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第 7章 计算机网络基础
计算机网络是 Internet发展的基础
计算机网络是指将地理位臵不同，具有独立功能的多个计算机系统用通信设备和线路连接起来，
并以功能完善的网络软件（网络协议、网络操作系统等）实现网络资源共享的系统。
对于用户来说，计算机网络中通信与数据传输机构是透明的，不必考虑网络的存在而访问网络中的任何资源。
也就是说，用户在使用千里之遥的数据和程序时，
就像使用本机的数据和程序一样，并不感到地理上的距离。
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计算机网络功能 ---信息通信
计算机与计算机之间快速、可靠地互相传送信息，是计算机网络的基本功能。
利用网络进行通信，乃是当前计算机网络最主要的应用之一。
目前，已从一般使用文字的电子邮件通信，发展到实时的网上交谈（ chat）、
网上电话、网上视像会议等多媒体实时通信。
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计算机网络功能 ---资源共享
高速的大型计算机、大容量的硬盘、运行多年的数据库、分布在各地的丰富的信息资源、某些应用软件及某些特殊设备等。组建计算机网络的主要目的之一，就是让网络中的用户可以共享分散在不同地点的各种软、硬件资源和信息资源。
在局域网中，服务器通常提供大容量的硬盘，
用户不仅可以共享服务器硬盘中的文件和数据，
而且还可以独占部分硬盘空间。
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计算机网络功能 ---资源共享
利用计算机网络，可进行均衡负荷与分布处理。
对于综合性的大型复杂处理和计算，可通过网络采用适当的算法，将任务分散到不同的计算机上进行分布式处理；也可通过网络用各地的计算机资源共同协作，进行重大科研项目的联合开发和研究。
通过计算机网络向全社会提供各种经济信息、
科研情报和咨询服务，已越来越普及。
Internet上的 WWW服务，就是最典型、最成功的全球共享信息资源的例子。
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计算机网络分类 ---1按关系原则
计算机网络有多种不同的组成方式，采用不同方式组建的计算机网络性能各异，
根据不同的关系原则，可以划分不同类型的计算机网络。
例如，按网络拓扑结构，可分为环形网、
星形网、总线网等；
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计算机网络分类 ---2按通信介质
可分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网和卫星网等；按信号频带占用方式，可分为基带网和宽带网等；
3按照通信距离分类
可分为广域网和局域网。
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计算机网络分类 ---3按 实现或组成
从计算机网络 实现或组成 上，可以分为通信子网和资源子网两大部分。
通信子网 负责实现计算机间的通信，它常常是专用的网络通信线路，或者是公共通信网络；
资源子网 则由用户的主机等硬件资源和用户提供的各种程序库、数据库等软件和信息资源组成。
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局域网
局域网的地理范围一般在几十公里之内，
如一座大楼、一个工厂或是一所学校。
局域网通常是一个独立的设施，因而容易进行设备的更新和新技术的引用。
局域网由于距离短，所以可以在全网获得很高的通信速率，实现多媒体数据传输等高水平应用。
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广域网
广域网的基本特点是地理范围广，一般从数十公里到数千公里，例如一个城市、一个省，全国、全世界。
早期的广域网常常借用传统的公共通信网（例如电话网）来实现。由于这些传输网原先是用于传送声音信号的，这就使得广域网的数据传输率较低，误码率较高，且通信控制比较复杂。
最近发展起来的基于光纤通信的 DDN（数字数据网）,
ISDN（综合业务数据网）,基于电话网而发展的还有
N-ISDN与 ADSL等 公共通信网络,适合于传输高速数字信号，对 WAN的发展提供了很好的条件。
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网络的传输介质
计算机网络传输介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路，它对网络数据通信的速率和质量有极大的影响。
常用的网络传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤和空间介质等。
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有线传输介质
同轴电缆
双绞线
光导纤维
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同轴电缆
同轴电缆是最传统的传输线，结构为中心有一根铜线
（称内导体），铜线外面是绝缘介质，再外边是屏蔽层，它由金属丝组成或金属箔裹成（称外导体）。
同轴线制造要严格保持内、外导体的同轴性和均匀性，
以保证信号能往前走而不会被反射或丢失。
同轴线有一个重要参数叫“特性阻抗”，它是由内、
外导体的有关尺寸所确定的，以太网络所用的同轴线特性阻抗为 50Ω，而电视系统所用的同轴传输线其特性阻抗为 75Ω。
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双绞线
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，一根导线在传输中辐射的电波会被另一根导线上发出的电波抵消，
这样就降低了信号干扰的程度。现在常用的双绞线一般都未加屏蔽层，它的抗干扰性能是靠制造工艺上的严格对称性来保证的。
双绞线具有较高的传输速率，传输速率有时简称带宽，
用 Mb/s（ megabit per second，兆位每秒）表示。例如，目前快速以太网所用的五类双绞线，在 100m内传输速率可达 100Mb/s。双绞线的优点是价格低廉，施工方便；缺点是距离不能太长。五类线中，把 4对双绞线放在同一根电缆内。
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光导纤维
光导纤维（简称光纤）是一种传输光束的细微而柔韧的介质，通常由非常透明的石英玻璃技成细丝，由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。
纤芯用来传导光波。包层有较低的折射率。
当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此，如果折射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯。这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。
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光波在纤芯中的传播
当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此，如果折射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯。这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。
现代的生产工艺可以制造出超低损耗的光纤，
即做到光线在纤芯中传输好几公里而基本上没有什么损耗，这是光纤通信得到飞速发展的最关键因素。
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光纤用于传输信息的优点
① 抗干扰能力强。 以往使用铜线介质的网络，
最担心的就是强电等杂波的干扰。如果网络介质接地不良，一次雷电在网络线上感应的电流电压，足以摧毁整个网络，使其瘫痪。而光纤就不存在这个问题，它不像金属导线会感应出电流电压，所以，可靠性高，安全性好，适合在户外建筑物之间敷设使用。
②传输速率极高，或者说带宽很宽。 目前已达几十至数百 Gbps，即每秒数万至数十万兆位以上（ 1G＝ 1024M），可传输数百公里。
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光纤用于传输信息的优点
③ 成本低。 光纤的制造成本很低，一根光缆里可放臵数十根甚至数百根光纤，平均每根光纤上，特别是平均单位带宽上其成本极其低廉。
④保密性好。 铜线传输容易被窃听，而光纤则不易被窃听。
鉴于以上优点，目前光纤正被广泛应用。现在存在的问题是，网络的主要设备以及为了延长光纤通信距离而采用的光纤中继器（负责信号的放大、再生），仍然采用电子的方式工作，而光 -电、电 -光转换影响了传输性能，成为“瓶颈”，也增加了成本。正在研制中的“全光网络”如能成功，将克服这一缺点。
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光纤分类
光纤通信从原理上讲并不复杂，它由光源、光纤和光检测器组成。在发送端将电信号对光源进行调制，受调光波经光纤传向对端，由光检测器解调为原来的电信号。
多模光纤直径较大,用于较短波长的激光传送信息，
其损耗较大，传输距离较短，仅为数百米至数公里，
常用于局部网络中；
单模光纤直径较小,常采用较长波长的激光传送信息，
其损耗小，传输距离长，可达数十公里，邮电等通信部门长距离通信常使用单模光纤。单模光纤的成本高与多模光纤。
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2．无线传输介质
无线通信是计算机组网的重要手段之一 。无线通信能到达一些有线网络难以到达或成本很高才能到达的地方和场合，例如，偏僻的地方、
移动的地方、需要快速组网的场合等。
各种不同频率的电磁波都可以在空间传播,比如，根据频率从低至高（波长则从长到短），
有无线电广播用的长波 （ LW）,中波
（ MW）、短波（ SW）、超短波，电视广播用的甚高频（ VHF）、超高频（ UHF），通信常用的微波（ microwave），红外激光等。
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2．无线传输介质
波长较长的电磁波可沿着地面传播；
波长较短的电磁波
微波，则只能直线传播，
波长更短的红外线，其传播距离仅为可视范围之内。
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微波的种类
地面微波
卫星微波
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地面微波
地面微波需要很多建立在高山顶上的微波中继塔进行“接力”，才能传到远方。
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卫星微波
卫星微波利用人造卫星“站得高看得远”的接收和转发，很容易将信号传到远方。
理论上，在地球上方只要有三颗高轨道的与地球自旋速度同步的卫星，就可以将信号传到地球上的任何地方。
由于发射卫星成本的降低，卫星微波已用得非常普遍。其缺点是由于卫星太远，虽然电磁波速度为每秒 30万公里，但电磁波一上一下，也需要较长时间，用户会感觉到有明显的延时。
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局部地区网络采用无线连接
局部地区网络采用无线连接时，常使用较小发射功率和较小尺寸的简化天线。
由于无线电频率也是一种由国家管制的资源，所以局域网常采用不需申请频率的公共频率进行“扩频通信”，其传输速率已达 2Mb/s，以后将达 10Mb/s。
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计算机网络协议 ---1
计算机网络最基本的功能就是将分别独立的计算机系统互朕起来，使它们之间能相互通信（即信息交换）。
通信的双方要进行对话，就必须遵守双方都认可的规则，而在计算机网络中将计算机之间通信所必须遵守的规则、标准或是某些约定统称为网络协议。
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计算机网络协议 ---2
网络协议是计算机网络的核心问题，也是计算机网络的不可缺少的组成部分。由于计算机网络是相当复杂的系统，相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行。
为了设计这样复杂的计算机网络，人们提出了将
“网络”分层的方法。分层可将庞大而复杂的问题转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较容易研究和处理。随着网络的分层，
将通信协议也分为层间协议，计算机网络的各层和层间协议的集合被称为 网络体系结构 。
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计算机网络协议 ---3
在通信中，通信的双方共同遵守的规则和约定称做协议，它是通信正确进行的基础。
计算机网络协议是为了实现计算机网络中不同主机之间、不同操作系统之间的通信而规定的、网络全体成员都必须共同遵守的一系列规则和约定。
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OSI参考模型
国际标准化组织（ ISO）提出了一个开放系统互联（ OSI）基本参考模型，一般称 7层协议，就是为了解决计算机和网络互联的标准化而提出的。
无论两台计算机之间存在多大的差异，
只要它们遵守 OSI模型，那么它们之间就能进行通信。
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OSI参考模型
7层之中,l~3层接近于硬件,4~7层则常常以软件实现为主。一台计算机的某一层与另一台计算机的同一层对话，所使用的规则和约定集合起来称为网络的某一层协议。
实际上，在通信时，高层的数据和控制信息是传递给相邻的下一层，一层一层直至最底层；通过物理线路传到对方后，
再一层一层还原。
最底层实现的是真实的通信，各层之间实现的是虚拟通信。层和协议的集合构成了网络体系结构。
Coaxial cable 同轴电缆
Fiber Options 光纤
Radio Signal 无线介质
Twisted pair 双绞线
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OSI参考模型
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TCP/IP协议
TCP/IP协议常简称为 TCP/IP。 TCP/IP并非国际标准，但它在计算机网络体系结构中占有非常重要的地位。这是因为 OSI体系结构虽然从理论上讲比较完整，是国际公认的标准，但它还远远没有商品化，真正市场上流行的网络很少有完全符合 OSI各层协议的。
而由于 Internet所采用的网络协议中，最著名的就是传输层的 TCP协议和网络层的 IP协议，
因此，人们也常用 TCP/IP表示 Internet所使用的体系结构。
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TCP/IP协议
随着 Internet的流行与普及，支持 TCP/IP的网络产品则越来越多地流入市场。
因此，人们也称,TCP/IP”为事实上的工业标准。 TCP/IP与 OSI
存在着较大差别。
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TCP/IP协议
SMT P T E L N E FT P DNS
T CP UDP
IP
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TCP/IP模型包含了一族网络协议,TCP和 IP
是其中最重要的两个协议，它们虽然都不是
OSI的标准协议，但它们是被公认的事实上的标准，是国际互联网的标准协议。
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SMT P T E L N E FT P DNS
T CP UDP
IP
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网络接口层也称为主机 -网络层，在 TCP/IP参考模型中并没有详细定义这一层的功能，只是指出通信主机必须采用某种协议连接到网络上，
并且能够传输网络数据分组。
具体使用哪种协议，在本层中并没有规定。实际上根据主机与网络拓扑结构的不同，局域网基本上采用了 ISO8802系列的协议，如 8802.3
以太网协议,8802.5令牌环网协议；广域网较常采用的协议有帧中继,X.25等。
TCP/IP协议 ---网络接口层
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互联层（ Internet Layer）的主要功能是负责在互联网上传输数据分组。互联层与 OSI参考模型的网络层相对应，相当于 OSI参考模型中网络层的无连接网络服务。
互联层是 TCP/IP参考模型中最重要的一层，
它是通信的枢纽，从底层来的数据包由它选择，
继续传给其他网络节点或是直接交给传输层，
对从传输层来的数据包，要负责按照数据分组的格式填充报头，选择发送路径，并交由相应的线路发送出去。
SMT P T E L N E FT P DNS
