网络工程师全面复习

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1、网工全面复习(网络知识综合篇)壹. 网络体系结构一 计算机网络的分类1. 按照网络的分布范围分类a. 局域网 LAN(Local Area Network)局域网是将小区域内的各种通信设备互连在一起的网络，其分布范围局限在一个办公 室、一幢大楼或一个校园内，用于连接个人计算机、工作站和各类外围设备以实现资源共享 和信息交换。它的特点是分布距离近(通常在1000m到2000m范围内)，传输速度高(一 般为1Mbps到20Mbps),连接费用低，数据传输可靠，误码率低等。b. 广域网 WAN( Wide Area Network)广域网也称远程网，它的联网设备分布范围广，一般从数公里到数百至数千公

2、里。因此 网络所涉及的范围可以是市、地区、省、国家，乃至世界范围。由于它的这一特点使得单独 建造一个广域网是极其昂贵和不现实的，所以，常常借用传统的公共传输(电报、电话)网 来实现。此外，由于传输距离远，又依靠传统的公共传输网，所以错误率较高。c. 城域网 MAN( Metropolitan Area Network)城域网的分布范围介于局域网和广域网之间，其目的是在一个较大的地理区域内提供数 据、声音和图像的传输。2网络的交换方式分类a. 电路交换网电路交换方式是在用户开始通信前，先申请建立一条从发送端到接收端的物理信道，并 且在双方通信期间始终占用该信道。此方式类似于传统的电话交换方式。b

3、. 报文交换网报文交换方式是把要发送的数据及目的地址包含在一个完整的报文内，报文的长度不受 限制。报文交换采用存储-转发原理，每个中间节点要为途径的报文选择适当的路径，使其 能最终到达目的端。此方式类似于古代的邮政通信，邮件由途中的驿站逐个存储转发一样。c. 分组交换网分组交换方式是在通信前，发送端先把要发送的数据划分为一个个等长的单位(即分组)，这些分组逐个由各中间节点采用存储-转发方式进行传输，最终到达目的端。由于分组 长度有限，可以比报文更加方便的在中间节点机的内存中进行存储处理，其转发速度大大提 高。除了以上二种分类方法外，还可按采用的传输媒体分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、 无线网

4、；按网络传输技术可分为广播式网络和点到点式网络；按所采用的拓扑结构将计算机 网络分为星形网、总线网、环形网、树形网和网形网；按信道的带宽分为窄带网和宽带网； 按不同的用途分为科研网、教育网、商业网、企业网等。二.计算机网络的拓扑结构 网络拓扑结构是指抛开网络电缆的物理连接来讨论网络系统的连接形式，是指网络电缆构成的几何形状，它能从逻辑上表示出网络服务器、工作站的网络配置和互相之间的连接。网络拓扑结构按形状可分为：星型、环型、总线型、树型及总线/星型及网状拓扑结构。 1.星型拓扑结构：星型布局是以中央结点为中心与各结点连接而组成的，各结点与中央结点通过点与点方 式连接，中央结点执行集中式通信控制

5、策略，因此中央结点相当复杂，负担也重。以星型拓 扑结构组网，其中任何两个站点要进行通信都要经过中央结点控制。中央结点主要功能有： *为需要通信的设备建立物理连接；*为两台设备通信过程中维持这一通路； *在完成通信或不成功时,拆除通道。在文件服务器/工作站(File Servers/Workstation )局域网模式中，中心点为文件服务器， 存放共享资源。由于这种拓扑结构，中心点与多台工作站相连,为便于集中连线，目前多采 用集线器(H UB)。星型拓扑结构优点：网络结构简单,便于管理、集中控制, 组网容易，网络延迟时间短， 误码率低。缺点：网络共享能力较差，通信线路利用率不高，中央节点负担过重

6、，容易成为 网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪。2. 环型拓扑结构 环形网中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何结 点均可以请求发送信息。请求一旦被批准，便可以向环路发送信息。环形网中的数据可以是 单向也可是双向传输。由于环线公用，一个结点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口， 信息流中目的地址与环上某结点地址相符时，信息被该结点的环路接口所接收，而后信息继 续流向下一环路接口，一直流回到发送该信息的环路接口结点为止。环形网的优点：信息在网络中沿固定方向流动，两个结点间仅有唯一的通路，大大简化了路 径选择的控制；某个结点发生故障时，可以自动旁路，可靠性较高。缺点：

7、由于信息是串行 穿过多个结点环路接口，当结点过多时，影响传输效率，使网络响应时间变长；由于环路封 闭故扩充不方便。3. 总线拓扑结构 用一条称为总线的中央主电缆，将相互之间以线性方式连接的工站连接起来的布局方 式，称为总线形拓扑。在总线结构中，所有网上微机都通过相应的硬件接口直接连在总线上， 任何一个结点 的信息都可以沿着总线向两个方向传输扩散，并且能被总线中任何一个结点所接收。由于其 信息向四周传播，类似于广播电台，故总线网络也被称为广播式网络。总线有一定的负载能力，因此，总线长度有一定限制，一条总线也只能连接一定数量的结点。 总线布局的特点：结构简单灵活，非常便于扩充；可靠性高，网络响应速

