医学影像信息学课件：4-组网及TCPIP基础2

1、组网及TCP/IP应用基础,二、网络类型和拓扑结构,（一）网络类型,网络 2台以上的计算机通过网络连接设备(如交换机)和连接媒质(如双绞线)连接，使数据信息和其它资源能够有效地在计算机间实现移动、共享，这种架构或资源共享的概念即称为网络(Network)。,（一）网络类型,类型 局域网(Local Area Network, LAN) 广域网(Wide Area Network，WAN) 对等网（peer） 服务器/客户机网络(Server/Client),（一）网络类型,局域网(Local Area Network, LAN)：在一个特定的局部范围内的网络，如一个公司内、一栋建筑物内或一个校

2、园内的网络。 广域网(Wide Area Network，WAN)：通过特定的连接媒质，如电话交换线路、卫星通讯链路、分组无线网或微波收发器等连接的多个位于不同环境和地域的局域网。,（一）网络类型,对等网络：整个网络缺乏中央控制管理单元，即不存在服务器单元，每一台网络计算机与连网的其他计算机间是对等（peer）的关系，它们没有层次的划分。 主机间只能简单地共享磁盘空间或其它资源，每一台主机可以同时扮演客户机或服务器角色，网络中的所有设备可相互直接访问被共享的数据、软件和其它网络资源。,（一）网络类型,服务器/客户机(Server/Client)网络：又叫服务器网络，在基于服务器的网络中，计算机

3、划分为服务器和客户机的角色，客户机负责请求服务，服务器负责提供服务。 基于服务器的网络引进了层次结构，以便适应网络规模增大所需的各类功能和支持能力,对等网的优缺点,优点： 组网成本低，不需要服务器的软、硬件、专职网络管理员。 构建、设置和维护管理简单，扩展方便 用户可独立地对资源共享进行控制。 缺点： 数据安全性较低； 网络连接数量和能力较低 数据信息共享的有效性和可靠性降低,服务器/客户网络优缺点,优点 集中管理，共享方便 安全，方便备份 服务器将关键软、硬件资源集中在一起使用，可降低总体投资费用。 缺点 投资高，需要较昂贵的专用硬件、昂贵的网络操作系统及客户机连接许可。 需要专职的网络管理

4、员。,（二）几类基本的网络拓扑结构,网络拓扑结构(Topology)：在网络中计算机结点的互连模式，代表网络的物理布局，即计算机分布的位置和链接的模式。网络拓扑定义了网中资源的连接方式。 总线型拓扑结构 星形拓扑结构 环形拓扑结构,总线拓扑结构,总线型拓扑结构(Bus topology)采用单根电缆作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或称总线上,总线拓扑结构,优点: 需要电缆数量少，成本低，易于布线维护；结构简单 缺点：带宽低、检修困难 应用：用于构建小型网络,星型拓扑结构,所有计算机均通过点对点链路连接到作为中央结点的集线设备如集线器或交换机，网络中所有计算机都需要

5、与中央结点设备通信，由其将计算机发送的报文信息转发给其它网络节点。,星型拓扑结构,优点：扩展容易，配置方便，检修容易，便于监控，支持多种介质 缺点：需要大量电缆，成本高,环形拓扑结构(Ring topology),是由连接成封闭回路的网络结点组成，每一个结点与它左右相邻的结点连接。,环形拓扑结构(Ring topology),优点：布置简单，不需要终结措施，不会有信号减弱和消失 缺点：任何设备障碍都会使网络中断,三、网络传输媒质及连接设备简介,双绞线 同轴电缆 光纤,双绞线,双绞线（Twisted Pair）由一对或多对相互缠绕的绝缘铜芯导线组成。这种两条绝缘导线扭绞在一起，可以减少对邻近线对

6、的电气干扰，同时亦保护其不受外界噪音的干扰,双绞线,有无屏蔽 屏蔽(Shielded Tw i s t e d -Pa i r，S T P ) 非屏蔽（Unshielded Tw i s t e d -Pa i r，U T P ）,双绞线,三类50对非屏蔽双绞线,六类双屏蔽双绞线,屏蔽双绞线,双绞线,分为5类 I类/II类：4兆，用于电话 III类：16兆 IV类：20兆， V类：100兆 超V类：千兆网 六类： 千兆网 最大传输距离不能超过100米,ISDN综合业务数据网络10BASE-T以太网(IEEE802.3)100BASE-T高速以太网(IEEE802.3)155MbpsATM网络1

7、00Vg-AnyLAN(IEEE802.12)TP-PMD(ANSI X3T9.5)16Mbps Token Ring 令牌网(IEEE802.5)1000BASE-T千兆以太网(IEEE802.3ab),超V类双绞线,ISDN综合业务数据网络10BASE-T以太网(IEEE802.3)100BASE-T高速以太网(IEEE802.3)155MbpsATM网络100Vg-AnyLAN(IEEE802.12)TP-PMD(ANSI X3T9.5)16Mbps Token Ring 令牌网(IEEE802.5)1000BASE-T千兆以太网(IEEE802.3ab),VI类双屏蔽双绞线,双绞线的制