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TCP/IP协议 ---互联层
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SMT P T E L N E FT P DNS
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TCP/IP协议 ---互联层
在互联层，主要定义了互联协议（ IP）以及数据分组的格式。它的主要功能是路由选择和拥塞控制。
另外，本层还定义了：
地址解析协议 ARP（ Address Resolution Protocol）
反向地址解析协议 RARP（ Reverse Address
Resolution Protocol）
因特网控制报文协议 ICMP（ Internet Control
Message Protocol） 。
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传输层（ Transport Layer）的主要功能是负责端到端的对等实体之间进行通信。
它与 OSI参考模型的传输层功能类似，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节，同时它真正实现了源主机到目的主机的端到瑞的通信。
TCP/IP参考模型的传输层完全建立在包交换通信子网基础之上。
TCP/IP的传输层定义了两个协议：
传输控制协议（ Transport Control Protocol，简称 TCP）
用户数据报协议（ User Datagram Protocol，简称 UDP）。
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TCP/IP协议 ---传输层
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TCP协议是可靠的、面向连接协议。它用于包交换的计算机通信网络、互联系统以及类似的网络上，保证通信主机之间有可靠的字节流传输。
UDP是一种不可靠的、无连接协议。它最大的优点是协议简单，额外开销小，效率较高；缺点是不保证正确传输，也不排除重复信息的发生。 UDP不是面向连接的。
需要可靠数据传输保证的应用需选用 TCP协议；相反，
对数据精确度要求不是太高，而对速度、效率要求很高的环境，如声音、视频的传输，应该选用 UDP协议。
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TCP/IP协议 ---传输层
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TCP/IP协议 ---应用层
应用层（ Application Layer）是 TCP/IP协议族的最高层。它包含了所有 OSI参考模型中会话层、表示层和应用层这些高层的协议的功能。
互联网络上的应用层服务协议有下面几种：
简单电子邮件协议（ SMTP）
负责互联网中电子邮件的传递；
超文本传输协议（ HTTP）
提供 WWW服务；
远程登录协议（ TELNET）
实现远程登录功能，电子公告牌系统 BBS使用此协议；
文件传输协议（ FTP）
用于交互式文件传输，下载软件使用这个协议；
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SMT P T E L N E FT P DNS
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TCP/IP协议 ---应用层
网络新闻传输协议（ NNTP）
为用户提供新闻订阅功能，它是网上特殊的一种功能强大的新闻工具，每个用户既是读者又是作者；
域名（服务）系统（ DNS）
负责域名到 IP地址的转换；
简单网络管理协议（ SNMP）
负责网络管理；
开放最短路径优先协议（ OSPF）
负责路由信息的交换。
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SMT P T E L N E FT P DNS
T CP UDP
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TCP/IP协议 ---应用层
网络用户经常直接接触的协议是：
SMTP,HTTP,TELNET,FTP,NNTP等。
随着计算机网络技术的发展，还不断有新的协议加入。
TCP/IP协议经过多年运行，已较为成熟，但
TCP/IP协议也受到了地址域长度小和功能不如 ISO协议强大等因素的限制。
因此随着网络技术的发展,TCP/IP协议也将会不断地变化。
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局域网技术
局域网是指将小区域内的计算机互联形成的网络。这里所说的小区域，可以是一个建筑物、一个校园、一个工厂，或者大至几十公里直径的一个区域。
由于距离较短，用光纤或专用网络电缆连接，可以有较高的传输速率。目前，网络主干线上的传输速率可达 100M～ 1000Mb/s，而用户端的速率也可达 10M～
100Mb/s。
局域网络上的应用系统，除了内部电子邮件等通信软件外，主要运行的是专门的业务系统（如海关业务）
或管理信息系统，包括公文流转、财务管理、市场管理、仓库管理、人事管理等。
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局域网的组成
局域网由网络硬件和网络软件两大部分组成。
网络硬件用于实现局域网的物理连接，为连在局域网上的计算机之间的通信提供一条物理通道。
网络软件用来控制并具体实现通信双方的信息传递和网络资源的分配与共享。
网络硬件和网络软件是局域网的两个相互依赖、
缺一不可的组成部分，它们共同完成局域网的通信功能。
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软件系统
局域网系统软件包括客户机和服务器两部分，
客户机和服务器操作系统可以相同，也可以不同
在客户机端最为流行的操作系统是 Windows
95/98。
服务器端操作系统可以是 Windows NT/2000
Server,unix,Linux,Netware等。
网络操作系统是局域网最重要的系统软件，它要提供安全、高效的对服务器的管理，提供和协调各网络工作站对网络的存取和对网络资源的共享服务。
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Netware局域网操作系统
Netware是目前仍广泛使用的局域网操作系统，
它是美国 Novell公司的产品。
Netware为其用户提供的主要服务有,
文件 /打印服务,即文件共享和打印资源共享；
数据库服务,可按逻辑方式或关系方式存储或共享信息；
通信 /网际服务,它包括局域网的各个用户之间、
局域网与局域网之间、局域网与广域网之间的服务。
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Windows NT网络操作系统
一般网络模式有两种。
1,客户机 /服务器模式，即单台或多台电脑扮演着中央资源存储器的作用，而成员则通过访问文件服务器来获取所需的各种网络资源，同时由服务器验证用户对网络的登录。 Novell网络就是这种模式。
2,另一种就是对等网络模式。在这种类型的网络中每个工作组成员电脑都可以将自己的资源直接提供给另一个工作组成员电脑，工作组的每个成员都拥有自己的安全设臵数据库，以便控制其他电脑对其资源的访问。 Windows NT同时采取了这两种模式。
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网络应用软件
1,基于客户机／服务器工作模式的各种数据库管理系统
（如 Oracle,SyBase,SQL Server,Foxpro等），
2,办公自动化管理系统（如 Notes/Domino系统等）；
3,由局域网建成 Intranet（企业内部网）之后，采用的网页 /浏览器（ Web/Browser）工作方式。它们所使用的软件（如 Navigator和 IE等）。
4,网络应用软件的开发是非常重要的，网络硬件再好，
若缺少应用，就像高速公路上没有车辆在跑那样，会造成极大的浪费。
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网管软件
这种软件用于监视和控制网络的运行情况，包括设备和线路的好坏、网络流量及拥挤程度，
可进行虚拟网络的配臵等。
这对于较大型网络是十分必要的，否则网络出现故障或性能降低将无从下手进行解决。
使用这种软件要求网上设备是可网管的，或称为智能的。常用的网管软件平台有 HP的
OPenview,IBM的 Netview等。
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硬件系统 ---计算机系统
网络硬件主要由计算机系统和通信系统组成。
计算机系统是网络的基本单元，具有访问网络、数据处理和提供共享资源的能力。
根据计算机系统提供的网络功能和在网络中所起的作用，计算机系统有网络服务器和网络工作站之分。
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硬件系统 ---通信系统
通信系统是连接网络基本单元的硬件系统，主要作用是通过通信电缆（即传输介质或传输媒体）、网络设备等硬件系统将计算机连接在一起，为网络提供通信功能。
通信系统包括：网络设备、网络接口卡和传输介质及其介质连接设备。
总体上，局域网硬件应包括：网络服务器、网络工作站、网络接口卡、网络设备、传输介质、
介质连接器和各种适配器。
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网络服务器（ server）
网络服务器是网络的服务中心，包括一台或数台规模较大的计算机，具有高速的处理能力和快速存取的大容量磁盘或光盘存储器。
网络服务主要是文件服务、通信服务、名字服务等对网络用户的各种服务。
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网络工作站（ workstation）
每一台连到网络上的用户终端电脑，
都称为网络工作站。
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网络传输介质
网络传输介质包括各种电缆、光纤和双绞线，以及这些介质两端所用的接头、
插座等。
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网络适配器
网络适配器俗称“网卡”。是一块网络接口电路板，每一台上网的服务器或工作站上都必须装上这种适配器，才能进行网络通信，实现网络存取。
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网络连接部件
除以上所介绍的设备网络连接部件外，都可以归在此部分。
例如各种网络收发器、中继器、集线器、交换机、网桥、路由器、网关等。
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结构化布线系统
结构化布线系统是一种在建筑物和建筑群中综合数据传输的网络系统。它是把建筑物内部的语音交换、智能数据处理设备及其他广义的数据通信设施相互连接起来，并采用必要的设备同建筑物外部数据网络或电话局线路相连接。
结构化布线系统（ SCS）可满足建筑物内部及建筑物之间的所有计算机、通信以及建筑物自动化系统设备的配线需求。由于 SCS是一套综合式的系统，因此它可以使用相同的电缆与配线端子板，以及相同的插头与模块化插孔以供话音与数据的传递，可不必顾虑各种设备的兼容性问题。
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结构化布线系统
SCS采用模块化设计，因而最易于配线上扩充和重新组合。此系统采用了星形拓扑结构，遵循电信方面的建筑物配线国际标准 --EIA/EIA568。
正由于 SCS采用了星形拓扑结构的模块化设计，才使扩充系统工作变得十分方便。因为在星形结构中，工作站是由中心节点向外增设，而每条线路都与其他线路无关，因此，在更改和重新布臵设备时，只是影响到与此相关的那条线路，而对其他所有线路毫无影响。
另外，这种结构会使系统中的故障分析工作变得非常容易。一旦系统发生故障，便可迅速地找到故障点，
并加以排除。
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结构化布线系统
SCS由 6个独立的子系统所组成，采用星形结构，可使任何一个子系统独应进入 SCS系统：
1,管理子系统,指分布于各楼层的交换机、集线器、接线架等设备。
2,垂直子系统,指垂直布线，常使用光纤或多对双绞线电缆。
3,水平子系统,指水平布线，多用双绞线，也可用光纤。
4,工作区子系统,指水平线端口、网卡、网络工作站等。
5,设备子系统,包括服务器、连接设备等。
6,户外子系统,建筑物间基本上都使用光缆。
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结构化布线系统
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7.2.2网络拓扑结构
网络的拓扑结构是指网络站点及其连接的几何布局，它描述了各站点的逻辑位臵。
局域网的拓扑结构是非常重要的，因为不同的拓扑结构决定了不同的信道共享和复用方式，也就由此决定了访问控制方式，并极大地影响网络的传输性能。
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局域网常见的拓扑结构
一般来说，用户和 Internet等广域网的连接大部分通过局域网进行。因此，改变和选择好的局域网拓扑结构及其访问控制方式，对提高广域网的传输性能也会起到较好的作用。
局域网常见的拓扑结构有总线形、树形、
星形、环形、网状等几种。
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总线形拓扑
在总线形拓扑结构中，所有的站点都连接在同一根传输线，即“总线”上
其优点是结构简单，易于扩充，因而用得很广泛。
缺点是实际网络连接中，常采用串联方式，该连接方式故障敏感，且故障检测困难。
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总线形拓扑
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树形拓扑
它是从总线形拓扑演变而来的，
形状像一棵倒挂的树。
其特点与总线形拓扑大致相似
不同的地方是树形拓扑故障易于检测和隔离。
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星形拓扑结构
在星形拓扑结构中，中央结点到各站之间呈辐射状连接，由中央结点完成集中式通信控制。
10Base_T星型拓扑结构是最流行的以太网连线方式
10表示传输速率为 10Mb/s；
Base表示为基带传输；
T表示双绞线星型网。
优点,结构简单，访问协议简单，单个故障不会影响到整个网络。
缺点,对中央结点的可靠性要求很高，且系统的扩展比较困难 。
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10Base_T星型拓扑结构
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10Base_T星型拓扑结构
10Base_T星型拓扑结构是采用双绞线连接的以太网，双绞线采用 RJ-45接头连接计算机和集线器。
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环形拓扑
环形拓扑结构中，站与站点之间首尾相接，
形成一个环，数据只能沿单方向传输。
这种结构适合于光纤介质，但如果处理不当，站点的故障会引起全网故障。
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网状网络
网状网络的每一个结点都与其他结点一一直接互连。
这种连接方法主要是利用冗余的连接，
实现结点之间的高速传输和高容错性能，
以提高网络的速度和可靠性。
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混合型结构
实际应用中的网络，其拓扑结构常常不是单一的，而是混合型的。
例如，有些网络其工作方式是环形的，
但其连接方式却是星形的；
有的网络其主干部分采用网状连接，但其他部分是星形或树形连接；
有些网络总线形与树形同时存在于一个网络之中。
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7.2.3以太网工作原理 ---1
以太网是国际上的主流网络，它已发展了近三十年，性能不断提高，从 10Mb/s
的以太网，发展到后来的 100Mb/s的快速以太网，最近已发展到 1000Mb/s的 G
位以太网；
网络拓扑从总线形发展为星形；工作方式从共享式发展到交换式；网上应用从单纯传输数据发展到传输多媒体信息。
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7.2.3以太网工作原理 ---2
传统的以太网的传输速率为 10Mb/s。它所采用的主要技术如下。
传输速率为 10Mb/s
基本拓扑结构为总线形
介质存取方式为 CSMA/CD共享争用方式。
CSMA/CD,带冲突检测的载波侦听多路存取方式。这种方式符合 IEEE802.3规范。
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7.2.3以太网工作原理 ---3
两个或多个站共享一个传输介质。某站要发送信息，