8、度快；设备量少、 价格低、安装使用方便；共享资源能力强，非常便于广播式工作，即一个结点发送所有结点 都可接收。在总线两端连接的器件称为端结器(末端阻抗匹配器、或终止器)。主要与总线进行阻 抗匹配，最大限度吸收传送端部的能量，避免信号反射回总线产生不必要的干扰。 总线形网络结构是目前使用最广泛的结构，也是最传统的一种主流网络结构，适合于信息管 理系统、办公自动化系统领域的应用。4. 树型拓扑结构 树形结构是总线型结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的，其传输介质可有多条 分支，但不形成闭合回路，树形网是一种分层网，其结构可以对称，联系固定，具有一定容 错能力，一般一个分支和结点的故障不影响另一

9、分支结点的工作，任何一个结点送出的信息 都可以传遍整个传输介质，也是广播式网络。一般树形网上的链路相对具有一定的专用性， 无须对原网做任何改动就可以扩充工作站。5. 总线/星型拓扑结构 用一条或多条总线把多组设备连接起来，相连的每组设备呈星型分布。采用这种拓扑结 构，用户很容易配置和重新配置网络设备。总线采用同轴电缆，星型配置可采用双绞线。6. 网状拓扑结构 将多个子网或多个局域网连接起来构成网际拓扑结构。在一个子网中,集线器、中继器 将多个设备连接起来，而桥接器、路由器及网关则将子网连接起来。根据组网硬件不同,主 要有三种网际拓扑：a. 网状网：在一个大的区域内，用无线电通信连路连接一个大型

10、网络时，网状网是最好的拓扑结构。通过路由器与路由器相连，可让网络选择一条最快的路径传送数据。b. 主干网：通过桥接器与路由器把不同的子网或LAN连接起来形成单个总线或环型拓扑结构，这 种网通常采用光纤做主干线。c. 星状相连网：利用一些叫做超级集线器的设备将网络连接起来，由于星型结构的特点，网络中任一处 的故障都可容易查找并修复。应该指出,在实际组网中,为了符合不同的要求，拓扑结构不一定是单一的,往往都是几种结构 的混用。三.OSI参考模型1, 物理层(physical layer)（1）主要作用:实现相邻节点之间比特数据流的透明传送 ,尽可能屏蔽具体传输介质和物理设 备的差异.利用物理传输介

11、质为数据链路层提供物理连接（物理信道）,为数据链路层提供比特 流服务.物理层是所有网络的基础,主要关心的问题有: 用多少伏特电压表示1,多少伏特电压表示0; 一个比特持续多少微秒; 是单工,半双工还是全双工;最初的连接如何建立和完成,通信后连接如何终止 网络接插件有多少针以及各针的用途.信道的最大带宽; 传输介质（例如,是有导线的还是无导线的等）; 传输方式:是基带传输还是频带传输,或者二者均可;多路复用技术（FDM,TDM 和 WDM 波分多路复用 Wave-length Division Multiplexing）; 等等.（2）物理层的主要功能: 物理连接的建立,维持和拆除. 实体之间信

12、息的按比特传输.实现四大特性的匹配（机械特性,电气特性,功能特性,规程特性）（3）物理层标准物理层标准主要任务就是要规定DCE设备和DTE设备的接口，包括接口的机械特性,电气特 性,功能特性和规程特性.DTE 是数据终端设备.数据电路端接设备 DCE .DCE 的作用就是在 DTE 和传输线路之间提 供信号变换和编码的功能，并且负责建立,保持和释放数据链路的连接.DTE通过DCE与通信 传输线路相连，如图所示是美国电子工业协会EIA制定的著名物理层标准.物理或机械特性:规定了 DTE和DCE之间的连接器形式，包括连接器形状，几何尺寸，引线数目 和排列方式等.电气特性:规定了 DTE 和 DCE

13、 之间多条信号线的连接方式，发送器和接收器的电气参数及其 他有关电路的特征.电气特性决定了传送速率和传输距离.功能特性:对接口各信号线的功能给出了确切的定义，说明某些连线上出现的某一电平的电压 表示的意义.规程特性:规定了 DTE 和 DCE 之间各接口信号线实现数据传输的操作过程（顺序）. 物理层标准举例EIA RS-232C/V.24 接口标准RS是Recommended Standard的缩写，即推荐标准.RS-232-C接口标准与国际电报电话咨询委 员会CCITT的V.24标准兼容，是一种非常实用的异步串行通信接口.RS-232-C建议使用25针的D型连接器DB-25,但是在微型计算机

14、的RS-232C串行端口上, 大多使用9针连接器DB-9,如下图所示.（4）常见物理层设备与组件 物理传输中存在的主要问题第一大问题:信号衰减信号衰减限制了信号的传输距离 信号衰减还常常会同时伴随着信号的变形 采用信号放大和整形的方法来解决信号衰减及其变形问题.第二大问题:噪声干扰噪声可能导致信号传输错误，即接收端难以从混杂了较大噪声的信号中提取出正确的数据. 减少噪声的措施，如抵消与屏蔽，良好的端接和接地技术等常见物理组件RJ-45 插座RJ-45 头DB-25 到 DB-9 的转换器常见物理层设备中继器(repeater)和集线器(hub)功能:连接相同的LAN网段;对从入口输入的物理信号

