教学材料《网络》-第六章

6.1简单物理拓补结构物理拓补结构是网络中节点的物理布局或模式，它主要从大的方向来描述一个网络。网络拓补主要分为3种基本结构:总线型、环型和星型。这些基本拓补结构可以复合，构成高级的拓补结构。在设计一个网络之前，需要理解它的物理拓补结构，因为这决定了该网络的类型和所使用的传输媒介。小提醒:物理拓补和逻辑拓补是两个不同的网络概念，“拓补”一般是指一个网络的物理拓补结构。下一页返回6.1简单物理拓补结构6.1.1总线型拓补结构总线型拓补是在一个网络中由一根公共电缆连接所有的节点，而不和其他连接设备关联，这根单独的电缆就叫做总线。大部分的总线型网络，都使用同轴电缆作为传输介质。在总线型网络中，设备点对点并以广播形式传输数据。总线中每个节点被动地接收其他节点传送过来的数据。当一个节点要往另一个节点传输数据时，它就以广播的形式向整个网络发送信号，最终目的节点接收此信号而其他的节点则忽略。

下一页返回上一页6.1简单物理拓补结构在每一个总线型网络的末尾处都有一个50Ω的电阻器，称为终端器。终端器在信号到达电缆终点时阻止信号继续传输。若没有这些设备的话，总线型网络中的信号将在两端无限传输，新的信号就无法通过，这种现象被称为信号反射。例如，AB两人面对面站在一个峡谷的两端，互向对方喊叫。当A喊叫时，他的声音将会产生回声，B答复时也会产生回声，假设回声不减弱，不久双方就无法进行交谈，因为先前产生的回声一直存在，并来回地反射以至于听不到任何内容。在网络中，终端器就是通过中断旧的信号来避免这种现象的发生。在有些情况下，集线器也可以充当这个角色。通常一个总线型网络也必须有接地端来消除静电对信号的影响。如图6-2所示为一个终端总线型网络结构。下一页返回上一页6.1简单物理拓补结构尽管基于总线型拓补结构的网络易于安装而且价格相对低廉，但其使用并不广泛。因为随着节点的增加，网络的性能就会降低。例如，在一间小办公室里，一个总线型网络支持两个工作站和一个服务器，保存一个文件需要两秒的时间，在这段时间里，网络接口卡首先检查信道是否闲置，然后再让数据传向服务器。当数据到达服务器时，服务器接收它。假如，你的生意扩大了，周末的时候你增加了5个工作站，星期一时你试着保存一个文件到服务器上，这个保存过程可能花费五秒的时间，因为新的工作站可能正在使用信道，所以工作站必须要等待信道空闲时才能发送。这个实例表明，总线型拓补结构对于大的工作站系统不太实用。下一页返回上一页6.1简单物理拓补结构总线型网络也难于纠错，因为很难确定出错的位置。例如在一个传话小游戏中，一个人对下一个人小声传话，然后再由这个人往下继续传给下一个人……直到最后一个人大声说出第一个人所说的话。一般情况下，最后一个人所复述的内容和第一个人的原话都会大相径庭。游戏结束后，很难精确地指出哪一个人出现了错误。同理，网络中的错误也可能发生在传输过程的任一个中间节点。因此，很难正确找出错误点所在。总线型网络还有一个致命的弱点，即当中心节点发生错误或失效时会导致全局瘫痪。所以网络很少单独使用总线型拓补网络结构。但是在高级的拓补结构中会含有总线型网络。下一页返回上一页6.1简单物理拓补结构6.1.2环形拓补结构在环型拓补结构中，每个节点都与相邻近的两个节点相连，最后整个网络呈现一个环型，如图6-3所示。数据沿着一个方向绕环逐站传输。每个工作站接收传来的数据包并做出反应，然后形成另外一个数据包并把它传向下一个工作站，每个工作站在传输中都充当转发器。这种每个节点都参与传输的特点使环型拓补结构成为有效拓补结构。这是环型结构区别于总线型的一点，还有一点是环型拓补构中没有终点，数据只会在目的地停止传输。大部分环型网络，都使用双绞线和光纤作为传输介质。环型拓补结构的缺点在于任何一个节点出现线路故障都可能导致整个网络瘫痪。此外，和总线型拓补网络一样，数据传输中参与的工作站越多，反应速度越慢。因此，单一的环型拓补构也不适用于大范围的网络连接。下一页返回上一页6.1简单物理拓补结构6.1.3星形拓补结构在星型拓补结构中，网络上的每个节点通过中心设备如集线器或交换机相连。图6-4显示了一个典型的星型拓补结构。星型拓补结构通常用双绞线或光纤作为传输介质。每个终端都独立地连接到中心设备，因此星型拓补结构比环型或总线型结构需要更多的电缆。由于每个节点都单独地连接到一个中心设备，因此它们更具有容错性。如果一个独立的工作站发生故障，并不能破坏整个网络，但如果中心设备出现故障将会影响一个局域网段。