 模 光纤，其 长度 可达300m-550m。万兆以太网不再使用双绞线，卫士使用光纤

6、作为传输介质，使用单模光纤时，传输距离可超过40km，使用多模光纤时，传输距离限制在 65-300m。万兆以太网只工作在全双工方式，不存在介质争用问题，不使用CSMA/CD 协议，网络的传输距离不受冲突检测的限制。万兆以太网的物理层使用光纤通道技术，有两种不同的物理层标第 4 页 共 12 页准：局域网物理层（LANPHY）标准、广域网物理层（WANPHY）标准。交换式局域网可以通过交换机端口之间的并发连接增加局域网的带宽。交换机全双工端口总带宽的计算方法：端口是*端口速率*2。局域网交换机的每个端口支持不同的传输速率和工作模式。交换控制中心根据端口号/MAC 地址映射表的对应关系找出对应帧目

7、的地址的传输端口。交换机与集成器最重要的区别是：交换机可以隔离本地信息，从而避免网络上不必要的数据流动。交换机利用端口号/MAC地址映射表进行数据交换。交换机利用“地址学习”功能来动态建立和维护端口号/MAC 地址映射表。以太网交换机的帧转发方式可分为直通交换方式、存储转发交换方式、改进的直通交换方式3 类。每个虚拟局域网（VLAN）都是一个独立的逻辑网段，单一的广播域，VLAN的广播信息仅发送给同一个VLAN的成员，并不发送给其他成员。虚拟局域网建立在局域网交换机的基础上，他以软件的方式实现逻辑工作组的划分与管理，工作组中的节点不受物理位置的限制。相同工作组的成员不一定连接在相同的物理网段。

8、一个代理和多个IP 节点组成 IP 虚拟局域网的广播组。不同的虚拟局域网组网方法的区别表现在对其成员的定义的方第 5 页 共 12 页法。用 MAC 地址定义 VLAN可是为是基于用户的VLAN。无限局域网的应用主要表现在：1传统局域网的扩充2建筑物之间的互连3漫游访问4特殊无线网络的结构。无线自组网（Ad Hoc）采用一种不需要基站的“对等结构”移动通信模式。Ad Hoc 网络中没有固定的路由器，所有用户都可以自由一定，系统支持动态配置和动态流量控制，每个动态都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力。1997 年，第一个无线局域网标准IEEE802.11 形成，它定义了使用红外线、跳频扩频与直接

9、序列扩频技术。传输速率为1Mbps 或2Mbps的 WLAN 标准。IEEE802.11b 是使用直接序列扩频DSSS 技术的无线局域网标准，其最高数据传输速率达11Mbps。IEEE802.11a 标准的最高数据传输速率达54Mbps。红外线（IR）信号是按视距方式传播的。直接序列扩频通信的基本原则是：发送信号是发送数据与发送端产生的一个伪随机码进行模二加的结果。物理层定义了红外线、跳频扩频与直接序列扩频3 种数据传输标准。MAC 子层支持两种访问方式：无争用服务与争用服务。冲突避免（CA）要求每个节点在发送帧前，先侦听信道。第 6 页 共 12 页提供跳频扩频与直接序列扩频数据传输标准的是

10、物理层。网桥是数据链路层互连的设备，用来实现多个网络系统之间的数据交换，起到数据接收、地址过滤和数据转发的作用。网桥不更改帧的数据字段内容和格式，必须具有寻址能力和路径选择能力。衡量网桥性能的参数主要是每秒钟接收或转发的帧数。网桥通过端口 MAC 地址表来实现不同网段之间的帧转发。端口 MAC 地址表中记录不同节点的物理地址和网桥转发端口之间的映射关系。透明网桥的端口 MAC 地址表记录 3 个信息：站地址、端口号和帧到达时间。构造生成树首先要选择一个网桥作为生成树的根，实现方法是选择桥标识（Bridge ID）最小的网桥作为跟网桥。经过生成树算法协商之后，每个网桥都有一个端口被置于转发状态，