15、进行放大和整形，然后再从出口输出(转 发).中继器具有典型的单进单出结构. 集线器是多端口中继器.集线器常见的端口规格有4口，8口，16口和24口等.如下图所示:2, 数据链路层(Data link layer)(1) 主要任务是负责相邻节点之间的可靠传输 ，通过加强物理层传输原始比特的功能 ，使之网 络层表现为一条无错线路,数据链路层的传输单元为帧.主要关心:成帧与拆帧.以帧(frame)为单位(产生帧，识别帧的边界)；差错控制; (流量控制(防止高速的发送方的数据将低速的接收方淹没). 广播式网络在数据链路层还要处理:如何控制对共享信道的访问等等.(2) 主要设备:交换机 网桥3, 网络层

16、(Network layer)(1) 网络层的任务就是要选择合适的路由,使发送站传输层所传下来的数据能够正确无误地按 地址送到目的站.网络层的传输单元被称为分组(或称包).执行路径选择算法,使分组在通信子网中有一条最佳路径; 拥塞控制.防止子网中同时出现过多的分组而相互阻塞通路,形成瓶颈;记帐功能;异种网络互联.(2) 主要设备:路由器: 三层交换机4, 传输层(Transport layer)(核心层) 主要任务:负责端到端节点间数据传输和控制功能 .传输层是 OSI 中承上启下层,下三层面向网络通信,确保信息准确传输;上三层面向用户主机, 为用户提供各种服务.传输层不涉及中间转发节点,即与

17、使用的网络无关. 主要功能:弥补网络层服务质量的不足,为会话层提供端-端的可靠数据传输服务.包括两端主 机之间的流量控制.5, 会话层( Session layer) 主要目的是组织和同步在两个通信的会话用户之间的对话,并管理数据的交换.会话层的功能是在两个节点间建立,维护和释放面向用户的连接.会话连接的建立是在传输连 接的基础上进行的.6, 表示层(Presentation layer)主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式.它包括数据格式变换,数据加密与解密, 数据压缩与恢复等功能.7, 应用层(Application layer)应用层是OSI的最高层，它为OSI模型以外的应用程

18、序提供服务.应用层中包含大量的，人们普遍需要的协议如网络虚拟终端(VT,Virtual Terminal,文件传输, 电子邮件,目录服务,远程数据库访问等.常用设备:网关网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备 .在使用不同的通信协议,数据格式或语言,甚 至体系结构完全不同的两种系统之间 ,网关是一个翻译器.与网桥只是简单地传达信息不同 , 网关对收到的信息要重新打包,以适应目的系统的需求.同时,网关也可以提供过滤和安全功 能大多数网关运行在OSI 7层协议的顶层-应用层.四.TCP/IP参考模1,TCP/IP分为四层 TCP/IP模型是Internet事实上标准.统一的网络地址分配方案，使得

19、整个TCP/IP设备在网络中都具有唯一的IP地址. 标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务. TCP/IP 独立于特定的网络硬件, 可以运行在局域网, 广域网,更适用于互联网.2, OSI 参考模型与 TCP/IP 参考模型应该指出,TCP/IP是OSI模型之前的产物，所以两者间不存在严格的对应关系.3, 互联网层(Internet layer)(网际层)(1) 互联网层涉及协议:互联网络协议，即IP协议(Internet Protocol)，规定互联网层数据分组格式.因特网控制消息协议(ICMP):提供网络控制和消息传递功能地址解释协议(ARP):提供IP地址和网卡MAC地址转换功能.

20、反向地址转换协议(RARP):mac IP(2) 互联网层主要功能: 处理来自传输层发送请求; 处理接收的 IP 分组.根据目的 IP 地址转发该 IP 分组,或者当目的主机就是本主机时,将 IP 分组上交给其传输层. 处理互联的路径，流量控制和拥塞问题.因为IP分组独立地传送到目标主机，所以一个报文的不同分组可能经过不同的路径.4, 传输层(Transport layer):(1)功能:使源端和目的端主机对等实体进行会话.使用的协议:传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和用户数据报协议 UDP(User Data Protocol).TCP是一个面

21、向连接的协议，使从源机器发出的字节流无差错地发往目的机器.UDP 是一个无连接协议.它不检查所收到的分组的次序，也不对这些分组进行排序，而是交给 应用层完成.5, 应用层(Application layer)它包含所有高层协议例如，虚拟终端协议TELNET(远程登录),文件传输协议FTP,电子邮件协 议SMTP(简单邮件传输协议),域名系统服务DNS，网络新闻传输协议NNTP超文本传输协议 HTTP 等.TIPS:网络体系结构是一种分层结构 分层的目的是把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的,单一的问题,在不同层上予以解决 协议是通信双方对等层的会话规则上层通过下层的服务来与对方的对等层会话

22、层和协议就构成了网络体系结构OSI/RM是一种官方的国际标准TCP/IP 是一种事实上的国际标准贰.局域网和城域网一 .CSMA/CD1. CSMA/CD(带冲突检测的载波监听多路访问控制)CSMA/CD是一种常用争用的方法来决定对媒体访问权的协议，这种争用协议只适用于逻辑 上属于总线拓扑结构的网络。在总线网络中，每个站点都能独立地决定帧的发送，若两个或 多个站同时发送帧，就会产生冲突，导致所发送的帧都出错。因此，一个用户发送信息成功 与否，在很大程度上取决于监测总线是否空闲的算法，以及当两个不同节点同时发送的分组 发生冲突后所使用的中断传输的方法。总线争用技术可分为载波监听多路访问CSMA和