由于星型拓补结构具有移动方便、组网简单以及容错功能。因此它是当前局域网最流行地基层网络结构，被广泛地用于大规模网络中。上一页返回6.2混合型物理拓补结构除非是非常小的网络，否则很少看到只有单一的拓补结构(星型、环型或总线型)组成的网络。简单的拓补结构有很多局限性，特别是在大规模的局域网中。在更多情况卡，通常会使用多种拓补结构复合的方式形成混合型拓补网络。6.2.1星形-环形拓补结构星型-环型拓补结构使用星型的物理设计和令牌环式的数据传输方式。在图6-5中描述了这种结构。实线表示物理连接，虚线表示数据流。数据沿星型结构环型传输。这个混合结构具有星型拓补结构的容错性好和令牌环传输信号可靠(将会在本帝稍后讨论)的特点。IEEE802.5定义的令牌环网络就是使用这种混合型拓补结构。下一页返回6.2混合型物理拓补结构6.2.2星形-总线型拓补结构另外一个经常使用的混合型拓补结构就是星型一总线型拓补结构。工作站以星型方式连接到集线器上，集线器之间以总线方式相连，如图6-6所示。用这个结构，可以完成远距离的数据传输且方便地连接或隔离不同的网段。星型-总线型拓补结构的不足之处在于这个结构比单独用星型或总线型的花费要多，因为它需要更多的电缆和更多的连接设备。这个结构是构成现代以太网和快速以太网的基础。上一页返回6.3主干网主干网是指连接网络中集线器、交换机和路由器的电缆。主干电缆的吞吐量一般大于连接工作站和集线器的电缆的吞吐量。吞吐量的增加是必要的，因为主干电缆负责更多的数据传输。例如，大机构的局域网一般依赖一根光纤主干电缆，而在连接交换机、集线器和工作站时依旧使用UTP电缆。因此在建设企业网络的过程中，主干电缆是最重要的，下面将描述几种不同类型的主干网。下一页返回6.3主干网6.3.1串行主干串行主干网是最简单的主干网，它由两个或两个以上网络设备并用一根电缆相互连接成菊花链而组成。在网络设计工作中，菊花链是一系列设备的连接形式。集线器和交换机经常连接成菊花链的形式来扩展网络。集线器不是串行主干网的唯一设备，网关、路由器、交换机和网桥也是主干网中的组成部分。图6-7显示了一个串行主干网络，虚线表示主干电缆。下一页返回上一页6.3主干网用集线器来扩展串行主干网络是有限的，例如，在10BASE-T的网络中，可能最多用4个集线器以串行的方式来连接5个网段。连接超过建议标准的集线器(超过最大的网线长度)将会影响到局域网的运行功能。在一个100BASE-TX的网络中，最多用两个集线器来连接3个网段。在1Gbit/s网络中，只能用一个集线器来扩展网络。如果超过额度来扩展网络，可能会导致间断的和不可预知的数据传输错误。下一页返回上一页6.3主干网6.3.2分布式主干分布式主干网将大量的连接设备连接到一系列中心连接设备，并分层次组成，例如集线器、路由器或交换机。如图6-8所示，虚线代表主干线。这种拓补结构允许简单的扩展和有限的容量增加，因为可以在各个层上增加连接设备。例如，某人是办公室的网管，他可使用一个包括两个交换机的分布式主干网来布置网络，每个交换机上再扩展切个交换机，以服务20个用户。当他的公司雇用更多员工的时候，他可以在原有的交换机上再连接一个交换机来给新员工联网。更复杂的分布式主干网可用路由器连接更多的局域网或局域网段来实现，如图6-9所示在这个实例中，更高层的路由器用来连接局域网或局域网段。下一页返回上一页6.3主干网分布式主干网还可以实现分隔工作组，以便于管理。它很适合基于企业网络的应用，在一个大厦里，特定的集线器或交换机可以根据楼层或部门分配安装。需要注意的一点是，在分布式主干网中也包括以菊花链连接的集线器，这种布线方式对于长度的考虑与串行主干网相同。另一个可能出现的问题是这种设计可能会在一些单独的点上出现问题。尽管有这些潜在的缺点，但安装一个分布式主干网还是比较方便、快捷的，而且成本不高。上一页下一页返回6.3主干网6.3.3折叠主干折叠主干拓补结构是指在路由器、集线器或交换机之类的设备中工作的一个虚拟网段。所有网段是通过一个网络互联设备互相连接的一个非分布式主干，如图6-10所示。对比图6-9和图6-10，在图6-9中，几个局域网用一个分布式主干相连，在折叠主干中，独立的路由器或交换机是一个主干的最高层。组成折叠主干的路由器或交换机必须有多重处理技术来处理通过它的大量传输。这是有风险的，因为在中心路由器或交换机上发生的一个错误就会导致整个网络的瘫痪。