就必须先侦听介质上是否有载波，
有载波表示正在传送信号；
如没有，此站就可发送信息，
否则需等到其他站发送完毕，才可发送。
但也可能另一站也同时侦测到介质空闲而开始发送信息，
这就可能发生冲突。
当工作站检测到冲突时，立即停止发送。但此后这两个站不能立即进行重新发送，否则会立即产生新的冲突。
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7.2.3以太网工作原理 ---4
CSMA/CD一般采用的操作如下：
1,如果传输介质空闲，它就发送报文。
2,如果传输介质正忙，它等待直至传输介质空闲才发送。
3,如果发生冲突，立即取消本次信息发送，并在等待一个随机时间（即长短不确定的一段时间）之后重新发送。这样，两个站的发送就有可能错开时间，避免再次冲突。
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以太网的冲突
以太网的冲突会使网络的有效带宽，即实际数据传输速率降低。
如，用 10Mb/s的共享式以太网传输 MPEG-1活动影像节目，每一个 MPEG-1视频音频数据流占用带宽不到 1.5Mb/s，
照理说,10Mb/s应能传输 6~7路 MPEG-1信号，
但实际应用表明，仅 3~4路时才能保证活动画面流畅而不停顿，其他就损失在冲突和等待重发上了。
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10Base-T以太网
10Base-T以太网一改传统以太网的总线形连接为星形连接。所用的介质是 10Mb/s的非屏蔽双绞线，线的长度最大不能超过 100m，互相的连接是通过一个称为集线器的设备进行的。集线器相当于把总线编成了一个点，实际上是一个多路中继器，它能将微弱的信号进行放大再生。
10Base-T以太网的性能因集线器的性能不同而有很大的差别。早期使用的是共享式集线器（ shared hub），
即连到该集线器上的工作站共享 10Mb/s的带宽，性能非常有限，一般仅用在同一个办公室内传送数据。
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使用交换式集线器
使用交换式集线器 （ switched hub）,
则网络性能大大提高。
它能像电话总机那样，使一个用户与另一个用户的通信（例如 A与 C、
B与 D的通信）互不干扰，各自独占
10Mb/s带宽。
这是目前较多采用的连接方式。
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快速网络技术
随着大型数据库和多媒体技术日益广泛的应用，
人们对计算机网络的传输速率及其他性能的要求越来越高。
目前，提供高速传输的网络技术有：
快速以太网
FDDI网
ATM网络
它们都能实现 100 Mb/s以上的传输速率，是提高网络传输速率的有效途径。这其中又以快速以太网应用最为广泛。
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快速以太网
快速以太网的传输速率为 100Mb/s，并且支持
1000Mb/s的传输速率，用 100Base-T技术标准。
100Base-T采用和 10Base-T相同的 CSMA/CD
协议，是 10 Mb/s以太网的直接扩展。
100Base-T有着广泛的用户基础，可平滑地将以太网从 10Mb/s升级到 100Mb/s，能够最大限度地保护用户在网络硬件、软件、维护和培训等方面的已有投资
通过 100Base-T网络适配器和交换式集线器相配合使用，可有效地保证工作站和集线器之间的传输带宽。
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2,FDDI网络
光纤分布式数据接口 FDDI是以光纤为传输媒体的局域网标准，采用令牌环访问控制技术。
令牌环使用一个称为 令牌 的比特控制信号控制与令牌环网连接的计算机的发送与接收。
如果和令牌环网相连接的计算机准备访问信道，
发送数据帧，则该计算机必须得到该令牌控制信号。
因为在整个环网上只有一个令牌在运行，所以这种方式保证在信道中每次只有一个站点在发送数据帧。
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FDDI采用双环结构
FDDI采用双环结构，平常主环进行正常的数据传输，次环为冗余的备用环，一旦主环链路发生故障，则备用环的相应链路就进行工作，
这样就使得 FDDI网具备较强的容错能力。
FDDI采用令牌传递的访问控制协议，传输速率高达 100 Mb/s，覆盖范围可达 100 km，可连接多达 500个站点，站点间的最大距离为
2km。
这些优良的网络性能，使得 FDDI在较大范围局域网的组网技术中占有重要的地位。
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FDDI网络适配器
FDDI网络适配器分为 双连接 和 单连接 适配器两种。
使用 双连接 网络适配器的工作站可直接连接到双环网络上
使用 单连接 网络适配器的工作站则必须通过集中能与双环网络连接。
在一般的 FDDI网络规划设计中，大多数采用集中器和单连接工作站的方式进行网络连接 。
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FDDI集线器
早先的线集中器多用微机来实现，在作为线集中器的微机内安装相应的 FDDI集中器卡，然后安装相应的集中器软件。
有些 FDDI集线器还采用交换式集线器结构，为网络上的站点提供所需的专用带宽，由它向下连接服务器和工作组集线能，组成一个以 FDDI为主干的分级连接的交换式网络系统。
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3．交换式以太网 --1
以太网、快速以太网,FDDI和令牌环网常被称为传统局域网，它们都是共享介质、共享带宽的共享式局域网。
所谓共享式网络就是网络建立在共享介质的基础上，在网络上的所有站点共享一条公共的传输通道，每个站点都必须抢占这条通道后，才能与其他站点进行通信，而在任何时候最多只允许一对站点占用通道，其他站点必须等待。
2009-7-25 徐州工程学院 85
3．交换式以太网 --2共享式网络
各站点对公共信道的访问由 MAC协议（ CSMA/CD、
Token Aing）控制。
由于这些 MAC协议的处理，增加了网络延时，影响了网络效率，降低了带宽利用率。
以太网是典型的共享式局域网，它的 CSMA/CD协议对冲突的处理极大地影响了网络效率，尤其是在网络负载重时，冲突和重发的大量发生，会使网络效率急剧下降。
所以以太网的带宽利用率一般应为 30％，当平均利用率达到 40％时，网络响应速度明显降低，在达到 70％
以上时，网络将无法正常工作。
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3．交换式以太网 --3共享式局域网
共享式局域网还具有共享带宽的特性，网上的每个站点只能得到局域网带宽的一小部分。
如对 10Mb/s带宽的以太网而言，若网上只有一个站点，那么这个站点可以使用全部带宽
（ 10Mb/s）。但如果网上连接了 10个站点，
那么 10Mb/s网络带宽则由 10个站点共享，每个站点所能获得的平均带宽仅为 1Mb/s，
在共享式局域网中，连接的站点越多，每个站点所得到的带宽就越小，所以共享式局域网不能提供足够的带宽。
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3．交换式以太网 --4网络微段化
传统局域网为了提高带宽，往往使用路由器进行网络分割，将一个网络分为多个网段，每个网段有不同的子网地址，不同的广播域，以减少网络上的冲突，提高网络带宽。这种方法称为网络微段化或微化网段。
网络微段化把一个较大的网分为几个或几十个甚至几百个网段，这就使网络结构和网络管理变得十分复杂且成本提高，而且也不能根本解决网络带宽的问题。
所以微化网段已不能适应局域网扩展和新的网络应用对高带宽的需求。
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3．交换式以太网 --5交换式局域网
近几年突起的交换式局域网技术，如交换以太网（ Switching Ethernet），能够解决共享式局域网所带来的网络效率低、不能提供足够的网络带宽和网络不易扩展等一系列问题
它从根本上改变了共享式局域网的结构，解决了带宽瓶颈问题。
目前已有交换以太网、交换令牌环、交换
FDDI和 ATM等交换局域网，其中交换以太网应用最为广泛。交换局域网已成为当前局域网技术的主流。
2009-7-25 徐州工程学院 89
3．交换式以太网 --6交换式局域网
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交换式局域网 --1
交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单元（信元）为数据交换单位，以交换设备为基础构成的网络。
交换式网络的核心设备是交换机。交换机为每个端口提供专用的带宽，各个站点有一条专用链路连到交换机的一个端口。这样每个站点都可以独享通道和带宽。
2009-7-25 徐州工程学院 91
交换式局域网 --2
交换式局域网把“共享”变为“独享”，网络上的每个站点都独占一条点到点的通道，独占带宽。每台计算机都有一条 100 Mbs带宽的传输通道，它们都独占
100 Mb/s带宽。
网络的总带宽通常为各个交换端口带宽之和。
所以在交换式网络中，随着用户的增多，网络带宽在不断增加，而不是减少，即使是网络负载很重也不会导致网络性能下降。
交换式局域网从根本上解决了网络带宽问题，能满足用户对带宽的需求。
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交换机
交换机是一个并行系统，它可以使接入的多个站点之间同时建立多条通信链路（虚连接），
让多对站点同时通信，所以交换式网络大大地提高了网络的利用率。
在交换机上可以配臵 10 Mb/s,100 Mb/s或者
10/100 Mb/s自适应的端口，用于连接不同速率的站点，接口速度有很大的灵活性。
大容量交换机独享带宽，不会因为网络扩展而使各输出端口的带宽下降。
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交换网
交换网可以构造“虚拟网络”，通过网络管理功能或其他软件可以按业务或其他规则把网络站点分为若干个逻辑工作组，每一个工作组就是一个虚拟网。
虚拟网的构成与站点所在的物理位臵无关。这样可以方便地调整网络负载的分布，提高带宽利用率。
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快速交换以太网实例
快速交换以太网技术可以用于中小型网的主干网技术，
也可以用于工作组级，通常将一台或多台快速以太网交换机（ 100Mb/s）连接起来，构成校园主干网，
再下连 100M以太网交换机或下连 10M/100M自适应以太网交换机，组成全交换的快速交换式以太网。
高速以太网是指传输速率为 100Mb/s的以太网。
它采用的介质是能在 100m内传输速率达 100Mb/s的
100Base-T规范双绞线，俗称“五类线”，
10Base-T则使用传输速率为 10Mb/s“三类线” 。
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快速交换以太网实例
高速以太网的出现，解决了服务器访问等网络通信的“瓶颈”问题，
以及与低速以太网的速度匹配问题
使网络性能从实质上得到了很大的提高，从而使网络应用开始从纯粹的数据传送发展到进行多媒体通信应用。
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100M b/s
10M /1 00M b/s
100M b/sú
10M /1 00M b/sú
100M b/sú
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í?§?ú
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′í 10M b/s
μ?÷￡o快速交换以太网实例
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千兆位以太网
千兆位以太网具有每秒 1000兆位的传输速率
（ 1000Mb/s）
由于局域网的扩大（网上几千台工作站是常有的事）和网上多媒体的应用（例如网上电视
IP/TV，网上视频点播 VOD等），使得网络核心部分（或称主干部分），即使用 100Mb/s的快速以太网，也仍然显得十分拥挤。
千兆以太网的出现，能有效地解决主干上拥挤的问题，使网络性能大大提高。
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升级到千兆以太网
千兆以太网的硬件主要包括千兆以太网传输介质、千兆以太网网卡和千兆以太网关键连接设备是路由交换机。
千兆以太网的传输介质主要为光纤。目前 1000Base-LX标准下 多模光纤 传输距离可达 550m,单模光纤 可达 5km，单模光纤使用远程驱动模块可达 150km。
短距离内也可以使用双绞线。
2009-7-25 徐州工程学院 99
升级到千兆以太网
正如 10Mb/s以太网平滑升级至 100
Mb/s以太网一样，千兆位以太网将使网络自然地升级到 1000Mb/s的带宽，
并使原有在以太网的管理员专业技能和支持培训方面的投资不被浪费。
下图表示升级到千兆以太网的一种方案。
2009-7-25 徐州工程学院 100
升级到千兆以太网
2009-7-25 徐州工程学院 101
异步传递方式 ATM网
ATM是 异步传递方式 采用的是一种快速分组交换技术
（信元交换技术），
非常适合于多媒体综合数据的传送。这里介绍几种通信传递方式。
2009-7-25 徐州工程学院 102
从专线通信到电路交换
早期的通信要铺设专用的电线，使用效率往往很低。后来发展成电路交换。
所谓电路交换是以电路连接为目标的交换方式。
就像今天的电话这样，电话线经过电信局的电话交换机的转接而连通，线路可以分时共享，显著地提高了使用效率。
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从电路交换到包交换
电路交换方法在交换机转接连通后，就又像专线一样处于独占状态。
实际上，电话的间隙（即寂静时间）很多，电话线的使用效率还不到 50％。
在数据通信中，由于数据源明显的突发特性，
其使用效率更低。例如，用电话线通过调制解调器，连上个人计算机，由于人敲键盘的速度很慢，所以，线路的实际使用效率非常低。
2009-7-25 徐州工程学院 104
从电路交换到包交换
因此，人们想出了分时使用昂贵的通信线路的方法，把要传的数据打成一个个
“数据包”，
在包的头上标明路由选择等信息，就可以像邮电局邮递包裹那样进行分发传送。
这也称为分组交换，亦称包交换
（ packet switching）技术。
2009-7-25 徐州工程学院 105
从包交换到信元交换
在包交换技术中，数据包的长度是不确定的，
可长可短。这造成了时间不可预期，不适合应用于实时性很强的业务，如声音和视频图像的传送等多媒体通信业务。
ATM技术所采用的数据包很小，而且是定长的。它只有 53字节，其中用户数据占 48字节；
另有 5字节信头，具有路由选择等用途。由于这种数据包很小，称为信元（ cell），所以，
ATM所采用的数据包交换技术也称为信元交换技术。
2009-7-25 徐州工程学院 106
从包交换到信元交换
在 ATM网中，数字化声音、图像及数据，被切成一小块一小块，作为小信元在 ATM网络中传输，
选择合适的路由，经过若干交换节点，到达目的地，再及时地按顺序拼接成原来的数据，还原为声音和图像等。
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ATM将数据转换为固定长度的信元
2009-7-25 徐州工程学院 108
高性能 10/100/1000以太网集成
由以太网界面直接连接到 ATM交换机网段，业务可以通过 ATM骨干网输入到端口，提供了负载分担和容错特性。
例如，千兆以太网的数据流可以分布在多条链路上进入网络核心，以避免阻塞并提高可靠性。这种下行链路技术方案可以免受任何单一的故障点的影响。
2009-7-25 徐州工程学院 109
高性能 10/100/1000以太网集成
2009-7-25 徐州工程学院 110
ATM技术分析
ATM技术被应用于专用网、交换网和接入网三个领域之中。
目前，它应用于专用网，
例如，局域网（ LAN）和城域网
（ MAN）中，已经相当成功，应用于长距离的公共交换网也已有许多成功案例。
2009-7-25 徐州工程学院 111
ATM技术分析
ATM技术虽然有许多长处，但是，
近年发展起来的宽带 IP网仍然对它提出了严峻的挑战。
Internet近几年的飞速发展，使电信网必须认真考虑与它结合，因为这提供了网络技术和网络应用发展的极大的机遇。
2009-7-25 徐州工程学院 112
ATM技术分析
虽然目前 Internet的互连通路仍主要采用电信网的传统线路，但是它所采用的 TCP/IP通信协议，所使用的是 IP数据包。
而 IP数据包不见得一定要通过 ATM来传递，
它可能直接以以太网帧格式在光纤网上传送而获得极高的速度，使运行成本大大降低。
有人估计它可以降低成本 95％，从而使得将来有可能以今天打电话的价格提供宽带多媒体服务。
2009-7-25 徐州工程学院 113
广域网技术 --1
广域网 WAN，是覆盖地理范围相对较广（数十公里到数千公里）的数据通信网络。它常利用公共网络系统（如电话公司）提供的便利条件进行传输，可以分布在一个城市、一个国家，
甚至跨过许多国家分布到全球。
局域网技术是为一个地点的计算机之间的联网而设计的，它提供了少量的计算机之间的网络通信，其最致命的限制是它的规模：一个