8、作,EIA/TIA 568B标准 1 2 3 4 5 6 7 8 橙白-橙-绿白-蓝-蓝白-绿-棕白-棕 直连 1 3 、2 6 交叉 绿白- 绿-橙白-蓝-蓝白-橙-棕白-棕 EIA/TIA 568A标准,同轴电缆缆(Coaxial Cable),两种导体共享一中心轴，外导体是一个由金属丝编织而成的圆形空管，内导体是圆形的金属芯线。内外导体之间填充着绝缘介质,同轴电缆缆(Coaxial Cable),宽带同轴电缆: 阻抗7 5欧姆，传模拟信号，频带高达900 MHz；可传输100公里 基带同轴电缆: 阻抗5 0欧姆，传数字信号，带宽10MHz， 1km的电缆可以达到1Gb/s2Gb/s的数据

9、传输速率 粗同轴电缆5 0 m 细同轴电缆1 2 . 5 m,宽带： 4kHz带宽，传模拟信号,光纤电缆,由包在玻璃管子中的一根或者多根玻璃或者塑料光纤芯线构成，外面的玻璃管子叫做包层。 描述光纤尺寸的参数：芯线直径/包层直径（微米） 常用尺寸 5 0 / 1 2 5 ( um ) 6 2 . 5 / 1 2 5 ( um ) 1 0 0 / 1 4 0 ( um ),光纤电缆,光纤,光传输系统组成：光缆+光源+检测器。 光源通常为发光二极管（Light Emitting Diode，LED）或激光二极管，这两种二极管在通电时都发出光脉冲。 检测器是光电二极管，遇光时，它产生一个电脉冲。 优点

10、：光源发出的光束在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，质量高，适于高速网络。,光纤,多模光纤（Multi-mode Fiber）：光缆的纤芯直径较粗，光束在光纤中可有多种沿不同途径同时传播的模式 单模光纤（Single-mode Fiber）：光纤纤芯直径等于光波波长，光在传播中没有反射，仅沿直线传播,单模与多模光纤比较,什么是损耗？什么是色散？,（二）常用的网络连接设备,集线器（hub） 交换机（switch） 路由器（router）,常用图例,集线器,是一个共享设备或信号放大和中转的设备，不具备自动寻址能力和交换作用，所有传到HUB的数据均被广播到与之相连的各个端口，容易形成数据堵塞。 主

11、要用于共享网络的组建，是解决从服务器直接到桌面的最经济的方案，集线器通常应用于对传输介质及布线的要求均不高于10M的网络,集线器,A,B,C,D,物理层,所有设备在同一冲突域 所有设备在同一广播域 所有设备共享相同的带宽,集线器运行在物理层,冲突域 广播域,冲突 （collision）：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏 冲突域（collision domain）一个支持共享介质的网段 广播域 (broadcast domain)：广播帧传输的网络范围，一般是路由器来设定边界（因为router不转发广播）。,集线器：同一个冲突

12、域,接入设备越多冲突机率越大 用CSMA/CD技术,CSMA/CD技术,载波侦听多路访问/冲突检测 CSMA/CD（carrier sense multiple access/collision detect),交换机（switch）,网络交换机是一种应用交换技术的，具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的网络连接产品，工作在数据链路层或网络层。交换机按每一个数据包中的MAC地址相对简单地决策信息转发,交换机,交换机（switch）,应用：在以太网上减少冲突并改善带宽。 每个交换机端口都通过唯一的一个结点与一个段相连，结点和段享有完全的10 Mbps (或100 Mbps或1 Gbps)的带宽

13、，为工作站增加了带宽， 端口间相对隔离，网络分成了小的冲突网域，减少了发生冲突的可能。,每段有自己的冲突域 所有的段都在同一广播域,数据链路层,或,1,2,3,1,2,交换机和桥运行在链路层,交换机,每段有自己的冲突域 广播信息向所有段转发,缓冲区,开通式交换,存储转发交换,路由器 (Router),是一种网络连接设备，工作在网络层，可以有效地指导数据包从一个网络传输到另一个网络，减少过度的流量。 连接相邻或远程的网络或不同的异构网络、隔离网络的局部以防止网络瓶颈或保护网路免于受侵犯 有效：最短路径和最通畅途径,路由器：运行在网络层,广播信息控制 多点发送信息控制 路径优化 流量管制 逻辑寻址