此外，因为路由器不能像集线器那样快速传输，所以使用路由器可能会减慢数据的传输速度。不过，折叠主干确实具有很多的优点，最重要的是，它允许用户连接不同类型的子网，还可以进行重点维修或纠错。上一页下一页返回6.3主干网6.3.4并行主干并行主干是网络主干中最强大的一种。与折叠主干不同的是，它有多于一个的中心路由器或交换机来连接每个网段。图6-11显示了一种简单的并行主干拓补网络。从图中可以看到，每个集线器用两根电缆连接到路由器或交换机上，这两个路由器或交换机也是用两根电缆连接。使用并行主干最大的好处在于它的多余连接可以保证网络连接到任何一个区域。并行主干比其他企业网络拓补结构的成本要高，因为它使用了更多的电缆。但是，这也节省了由于纠错而花费的额外费用。上一页下一页返回6.3主干网作为网络工作者，他可能只在一些关键设备中才会采用并行主干连接。例如，如图6-11所示的第一个和第二个集线器是把设备处、财务处和其他部门连接起来，且无论如何也要保持和这些部门的联系，这就会用到并行主干来布置这个连接。图中第3个和第4个集线器连接休憩室和培训室，就没有必要使用并行主干网。通过有选择地安装并行主干结构，可以降低联网成本且在连接设备上也可留出可用的端口。上一页返回6.4交换6.4.1电路交换电路交换中，通信之前要在通信双方之间建立一条双方独占的物理通路，在用户终止两个节点通信之前带宽一直可用。在节点保持连接期间，所有的数据都选择相同的通道。例如，当某人打电话时，他的电话线就是使用电路交换的连接。由于电路交换连接建立后(即使没有真正的通信发生)，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用低。例如，用电话线把计算机连接到互联网时，电路交换就发生了。在一些广域网技术中，像综合业务数字网和T1服务，也会用到电路交换技术，异步传输模式同样也会用到。下一页返回6.4交换6.4.2报文交换报文交换是指当两个设备间建立连接，传输信息，然后断开连接时，信息被存储到第二个设备中且当这个设备与第三个设备建立连接时转发出去。这种存储转发的传输方式一直持续到信息被传送到目的节点。所有的信息沿着相同的物理通道传输。不像在电路交换中，连接不可以持续地被检查纠错。报文交换要求数据传输中的每个设备都有足够的存储记忆能力和处理能力来接收和存储信息。本帝中讨论的网络都没有用到报文交换技术。上一页下一页返回6.4交换6.4.3分组交换分组交换是至今为止使用最为广泛的节点连接方式。分组交换是指在数据传输前先将数据分成小的组。数据包可以通过任何一个通道传输到它的目的节点，因为每个数据包都包含目的地址和编号信息。因此，数据包可以尝试选择最快的可用通道传输。它们不需要都沿着同一个通道，也没必要按一定的源顺序到达目的节点。当数据包到达目的节点时，这个节点按照它们的控制信息重新组合。因为重新组合数据包需要花费一些时间，所以分组交换不适合于现场视频或音频传输。但在一些典型的数据传输中，它是一个快速有效的方式，例如邮件信息、电子数据表，甚至是从服务器到客户机的软件传输。它最大的好处在于分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式的传输方式减少了报文的传输时间，而不像电路交换那样浪费带宽，也不像报文交换那样在数据传输通道中需要设备做信息处理。以太网和互联网都是分组交换技术的典型应用。上一页返回6.5以太网众所周知，以太网最初是由施乐在1970年发明的一种网络技术，后来由施乐、Intel和DEC公司联合开发升级。这项灵活的技术可以运行在各种不同的网络媒介上并且以合理的成本提供优秀的吞吐量。以太网是目前为止局域网最流行的网络技术。以太网已经经历了很大的进展并且还在持续的升级发展中。基于它的这种发展历史，它可以支持许多不同的版本，用户可能会在不同的版本间产生一些混淆。但所有的以太网络都至少有一个相同点，即它所使用的CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术。下一页返回6.5以太网6.5.1CSMA/CD网络的接入方式是指网络节点接入通信通道的控制方法。把网络比喻成高速公路，入口匝道是高速公路入口方式的一种，繁忙的高速公路可能会在每个匝道口处设置一个红绿灯，每隔5秒钟才允许一辆车进入。上了高速公路，汽车被限制在一个通道上，每个通道都设置了一次可以通行的车辆数。