23、具 有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD两大类。2. 载波监听多路访问 CSMA载波监听多路访问CSMA的技术，也称做无听后说LBT(Listem Before Talk)。要传输数据的 站点首先对媒体上有无载波进行监听，以确定是否有别的站点在传输数据。如果媒体空闲， 该站点便可传输数据；否则，该站点将避让一段时间后再做尝试。这就需要有一种退避算法 来决定避让的时间，常用的退避算法有非坚持、1 坚持、P坚持三种。a、非坚持算法算法规则为：如果媒本是空闲的，则可以立即发送。如果媒体是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步骤。 采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的可

24、能性。非坚持算法的缺点是：即使有几个着 眼点为都有数据要发送，但由于大家都在延迟等待过程中，致使媒体仍可能处于空闲状态， 使用率降低。b、1-坚持算法算法规则：如果媒体空闲的，则可以立即发送。如果媒体是忙的，则继续监听，直至检测到媒体是空闲，立即发送。如果有冲突(在一段时间内未收到肯定的回复)，则等待一随机量的时间，重复步骤 。这种算法的优点是：只要媒体空闲，站点就立即可发送，避免了媒体利用率的损失；其 缺点是：假若有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免。c、P-坚持算法算法规则：监听总线，如果媒体是空闲的，则以P的概率发送，而以(1-P)的概率延迟一个时间 单位。一个时间单位通常

25、等于最大传播时延的2倍。延迟一个时间单位后，再重复步骤。如果媒体是忙的，继续监听直至媒体空闲并重复步骤。P-坚持算法是一种既能像非坚持算法那样减少冲突，又能像1-坚持算法那样减少媒体空 闲时间的折中方案。问题在于如何选择 P 的有值，这要考虑到避免重负载下系统处于的不 稳定状态。假如媒体是忙时，有 N 个站有数据等待发送，一旦当前的发送完成时，将要试 图传输的站的总期望数为NP。如果选择P过大，使NP1,表明有多个站点试图发送，冲 突就不可避免。最坏的情况是，随着冲突概率的不断增大，而使吞吐量降低到零。所以必须 选择适当P值使NPV1。当然P值选得过小，则媒体利用率又会大大降低。3.具有冲突检

26、测的载波监听多路访问CSMA/CD在 CSMA 中，由于信道传播时延的存在，即使总线上两个站点没有监听到载波信号而 发送帧时，仍可能会发生冲突。由于 CSMA 算法没有冲突检测功能，即使冲突已发和，仍 然将已破坏的帧发送完，使总线的利用率降低。一种 CSMA 的改进方案是使发送站点传输过程中仍继续监听媒体，以检测是否存在冲 突。如果发生冲突，信道上可以检测到超过发送站点本身发送的载波信号的幅度，由此判断 出冲突的存在。一于检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，用以通知 总线上其它各有关站点。这样，通道容量就不致因白白传送已受损的帧而浪费，可以提高总 线的利用率。这种方案称做载波

27、监听多路访问/冲突检测协议，简写为CSMA/CD，这种协议 已广泛应用于局域网中。CSMA/CD 的代价是用于检测冲突所花费的时间。对于基带总线而言，最坏情况下用于 检测一个冲突的时间等于任意两个站之间传播时延的两倍。从一个站点开始发送数据到另一 个站点开始接收数据，也即载波信号从一端传播到另一端所需的时间，称为信号传播时延。 信号传播时延(p s)=两站点的距离(m)/信号传播速度(m/|J s)。假定A、B两个站点位于总线 两端，两站点之间的最大传播时延为tp。当A站点发送数据后，经过接近于最大传播时延 tp 时， B 站点正好也发送数据，此时冲突便发生。发生冲突后， B 站点立即可检测到

28、该冲 突，而A站点需再经过一份最大传播时延tp后，才能检测出冲突。也即最坏情况下，对于 基带 CSMA/CD 来说，检测出一个冲突的时间等于任意两个站之间最大传播时延的两倍 (2tp)。数据帧从一个站点开始发送，到该数据帧发送完毕所需的时间和为数据传输时延；同理， 数据传输时延也表示一个接收站点开始接收数据帧，到该数据帧接收完毕所需的时间。数据 传输时延(s)=数据帧长度(bit)/数据传输速率(bps)。若不考虑中继器引入的延迟，数据帧从一 个站点开始发送，到该数据帧被另一个站点全部接收所需的总时间，等于数据传输时延与信 号传播时延之和。由于单向传输的原因，对于宽带总线而言，冲突检测时间等于

29、任意两个站之间最大传 播时延的 4 倍。所以， 对于宽带CSMA/CD来说，要求数据帧的传输时延至少4倍于传播时延。在 CSMA/CD 算法中，一旦检测到冲突并发完阻塞信号后，为了降低再次冲突的概率， 需要等待一个随机时间，然后再使用CSMA方法试图传输。为了保证这种退避操作维持稳 定采用了一种称为二进制指数退避和算法，其规则如下：(1) 对每个数据帧，当第一次发生冲突时，设置一个参量L=2；(2) 退避间隔取1到L个时间片中的一个随机数,1个小时片等于两站之间的最大传播时 延的两倍；(3) 当数据帧再次发生冲突，由将参量L加倍；(4) 设置一个最大重传次数，超过该次数，则不再重传，并报告出错