11、其他端口则被置于阻塞状态。透明网桥有自己来决定路由选择，源路由网桥由发送帧的源节点负责路由选择。网桥最重要的维护工作是构建和维护端口MAC 地址表。冲突域是指以太网中竞争同一宽带节点的集合。在同一冲突域中，随着节点的不断增多，将会增加网络负荷，降低网络性能，可以利用网桥分隔网段中的流量，即根据帧地址过滤和转发帧建立多个分离的冲突域。第 7 页 共 12 页网桥存在帧转发速率低和广播风暴两个主要问题。第二层设备（网桥、交换机）和第三层设备（路由器）都可以划分冲突域。使用网桥/交换机连接的一组工作站，不属于一个冲突域，但同属于一个广播域。集成器连接的一组工作站同属于一个冲突域，也同属于一个广播域。

12、网桥和交换机可连多个网段，每个网段都是一个冲突域，路由器连广播域。以太网网桥与以太网交换机都工作在数据链路层。以太网交换机可以被认为是一个多端口网桥。交换机采用基于硬件的转发机制，其交换时延可减少至30us 左右。交换机可以采用存储转发方式或直通交换方式进行帧转发。通过交换机实现多个互连局域网之间帧转发的方式具有高带宽与低延迟的特点。网络操作系统（NOS）是用户与网络资源的接口，他是负责管理整个网络资源和方便网络用户的软件集合。操作系统是最靠近硬件系统的一层软件系统，他是用户与计算机之间的接口。操作系统必须提供一种启动进程的机制，在DOS中，机制就是EXEC函数，在 Windows中机制就是

13、Create Process函数利用第 8 页 共 12 页GDI调用作图函数。DOS 操作系统通过文件表（FAT）寻找磁盘文件，Windows操作系统通过虚拟文件表（VFAT）寻找磁盘文件。操作系统的四类组件：驱动程序、内核、接口库和外围组件。内核是操作系统最核心，最基础的组件，其结构分为：单内核、微内核、超内核以及外核。微内核强调结构性部件与功能性部件的分离。文件 I/O 管理着应用程序占有的内存空间。常用操作系统结构包括：简单结构、层次结构、微内核结构、垂直结构和虚拟机结构。NOS 的基本任务是：屏蔽本地资源与网络资源的差异性，为用户提供各种基本网络服务功能，实现网络系统资源的共享管理，

14、并提供网络系统的安全保障。Web os 是一个运行于网页浏览器中的虚拟操作系统，是一个运行于网页浏览器中的应用程序集合，这些应用程序一同来模拟，取代或在很大程度上来补充桌面操作系统的环境。将 NOS 成为服务器操作系统，而把Web os 称为客户端操作系统。硬件抽象层（HAL）与具体的硬件平台无关，改变具体的硬件平台，无需做别的变动，只要改变其HAL，网络操作系统就可以完成平滑的转换。线程相对于进程而言，需要较少的系统开销，其管理比进程易于进行。第 9 页 共 12 页支持 SMP（对称多处理）技术是对现代网络操作系统的基本要求。网络操作系统可分为：专用型NOS 与通用型 NOS。专用型 NO

15、S 分为变形级系统与基础级系统。典型的局域网可分为3 部分组成：网络服务器、网络工作站与通信设备。非对等结构把共享硬盘空间分为许多虚拟盘体。文件服务器是最重要与最基本的网络服务功能。文件服务器以集中方式管理共享文件。分布式目录服务将分布在不同地址位置的网络中的资源，组织在一个全局性的，可复制的分布数据库中，网中多个服务器中都有该数据库的副本。1985 年 11 月，Windows 1.0 操作系统支持多个窗口，但不能重叠。1995 年 8 月，Windows 95摆脱了 DOS，增加了 TCP/IP 协议栈、拨号上网、长文件名等。Windows NT 版本不断变化，但工作组模型与域模型两个概念