所有这些高速公路的控制设施都是为了避免车辆冲突并帮助它们到达目的地。在网络中，类似的限制应用在多个计算机公用的一条有限的带宽上，这些控制组成了网络的接入方式。CSMA/CD称为载波监听多路访问及冲突检测技术。对于所有的以太网络而言，它们的速度和结构类型都决定于CSMA/CD。在理解以太网之前，必须先理解CSMA/CD。载波监听实际上是指以太网的网卡在网络上发送信息帧之前，必须监听媒体是否处于空闲状态。多路访问具有两种含义，既表示多个节点可以同时访问媒体，也表示一个节点发送的信息帧可以被多个节点所接收。上一页下一页返回6.5以太网在CSMA/CD中，当一个节点想要传输数据时，它必须先监听媒体来决定通道是否空闲。如果通道不可用，它就等待且隔一段时间再监听一次。如果通道是空闲的，节点就传输它的数据。任何一个节点都可以在它得知通道空闲后传输数据。但是如果两个节点同时监听这个通道从而决定开始传输数据，那将出现什么情况呢?当这种情况发生时，两个传输就会互相干涉，称为冲突。CSMA/CD的最后部分CD称为冲突检测，这个术语指的是当节点发生冲突时的解决方法:如果一个网络节点在发送数据过程中检测到冲突，就立即停止发送数据，接下来，网卡将会发出一个32bit的序列向其他的网络节点宣布它之前的传输是错误的，并宣布那些数据帧无效。这个网络节点等待一段时间后将会再次监测通道是否可用，如果可用，再重复发送。上一页下一页返回6.5以太网在重负载的网络中，冲突是经常发生的。而且越多的节点参与数据传输，会发生的冲突越多，当一个以太网络中含有相当多的节点时，可能会因为冲突而产生传输效果不良的现象。冲突会破坏数据或者减短数据帧，所以在网络中监测冲突并补偿这些数据是非常重要的。图6-12显示了CSMA/CD是如何调节数据流来避免冲突发生的。

在一个以太网络中，冲突域是指两个节点在同时进行数据传输时发生冲突的一部分。在设计以太网络时，认识到这点很重要，因为转发器会像重新生成信号一样转发这些冲突信号。因此，连接有许多转发器的网络将会导致一个更大的冲突域。较高层的连接设备，如路由器和交换机，可以分化冲突域。上一页下一页返回6.5以太网6.5.2交换式以太网传统以太网又被称为共享式以太网，它提供一定量的带宽，供网段上的所有设备共享，网段上所有的节点属于一个冲突域。工作站不能同时发送和接收数据，而且当同一网段上的其他站点在传输数据的时候，工作站就无法传递信号。这是因为它们共用一个网段上的集线器，集线器只起到放大或转发信号的作用。相比而言，交换机可以把一个网段分成几个小的网段，这些小的网段独立于其他的网段并且支持各自的数据传输。交换式以太网能允许大量的节点同时传输和从不同的逻辑网络中接收数据。这样可以使每个节点都能最大限度地利用带宽。图6-13显示了交换机是怎样分隔网络的。上一页下一页返回6.5以太网用交换式以太网可以提高一个网段的带宽利用率，因为没有工作站能同时争夺一根传输电缆。对于已经使用10BASE-T网络的单位，交换机可以提供一种相对简单且成本低廉的方法来扩展每个节点的有效带宽。在网络中合理地布置交换机可以平衡网络流量和减少拥塞。然而，需要指明的是，交换机并不是解决高负荷传输和提高速度的最佳方案。上一页下一页返回6.5以太网6.5.3以太网帧前面已经介绍了数据帧，它是一种传输高层数据，用来控制信息能使数据以正确的次序无误地传输到目的节点的数据包。以太网中可能用到:以太网-802.2(原有的)，以太网-802.3(Novell专有)，以太网-II(DEC,Intel和Xerox联合公布)和以太网-SNAP(子网访问协议)这4种数据帧的一种或混合使用。这些不同的以太网帧格式来自不同的组织，并于1980年公布，随着局域网技术的发展而改变。不同的帧格式区别在于数据传输中不同的编解码方式。物理层的标准如10BASE-T或者100BASE-TX，不影响发生在数据链路层的帧格式。因此，以太网帧的类型和网络拓补结构以及所用的电缆没有关系。帧传递也独立地发生在更高的层上。理论上来讲，所有的帧格式都符合高层协议。例如，单独的以太网-II数据帧可以履行TCP/IP或AppleTalk(网络的一种运输协议分析)，但不能同时履行。随着在以后章节中的学习，会发现并不是所有的帧格式都适合履行所有种类的协议。上一页下一页返回6.5以太网1帧的实现和配置在网络中可以使用不同类型的帧格式，但不能预期不同帧类型的互操作性。