30、。二进制指数退避算法是按后进先出LIFO(List In First Out)的次序控制的，即未发生冲突 或很少发生冲突的数据帧，具有优先发送的概率；而发生过多次冲突的数据帧，发送成功的 概率就更少。IEEE 802.3就是采用二进制指数退避和1-坚持算法的CSMA/CD媒体访问控制方法。这 种方法在低负荷时，如媒体空闲时，要发送数据帧的站点能立即发送；在重负荷时，仍能保 证系统的稳定性。由于在媒体上传播的信号会衰减，为确保能检测出冲突信号， CSMA/CD 总线网限制一段无分支电缆的最大长度为500米。二.IEEE802.X 标准IEEE 802 Standards IEEE 802标准 电

31、气和电子工程师协会(IEEE) 802委员会或802工程定 义了局域网(LAN)标准。标准中的大部分是在80年代由委员会制订的，当时个人计算机 联网刚刚兴起。1. IEEE802.1为IEEE的一个工作组(Working Group)。此工作组负责IEEE802.1标准的制定。 IEEE802.1标准提供了一个对整个IEEE802系列协议的概述,描述了 IEEE802标准和开放系 统基本参照模型(即ISO的OSI7层模型)之间的联系，解释这些标准如何和高层协议交互， 定义了标准化的媒体接入控制层(MAC )地址格式，并且提供一个标准用于鉴别各种不同 的协议。2. 802.2逻辑链路控制定义了

32、IEEE逻辑链路控制(LLC)协议，这些协议确保数据在一条 通信链路上可靠地传输。OSI协议栈中的数据链路层被分成了介质访问控制(MAC)子层 和LLC子层。在桥接器中，这两层作为一个模块化交换机制服务，如图I5所示。一幅到 达以太网并指定发送到令牌环网的帧被剥去该帧的以太网头部并用令牌环网头部重新封装 这幅帧。LLC协议是由高级数据链路控制(HDLC)协议派生而来的，并且两者在操作上类 似。注意，LLC提供了服务访问点(SAP)地址，而MAC子层提供了一个设备的物理网络 地址。SAP指定了运行于一台计算机或网络设备上的一个或多个应用进程地址。LLC 提供了以下服务：面向连接的服务在这个服务中

33、，一个会话是和一个目的站建立 的，并且当数据传输结束时，就关闭这个会话。每个节点都自动地参与数据传输，但是这样 的会话要求一个建立时间以及会话双方由于监控带来的额外开销。应答式面向连接服务这种服务类似于上面的服务，在这种服务中，分组传输是需要应答 的。非应答式无连接服务在这种服务中不用建立会话，分组只是发往目的地。高层协议负责 请求重发丢失的分组。由于LAN的高可靠性，这种服务因此成为LAN上的通常服务。3. 802.3CSMA / CD网络IEEE802.3标准(ISO88023)定义了在各种介质上带有冲突 检测的载波监听多路访问(CSMA / CD)是如何操作的。这个标准还在同轴电缆、双绞

34、线 以及光纤介质上定义了联网方法。最初的传输速率是10Mbps，但最新的应用已经在数据级(datagrade)双绞线电缆上达到100Mbps的传输率。参见“以太网”4. 802.4 令牌总线网令牌总线标准定义了制造业中使用的一种宽带联网方案。它是由制造 自动化协议(MAP)派生而来的。网络采用了在一个广播总线网上令牌传递的方法。令牌 从一个站点传到网上的下一个站点，并且只有拥有令牌的站才能发送数据。令牌是以基于节 点地址的逻辑顺序传递的，这个顺序可能与节点的物理地址相关，如同令牌环网中那样。在 LAN环境中，这个标准的应用不是很广。5. 802.5令牌环网这个标准也叫ANSI802.1 198

35、5，它为令牌环局域网定义了访问协议、电 缆布线以及接口。 IBM 使得这个标准非常流行。它采用了令牌传递访问方法，且在物理上 是以星形拓扑结构布线的，但组成的却是一个逻辑环。节点通过电缆连至一个中心访问单元 (集线器)，中心访问单元能中继从一个站点到下一个站点的信号。为扩展网络，访问单元（集线器）也用电缆连接在一起。因此也就扩大逻辑环。光纤分布式数据接口（FDDI）是 基于802.5令牌环协议的，它是由Accredited标准委员会（ASC）X3T9开发的FDDI与802.2 逻辑链路控制层兼容，因此也就与其它802联网标准兼容。6. 802.6城域网（MAN） IEEE802.6MAN定义了

36、一个高速协议，协议规定网上的每个站 点都使用一种叫分布式队列双总线（DQDB）的访问方法共享一条双光纤总线。双总线提供 了容错特性，当总线发生故障时，它能保持连接的正常工作。MAN标准是为一个大约50 公里的城域范围内提供数据、声音和视频服务而设计的， MAN 标准规定的数据传输率是I. 5Mbps、45Mbps和155Mbps.DQDB是交换式多兆位数据服务（SMDS）的基本访问协议， SMDS 是许多公共电信局提供的一种在城域范围内建立专用网的方法。 DQDB 是一个信元 中继网，交换固定长度为53个字节的信元；因此，它与宽带ISDN （B-ISDN）和异步传 输模式（ATM）兼容。信元的