LAN不能处理任意多的计算机，也不能连接分布在任意多地点的计算机。
2009-7-25 徐州工程学院 114
广域网技术 --2
区别广域网和局域网的关键所在是其规模。
广域网可以不断扩展，满足跨越广阔地域的多个地点、多个计算机之间互联需要，实现不同地域、多台计算机之间的同时通信，
几个不同地域的局域网（包括远程单机）经公共网络相互连接也可构成一个广域网，
因此，路由选择技术和异构网的互联技术也是广域网技术的重要组成部分。
2009-7-25 徐州工程学院 115
通信信号
信号就是一种变化的电流，用以代表事先已编码的信息。如果信息以二进制格式存储，则信号只代表两种取值,0和 1，在两个通信设备之间通过电线或者在空中传输。
在节点间传输信号可用两种方法：基带和频带。
图给出了这两种方案：
基带指的是数字信号的数字传输
频带指的是数字信号的模拟传输
在局域网中绝大多数情况下都使用基带信号。
2009-7-25 徐州工程学院 116
通信信号
基带 类似于电报，信号电平被调制为一个连续的载波信号，电压从一个电平到另外一个电平的变化代表数字信号 0或 1。
频带 类似于 TV电缆传输，像不同的 TV信道能同时传递不同的节目一样，频带连接也支持许多独立的通信信道。
2009-7-25 徐州工程学院 117
广域网的构成
广域网一般由 主机 和 通信子网 组成，通信子网用于在主机之间传递信息。广域网通信子网和主机分离，简化整个网络的设计。
在许多广域网中由公共网络充当通信子网，它包括两个组成部分,传输线 和 交换节点 。
传输线 用来在计算机之间传送比特流；
交换节点 有时也叫做分组交换节点，用于连接两个或多个传输线。
数据沿输入线到达交换节点后，交换节点必须为其选择输出线并将其输出。
2009-7-25 徐州工程学院 118
主机和通信子网的关系
2009-7-25 徐州工程学院 119
通信子网工作层
通信子网工作在 OSI参考模型的下三层，
即物理层、数据链路层和网络层。
目前常用的公共网络系统有电话交换网
PSTN、分组交换数据网 X.25、帧中继网
Frame Relay、数字数据网 DDN等。
广域网种类很多，性能差异很大，租用不同的广域网所需支付的费用差异也很大，用户需要做出权衡。
2009-7-25 徐州工程学院 120
分组交换
在广域网中传送的数据单元称为 分组 。
在广域网的交换节点，采用存储转发技术，即当分组到达交换节点（或称交换机）时，
交换机将其放入一个队列，直到交换机可以发送它们去目的地，交换机可以缓冲同时到达的小批量的突发性的分组。
2009-7-25 徐州工程学院 121
分组交换机
分组交换机就是广域网的基本组件之一。
分组交换机互相连接起来，传递分组，构成广域网。
通过增加分组交换机可以扩展广域网，覆盖更多的地点，连接更多的计算机。
从概念上讲，分组交换机就是一个小计算机，
有处理器、存储器和用于收发分组的 I/O设备。
早期的广域网中用的分组交换机由微处理器完成分组交换任务，在现代的高速广域网中，分组交换机中由专门的硬件处理分组交换。
2009-7-25 徐州工程学院 122
分组交换机
分组交换机包含两种 I/O连接，一种是高速的 I/O设备，用于和其他的分组交换机连接；
另一种是速度较低的 I/O设备，用于和计算机连接，具体的硬件取决于广域网技术和速度要求。
2009-7-25 徐州工程学院 123
网络互联
计算机网络互联是利用网络互联设备及相应的技术措施和协议把两个以上的计算机网络连起来，实现计算机网络之间的连接。
计算机网络互联的目的是使一个网络上的用户能够访问其他计算机网络上的资源，
使不同网络上的用户能够相互通信和交流信息，以实现更大范围的资源共享和信息交流。
2009-7-25 徐州工程学院 124
网络互联的核心是网络之间的硬件连接和网间互联协议
2009-7-25 徐州工程学院 125
网络互联设备
网络的物理连接是使用网络互联设备通过传输线路实现的，网络互联设备包括：
工作在 传输层 以上的网关；
工作在 网络层 的路由器；
工作在 数据链路层 的网桥和交换机；
工作在 物理层 的中继器和集线器；
2009-7-25 徐州工程学院 126
常用网络互联设备
常用网络互联设备在 OSI中的层次如所示。一般来说，互联层越高，互联设备越复杂，参加互联的网络之间差异就越大。中继器是最简单的互联设备，而网关则是最复杂的互联设备。
2009-7-25 徐州工程学院 127
常用网络互联设备
当互联的网络之间距离太远，超过了数据传输媒体所允许的最大长度限制
这时就必须借助其他数据传输设备
（调制解调器）和传输媒体（一般就是电话线）将远距离网络或工作站连接起来。
2009-7-25 徐州工程学院 128
局域网互联
在许多情况下，常常需要将局域网互联起来，以实现更大范围的计算机联网，
局域网互联的主要设备为中继器 与 网桥 。
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中继器
中继器（ Repeater）是最简单也是较常用的连接设备，它的作用是将网络上的一个电缆段上传输的数据信号进行放大和整形，然后再转发到另一个电缆段上，以克服信号经过较长距离传输后引起的衰减。
因此，中继器实际上是一种数字信号放大器。
它不解释也不改变接受到的数字信号，它只是从接受信号中分离出数字资料，存储起来，然后转发出去。
再生的信号与接受的信号完全相同并可以沿着另外的网络段传送到远程。
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中继器
中继器的作用主要是扩展网络电缆的长度。
中继器也可以用来改变网络的拓扑结构，形成多分枝的树形结构，以适应不同环境的布线要求。
通过中继器连接起来的各种网络仍属于一个网络系统。
因此，一般不认为这是网络互联，而只是将一个网络的作用范围扩大而已。
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中继器
中继器最典型的应用是连接两个以上的以大网电缆段，其目的是为了延长网络的长度。
但延长是有限的，中继器只能在规定的信号延迟范围内进行有效的工作。
如：在 10Base-5粗线以太网的组网规则中规定，
每个电缆段最大长度为 500米，最多可用 4个中继器连接 5个电缆段，延长后的最大网络长度为 2500米。
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中继器
集线器是一种特殊的中继器，它是一种多端口中继器，用于连接双绞线介质或光纤介质以太网系统，是组成 10Base-T,100Base-T以太网的核心设备。
用中继器连接的局域网在物理上是一个网络，
也就是说中继器把多个独立的物理网 连成为一个大的物理网络。
采用中继器在物理层实现互联，可以支持数据链路层以上各层的任何协议。
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网桥
网桥（ Bridge）又称桥接器，是用来实现局域网互联的最常用的技术。
是一种在数据链路层实现 LAN互联的存储转发设备。
它独立于高层协议，通过数据链路层实现局域网间的互联。
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网桥
使用网桥连接起来的局域网从逻辑上是一个网络，也就是说，网桥能将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑局域网络。
从协议层次上看，网桥操作在 OSI参考模型的第二层，它在数据链路层对数据帧进行存储转发，实现网络互联。
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网桥
网桥能够连接的局域网可以是同类网络，
也可以是不同的网络，而且这些网络可以是不同的传输介质系统（如：粗、细同轴电缆以太网系统和光纤以太网系统）。
使用远程网桥还能够实现局域网的远程连接，即 LAN-WAN-LAN的互联方式。
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网桥工作原理
网桥不是一个复杂的设备，它的工作原理是：网桥接收一个整帧，然后分析进入的帧，并基于包含在帧中的信息，根据帧的目的地址（ MAC地址）段，来决定是删除这个帧，还是转发这个帧。
如果目的站点和发送站点在同一个局域网，换句话说
就是源局域网和目的局域网是同一个物理网络，即在网桥的同一边，网桥则将帧删除，不进行转发；
如果目的局域网和源局域网不在同一个网络时，网桥则进行路径选择，并按着指定的路径将帧转发给目的局域网。
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网桥的主要作用
网桥的主要作用是将两个以上 LAN互联为一个逻辑网，以减少局域网上的通信量，提高整个网络系统的性能。
网桥的另一个作用是扩大网络的物理范围。另外，由于网桥能隔离一个物理网段的故障，所以网桥能够提高网络的可靠性。
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网桥的主要作用
网桥与中继器相比有更多的优势，它能在更大的地理范围内实现局域网互朕。
中继器只是简单地放大再生物理信号，
没有任何过滤作用。
而网桥在转发数据帧的同时，能够根据
MAC地址对数据帧进行过滤，而且网桥可以连接不同的网络。
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交换技术的前景
近几年，由于交换技术的迅速发展，交换机的应用越来越普遍。
交换机和网桥有很多共同的属性，它们都工作在数据链路层，但也有一些不同之处。
交换机比网桥转发速度快，因为它用硬件实现交换，而网桥是用软件实现交换的。
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交换技术的前景
有些交换机支持直通交换，直通式交换机减少了网络的抖动与延迟，而网桥仅支持存储转发。交换机为每个网段提供专用带宽，能够减少碰撞，而且交换机还能提供更高的瑞口密度。
由于交换机比网桥具有更好的性能，因此，网桥将逐渐被交换机所取代。
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局域网与广域网互联
由于局域网的应用迅速增加，人们往往希望将自己的局域网能够与广域网（比如 Internet）互联或通过广域网和远距离的局域网互联，即通过互联网进行互联。
尽管网桥在网络互联中充当着重要角色，
但随着网络的扩大，特别是多种工作平台连接成大规模的广域网络环境时，
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局域网与广域网互联
网桥在路由选择、流量控制、差错控制以及网络管理等方面就远远不能满足要求，这时就需要使用路由器，或者是网关。
路由器与网关是局域网与广域网互联的主要设备。
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路由器
路由器（ Router）又称为选径器，是网络层互联设备。
从概念上讲，它与网桥相类似，但它的作用层次高于网桥，所以路由器转发的信息以及转发的方法与网桥均不相同，而且使用路由器互联起来的网络与网桥也有本质的区别。
用网桥互联起来的网络是一个单个的逻辑网，
而路由器互联的是多个不同的逻辑网（即子网）。
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路由器
每个逻辑子网具有不同的网络地址（逻辑地址，
如,IP地址）。
一个逻辑子网可以对应一个独立的物理网段，
也可以不对应（如：虚拟网）。
路由器比网桥和其他网络互联设备有更高的智能、更丰富的功能、更强的异种网互联能力和更好的安全性，并为网络互联提供了更多的灵活性，是应用最为广泛的网络互联设备。
即使是在今天的交换网络环境中，路由器技术仍然是不可缺少的。
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路由器
路由器连接的物理网络可以是同类网络，也可以是异类网络。多协议路由器能支持多种不同的网络层协议。
路由器能够很容易地实现 LAN-LAN,LAN-WAN、
WAN-WAN和 LAN-WAN-LAN的多种网络连接形式。
国际互联网 Internet，就是使用路由器加专线技术将分布在各个国家的几千万个计算机网络互联在一起的。
路由器在网络层实现网络互联，它主要完成网络层的功能。路由器负责将数据分组 （ Packet）从源端主机经最佳路径传送到目的端主机。为此，路由器必须具备两个最基本的功能，即路由选择和数据转发。
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路由器
当两台连在不同子网上的计算机需要通信时，
必须经过路由器转发，由路由器把信息分组通过互联网沿着一条路径从源端传送到目的端。
在这条路径上可能需要通过一个或多个中间设备（路由器），所经过的每台路由器都必须要知道怎么把信息分组从源端传送到目的端，需要经过哪些中间设备，并确定一条通过互联网到达目的端的最佳路径，所以路由器必须具备的基本功能之一就是路由选择功能。
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路由器
当路由器接收到一个数据包，它首先检查目的地址，并根据路由表提供的下一路由器地址，
将该数据包转发给下一路由器。
如果网络拓扑发生变化，或某台路由器产生失效故障，这时路由器需要更新。路由器通过发布广告或仅向邻居发布路由器的方法使每台路由器都进行路由更新，并建立一个新的、详细的网络拓扑图，拓扑图的建立使路由器能够确定最佳路径。
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路由器
路由器在接收了数据包之后，检查包的目的地址，再根据路由表确定它是否知道怎样转发这个包，如果它不知道下一路由器的地址，则将包丢弃。如果它知道怎么转发这个包，路由器将改变目的物理地址为下一路由器的地址，并且把包传送给下一路由器。
下一路由器执行同样的交换过程，最终将包传送到目的端主机。发送数据包，通常也称数据交换（ Switching）。
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路由器
当数据包通过互联网传送时，它的物理地址是变化的，但它的网络地址是不变的，网络地址一直保留原来的内容直到目的端。
值得注意的是，为了完成端到端的通信，在基于路由器的互联网中的每台计算机都必须分配一个网络层地址（ IP地址），路由器在转发数据包时，使用的是网络层地址。
但是在计算机与路由器之间或路由器与路由器之间的信息传送，仍然依赖于数据链路层完成，
因此路由器在具体传送过程中需要进行地址转换并改变目的物理地址。
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路由器
由于路由器作用在网络层，因此它比网桥具有更强的异种网互联能力、更好的隔离能力、更强的流量控制能力、更好的安全性和可管理维护性。
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网关
网关（ Gateway）又称为协议转换器。它作用在 OSI
参考模型的 4~7层，即传输层到应用层。它是实现应用系统级网络互联的设备。
前面介绍的中继器、网桥和路由器都是属于通信子网范畴的网间互联设备，它们与应用系统无关。
而在实际的网络应用并不都是基于同一个协议 TCP/IP，
而有许多很好的应用系统是基于专用网络系统协议的。
当在使用不同协议的系统之间进行通信时，必须进行协议转换，网关就可以解决这类问题。
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网关
网关的主要功能是完成传输层以上的协议转换，
分为传输网关和应用程序网关。
传输网关是在传输层连接两个网络的网关，应用程序网关是在应用层连接两部分应用程序的网关。
由于应用网关是应用系统之间的转换，所以网关一般只适合于某种特定的应用系统的协议转换。
网关可以是一个专用设备也可以用计算机作为硬件平台，由软件实现网关的功能。
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网关
网关结构复杂，执行效率低，价格昂贵，
一般只在两个体系结构完全不同的网络互联时才使用，而且网关总是针对某种特定的应用，不可能有通用型网关。
这是因为网关的协议转换总是针对某种特殊的应用协议或者有限的特殊应用，
如电子邮件、文件传输和远程登录等，
不存在针对所有应用的通用型网关。
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3．广域网互联
广域网互联时，由于各个网络可能具有不同的体系结构,所以广域网的互联常常是在网络层及其以上各层之间进行的，使用的互联设备也主要是路由器和网关。
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广域网互联的主要方法 --1
各网络之间通过相对应的网关进行互联，
但这样的互联方法成本高、效率低，
例如有 n个网络要互联，则执行不同协议转换的网关就需要 n× (n-1)个。显然这种方法已不适合网络发展的需求。
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广域网互联的主要方法 —2
通过“互联网”进行互联，执行标准的互联网协议，
所有要进行互联的网络首先与互联网相连，要发送的资料首先转换成互联网的资料格式，当资料由互联网传送给目的主机时，再转换成目的主机的资料格式。
至于这些资料在互联网中是怎样传送的，发送资料的源主机则不必知道。
这样做的好处是可以在整个网络范围内使用一个统一的互联网协议，互联网协议主要完成资料（在网络层为分组）的转发和路由的选择。全球最大的互联网就是,Internet”，在 Internet上连接着无数大小各异广域网和局域网。