例如，在一个NetWare4.11和UNIX混合服务的环境中，网络可能支持Ethernet-802.2和Ethernet-II两种帧格式，连在NetWare4.1服务器上的工作站可能被配置成用Ethernet-802.2帧格式，而连接在UNIX上的工作站可能用Ethernet-II帧格式。节点的数据链接层服务应该依据它可能接收到的帧格式来正确配置。但如果节点接收到陌生的帧格式，它就不能对这个帧里面所包含的数据进行解码，也不能和节点配置器联系来用这个帧格式。因此，对于局域网工作者而言，保证所有的设备都用相同的正确的帧格式是很重要的。现在，几乎所有的网络都采用以太网-II帧格式。但在20世纪90年代，在标准公布之前，不同的网络操作系统和系统硬件的使用往往需要管理辅助设备来解释不同的帧格式类型。上一页下一页返回6.5以太网帧类型一般由设备的网络接口控制器的配置软件来决定。为了方便起见，大部分网络接口控制器都自动感知到网络中运行的帧类型并且自动调整来适应特定配置。这种特性称为自动检测或自动识别。添加到现有网络中的工作站、网络打印机以及服务器都可以利用这种自动检测功能。但即使设备具有自动检测的功能，也必须清楚网络中所使用的帧类型。虽然它易于配置，但自动检测功能并不是绝对可靠的。2祯长所有的以太网帧类型都共享许多相同的场，例如，每个以太网帧都包含一个7字节的前同步码和一个1字节的帧启动定义符。前同步码会发出信号告知接收节点数据还没有到达，并显示数据流开始的时间。而帧启动定义符则会说明数据场的地址。在计算帧大小的时候，前同步码和SFD都不包括在内。上一页下一页返回6.5以太网每个以太网帧还会包含一个14字节的报头，这个报头携带目的地址、源地址以及为区别功能和大小的附加场等信息，这些信息决定于帧的类型。开的地址和源地址的大小都是6字节。目的地址识别数据帧的接收节点，源地址则表明发出该数据的源节点。每个网络设备都有它的物理地址，也叫做硬件地址或介质访问控制(MAC)地址。一个以太网帧的源地址和目的地址常用MAC地址来识别数据来自哪里以及将要发送到哪里。上一页下一页返回6.5以太网而且，所有的以太网帧都包含一个4字节的帧校验序列。FCS的功能是用循环冗余校验码(CRC)算法来保证发送到目的地址的数据能精确的和原数据符合。这样，FCS和报头共同组成了一个18字节的帧，这个以太网帧的数据部分可能包含46-1500字节的信息(其中包含网络层数据包)，如果高层提供的数据不足46字节，则由源节点用多余的字节来补足46字节。这些多余的字节称为填充，它没有重要的意义，只是为了增大帧，它们并不影响传输的数据。上一页下一页返回6.5以太网在一个46字节的最小数据场上加上18字节的帧就组成了一个最小64字节的以太网帧。在最大数据场1500字节上加上18字节就等于了一个最大1518字节的以太网帧。无论网络中使用什么类型的帧，从64到1518字节包含了所有的以太网帧。因为存在每个帧中的开销和设定CSMA/CD所用的时间，网络中大字节的帧的使用一般会造成更快的吞吐率。在某种程度上，无法控制网络中的帧大小，但是可以通过正确的操作帧来提高网络的性能。例如，网络管理员应该尽量去最小化广播帧的数量，因为广播帧非常小且效率低。另外，在一个网络上运行多于一种的帧类型会导致低效率，因为设备需要检测每一个将要传来的帧，以确定它的类型。如果可以选择，一个网络上只用一个帧的类型是最有效的。上一页下一页返回6.5以太网3.EthernetII（DIX）以太网-IIEthernetII即DIX2.0，是Xerox与DEC,Intel在IEEE开始标准化以太网之前制定的以太网标准帧格式。这个EthernetII帧格式和较早的Ethernet802.3以及Ethernet802.2格式很相似，只是区别于一个场。其他类型的帧格式包含一个2字节长度的字段，而EthernetII包含2字节型字段。这个型字段能识别包含在帧里面的网络层协议(如IP,ARP,RARP或者IPX)。例如，若一个帧在执行一个IP算法，那么它的型字段就将会包含0x0800，代表IP的协议数据。因为Ethernet802.3以及Ethernet802.2帧格式没有这样的型字段，所以它们只能在同一个网络层协议中传输数据(例如，只能用IP或不能同时用IP和nRP)。对于TCP/IP的网络，因为它一般应用多种网络层协议，这种帧格式并不适用。上一页下一页返回6.5以太网和EthernetII一样，Ethernet-SANP帧格式也提供一种型字段，不过Ethernet-SANP标准则需要增加一些控制字段，所以比起EthernetII帧格式，EthernetSANP有较少的数据空间。但是因为它支持多种网络层协议和较小的开销字节，EthernetII是当前以太网络最常用的帧格式，图6-14描述了一种EthernetII格式。6.5.4以太网供电技术