37、交换发生802.2的逻辑链路控制层。MAN服务有无连接服务，面向连接服务和实时视频服务。总线上有许多定长槽，这些 槽是放置那些在总线上传递的数据的。任何一个想传输的站点只需简单地把数据放在一个或 多个槽中。但是，为了适应时间敏感的同步数据，固定间隔的定长槽必须保留以担保数据按 时按序到达。7. 802.7宽带技术咨询组这个委员会向其它分委员会提供有关宽带联网技术的技术咨询。8. 802.8 光纤技术咨询组当用光纤来代替现有的基于铜缆的网络时，该组会向其它分委员 会提供有关光纤网方面的技术咨询。在本书写作时，推荐的标准仍在开发之中。9. 802.9 综合数据声音网 IEEE802.9 工作组的工

38、作是把声音、数据和视频信号集成到 802 局域网（LAN）和综合业务数字网（ISDN）上传输。规范中定义的节点包括电话、计算机 和视频编码/解码器（codecs）。该规范已经被称为综合的声音和数据规范，或IVD.这项服 务在使用铜质双绞线的两个站点之间的通道连接中提供能携带数据和声音信息的多路复用 流。标准中定义了几种不同类型的通道，包括全双工64Kbps无交换、电路交换或分组交换 通道。10. 802.10 网络安全技术咨询组这个组的主要工作是定义在多个网络上进行互操作时的标 准安全模型，在这个模型中加入鉴别和加密方法。在本书写作时，这个标准仍在发展之中。II. 802.11 无线联网这个委

39、员会正在为无线网定义标准。他们的主要工作是传输介质如扩 频无线电、窄带无线电、红外线的标准化以及电线上的传输。该委员会也为网络计算的无线 接口制订标准，在这个标准中，用户可借助笔式计算机、个人数字助理PDA）以及其它便 携设备与计算机系统相连。对无线网的访问计划两种方法。在分布式方法中，每个无线工作 站自己控制对网络的访问。另一种中点配置方法就是连到有线网上的一台中心Hub控制无 线工作站的传输。直到写这本书时，委员会的成员们偏爱分布式方法，不过中点配置方法也 作为一个选项包括在标准中。12.802.12需求优先（100VGAnyLAN）这个委员会正用由HP和其他供应商共同提出的需求优先访问方

40、法来制订100Mbps的以太网标准。规定的电缆是4线铜质双绞线，需 求优先访问方法是通过一台中心 Hub 来控制对电缆的访问。优先级方法可有效地支持实时 多媒体信息的发送。三.令牌环媒体访问控制1. 令牌环的结构 令牌环在物理上是一个由一系列环接口和这些接口间的点 -点链路构成的闭合环路,各站点 通过环接口连到网上。对媒体具有访问权的某个发送站点,通过环接口出径链路将数据帧串 行发送到环上;其余各站点一边从各自的环接口人径链路逐位接收数据帧,同时通过环接口出 径链路再生、转发出去,使数据帧在环上从一个站点至下一个站点地环行,所寻址的目的站点 在数据帧经过时读取其中的信息。最后,数据帧绕环一周返

41、回发送站点,并由其从环上撤除所 发的数据帧。2. 令牌环的操作过程 网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行； 当一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌，将令牌的标志位置为1,随后 便可发送数据; 环路中的每个站点边发送数据,边检查数据帧中的目的地址，若为本站点地址，便读 取其中所携带的数据； 数据帧绕环一周返回时,发送站将其从环路上撤消； 发送站完成数据发送后,重新产生-个令牌传至下一个站点，以使其他站点获得发送 数据帧的许可权。3. 环的比特度量 当数据帧的传输时延等于信号在环路上的传播时延时,该数据帧的比特数就是以比特 度量的环路长度。实际操作过程中,环路上的每个接口都会引人延迟,一般

42、环路上每个接口相 当于增加1位延迟。环的比特长度=信号传播时延X数据传输速率+接口延迟位数=环路媒体 长度X5(m s/km)X数据传输速率+接口延迟位数4. 令牌环的 MAC 帧的格式IEEE802.5MAC 帧有两个基本格式：令牌帧和数据帧。5. 令牌环的媒体访问控制功能 帧发送：采用沿环传递令牌的方法来实现对媒体的访问控制，取得令牌的站点具有发送一 个数据帧或一系列数据帧的机会。 令牌发送：发送站完成数据帧发送后，等待数据帧的返回。在等待期间，继续发送填充字符。 一旦源地址与本站相符的数据帧返回后,即发送令牌。令牌发送之后,该站仍保持在发送状态, 直到该站发送的所有数据帧从环路上撤消为止

43、。 帧接收：若接收到的帧为信息帧，则将FC、DA、SA、Data及FS字段复制到接收缓冲区 中，并随后将其转至适当的子层。 优先权操作：访问控制字段中的优先权位和预约位配合工作，使环路服务优先权与环上准备发送的 PDU 最高优先级匹配。四. 令牌总线媒体访问控制1. 令牌总线的结构令牌总线媒体访问控制是将局域网物理总线上的站点构成一个逻辑环，每一个站点都在一个 有序的序列中被指定一个逻辑位置，序列中最后一个站点的后面又跟着第一个站点。在物理 结构上它是一个总线结构局域网，但是在逻辑结构上，又成了一种环形结构的局域网。和令牌 环一样，站点只有取得令牌，才能发送帧，而令牌在逻辑环上依次循环传递。2