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广域网的重要组成部分是通信子网
由于广域网常用于互联相距很远的局域网，所以在许多广域网中，一般由公用网络系统充当通信子网，如：公用电话交换网 PSTN，数字数据网（ DDN）、分组交换数据网（ X.25）、
帧中继（ Frame Relay）、综合业务数据网
（ ISDN）和交换多兆位数据服务（ SMDS）
等。
公用通信网络 系统包括传输线路和交换节点两个部分，这些公用通信网工作在 OSI参考模型的低 3层，即物理层、数据链路层和网络层。
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广域网采用的传输技术
广域网采用的传输技术主要有电路交换、
分组交换和信元交换。
它常借助一些电信部门的公用网络系统作为它的通信链路，使用双绞线、光缆、
微波、卫星、无线电波等有线传输介质和无线传输介质。
第 7章 计算机网络基础
计算机网络是 Internet发展的基础
计算机网络是指将地理位臵不同，具有独立功能的多个计算机系统用通信设备和线路连接起来，
并以功能完善的网络软件（网络协议、网络操作系统等）实现网络资源共享的系统。
对于用户来说，计算机网络中通信与数据传输机构是透明的，不必考虑网络的存在而访问网络中的任何资源。
也就是说，用户在使用千里之遥的数据和程序时，
就像使用本机的数据和程序一样，并不感到地理上的距离。
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计算机网络功能 ---信息通信
计算机与计算机之间快速、可靠地互相传送信息，是计算机网络的基本功能。
利用网络进行通信，乃是当前计算机网络最主要的应用之一。
目前，已从一般使用文字的电子邮件通信，发展到实时的网上交谈（ chat）、
网上电话、网上视像会议等多媒体实时通信。
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计算机网络功能 ---资源共享
高速的大型计算机、大容量的硬盘、运行多年的数据库、分布在各地的丰富的信息资源、某些应用软件及某些特殊设备等。组建计算机网络的主要目的之一，就是让网络中的用户可以共享分散在不同地点的各种软、硬件资源和信息资源。
在局域网中，服务器通常提供大容量的硬盘，
用户不仅可以共享服务器硬盘中的文件和数据，
而且还可以独占部分硬盘空间。
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计算机网络功能 ---资源共享
利用计算机网络，可进行均衡负荷与分布处理。
对于综合性的大型复杂处理和计算，可通过网络采用适当的算法，将任务分散到不同的计算机上进行分布式处理；也可通过网络用各地的计算机资源共同协作，进行重大科研项目的联合开发和研究。
通过计算机网络向全社会提供各种经济信息、
科研情报和咨询服务，已越来越普及。
Internet上的 WWW服务，就是最典型、最成功的全球共享信息资源的例子。
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计算机网络分类 ---1按关系原则
计算机网络有多种不同的组成方式，采用不同方式组建的计算机网络性能各异，
根据不同的关系原则，可以划分不同类型的计算机网络。
例如，按网络拓扑结构，可分为环形网、
星形网、总线网等；
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计算机网络分类 ---2按通信介质
可分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网和卫星网等；按信号频带占用方式，可分为基带网和宽带网等；
3按照通信距离分类
可分为广域网和局域网。
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计算机网络分类 ---3按 实现或组成
从计算机网络 实现或组成 上，可以分为通信子网和资源子网两大部分。
通信子网 负责实现计算机间的通信，它常常是专用的网络通信线路，或者是公共通信网络；
资源子网 则由用户的主机等硬件资源和用户提供的各种程序库、数据库等软件和信息资源组成。
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局域网
局域网的地理范围一般在几十公里之内，
如一座大楼、一个工厂或是一所学校。
局域网通常是一个独立的设施，因而容易进行设备的更新和新技术的引用。
局域网由于距离短，所以可以在全网获得很高的通信速率，实现多媒体数据传输等高水平应用。
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广域网
广域网的基本特点是地理范围广，一般从数十公里到数千公里，例如一个城市、一个省，全国、全世界。
早期的广域网常常借用传统的公共通信网（例如电话网）来实现。由于这些传输网原先是用于传送声音信号的，这就使得广域网的数据传输率较低，误码率较高，且通信控制比较复杂。
最近发展起来的基于光纤通信的 DDN（数字数据网）,
ISDN（综合业务数据网）,基于电话网而发展的还有
N-ISDN与 ADSL等 公共通信网络,适合于传输高速数字信号，对 WAN的发展提供了很好的条件。
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网络的传输介质
计算机网络传输介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路，它对网络数据通信的速率和质量有极大的影响。
常用的网络传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤和空间介质等。
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有线传输介质
同轴电缆
双绞线
光导纤维
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同轴电缆
同轴电缆是最传统的传输线，结构为中心有一根铜线
（称内导体），铜线外面是绝缘介质，再外边是屏蔽层，它由金属丝组成或金属箔裹成（称外导体）。
同轴线制造要严格保持内、外导体的同轴性和均匀性，
以保证信号能往前走而不会被反射或丢失。
同轴线有一个重要参数叫“特性阻抗”，它是由内、
外导体的有关尺寸所确定的，以太网络所用的同轴线特性阻抗为 50Ω，而电视系统所用的同轴传输线其特性阻抗为 75Ω。
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双绞线
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，一根导线在传输中辐射的电波会被另一根导线上发出的电波抵消，
这样就降低了信号干扰的程度。现在常用的双绞线一般都未加屏蔽层，它的抗干扰性能是靠制造工艺上的严格对称性来保证的。
双绞线具有较高的传输速率，传输速率有时简称带宽，
用 Mb/s（ megabit per second，兆位每秒）表示。例如，目前快速以太网所用的五类双绞线，在 100m内传输速率可达 100Mb/s。双绞线的优点是价格低廉，施工方便；缺点是距离不能太长。五类线中，把 4对双绞线放在同一根电缆内。
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光导纤维
光导纤维（简称光纤）是一种传输光束的细微而柔韧的介质，通常由非常透明的石英玻璃技成细丝，由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。
纤芯用来传导光波。包层有较低的折射率。
当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此，如果折射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯。这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。
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光波在纤芯中的传播
当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此，如果折射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯。这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。
现代的生产工艺可以制造出超低损耗的光纤，
即做到光线在纤芯中传输好几公里而基本上没有什么损耗，这是光纤通信得到飞速发展的最关键因素。
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光纤用于传输信息的优点
① 抗干扰能力强。 以往使用铜线介质的网络，
最担心的就是强电等杂波的干扰。如果网络介质接地不良，一次雷电在网络线上感应的电流电压，足以摧毁整个网络，使其瘫痪。而光纤就不存在这个问题，它不像金属导线会感应出电流电压，所以，可靠性高，安全性好，适合在户外建筑物之间敷设使用。
②传输速率极高，或者说带宽很宽。 目前已达几十至数百 Gbps，即每秒数万至数十万兆位以上（ 1G＝ 1024M），可传输数百公里。
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光纤用于传输信息的优点
③ 成本低。 光纤的制造成本很低，一根光缆里可放臵数十根甚至数百根光纤，平均每根光纤上，特别是平均单位带宽上其成本极其低廉。
④保密性好。 铜线传输容易被窃听，而光纤则不易被窃听。
鉴于以上优点，目前光纤正被广泛应用。现在存在的问题是，网络的主要设备以及为了延长光纤通信距离而采用的光纤中继器（负责信号的放大、再生），仍然采用电子的方式工作，而光 -电、电 -光转换影响了传输性能，成为“瓶颈”，也增加了成本。正在研制中的“全光网络”如能成功，将克服这一缺点。
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光纤分类
光纤通信从原理上讲并不复杂，它由光源、光纤和光检测器组成。在发送端将电信号对光源进行调制，受调光波经光纤传向对端，由光检测器解调为原来的电信号。
多模光纤直径较大,用于较短波长的激光传送信息，
其损耗较大，传输距离较短，仅为数百米至数公里，
常用于局部网络中；
单模光纤直径较小,常采用较长波长的激光传送信息，
其损耗小，传输距离长，可达数十公里，邮电等通信部门长距离通信常使用单模光纤。单模光纤的成本高与多模光纤。
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2．无线传输介质
无线通信是计算机组网的重要手段之一 。无线通信能到达一些有线网络难以到达或成本很高才能到达的地方和场合，例如，偏僻的地方、
移动的地方、需要快速组网的场合等。
各种不同频率的电磁波都可以在空间传播,比如，根据频率从低至高（波长则从长到短），
有无线电广播用的长波 （ LW）,中波
（ MW）、短波（ SW）、超短波，电视广播用的甚高频（ VHF）、超高频（ UHF），通信常用的微波（ microwave），红外激光等。
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2．无线传输介质
波长较长的电磁波可沿着地面传播；
波长较短的电磁波
微波，则只能直线传播，
波长更短的红外线，其传播距离仅为可视范围之内。
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微波的种类
地面微波
卫星微波
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地面微波
地面微波需要很多建立在高山顶上的微波中继塔进行“接力”，才能传到远方。
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卫星微波
卫星微波利用人造卫星“站得高看得远”的接收和转发，很容易将信号传到远方。
理论上，在地球上方只要有三颗高轨道的与地球自旋速度同步的卫星，就可以将信号传到地球上的任何地方。
由于发射卫星成本的降低，卫星微波已用得非常普遍。其缺点是由于卫星太远，虽然电磁波速度为每秒 30万公里，但电磁波一上一下，也需要较长时间，用户会感觉到有明显的延时。
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局部地区网络采用无线连接
局部地区网络采用无线连接时，常使用较小发射功率和较小尺寸的简化天线。
由于无线电频率也是一种由国家管制的资源，所以局域网常采用不需申请频率的公共频率进行“扩频通信”，其传输速率已达 2Mb/s，以后将达 10Mb/s。
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计算机网络协议 ---1
计算机网络最基本的功能就是将分别独立的计算机系统互朕起来，使它们之间能相互通信（即信息交换）。
通信的双方要进行对话，就必须遵守双方都认可的规则，而在计算机网络中将计算机之间通信所必须遵守的规则、标准或是某些约定统称为网络协议。
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计算机网络协议 ---2
网络协议是计算机网络的核心问题，也是计算机网络的不可缺少的组成部分。由于计算机网络是相当复杂的系统，相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行。
为了设计这样复杂的计算机网络，人们提出了将
“网络”分层的方法。分层可将庞大而复杂的问题转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较容易研究和处理。随着网络的分层，
将通信协议也分为层间协议，计算机网络的各层和层间协议的集合被称为 网络体系结构 。
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计算机网络协议 ---3
在通信中，通信的双方共同遵守的规则和约定称做协议，它是通信正确进行的基础。
计算机网络协议是为了实现计算机网络中不同主机之间、不同操作系统之间的通信而规定的、网络全体成员都必须共同遵守的一系列规则和约定。
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OSI参考模型
国际标准化组织（ ISO）提出了一个开放系统互联（ OSI）基本参考模型，一般称 7层协议，就是为了解决计算机和网络互联的标准化而提出的。
无论两台计算机之间存在多大的差异，
只要它们遵守 OSI模型，那么它们之间就能进行通信。
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OSI参考模型
7层之中,l~3层接近于硬件,4~7层则常常以软件实现为主。一台计算机的某一层与另一台计算机的同一层对话，所使用的规则和约定集合起来称为网络的某一层协议。
实际上，在通信时，高层的数据和控制信息是传递给相邻的下一层，一层一层直至最底层；通过物理线路传到对方后，
再一层一层还原。
最底层实现的是真实的通信，各层之间实现的是虚拟通信。层和协议的集合构成了网络体系结构。
Coaxial cable 同轴电缆
Fiber Options 光纤
Radio Signal 无线介质
Twisted pair 双绞线
1
2
3
4
5
6
7
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OSI参考模型
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TCP/IP协议
TCP/IP协议常简称为 TCP/IP。 TCP/IP并非国际标准，但它在计算机网络体系结构中占有非常重要的地位。这是因为 OSI体系结构虽然从理论上讲比较完整，是国际公认的标准，但它还远远没有商品化，真正市场上流行的网络很少有完全符合 OSI各层协议的。
而由于 Internet所采用的网络协议中，最著名的就是传输层的 TCP协议和网络层的 IP协议，
因此，人们也常用 TCP/IP表示 Internet所使用的体系结构。
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TCP/IP协议
随着 Internet的流行与普及，支持 TCP/IP的网络产品则越来越多地流入市场。
因此，人们也称,TCP/IP”为事实上的工业标准。 TCP/IP与 OSI
存在着较大差别。
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TCP/IP协议
SMT P T E L N E FT P DNS
T CP UDP
IP
A RP RA RP
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…….
TCP/IP模型包含了一族网络协议,TCP和 IP
是其中最重要的两个协议，它们虽然都不是
OSI的标准协议，但它们是被公认的事实上的标准，是国际互联网的标准协议。
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SMT P T E L N E FT P DNS
T CP UDP
IP
A RP RA RP
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ó| ó? 2?
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…….