最近，IEEE最终批准了802.3af标准。该标准定义了一种允许通过以太网在传输数据的同时输送电源的方法，也称为以太网供电技术(PowerOverEthernet,POE)。虽然该标准是新的，但概念却已经过时了。事实上，打电话时就会从电话线上收到从电话公司传递到家里的电源。这个电源用来拨号和响铃。在以太网中，通过信号连接传递电源对那些传统的供电或需要持续且可靠的电源来供电的节点是非常有用的，例如，一个露天剧院的无线接入点，收听数码信号的电话机，一个商业中心的网站或者一个主干网的关键路由器，都能从POE中受益。上一页下一页返回6.5以太网在POE系统中，提供电源的设备称为供电设备(PowerSourcingEquipment,PSE)，而使用电源的设备称为受电设备(PoweredDevice,PD)。POE设备一般依靠后备电源供电。POE需要CAT5或更好的铜电缆。在10BASE-T,100BASE-TX和1000BASE-T网络中，电缆中的电流通过闲置的电缆或通过传输数据的电缆传输，这个标准允许两种方式。然而，在一个独立网络中，所有PSE和PD之间载流线的选择必须保持一致。并不是所有的末节点都能接收POE。IEEE标准也考虑到这点，让PSE首先检查一个节点是否能接收POE再尝试供电。这样POE就能和现在的802.3装置兼容，不需要为了增加这个新的特性而对现存的网络进行修改。上一页返回6.6FDDI光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口(FDDI)是由美国国家标准化组织(ANSI)于20世纪80年代中期制定的一种网络技术，后由ISO加以完善。FDDI使用双环令牌，以多模或单模光纤传递数据，传输速率可以达到100Mbit/s。FDDI的发明是为了克服当时以太网和令牌环网的吞吐量的限制。因此，在20世纪80年代末和20世纪90年代初，经常会看到FDDI被作为主干网使用，FDDI被应用在广域网和城域网中，而不用于多个建筑组成的局域网。FDDI最大的传输距离可达到100km。随着以太网和令牌环网传输技术的快速发展，FDDI已经不像20世纪80年代那么广泛应用了。但FDDI仍旧是一个具有很多优点的稳定技术。它的光纤传输使它比那些铜电缆传输更加可靠且更有安全性。另一个优点是FDDI可以很好地工作在100BASE-TX以太网技术中。下一页返回6.6FDDI光纤分布式数据接口FDDI的一个不足之处是它需要更高的成本(大约每增加一个交换机将会多出10倍价格)，而且FDDI网络在以后的扩建过程中会遇到很多问题。相似于令牌环网，FDDI也是环型拓补结构，如图6-15所示。它也是采用同样的令牌传递技术。和令牌环网不同的是FDDI使用双环架构，在正常情况下，主环用于数据传输，备用环闲置。使用双环的目的是能够提供较高的可靠性。上一页返回6.7ATM异步传输模式ATM(AsynchronousTransferMode，异步传输模式)是国际电信联盟ITU制定的标准，用于描述网络接口和多路信号复用技术的数据链接层协议。它作为一种有别于FDDI的高速带宽研究，产生于1983年的贝尔实验室，但此后多年才使标准组织达成了一致。ATM使用光纤或者高级的屏蔽、非屏蔽双绞线作为传输介质，并主要应用在广域网上，特别是大型公共远程通信方面。和令牌环网以及以太网一样，ATM专门定义了数据链路层帧技术。和令牌环网不同的是，ATM有固定长度的分组，一个分组叫做一个信元，一般由48bit的信息段和一个5bit的信头组成。固定信元格式使ATM具有可预知的网络性能。然而，前面讲过，越小的分组就会需要越多的开销。事实上，ATM的小分组确实降低了它的潜在吞吐量，但信元的使用则弥补了这一损失。下一页返回6.7ATM异步传输模式ATM的另一个独特之处是采用了虚连接技术，将逻辑子网和物理子网分离。类似于电路交换，ATM首先选择路径，在两个通信实体之间建立虚通路，将路由选择和数据转发分开，使传输中间的控制较为简单，解决了路由选择的瓶颈问题。