14、 提供WAN连接,路由器提供远程访问服务,因特网,家庭办公用户,分部,调制解调器 或 ISDN适配卡,移动用户,公司总部,路由器的配置,静态和动态 由网络管理员创建路由表，其中指定了任意两个路由器之间的固定的路径。当某一网络设备失效时，需要网络管理员更新路由表。在没有网络管理员介入的情况下，它无法对信息流量重新路由； 动态路由 自动建立路由表，并根据网络的变化、自动更新路由表并。当一个网络链接失效时，动态路由器可以自动地检测失效并建立最有效的新路径。新的路径是根据由网络负载、线路类型和带宽决定的最低成本来进行配置的。,集线器,桥,交换机,路由器,冲突域,1 4 4 4,广播域,1 1 1 4,

15、网络设备的域,第二层交换机和路由器的区别,传统交换机，属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。 路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。 交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中MAC地址，直接根据MAC地址产生选择转发端口算法简单，便于ASIC实现，因此转发速度极高。,第二层交换机和路由器的区别,1.回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路

16、来平衡负载，提高可靠性。,第二层交换机和路由器的区别,2.负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由,第二层交换机和路由器的区别,3.广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。,第二层交换机和路由器的区别,4.子网划分：交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因

17、此不能根据MAC地址来划分子网。而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。,第二层交换机和路由器的区别,5.保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。,第三层交换机与传统路由器相比有如下优点：,1.子网间传输带宽可任意分配：传统路由器每个接口连接一个子网，子网通过路由器进行传输的速率被接口的带宽所限制。而三层交换机则不同，它

18、可以把多个端口定义成一个虚拟网，把多个端口组成的虚拟网作为虚拟网接口，该虚拟网内信息可通过组成虚拟网的端口送给三层交换机，由于端口数可任意指定，子网间传输带宽没有限制。,第三层交换机与传统路由器相比有如下优点：,2.合理配置信息资源：由于访问子网内资源速率和访问全局网中资源速率没有区别，子网设置单独服务器的意义不大，通过在全局网中设置服务器群不仅节省费用，更可以合理配置信息资源。,第三层交换机与传统路由器相比有如下优点：,4.交换机之间连接灵活：作为交换机，它们之间不允许存在回路，作为路由器，又可有多条通路来提高可靠性、平衡负载。三层交换机用生成树算法阻塞造成回路的端口，但进行路由选择时，依然

19、把阻塞掉的通路作为可选路径参与路由选择。,第三层交换机与传统路由器相比有如下优点：,3.降低成本：通常的网络设计用交换机构成子网，用路由器进行子网间互连。目前采用三层交换机进行网络设计，既可以进行任意虚拟子网划分，又可以通过交换机三层路由功能完成子网间通信，为此节省了价格昂贵的路由器。,其他网络设备,网关 调制解调器 网卡 中继器 网桥,网关,一种使两个不同类型的网络系统或软件可以进行通信的软件或硬件接口。,网关,作用： 将常用的协议(如T C P / I P )转换为专用的协议(如S N A )。 将一种消息格式转换为另一种格式。 转化不同的编址方案。 将主机链接到LAN上。 为到主机的连接

20、提供终端仿真。 指导电子邮件发送到正确的网络目标上。 用不同的结构连接网络。 可以在O S I模型的任一层上运行。,调制解调器,将计算机输出的数字信号转换为电话线路可以传输的模拟信号，然后再在接收端将输入的模拟信号转换为计算机可以理解的数字信号,NIC（网络接口卡）,是将网络设备如计算机或其他网络设备等连接到某个网络上的设备。有些N I C有多个插头，所以可以用在不同的介质上，组合N I C可以支持两种或多种介质，但是一次只能是一种介质，否则， N I C就不能正确工作。,中继器,是一种将所接收到的微弱网络信号分离，再生放大并继续传输，以保证有用数据的完整性并在一定范围内传送的设备。 工作在物

21、理层,网桥（bridge）,是一个局域网与另一个局域网连接的桥梁，在TCP/IP模型中，工作在网络层，在OSI模型，工作在数据链路层。,实验,根据设定条件选择网络拓扑 根据设定条件选择网络设备 路由器与交换机的设置操作,一、根据设定条件选择网络拓扑,第一住院大楼一楼有CT3台，MRI5台，二楼诊断工作站40台，第二门诊大楼MRI1台，CT1台，信息楼存储服务器2台，请为选择适当的网络拓扑连接这些设备,根据设定条件选择网络设备,首先，基于以下因素来选择WAN解决方案: 服务的实用性 带宽需求 费用 其次，选择能支持所选择之WAN解决方案的产品,选择产品要考虑的要素,费用/月,使用量,专线, T1,调制解调器/ISDN,帧中断,0,1544 128 64 56 19.2 9.6 4.8,决定您将运行的应用,ISDN, 帧中断,老式调制解调器,Telnet,新式调制解调器,Web 浏览,语音,图像, 多媒体,电子邮件, 文件传送,专线 帧中继, XDSL,kbps,产品选择要点: 10 Mbps 或 100 Mbps 速率需求 端口密度 是