网络接口层也称为主机 -网络层，在 TCP/IP参考模型中并没有详细定义这一层的功能，只是指出通信主机必须采用某种协议连接到网络上，
并且能够传输网络数据分组。
具体使用哪种协议，在本层中并没有规定。实际上根据主机与网络拓扑结构的不同，局域网基本上采用了 ISO8802系列的协议，如 8802.3
以太网协议,8802.5令牌环网协议；广域网较常采用的协议有帧中继,X.25等。
TCP/IP协议 ---网络接口层
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互联层（ Internet Layer）的主要功能是负责在互联网上传输数据分组。互联层与 OSI参考模型的网络层相对应，相当于 OSI参考模型中网络层的无连接网络服务。
互联层是 TCP/IP参考模型中最重要的一层，
它是通信的枢纽，从底层来的数据包由它选择，
继续传给其他网络节点或是直接交给传输层，
对从传输层来的数据包，要负责按照数据分组的格式填充报头，选择发送路径，并交由相应的线路发送出去。
SMT P T E L N E FT P DNS
T CP UDP
IP
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TCP/IP协议 ---互联层
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SMT P T E L N E FT P DNS
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IP
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TCP/IP协议 ---互联层
在互联层，主要定义了互联协议（ IP）以及数据分组的格式。它的主要功能是路由选择和拥塞控制。
另外，本层还定义了：
地址解析协议 ARP（ Address Resolution Protocol）
反向地址解析协议 RARP（ Reverse Address
Resolution Protocol）
因特网控制报文协议 ICMP（ Internet Control
Message Protocol） 。
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传输层（ Transport Layer）的主要功能是负责端到端的对等实体之间进行通信。
它与 OSI参考模型的传输层功能类似，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节，同时它真正实现了源主机到目的主机的端到瑞的通信。
TCP/IP参考模型的传输层完全建立在包交换通信子网基础之上。
TCP/IP的传输层定义了两个协议：
传输控制协议（ Transport Control Protocol，简称 TCP）
用户数据报协议（ User Datagram Protocol，简称 UDP）。
SMT P T E L N E FT P DNS
T CP UDP
IP
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TCP/IP协议 ---传输层
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TCP协议是可靠的、面向连接协议。它用于包交换的计算机通信网络、互联系统以及类似的网络上，保证通信主机之间有可靠的字节流传输。
UDP是一种不可靠的、无连接协议。它最大的优点是协议简单，额外开销小，效率较高；缺点是不保证正确传输，也不排除重复信息的发生。 UDP不是面向连接的。
需要可靠数据传输保证的应用需选用 TCP协议；相反，
对数据精确度要求不是太高，而对速度、效率要求很高的环境，如声音、视频的传输，应该选用 UDP协议。
SMT P T E L N E FT P DNS
T CP UDP
IP
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TCP/IP协议 ---传输层
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TCP/IP协议 ---应用层
应用层（ Application Layer）是 TCP/IP协议族的最高层。它包含了所有 OSI参考模型中会话层、表示层和应用层这些高层的协议的功能。
互联网络上的应用层服务协议有下面几种：
简单电子邮件协议（ SMTP）
负责互联网中电子邮件的传递；
超文本传输协议（ HTTP）
提供 WWW服务；
远程登录协议（ TELNET）
实现远程登录功能，电子公告牌系统 BBS使用此协议；
文件传输协议（ FTP）
用于交互式文件传输，下载软件使用这个协议；
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SMT P T E L N E FT P DNS
T CP UDP
IP
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TCP/IP协议 ---应用层
网络新闻传输协议（ NNTP）
为用户提供新闻订阅功能，它是网上特殊的一种功能强大的新闻工具，每个用户既是读者又是作者；
域名（服务）系统（ DNS）
负责域名到 IP地址的转换；
简单网络管理协议（ SNMP）
负责网络管理；
开放最短路径优先协议（ OSPF）
负责路由信息的交换。
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SMT P T E L N E FT P DNS
T CP UDP
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TCP/IP协议 ---应用层
网络用户经常直接接触的协议是：
SMTP,HTTP,TELNET,FTP,NNTP等。
随着计算机网络技术的发展，还不断有新的协议加入。
TCP/IP协议经过多年运行，已较为成熟，但
TCP/IP协议也受到了地址域长度小和功能不如 ISO协议强大等因素的限制。
因此随着网络技术的发展,TCP/IP协议也将会不断地变化。
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局域网技术
局域网是指将小区域内的计算机互联形成的网络。这里所说的小区域，可以是一个建筑物、一个校园、一个工厂，或者大至几十公里直径的一个区域。
由于距离较短，用光纤或专用网络电缆连接，可以有较高的传输速率。目前，网络主干线上的传输速率可达 100M～ 1000Mb/s，而用户端的速率也可达 10M～
100Mb/s。
局域网络上的应用系统，除了内部电子邮件等通信软件外，主要运行的是专门的业务系统（如海关业务）
或管理信息系统，包括公文流转、财务管理、市场管理、仓库管理、人事管理等。
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局域网的组成
局域网由网络硬件和网络软件两大部分组成。
网络硬件用于实现局域网的物理连接，为连在局域网上的计算机之间的通信提供一条物理通道。
网络软件用来控制并具体实现通信双方的信息传递和网络资源的分配与共享。
网络硬件和网络软件是局域网的两个相互依赖、
缺一不可的组成部分，它们共同完成局域网的通信功能。
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软件系统
局域网系统软件包括客户机和服务器两部分，
客户机和服务器操作系统可以相同，也可以不同
在客户机端最为流行的操作系统是 Windows
95/98。
服务器端操作系统可以是 Windows NT/2000
Server,unix,Linux,Netware等。
网络操作系统是局域网最重要的系统软件，它要提供安全、高效的对服务器的管理，提供和协调各网络工作站对网络的存取和对网络资源的共享服务。
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Netware局域网操作系统
Netware是目前仍广泛使用的局域网操作系统，
它是美国 Novell公司的产品。
Netware为其用户提供的主要服务有,
文件 /打印服务,即文件共享和打印资源共享；
数据库服务,可按逻辑方式或关系方式存储或共享信息；
通信 /网际服务,它包括局域网的各个用户之间、
局域网与局域网之间、局域网与广域网之间的服务。
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Windows NT网络操作系统
一般网络模式有两种。
1,客户机 /服务器模式，即单台或多台电脑扮演着中央资源存储器的作用，而成员则通过访问文件服务器来获取所需的各种网络资源，同时由服务器验证用户对网络的登录。 Novell网络就是这种模式。
2,另一种就是对等网络模式。在这种类型的网络中每个工作组成员电脑都可以将自己的资源直接提供给另一个工作组成员电脑，工作组的每个成员都拥有自己的安全设臵数据库，以便控制其他电脑对其资源的访问。 Windows NT同时采取了这两种模式。
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网络应用软件
1,基于客户机／服务器工作模式的各种数据库管理系统
（如 Oracle,SyBase,SQL Server,Foxpro等），
2,办公自动化管理系统（如 Notes/Domino系统等）；
3,由局域网建成 Intranet（企业内部网）之后，采用的网页 /浏览器（ Web/Browser）工作方式。它们所使用的软件（如 Navigator和 IE等）。
4,网络应用软件的开发是非常重要的，网络硬件再好，
若缺少应用，就像高速公路上没有车辆在跑那样，会造成极大的浪费。
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网管软件
这种软件用于监视和控制网络的运行情况，包括设备和线路的好坏、网络流量及拥挤程度，
可进行虚拟网络的配臵等。
这对于较大型网络是十分必要的，否则网络出现故障或性能降低将无从下手进行解决。
使用这种软件要求网上设备是可网管的，或称为智能的。常用的网管软件平台有 HP的
OPenview,IBM的 Netview等。
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硬件系统 ---计算机系统
网络硬件主要由计算机系统和通信系统组成。
计算机系统是网络的基本单元，具有访问网络、数据处理和提供共享资源的能力。
根据计算机系统提供的网络功能和在网络中所起的作用，计算机系统有网络服务器和网络工作站之分。
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硬件系统 ---通信系统
通信系统是连接网络基本单元的硬件系统，主要作用是通过通信电缆（即传输介质或传输媒体）、网络设备等硬件系统将计算机连接在一起，为网络提供通信功能。
通信系统包括：网络设备、网络接口卡和传输介质及其介质连接设备。
总体上，局域网硬件应包括：网络服务器、网络工作站、网络接口卡、网络设备、传输介质、
介质连接器和各种适配器。
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网络服务器（ server）
网络服务器是网络的服务中心，包括一台或数台规模较大的计算机，具有高速的处理能力和快速存取的大容量磁盘或光盘存储器。
网络服务主要是文件服务、通信服务、名字服务等对网络用户的各种服务。
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网络工作站（ workstation）
每一台连到网络上的用户终端电脑，
都称为网络工作站。
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网络传输介质
网络传输介质包括各种电缆、光纤和双绞线，以及这些介质两端所用的接头、
插座等。
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网络适配器
网络适配器俗称“网卡”。是一块网络接口电路板，每一台上网的服务器或工作站上都必须装上这种适配器，才能进行网络通信，实现网络存取。
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网络连接部件
除以上所介绍的设备网络连接部件外，都可以归在此部分。
例如各种网络收发器、中继器、集线器、交换机、网桥、路由器、网关等。
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结构化布线系统
结构化布线系统是一种在建筑物和建筑群中综合数据传输的网络系统。它是把建筑物内部的语音交换、智能数据处理设备及其他广义的数据通信设施相互连接起来，并采用必要的设备同建筑物外部数据网络或电话局线路相连接。
结构化布线系统（ SCS）可满足建筑物内部及建筑物之间的所有计算机、通信以及建筑物自动化系统设备的配线需求。由于 SCS是一套综合式的系统，因此它可以使用相同的电缆与配线端子板，以及相同的插头与模块化插孔以供话音与数据的传递，可不必顾虑各种设备的兼容性问题。
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结构化布线系统
SCS采用模块化设计，因而最易于配线上扩充和重新组合。此系统采用了星形拓扑结构，遵循电信方面的建筑物配线国际标准 --EIA/EIA568。
正由于 SCS采用了星形拓扑结构的模块化设计，才使扩充系统工作变得十分方便。因为在星形结构中，工作站是由中心节点向外增设，而每条线路都与其他线路无关，因此，在更改和重新布臵设备时，只是影响到与此相关的那条线路，而对其他所有线路毫无影响。
另外，这种结构会使系统中的故障分析工作变得非常容易。一旦系统发生故障，便可迅速地找到故障点，
并加以排除。
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结构化布线系统
SCS由 6个独立的子系统所组成，采用星形结构，可使任何一个子系统独应进入 SCS系统：
1,管理子系统,指分布于各楼层的交换机、集线器、接线架等设备。
2,垂直子系统,指垂直布线，常使用光纤或多对双绞线电缆。
3,水平子系统,指水平布线，多用双绞线，也可用光纤。
4,工作区子系统,指水平线端口、网卡、网络工作站等。
5,设备子系统,包括服务器、连接设备等。
6,户外子系统,建筑物间基本上都使用光缆。
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结构化布线系统
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7.2.2网络拓扑结构
网络的拓扑结构是指网络站点及其连接的几何布局，它描述了各站点的逻辑位臵。
局域网的拓扑结构是非常重要的，因为不同的拓扑结构决定了不同的信道共享和复用方式，也就由此决定了访问控制方式，并极大地影响网络的传输性能。
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局域网常见的拓扑结构
一般来说，用户和 Internet等广域网的连接大部分通过局域网进行。因此，改变和选择好的局域网拓扑结构及其访问控制方式，对提高广域网的传输性能也会起到较好的作用。
局域网常见的拓扑结构有总线形、树形、
星形、环形、网状等几种。
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总线形拓扑
在总线形拓扑结构中，所有的站点都连接在同一根传输线，即“总线”上
其优点是结构简单，易于扩充，因而用得很广泛。
缺点是实际网络连接中，常采用串联方式，该连接方式故障敏感，且故障检测困难。
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总线形拓扑
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树形拓扑
它是从总线形拓扑演变而来的，
形状像一棵倒挂的树。
其特点与总线形拓扑大致相似
不同的地方是树形拓扑故障易于检测和隔离。
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星形拓扑结构
在星形拓扑结构中，中央结点到各站之间呈辐射状连接，由中央结点完成集中式通信控制。
10Base_T星型拓扑结构是最流行的以太网连线方式
10表示传输速率为 10Mb/s；
Base表示为基带传输；
T表示双绞线星型网。
优点,结构简单，访问协议简单，单个故障不会影响到整个网络。
缺点,对中央结点的可靠性要求很高，且系统的扩展比较困难 。
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10Base_T星型拓扑结构
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10Base_T星型拓扑结构
10Base_T星型拓扑结构是采用双绞线连接的以太网，双绞线采用 RJ-45接头连接计算机和集线器。
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环形拓扑
环形拓扑结构中，站与站点之间首尾相接，
形成一个环，数据只能沿单方向传输。
这种结构适合于光纤介质，但如果处理不当，站点的故障会引起全网故障。
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网状网络
网状网络的每一个结点都与其他结点一一直接互连。
这种连接方法主要是利用冗余的连接，
实现结点之间的高速传输和高容错性能，
以提高网络的速度和可靠性。
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混合型结构
实际应用中的网络，其拓扑结构常常不是单一的，而是混合型的。
例如，有些网络其工作方式是环形的，
但其连接方式却是星形的；
有的网络其主干部分采用网状连接，但其他部分是星形或树形连接；
有些网络总线形与树形同时存在于一个网络之中。