16、始终不变。Windows NT 服务器操作系统以“域”为单位实现对网络资源的集中管理。Windows NT Server 内部采用 32 位体系结构，使内存空间达 4GB。Windows NT Server 利用域与域信任关系实现对大型网络的管理。一个 Windows NT域内主控制器（PDC），备份域控制器（BDC）和第 10 页 共 12 页普通服务器组成。Windows 2000 Server 最重要的新特性是活动目录服务。活动目录包括目录和目录服务两个方面，目录是一个数据库，目录服务是一个网络服务。活动目录具有可扩展性和可调整性。域是活动目录的基本管理单位，域是安全边界，即域管理员只能

17、管理域的内部。域模式的最大好处是单点网络登录能力。组织单元（OU）是一个逻辑单位，是域中一些用户和组、文件与打印机等资源对象的集合。活动目录使用域名服务（DNS）作为他的定位服务。活动目录是 Windows 2000实现的目录服务，也是Windows 2000网络体系的基本结构模型，是Windows 2000 网络操作系统的核心支柱和中心管理机构。Windows 2000 中提供的活动目录是一个全面的目录服务管理方案，也是一个企业级的目录服务，具有很好的可伸缩性。在 Windows Server 2003-2008环境中，本地用户信息存储在本地计算机的 SAM 数据库内，而域用户信息存储在活动

18、目录中。对于 Windows 2000 Server，Windows 2003-2008 操作系统的活动目录具有可调整型和可扩展性。Windows Server 2003 数据中心版是该家族中功能最强的服务器操作系统。第 11 页 共 12 页Windows Server 2003 R2的主要改进有：简化的分支服务器管理、改进的身份和访问管理、更低的存储管理成本、功能全面的Web平台、经济高效的服务器虚拟化、无缝的UNIX-Windows互操作性。数据中心版允许无限数量的Windows Server 虚拟实例，企业版最多允许 4 个实例。Windows Server 2008 的创新：全新的虚

19、拟化技术、增强平台的可靠性、提高安全性、广泛适合的网络解决方案。在 Core 模式下，提供的默认功能包括活动目录、多媒体服务、打印管理、虚拟化功能Hyper 以及 DHCP、DNS 等。Windows Server 2008 为网络数据和业务提供网络接入保护、联合权限管理以及只读的域控制器，增强了操作系统的安全性。Novell 公司是最早涉及网络操作系统的公司。NetWare操作系统是以服务器为中心的，主要由文件服务器内核、工作站外壳与低层通信协议3 个部分组成。文件服务器内核实现了NetWare 的核心协议（NCP），并提出了NetWare的核心服务。NetWare文件系统所有的目录与文件都

20、建立在服务器硬盘上。NetWare 操作系统的服务器CPU与硬盘通道两者的操作是异步的。文件服务器对网络文件访问进行集中、高效的管理。在 NetWare网络中网络用户可以分为网络管理员、组管理员、网络操作员和普通网络用户。第 12 页 共 12 页NetWare提供的 4 级安全机制是：注册安全性、用户信任者权限、最大信任者权限屏蔽和目录与文件属性。NetWare系统容错技术有：三级容错机制、事物跟踪系统（TTS）和 ups 监控。1969 年，贝尔实验室的人员编写了UNIX的第一个版本 v1，1973年贝尔实验室的人员用C语言编写了 UNIX v5，具有可移植性。UNIX原本是针对小型计算机和大型主机环境而开发的操作系统，是一种集中式分时多用户的体系结构。IEEE制定的 UNIX统一标准是 POSIX（易移植操作系统环境）。UNIX 采用了树形文件系统，具有良好的安全性、保密性和可维护性。UNIX 的系统结构可分为内核和外壳两部分，内核部分又由文件子系统和进程控制子系统两个主要部分组成。UNIX 的文件系统采用树状目录结构，分成基本文件和可装卸的子文件系统两部分。文件的逻辑结构是由一串顺序的字符组成流式文件。UNIX 内核部分的操作原语可以直接对硬件起作用，他最贴近硬件。UNIX 文件的物理结构采用索引结构方式，每个子文件都有一张索引表记录文件占有的磁盘空间块号。