44、. 令牌总线的特点 由于只有收到令牌帧的站点才能将信息帧送到总线上，所以令牌总线不可能产生冲 突，因此也就没有最短帧长度的要求。 由于站点接收到令牌的过程是依次顺序进行的，因此对所有站点都有公平的访问权。 由于每个站点发送帧的最大长度可以加以限制，所以每个站点传输之前必须等待的 时间总量总是确定的。3. 令牌总线的主要操作 环初始化，即生成一个顺序访问的次序。网络开始启动时，或由于某种原因，在运行中所有站 点不活动的时间超过规定的时间，都需要进行逻辑环的初始化。初始化的过程是一个争用的 过程，争用的结果只有一个站点能取得令牌，其他站点用站插入的算法插入。 令牌传递算法。逻辑环按递减的站地址次序

45、组成，刚发完帧的站点将令牌传递给后继站，后 继站应立即发送数据或令牌帧，原先释放令牌的站监听到总线上的信号，便可确认后继站已获 得令牌。 站插入环算法。必须周期性地给未加入环的站点以机会，将它们插入到逻辑环的适当位置 中。如果同时有几个站要插入时，可采用带有响应窗口的争用处理算法。 站退出环算法。可以通过将其前趋站和后继站连接到一起的办法，使不活动的站退出逻辑 环，并修正逻辑环递减的站地址次序。 故障处理。网络可能出现错误，这包括令牌丢失引起断环、重复地址、产生多个令牌等。网络需要对这些故障做出相应的处理。五. 光纤分布数据接口 FDDI1. FDDl 的性能FDDI数据传输速率达100Mbp

46、s，采用4B/5B，最大环路长度为200km，最多可有1000个物理连 接。若采用双环结构时，站点间距离在2km以内，且每个站点与两个环路都有连接，则最多可连 接500个站点，其中每个单环长度限制在100km内。2. FDDI的数据编码FDDI采用一种新的编码技术（称为4B/5B编码），在这种编码技术中，每次对4位数据进行编码， 每4位数据编码成5位符号,用光的存在和不存在表示5位符号中每一位是1还 是0,这种编 码技术使得效率提高到80%。为了得到同步信号,米用两级编码的方法，先按4B/5B编码，然 后再按倒相的不归零制（NRZI）方式进行编码。3. FDDl 的时钟方案FDDI标准规定使用

47、分布式时钟方案，即在每个站点都配有独立的时钟和弹性缓冲器。进入站 点缓冲器的数据时钟是按照输人信号的时钟确定的，而从缓冲器输出的信号时钟则根据站点 的时钟确定，这种方案使环路中中继器的数目不受时钟偏移因素的限制。4. FDDl 的物理层分为两个子层（1）物理媒体依赖（PMD），它在FDDI网络的节点之间提供点-点的数字基带通信；（2）物理层协议（PHY），它提供PMD与数据链路层之间的连接。5. FDDl 的数据链路层分为多个子层 可选的混合型环控制（HRC）：在共享的FDDI媒体上提供分组数据和电路交换数据的多路 访问； 媒体访问控制（MAC）：提供对于媒体的公平和确定性访问、识别地址、产生

48、和验证帧校验 序列； 可选的逻辑链路控制（LLC）:提供MAC与网络层之间所要求的分组数据适应服务的公共 协议； 可选的电路交换多路器（CS-MUS）。六.ATM局域网技术ATM意即异步传输模式（asynchronous transfer mode）。ATM技术是八十年代后期由ITU T针对电信网支持宽带多媒体业务而提出的。经过近十年的研究，到九十年代中期ATM 技术已基本成熟，由ITU T和ATM论坛制定的相关的国际标准也基本齐全，并有多个 电信设备厂商和计算机网络设备厂商推出了商用化的ATM设备。此后，ATM网络的建设 也得到了长足的发展，全世界许多网络（公用网或专用网）都已安装并使用了A

49、TM网路设 备.ATM的传输介质常常是光纤，但是100m以内的同轴电缆或5类双绞线也是可以的。光纤 可达数千米远。每个链路处于计算机和一个ATM交换机之间或两个ATM交换机之间。换 句话说，ATM链路是点到点的（和LAN不一样，它在一条电缆上有许多发送方和接收方）。 通过让信元从一条线路进入交换机并且从多条线路输出，可以获得广播效果。每条点到点链 路是单向的。对于全双工操作需要两条链路，每个方向的流量占用一条。ATM的物理层包括两个子层，即物理介质子层（PM）和传输会聚（TC）子层。其中物理 介质子层提供比特传输能力，对比特定时和线路编码等方面作出了规定，并针对所采用的物 理介质（如光纤、同轴

50、电缆、双绞线等）定义其相应的特性；传输会聚子层的主要功能是实 现比特流和信元流之间的转换。1. IP技术对ATM技术的影响IP技术是互联网的核心，在互联网中对于高层协议而言，通过统一的IP协议层（第 三层）屏蔽了各种低层协议和物理网络技术（如X.2 5、DDN、以太网、令牌环、帧中 继、ATM、SDH、WDM）的差异，实现了 IP over ever yt hing 的目标。IP技术成功的关键是其概念、方法与思想，例如其层次结构的包容性与开放性， 以及简单、实用、有效的原则。目前互联网的另一个目标是实现ever yt hing o n IP，其中的ever yt hing 是指所有业务，包括数