虚拟电路的一个好处是它们具有可配制性以更有效地使用有限的带宽。几个虚拟电路可以被配置在电缆的一段长度上或一个通道上，虚拟电路只有在它传输数据的时候才占用通道。同时，这个通道对其他虚拟电路也可用。上一页下一页返回6.7ATM异步传输模式因为ATM在传输之前就把数据切割，封装成统一格式的信元在网中传递，每个都被单独地传输到目的地，因此ATM通常也被称为分组交换技术。同时，虚拟电路的使用也使ATM更加有效地利用电路交换技术，使ATM成为一种面向连接的技术。可靠连接的建立使ATM可以为某些传输保证很好的服务质量(QoS)。QoS是为r确保数据发出后，在一段时间内完成发送而制定的一种标准。ATM网可以提供4个水平的QoS，从对非关键数据的“尽力传输”到对关键、敏感数据的及时安全传输，这点对于使用及时传输设备，如音频或视频传输的组织是非常重要的。上一页下一页返回6.7ATM异步传输模式ATM的发明者让它在某种程度上和其他几个处于主导地位的网络技术兼容。它的信元可以支持多种类型的高层协议，包括TCP/IP,AppleTalk和IPX/SPX。此外，ATM网还可以通过局域网仿真技术和以太网及令牌环网进行配合使用。局域网仿真技术对传送过来的以太网或令牌环网帧进行封装，并把它转化成ATM信元格式来在ATM网络中传输。目前，ATM的价格很昂贵，因此很少在小型局域网中使用这种技术。一个更快速且更便宜的技术一千兆位以太网是对ATM的一种很大的威胁。除了它的低成本，对于快速以太网用户而言，千兆位以太网也是更自然方便的一种升级方式。它通过为重负荷传输提供一个更大容量的通道来解决QoS的问题。尽管在20世纪90年代末ATM得到广泛的应用，大部分网络专家还是更倾向于遵循千兆位以太网标准而不是在ATM建设上花费多余的金钱。上一页返回6.8无线网络与有线网络接入技术的发展类似，无线接入技术的发展也不是沿着单一协作的发展方式，而是许多供应商和组织机构的共同努力。现在，产生了许多不同种类的无线电技术。每个无线电技术都由一种标准来描述它在QSI模型中物理层和数据连接层的独特功能，这些标准区别于信令传输方法、地理范围、频率使用范围以及其他方面。这些不同点使一些技术更适合家庭使用，而另一些则更适合大的机构使用。目前局域网广泛使用的无线电标准是由IEEE制定的802.11标准。下一页返回6.8无线网络6.8.1802.111997年IEEE首次发布了无线网络标准。从那时开始，它的无线局域网标准委员会也被称为802.11委员会，陆续制定了无线网络几种不同的标准。每一个IEEE无线网络接入标准都是以制定它的802.11工作组命名的。3个IEEE802.11工作组已经制定了几个值得注意的标准:802.11b,802.11a和802.11g。这3个802.11标准有很多共同点。尽管它们的物理层服务器差别很大，但是3个都使用半双工信令传输。此外，所有的802.11网络使用相同的媒体访问控制器。下一页返回上一页6.8无线网络和以太网中的802.3一样，数据链路层中的MAC子层的功能主要是有数据封装和媒体访问管理。802.11介质访问控制MAC服务器时，会附加一个48字节的物理地址给一个数据帧用于识别它的源地址和目的地址。相同物理地址的使用允许802.11网络很容易地和其他IEEE802网络兼容，包括以太网。因为无线电设备不能同时发送和接收，所以802.11网使用不同于以太网的接入方式。上一页下一页返回6.8无线网络802.11标准选择用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)的媒体访问控制方法来接入共享媒体。在采用CSMA/CA时，需要发送数据的终端首先要监听媒体，以便知道是否有其他终端正在发送，如果媒体不忙，则等待一段时间后可以进行发送处理;如果繁忙，则等待一段时间后就在此监听通道。目的节点在接收到数据后，检验了它的精确度，然后向源节点发回一个正确应答(ACK)数据包。如果源节点收到了这个ACK数据包，就会认为传输成功。上一页下一页返回6.8无线网络然而，网络中的干扰以及其他传输会妨碍这次交换。如果源节点在发出一个信息之后没有收到目的节点发回的ACK数据包，就会认为传送失败，然后它会启动一个新的CSMA/CA进程。与CSMA/CD相比，CSMA/CA虽然使冲突最小化，但并没有消除冲突。在每次传输中用ACK数据包来检验意味着802.11网络比802.3网络需要更多的开销。