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7.2.3以太网工作原理 ---1
以太网是国际上的主流网络，它已发展了近三十年，性能不断提高，从 10Mb/s
的以太网，发展到后来的 100Mb/s的快速以太网，最近已发展到 1000Mb/s的 G
位以太网；
网络拓扑从总线形发展为星形；工作方式从共享式发展到交换式；网上应用从单纯传输数据发展到传输多媒体信息。
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7.2.3以太网工作原理 ---2
传统的以太网的传输速率为 10Mb/s。它所采用的主要技术如下。
传输速率为 10Mb/s
基本拓扑结构为总线形
介质存取方式为 CSMA/CD共享争用方式。
CSMA/CD,带冲突检测的载波侦听多路存取方式。这种方式符合 IEEE802.3规范。
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7.2.3以太网工作原理 ---3
两个或多个站共享一个传输介质。某站要发送信息，
就必须先侦听介质上是否有载波，
有载波表示正在传送信号；
如没有，此站就可发送信息，
否则需等到其他站发送完毕，才可发送。
但也可能另一站也同时侦测到介质空闲而开始发送信息，
这就可能发生冲突。
当工作站检测到冲突时，立即停止发送。但此后这两个站不能立即进行重新发送，否则会立即产生新的冲突。
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7.2.3以太网工作原理 ---4
CSMA/CD一般采用的操作如下：
1,如果传输介质空闲，它就发送报文。
2,如果传输介质正忙，它等待直至传输介质空闲才发送。
3,如果发生冲突，立即取消本次信息发送，并在等待一个随机时间（即长短不确定的一段时间）之后重新发送。这样，两个站的发送就有可能错开时间，避免再次冲突。
2009-7-25 徐州工程学院 75
以太网的冲突
以太网的冲突会使网络的有效带宽，即实际数据传输速率降低。
如，用 10Mb/s的共享式以太网传输 MPEG-1活动影像节目，每一个 MPEG-1视频音频数据流占用带宽不到 1.5Mb/s，
照理说,10Mb/s应能传输 6~7路 MPEG-1信号，
但实际应用表明，仅 3~4路时才能保证活动画面流畅而不停顿，其他就损失在冲突和等待重发上了。
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10Base-T以太网
10Base-T以太网一改传统以太网的总线形连接为星形连接。所用的介质是 10Mb/s的非屏蔽双绞线，线的长度最大不能超过 100m，互相的连接是通过一个称为集线器的设备进行的。集线器相当于把总线编成了一个点，实际上是一个多路中继器，它能将微弱的信号进行放大再生。
10Base-T以太网的性能因集线器的性能不同而有很大的差别。早期使用的是共享式集线器（ shared hub），
即连到该集线器上的工作站共享 10Mb/s的带宽，性能非常有限，一般仅用在同一个办公室内传送数据。
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使用交换式集线器
使用交换式集线器 （ switched hub）,
则网络性能大大提高。
它能像电话总机那样，使一个用户与另一个用户的通信（例如 A与 C、
B与 D的通信）互不干扰，各自独占
10Mb/s带宽。
这是目前较多采用的连接方式。
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快速网络技术
随着大型数据库和多媒体技术日益广泛的应用，
人们对计算机网络的传输速率及其他性能的要求越来越高。
目前，提供高速传输的网络技术有：
快速以太网
FDDI网
ATM网络
它们都能实现 100 Mb/s以上的传输速率，是提高网络传输速率的有效途径。这其中又以快速以太网应用最为广泛。
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快速以太网
快速以太网的传输速率为 100Mb/s，并且支持
1000Mb/s的传输速率，用 100Base-T技术标准。
100Base-T采用和 10Base-T相同的 CSMA/CD
协议，是 10 Mb/s以太网的直接扩展。
100Base-T有着广泛的用户基础，可平滑地将以太网从 10Mb/s升级到 100Mb/s，能够最大限度地保护用户在网络硬件、软件、维护和培训等方面的已有投资
通过 100Base-T网络适配器和交换式集线器相配合使用，可有效地保证工作站和集线器之间的传输带宽。
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2,FDDI网络
光纤分布式数据接口 FDDI是以光纤为传输媒体的局域网标准，采用令牌环访问控制技术。
令牌环使用一个称为 令牌 的比特控制信号控制与令牌环网连接的计算机的发送与接收。
如果和令牌环网相连接的计算机准备访问信道，
发送数据帧，则该计算机必须得到该令牌控制信号。
因为在整个环网上只有一个令牌在运行，所以这种方式保证在信道中每次只有一个站点在发送数据帧。
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FDDI采用双环结构
FDDI采用双环结构，平常主环进行正常的数据传输，次环为冗余的备用环，一旦主环链路发生故障，则备用环的相应链路就进行工作，
这样就使得 FDDI网具备较强的容错能力。
FDDI采用令牌传递的访问控制协议，传输速率高达 100 Mb/s，覆盖范围可达 100 km，可连接多达 500个站点，站点间的最大距离为
2km。
这些优良的网络性能，使得 FDDI在较大范围局域网的组网技术中占有重要的地位。
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FDDI网络适配器
FDDI网络适配器分为 双连接 和 单连接 适配器两种。
使用 双连接 网络适配器的工作站可直接连接到双环网络上
使用 单连接 网络适配器的工作站则必须通过集中能与双环网络连接。
在一般的 FDDI网络规划设计中，大多数采用集中器和单连接工作站的方式进行网络连接 。
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FDDI集线器
早先的线集中器多用微机来实现，在作为线集中器的微机内安装相应的 FDDI集中器卡，然后安装相应的集中器软件。
有些 FDDI集线器还采用交换式集线器结构，为网络上的站点提供所需的专用带宽，由它向下连接服务器和工作组集线能，组成一个以 FDDI为主干的分级连接的交换式网络系统。
2009-7-25 徐州工程学院 84
3．交换式以太网 --1
以太网、快速以太网,FDDI和令牌环网常被称为传统局域网，它们都是共享介质、共享带宽的共享式局域网。
所谓共享式网络就是网络建立在共享介质的基础上，在网络上的所有站点共享一条公共的传输通道，每个站点都必须抢占这条通道后，才能与其他站点进行通信，而在任何时候最多只允许一对站点占用通道，其他站点必须等待。
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3．交换式以太网 --2共享式网络
各站点对公共信道的访问由 MAC协议（ CSMA/CD、
Token Aing）控制。
由于这些 MAC协议的处理，增加了网络延时，影响了网络效率，降低了带宽利用率。
以太网是典型的共享式局域网，它的 CSMA/CD协议对冲突的处理极大地影响了网络效率，尤其是在网络负载重时，冲突和重发的大量发生，会使网络效率急剧下降。
所以以太网的带宽利用率一般应为 30％，当平均利用率达到 40％时，网络响应速度明显降低，在达到 70％
以上时，网络将无法正常工作。
2009-7-25 徐州工程学院 86
3．交换式以太网 --3共享式局域网
共享式局域网还具有共享带宽的特性，网上的每个站点只能得到局域网带宽的一小部分。
如对 10Mb/s带宽的以太网而言，若网上只有一个站点，那么这个站点可以使用全部带宽
（ 10Mb/s）。但如果网上连接了 10个站点，
那么 10Mb/s网络带宽则由 10个站点共享，每个站点所能获得的平均带宽仅为 1Mb/s，
在共享式局域网中，连接的站点越多，每个站点所得到的带宽就越小，所以共享式局域网不能提供足够的带宽。
2009-7-25 徐州工程学院 87
3．交换式以太网 --4网络微段化
传统局域网为了提高带宽，往往使用路由器进行网络分割，将一个网络分为多个网段，每个网段有不同的子网地址，不同的广播域，以减少网络上的冲突，提高网络带宽。这种方法称为网络微段化或微化网段。
网络微段化把一个较大的网分为几个或几十个甚至几百个网段，这就使网络结构和网络管理变得十分复杂且成本提高，而且也不能根本解决网络带宽的问题。
所以微化网段已不能适应局域网扩展和新的网络应用对高带宽的需求。
2009-7-25 徐州工程学院 88
3．交换式以太网 --5交换式局域网
近几年突起的交换式局域网技术，如交换以太网（ Switching Ethernet），能够解决共享式局域网所带来的网络效率低、不能提供足够的网络带宽和网络不易扩展等一系列问题
它从根本上改变了共享式局域网的结构，解决了带宽瓶颈问题。
目前已有交换以太网、交换令牌环、交换
FDDI和 ATM等交换局域网，其中交换以太网应用最为广泛。交换局域网已成为当前局域网技术的主流。
2009-7-25 徐州工程学院 89
3．交换式以太网 --6交换式局域网
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2009-7-25 徐州工程学院 90
交换式局域网 --1
交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单元（信元）为数据交换单位，以交换设备为基础构成的网络。
交换式网络的核心设备是交换机。交换机为每个端口提供专用的带宽，各个站点有一条专用链路连到交换机的一个端口。这样每个站点都可以独享通道和带宽。
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交换式局域网 --2
交换式局域网把“共享”变为“独享”，网络上的每个站点都独占一条点到点的通道，独占带宽。每台计算机都有一条 100 Mbs带宽的传输通道，它们都独占
100 Mb/s带宽。
网络的总带宽通常为各个交换端口带宽之和。
所以在交换式网络中，随着用户的增多，网络带宽在不断增加，而不是减少，即使是网络负载很重也不会导致网络性能下降。
交换式局域网从根本上解决了网络带宽问题，能满足用户对带宽的需求。
2009-7-25 徐州工程学院 92
交换机
交换机是一个并行系统，它可以使接入的多个站点之间同时建立多条通信链路（虚连接），
让多对站点同时通信，所以交换式网络大大地提高了网络的利用率。
在交换机上可以配臵 10 Mb/s,100 Mb/s或者
10/100 Mb/s自适应的端口，用于连接不同速率的站点，接口速度有很大的灵活性。
大容量交换机独享带宽，不会因为网络扩展而使各输出端口的带宽下降。
2009-7-25 徐州工程学院 93
交换网
交换网可以构造“虚拟网络”，通过网络管理功能或其他软件可以按业务或其他规则把网络站点分为若干个逻辑工作组，每一个工作组就是一个虚拟网。
虚拟网的构成与站点所在的物理位臵无关。这样可以方便地调整网络负载的分布，提高带宽利用率。
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快速交换以太网实例
快速交换以太网技术可以用于中小型网的主干网技术，
也可以用于工作组级，通常将一台或多台快速以太网交换机（ 100Mb/s）连接起来，构成校园主干网，
再下连 100M以太网交换机或下连 10M/100M自适应以太网交换机，组成全交换的快速交换式以太网。
高速以太网是指传输速率为 100Mb/s的以太网。
它采用的介质是能在 100m内传输速率达 100Mb/s的
100Base-T规范双绞线，俗称“五类线”，
10Base-T则使用传输速率为 10Mb/s“三类线” 。
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快速交换以太网实例
高速以太网的出现，解决了服务器访问等网络通信的“瓶颈”问题，
以及与低速以太网的速度匹配问题
使网络性能从实质上得到了很大的提高，从而使网络应用开始从纯粹的数据传送发展到进行多媒体通信应用。
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100M b/s
10M /1 00M b/s
100M b/sú
10M /1 00M b/sú
100M b/sú
·tú
í?§?ú
′í 100M b/s
′í 10M b/s
μ?÷￡o快速交换以太网实例
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千兆位以太网
千兆位以太网具有每秒 1000兆位的传输速率
（ 1000Mb/s）
由于局域网的扩大（网上几千台工作站是常有的事）和网上多媒体的应用（例如网上电视
IP/TV，网上视频点播 VOD等），使得网络核心部分（或称主干部分），即使用 100Mb/s的快速以太网，也仍然显得十分拥挤。
千兆以太网的出现，能有效地解决主干上拥挤的问题，使网络性能大大提高。
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升级到千兆以太网
千兆以太网的硬件主要包括千兆以太网传输介质、千兆以太网网卡和千兆以太网关键连接设备是路由交换机。
千兆以太网的传输介质主要为光纤。目前 1000Base-LX标准下 多模光纤 传输距离可达 550m,单模光纤 可达 5km，单模光纤使用远程驱动模块可达 150km。
短距离内也可以使用双绞线。
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升级到千兆以太网
正如 10Mb/s以太网平滑升级至 100
Mb/s以太网一样，千兆位以太网将使网络自然地升级到 1000Mb/s的带宽，
并使原有在以太网的管理员专业技能和支持培训方面的投资不被浪费。
下图表示升级到千兆以太网的一种方案。
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升级到千兆以太网
2009-7-25 徐州工程学院 101
异步传递方式 ATM网
ATM是 异步传递方式 采用的是一种快速分组交换技术
（信元交换技术），
非常适合于多媒体综合数据的传送。这里介绍几种通信传递方式。
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从专线通信到电路交换
早期的通信要铺设专用的电线，使用效率往往很低。后来发展成电路交换。
所谓电路交换是以电路连接为目标的交换方式。
就像今天的电话这样，电话线经过电信局的电话交换机的转接而连通，线路可以分时共享，显著地提高了使用效率。
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从电路交换到包交换
电路交换方法在交换机转接连通后，就又像专线一样处于独占状态。
实际上，电话的间隙（即寂静时间）很多，电话线的使用效率还不到 50％。
在数据通信中，由于数据源明显的突发特性，
其使用效率更低。例如，用电话线通过调制解调器，连上个人计算机，由于人敲键盘的速度很慢，所以，线路的实际使用效率非常低。
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从电路交换到包交换
因此，人们想出了分时使用昂贵的通信线路的方法，把要传的数据打成一个个
“数据包”，
在包的头上标明路由选择等信息，就可以像邮电局邮递包裹那样进行分发传送。
这也称为分组交换，亦称包交换
（ packet switching）技术。
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从包交换到信元交换
在包交换技术中，数据包的长度是不确定的，
可长可短。这造成了时间不可预期，不适合应用于实时性很强的业务，如声音和视频图像的传送等多媒体通信业务。
ATM技术所采用的数据包很小，而且是定长的。它只有 53字节，其中用户数据占 48字节；
另有 5字节信头，具有路由选择等用途。由于这种数据包很小，称为信元（ cell），所以，
ATM所采用的数据包交换技术也称为信元交换技术。
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从包交换到信元交换
在 ATM网中，数字化声音、图像及数据，被切成一小块一小块，作为小信元在 ATM网络中传输，
选择合适的路由，经过若干交换节点，到达目的地，再及时地按顺序拼接成原来的数据，还原为声音和图像等。
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ATM将数据转换为固定长度的信元
2009-7-25 徐州工程学院 108
高性能 10/100/1000以太网集成
由以太网界面直接连接到 ATM交换机网段，业务可以通过 ATM骨干网输入到端口，提供了负载分担和容错特性。
例如，千兆以太网的数据流可以分布在多条链路上进入网络核心，以避免阻塞并提高可靠性。这种下行链路技术方案可以免受任何单一的故障点的影响。
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高性能 10/100/1000以太网集成
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ATM技术分析
ATM技术被应用于专用网、交换网和接入网三个领域之中。
目前，它应用于专用网，
例如，局域网（ LAN）和城域网
（ MAN）中，已经相当成功，应用于长距离的公共交换网也已有许多成功案例。
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ATM技术分析
ATM技术虽然有许多长处，但是，
近年发展起来的宽带 IP网仍然对它提出了严峻的挑战。
Internet近几年的飞速发展，使电信网必须认真考虑与它结合，因为这提供了网络技术和网络应用发展的极大的机遇。