因此，理论上一个具有10Mbit/s的无线网络每秒所传输的数据量要比同样吞吐量的有线以太网少。实际上，无线网络可能只能达到它的理论吞吐量的1/3或一半。例如，802.11网中最快的802.11g的最大速率为54Mbit/s，大部分802.11g只达到20-25Mbit/s。上一页下一页返回6.8无线网络为了解决“隐藏终端”问题并防止数据丢失，在802.11中引入RTS/CTS协议，即请求发送/允许发送协议。在该协议中，一个节点A向另一节点B发送RTS信号，表明A要向B发送若干数据，B收到RTS后，向所有基站发出CTS信号，表明已准备就绪，A可以发送，其余基站暂时“按兵不动”，然后，A向B发送数据，最后，B接收完数据后，即向所有基站广播ACK确认帧。RTS/CTS在无线站点中并不常用，只是在传送大容量文件时，用RTS/CTS可以提高效率。另一方面，使用RTS/CTS协议会降低802.11网络整体的效率。上一页下一页返回6.8无线网络1802.11b在1999年，IEEE发布了802.11b，也被称为WI-FI，即无线保真技术。它使用直接序列展频技术DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)。在DSSS中，DSSS采用全频带传送资料。802.11b频段是2.4-2.4835GHz(也叫2.4GHz频段)，并把它分成14条叠加的22MHz通道。它理论上提供的最大吞吐率是11Mbit/s，实际应用中一般在SMbit/s左右。为了保证这个吞吐率，在无线adhoc网络中，无线节点必须保持在100米以内。在所有的802.11标准中，802.11b是最先并且一直流行应用的。它也是802.11无线局域网技术中成本最低的一种。上一页下一页返回6.8无线网络2802.11a尽管802.11a的工作组比802.11b工作组开始制定标准的时间要早，但802.11a却晚于802.11b发布。它不同于802.11b和802.11g之处在于它采用了更大的频段5GHz并提供54Mbit/s的理论吞吐率，尽管它的有效吞吐率只有11-18Mbit/s。它的高吞吐率是因为它的较广频率范围和独一无二的编码方法以及更多的有效带宽的使用。或许更重要的是因为5GHz的频段不如2.4GHz频段那么密集。因此，802.11a的信号很少受到微波、无线电话、马达或其他无线局域网信号的干扰。然而，高频率的信号传输时需要较高的电源并且传输距离要比低频率的信号短。802.11a天线的平均传输距离是20米。所以，802.11a网络比有线局域网或用802.11b的用户在相同距离内需要更密集的无线接入点。多出的接入点再加上802.11a的设备特性使它比802.11b和802.11g都要昂贵得多。上一页下一页返回6.8无线网络3802.11g

IEEE的802.11g无线局域网标准是802.11b在同一频段上的扩展，通过不同的编码技术它把它的最大吞吐率从11Mbit/s上升到理论吞吐率54Mbit/s。802.11g的有效吞吐率为20-25Mbit/s。一个802.11g的天线可以辐射大约100m的距离。和802.11b一样，802.11g也使用2.4GHz的频段。除了它的高吞吐率以外，它和802.11b网络还是兼容的。因此，如果一个网络用户上一年在他的局域网上安装了802.11b的接入点，今年他可以再加入802.11g的接入点，笔记本可以在802.11g和802.11b接入点之间漫游而不受服务器的干扰。802.11g和更常用的802.11b因其兼容特性使很多网络用户更愿意选择它们。上一页下一页返回6.8无线网络6.8.2蓝牙在20世纪90年代初，爱立信公司开始研制一种用于多个设备间的无线网络技术，包括无线电话、PDA、计算机、打印机、键盘、耳机以及寻呼机等。它可以在相同的通道间传输声音、视频和数据信号，并且具有低成本、设备兼容和短距离等特点。1998年，因特尔、诺基亚、东芝联合索尼爱立信成立了蓝牙技术联盟(SIG，现在它的成员公司已达到2000多个)，该小组致力于推动蓝牙无线技术的发展。蓝牙是运行在2.4GHz波段采用高速调频技术的一种移动无线网络标准。跳频技术(Frequency-HoppingSpreadSpectrum,FHSS)在同步且同时的情况下，接收两端以特定形式的窄频载波来传送讯号。上一页下一页返回6.8无线网络蓝牙的名字来源于10世纪丹麦国王HaraldBlatand(英译为H