2009-7-25 徐州工程学院 112
ATM技术分析
虽然目前 Internet的互连通路仍主要采用电信网的传统线路，但是它所采用的 TCP/IP通信协议，所使用的是 IP数据包。
而 IP数据包不见得一定要通过 ATM来传递，
它可能直接以以太网帧格式在光纤网上传送而获得极高的速度，使运行成本大大降低。
有人估计它可以降低成本 95％，从而使得将来有可能以今天打电话的价格提供宽带多媒体服务。
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广域网技术 --1
广域网 WAN，是覆盖地理范围相对较广（数十公里到数千公里）的数据通信网络。它常利用公共网络系统（如电话公司）提供的便利条件进行传输，可以分布在一个城市、一个国家，
甚至跨过许多国家分布到全球。
局域网技术是为一个地点的计算机之间的联网而设计的，它提供了少量的计算机之间的网络通信，其最致命的限制是它的规模：一个
LAN不能处理任意多的计算机，也不能连接分布在任意多地点的计算机。
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广域网技术 --2
区别广域网和局域网的关键所在是其规模。
广域网可以不断扩展，满足跨越广阔地域的多个地点、多个计算机之间互联需要，实现不同地域、多台计算机之间的同时通信，
几个不同地域的局域网（包括远程单机）经公共网络相互连接也可构成一个广域网，
因此，路由选择技术和异构网的互联技术也是广域网技术的重要组成部分。
2009-7-25 徐州工程学院 115
通信信号
信号就是一种变化的电流，用以代表事先已编码的信息。如果信息以二进制格式存储，则信号只代表两种取值,0和 1，在两个通信设备之间通过电线或者在空中传输。
在节点间传输信号可用两种方法：基带和频带。
图给出了这两种方案：
基带指的是数字信号的数字传输
频带指的是数字信号的模拟传输
在局域网中绝大多数情况下都使用基带信号。
2009-7-25 徐州工程学院 116
通信信号
基带 类似于电报，信号电平被调制为一个连续的载波信号，电压从一个电平到另外一个电平的变化代表数字信号 0或 1。
频带 类似于 TV电缆传输，像不同的 TV信道能同时传递不同的节目一样，频带连接也支持许多独立的通信信道。
2009-7-25 徐州工程学院 117
广域网的构成
广域网一般由 主机 和 通信子网 组成，通信子网用于在主机之间传递信息。广域网通信子网和主机分离，简化整个网络的设计。
在许多广域网中由公共网络充当通信子网，它包括两个组成部分,传输线 和 交换节点 。
传输线 用来在计算机之间传送比特流；
交换节点 有时也叫做分组交换节点，用于连接两个或多个传输线。
数据沿输入线到达交换节点后，交换节点必须为其选择输出线并将其输出。
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主机和通信子网的关系
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通信子网工作层
通信子网工作在 OSI参考模型的下三层，
即物理层、数据链路层和网络层。
目前常用的公共网络系统有电话交换网
PSTN、分组交换数据网 X.25、帧中继网
Frame Relay、数字数据网 DDN等。
广域网种类很多，性能差异很大，租用不同的广域网所需支付的费用差异也很大，用户需要做出权衡。
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分组交换
在广域网中传送的数据单元称为 分组 。
在广域网的交换节点，采用存储转发技术，即当分组到达交换节点（或称交换机）时，
交换机将其放入一个队列，直到交换机可以发送它们去目的地，交换机可以缓冲同时到达的小批量的突发性的分组。
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分组交换机
分组交换机就是广域网的基本组件之一。
分组交换机互相连接起来，传递分组，构成广域网。
通过增加分组交换机可以扩展广域网，覆盖更多的地点，连接更多的计算机。
从概念上讲，分组交换机就是一个小计算机，
有处理器、存储器和用于收发分组的 I/O设备。
早期的广域网中用的分组交换机由微处理器完成分组交换任务，在现代的高速广域网中，分组交换机中由专门的硬件处理分组交换。
2009-7-25 徐州工程学院 122
分组交换机
分组交换机包含两种 I/O连接，一种是高速的 I/O设备，用于和其他的分组交换机连接；
另一种是速度较低的 I/O设备，用于和计算机连接，具体的硬件取决于广域网技术和速度要求。
2009-7-25 徐州工程学院 123
网络互联
计算机网络互联是利用网络互联设备及相应的技术措施和协议把两个以上的计算机网络连起来，实现计算机网络之间的连接。
计算机网络互联的目的是使一个网络上的用户能够访问其他计算机网络上的资源，
使不同网络上的用户能够相互通信和交流信息，以实现更大范围的资源共享和信息交流。
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网络互联的核心是网络之间的硬件连接和网间互联协议
2009-7-25 徐州工程学院 125
网络互联设备
网络的物理连接是使用网络互联设备通过传输线路实现的，网络互联设备包括：
工作在 传输层 以上的网关；
工作在 网络层 的路由器；
工作在 数据链路层 的网桥和交换机；
工作在 物理层 的中继器和集线器；
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常用网络互联设备
常用网络互联设备在 OSI中的层次如所示。一般来说，互联层越高，互联设备越复杂，参加互联的网络之间差异就越大。中继器是最简单的互联设备，而网关则是最复杂的互联设备。
2009-7-25 徐州工程学院 127
常用网络互联设备
当互联的网络之间距离太远，超过了数据传输媒体所允许的最大长度限制
这时就必须借助其他数据传输设备
（调制解调器）和传输媒体（一般就是电话线）将远距离网络或工作站连接起来。
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局域网互联
在许多情况下，常常需要将局域网互联起来，以实现更大范围的计算机联网，
局域网互联的主要设备为中继器 与 网桥 。
2009-7-25 徐州工程学院 129
中继器
中继器（ Repeater）是最简单也是较常用的连接设备，它的作用是将网络上的一个电缆段上传输的数据信号进行放大和整形，然后再转发到另一个电缆段上，以克服信号经过较长距离传输后引起的衰减。
因此，中继器实际上是一种数字信号放大器。
它不解释也不改变接受到的数字信号，它只是从接受信号中分离出数字资料，存储起来，然后转发出去。
再生的信号与接受的信号完全相同并可以沿着另外的网络段传送到远程。
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中继器
中继器的作用主要是扩展网络电缆的长度。
中继器也可以用来改变网络的拓扑结构，形成多分枝的树形结构，以适应不同环境的布线要求。
通过中继器连接起来的各种网络仍属于一个网络系统。
因此，一般不认为这是网络互联，而只是将一个网络的作用范围扩大而已。
2009-7-25 徐州工程学院 131
中继器
中继器最典型的应用是连接两个以上的以大网电缆段，其目的是为了延长网络的长度。
但延长是有限的，中继器只能在规定的信号延迟范围内进行有效的工作。
如：在 10Base-5粗线以太网的组网规则中规定，
每个电缆段最大长度为 500米，最多可用 4个中继器连接 5个电缆段，延长后的最大网络长度为 2500米。
2009-7-25 徐州工程学院 132
中继器
集线器是一种特殊的中继器，它是一种多端口中继器，用于连接双绞线介质或光纤介质以太网系统，是组成 10Base-T,100Base-T以太网的核心设备。
用中继器连接的局域网在物理上是一个网络，
也就是说中继器把多个独立的物理网 连成为一个大的物理网络。
采用中继器在物理层实现互联，可以支持数据链路层以上各层的任何协议。
2009-7-25 徐州工程学院 133
网桥
网桥（ Bridge）又称桥接器，是用来实现局域网互联的最常用的技术。
是一种在数据链路层实现 LAN互联的存储转发设备。
它独立于高层协议，通过数据链路层实现局域网间的互联。
2009-7-25 徐州工程学院 134
网桥
使用网桥连接起来的局域网从逻辑上是一个网络，也就是说，网桥能将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑局域网络。
从协议层次上看，网桥操作在 OSI参考模型的第二层，它在数据链路层对数据帧进行存储转发，实现网络互联。
2009-7-25 徐州工程学院 135
网桥
网桥能够连接的局域网可以是同类网络，
也可以是不同的网络，而且这些网络可以是不同的传输介质系统（如：粗、细同轴电缆以太网系统和光纤以太网系统）。
使用远程网桥还能够实现局域网的远程连接，即 LAN-WAN-LAN的互联方式。
2009-7-25 徐州工程学院 136
网桥工作原理
网桥不是一个复杂的设备，它的工作原理是：网桥接收一个整帧，然后分析进入的帧，并基于包含在帧中的信息，根据帧的目的地址（ MAC地址）段，来决定是删除这个帧，还是转发这个帧。
如果目的站点和发送站点在同一个局域网，换句话说
就是源局域网和目的局域网是同一个物理网络，即在网桥的同一边，网桥则将帧删除，不进行转发；
如果目的局域网和源局域网不在同一个网络时，网桥则进行路径选择，并按着指定的路径将帧转发给目的局域网。
2009-7-25 徐州工程学院 137
网桥的主要作用
网桥的主要作用是将两个以上 LAN互联为一个逻辑网，以减少局域网上的通信量，提高整个网络系统的性能。
网桥的另一个作用是扩大网络的物理范围。另外，由于网桥能隔离一个物理网段的故障，所以网桥能够提高网络的可靠性。
2009-7-25 徐州工程学院 138
网桥的主要作用
网桥与中继器相比有更多的优势，它能在更大的地理范围内实现局域网互朕。
中继器只是简单地放大再生物理信号，
没有任何过滤作用。
而网桥在转发数据帧的同时，能够根据
MAC地址对数据帧进行过滤，而且网桥可以连接不同的网络。
2009-7-25 徐州工程学院 139
交换技术的前景
近几年，由于交换技术的迅速发展，交换机的应用越来越普遍。
交换机和网桥有很多共同的属性，它们都工作在数据链路层，但也有一些不同之处。
交换机比网桥转发速度快，因为它用硬件实现交换，而网桥是用软件实现交换的。
2009-7-25 徐州工程学院 140
交换技术的前景
有些交换机支持直通交换，直通式交换机减少了网络的抖动与延迟，而网桥仅支持存储转发。交换机为每个网段提供专用带宽，能够减少碰撞，而且交换机还能提供更高的瑞口密度。
由于交换机比网桥具有更好的性能，因此，网桥将逐渐被交换机所取代。
2009-7-25 徐州工程学院 141
局域网与广域网互联
由于局域网的应用迅速增加，人们往往希望将自己的局域网能够与广域网（比如 Internet）互联或通过广域网和远距离的局域网互联，即通过互联网进行互联。
尽管网桥在网络互联中充当着重要角色，
但随着网络的扩大，特别是多种工作平台连接成大规模的广域网络环境时，
2009-7-25 徐州工程学院 142
局域网与广域网互联
网桥在路由选择、流量控制、差错控制以及网络管理等方面就远远不能满足要求，这时就需要使用路由器，或者是网关。
路由器与网关是局域网与广域网互联的主要设备。
2009-7-25 徐州工程学院 143
路由器
路由器（ Router）又称为选径器，是网络层互联设备。
从概念上讲，它与网桥相类似，但它的作用层次高于网桥，所以路由器转发的信息以及转发的方法与网桥均不相同，而且使用路由器互联起来的网络与网桥也有本质的区别。
用网桥互联起来的网络是一个单个的逻辑网，
而路由器互联的是多个不同的逻辑网（即子网）。
2009-7-25 徐州工程学院 144
路由器
每个逻辑子网具有不同的网络地址（逻辑地址，
如,IP地址）。
一个逻辑子网可以对应一个独立的物理网段，
也可以不对应（如：虚拟网）。
路由器比网桥和其他网络互联设备有更高的智能、更丰富的功能、更强的异种网互联能力和更好的安全性，并为网络互联提供了更多的灵活性，是应用最为广泛的网络互联设备。
即使是在今天的交换网络环境中，路由器技术仍然是不可缺少的。
2009-7-25 徐州工程学院 145
路由器
路由器连接的物理网络可以是同类网络，也可以是异类网络。多协议路由器能支持多种不同的网络层协议。
路由器能够很容易地实现 LAN-LAN,LAN-WAN、
WAN-WAN和 LAN-WAN-LAN的多种网络连接形式。
国际互联网 Internet，就是使用路由器加专线技术将分布在各个国家的几千万个计算机网络互联在一起的。
路由器在网络层实现网络互联，它主要完成网络层的功能。路由器负责将数据分组 （ Packet）从源端主机经最佳路径传送到目的端主机。为此，路由器必须具备两个最基本的功能，即路由选择和数据转发。
2009-7-25 徐州工程学院 146
路由器
当两台连在不同子网上的计算机需要通信时，
必须经过路由器转发，由路由器把信息分组通过互联网沿着一条路径从源端传送到目的端。
在这条路径上可能需要通过一个或多个中间设备（路由器），所经过的每台路由器都必须要知道怎么把信息分组从源端传送到目的端，需要经过哪些中间设备，并确定一条通过互联网到达目的端的最佳路径，所以路由器必须具备的基本功能之一就是路由选择功能。
2009-7-25 徐州工程学院 147
路由器
当路由器接收到一个数据包，它首先检查目的地址，并根据路由表提供的下一路由器地址，
将该数据包转发给下一路由器。
如果网络拓扑发生变化，或某台路由器产生失效故障，这时路由器需要更新。路由器通过发布广告或仅向邻居发布路由器的方法使每台路由器都进行路由更新，并建立一个新的、详细的网络拓扑图，拓扑图的建立使路由器能够确定最佳路径。
2009-7-25 徐州工程学院 148
路由器
路由器在接收了数据包之后，检查包的目的地址，再根据路由表确定它是否知道怎样转发这个包，如果它不知道下一路由器的地址，则将包丢弃。如果它知道怎么转发这个包，路由器将改变目的物理地址为下一路由器的地址，并且把包传送给下一路由器。
下一路由器执行同样的交换过程，最终将包传送到目的端主机。发送数据包，通常也称数据交换（ Switching）。
2009-7-25 徐州工程学院 149
路由器
当数据包通过互联网传送时，它的物理地址是变化的，但它的网络地址是不变的，网络地址一直保留原来的内容直到目的端。
值得注意的是，为了完成端到端的通信，在基于路由器的互联网中的每台计算机都必须分配一个网络层地址（ IP地址），路由器在转发数据包时，使用的是网络层地址。
但是在计算机与路由器之间或路由器与路由器之间的信息传送，仍然依赖于数据链路层完成，
因此路由器在具体传送过程中需要进行地址转换并改变目的物理地址。
2009-7-25 徐州工程学院 150
路由器
由于路由器作用在网络层，因此它比网桥具有更强的异种网互联能力、更好的隔离能力、更强的流量控制能力、更好的安全性和可管理维护性。
2009-7-25 徐州工程学院 151
网关
网关（ Gateway）又称为协议转换器。它作用在 OSI
参考模型的 4~7层，即传输层到应用层。它是实现应用系统级网络互联的设备。
前面介绍的中继器、网桥和路由器都是属于通信子网范畴的网间互联设备，它们与应用系统无关。
而在实际的网络应用并不都是基于同一个协议 TCP/IP，
而有许多很好的应用系统是基于专用网络系统协议的。
当在使用不同协议的系统之间进行通信时，必须进行协议转换，网关就可以解决这类问题。
2009-7-25 徐州工程学院 152
网关
网关的主要功能是完成传输层以上的协议转换，
分为传输网关和应用程序网关。
传输网关是在传输层连接两个网络的网关，应用程序网关是在应用层连接两部分应用程序的网关。
由于应用网关是应用系统之间的转换，所以网关一般只适合于某种特定的应用系统的协议转换。
网关可以是一个专用设备也可以用计算机作为硬件平台，由软件实现网关的功能。
2009-7-25 徐州工程学院 153
网关
网关结构复杂，执行效率低，价格昂贵，
一般只在两个体系结构完全不同的网络互联时才使用，而且网关总是针对某种特定的应用，不可能有通用型网关。
这是因为网关的协议转换总是针对某种特殊的应用协议或者有限的特殊应用，
如电子邮件、文件传输和远程登录等，
不存在针对所有应用的通用型网关。
2009-7-25 徐州工程学院 154
3．广域网互联
广域网互联时，由于各个网络可能具有不同的体系结构,所以广域网的互联常常是在网络层及其以上各层之间进行的，使用的互联设备也主要是路由器和网关。
2009-7-25 徐州工程学院 155
广域网互联的主要方法 --1
各网络之间通过相对应的网关进行互联，
但这样的互联方法成本高、效率低，
例如有 n个网络要互联，则执行不同协议转换的网关就需要 n× (n-1)个。显然这种方法已不适合网络发展的需求。
2009-7-25 徐州工程学院 156
广域网互联的主要方法 —2
通过“互联网”进行互联，执行标准的互联网协议，
所有要进行互联的网络首先与互联网相连，要发送的资料首先转换成互联网的资料格式，当资料由互联网传送给目的主机时，再转换成目的主机的资料格式。
至于这些资料在互联网中是怎样传送的，发送资料的源主机则不必知道。
这样做的好处是可以在整个网络范围内使用一个统一的互联网协议，互联网协议主要完成资料（在网络层为分组）的转发和路由的选择。全球最大的互联网就是,Internet”，在 Internet上连接着无数大小各异广域网和局域网。
2009-7-25 徐州工程学院 157
广域网的重要组成部分是通信子网
由于广域网常用于互联相距很远的局域网，所以在许多广域网中，一般由公用网络系统充当通信子网，如：公用电话交换网 PSTN，数字数据网（ DDN）、分组交换数据网（ X.25）、
帧中继（ Frame Relay）、综合业务数据网
（ ISDN）和交换多兆位数据服务（ SMDS）
等。
公用通信网络 系统包括传输线路和交换节点两个部分，这些公用通信网工作在 OSI参考模型的低 3层，即物理层、数据链路层和网络层。
2009-7-25 徐州工程学院 158
广域网采用的传输技术
广域网采用的传输技术主要有电路交换、
分组交换和信元交换。
它常借助一些电信部门的公用网络系统作为它的通信链路，使用双绞线、光缆、
微波、卫星、无线电波等有线传输介质和无线传输介质。