51、据、图像和话音等，这 些业务既有实时的，也有非实时的。要实现这样的目标，对于目前的IP技术来说是有相当 大困难的，需要新技术来帮助解决。目前电信界有一种观点认为：随着IP技术和互联网的发展，未来的电信网将由IP 技术一统天下，而ATM技术将退出历史舞台。其实只要仔细分析和研究IP技术和ATM 技术各自的特点，就不难发现这种观点是片面的。对于网络（电信网或计算机网）建设而言， 它的发展是不会随着新技术的出现而发生突变（革命）的，而只能是逐步演进。现有电信网 已形成的资源十分庞大，不可能一夜消失。而且现有的IP网络虽然通过采用新技术（例如： IP over SDH或IP over WDM），在一定

52、程度解决了传送带宽的瓶颈问题， 但仍然还是传统的路由器加专线的组网方式，存在逐跳寻址与转发等问题，不能保证服务质 量（QoS ）和信息安全。ATM技术所具有的端到端QoS保证、完善的流量控制和拥塞 控制、灵活的动态带宽分配与管理、支持多业务，以及技术综合能力等方面的优势，目前仍 是IP技术所不及的。有一点是肯定的，世上没有一种万能的技术。由于IP与ATM都是基于分组（包） 交换的技术，而且都有各自的优势，因此，在电信网与互联网融合与演变的过程中都将发挥 作用。目前IP技术的优势在于提供统一的数据应用平台，而ATM技术的优势在于提供统 一的网络平台。2. ATM技术的特点、应用范围和发展趋势（一

53、）ATM技术的特点ATM作为电信网的一种新技术，不仅适用于高速信息传送和对服务质量（QoS） 的支持，还具备了综合多种业务的能力，以及动态带宽分配与连接管理能力和对已有技术的 兼容性。1对服务质量（QoS）的支持（1）ATM采用固定短长度的信元传送信息。信息交换是在第二层完成的 而且协议 简单简化了网络节点中信息存贮管理与处理的复杂性，加快了信息交换的速率减少了信 元在节点缓冲区中的排队时延和时延抖动，有利于信息传送的时间透明性，特别适合在核心 网中用于信息传送。（2）ATM采用面向连接的通信方式 通信之前要建立虚通道（VP）和虚通路（V C）,避免了复杂的信元顺序控制工作 加上用户接入时的流

54、量控制和合理的QoS与网络 资源管理控制，以及各种差错控制技术，可以使信元丢失率降低到各种业务可以接受的程度， 满足各类业务的语义透明性。（3）在ATM方式下，辅之以必要的网络管理功能和信令处理与连接控制功能，可以 设置多种优先级（连接优先级，信元优先级等）管理功能，满足各种使用要求。2. ATM的综合能力ATM以信元的方式传送信息，与业务的特性、比特率无关， 只要将各类业务的信息在入网时转化为统一格式的信元，就可以在网络中进行传输与交换， 因此，高灵活性使之具有各种综合能力。3. 灵活的动态带宽分配与连接管理能力（1）ATM具有统计复用的特点 网络资源可以按需分配，网络资源的利用率高。（2）

55、在ATM方式下，网络具有支持多方连接的能力 其中包括支持广播（broa dcas t）型连接和多播（multi cas t）型连接的能力。4. ATM对已有技术的兼容性ATM作为一项独立的技术充分考虑了与已有技术的 融合，ATM的兼容性表现在两方面：（1）对现有广域网技术（包括分组交换及电路交换技术）的兼容：ATM可以兼容帧 中继（FR）业务、专线数据业务（DDN）,并且支持PSTN和NISDN业务。（二）ATM的应用领域根据ATM技术的特点和电信网技术的发展，就ATM技术本身而言，要对它的应 用领域进行重新定位。由于ATM终端和信令复杂，端到端ATM连接（信元到桌面）的想 法已基本落空，其原

56、因是在用户驻地网支持话音业务它不如PSTN，支持数据业务它不如 千兆以太网。然而，在核心网和边缘接入网中ATM技术仍然大有作为，在这里ATM作为 多业务平台的优势可以得到充分发挥。此外，ATM与IP的结合将增加ATM的竞争能力。 因此，ATM的应用领域主要有以下几个方面：1. 支持现有电信网逐步从传统的电路交换技术向分组（包）交换技术演变。（1）支持现有电话网（如PSTN/ISDN）的演变，并作为其中继汇接网；（2）支持并作为第三代移动通信网（要支持移动IP）的核心交换与传送网；（3）支持现有数据网（FR/DDN）的演变，作为数据网的核心，并提供租用电路， 利用ATM实现校园网或企业网间的互连

57、。2. 为Int erne t骨干传送网 互连核心路由器，支持IP网的持续发展。3. 与IP技术结合，取长补短，共同作为未来信息网的核心技术。由于IP与ATM技术， 有各自的优势，在传统电信网与互联网融合与演变的过程中都将发挥各自的重要作用，如果 把这两项技术结合起来，利用ATM网络为IP用户提供高速直达数据链路，既可以使AT M网络运营部门充分利用ATM网络资源，发展ATM网络上的IP用户业务，又可以解决 Int erne t网络发展中遇到的瓶颈问题，推动IP业务的进一步发展，使这两项技术 的潜力充分发挥出来，获得巨大的经济效益。（三）ATM技术的发展趋势1. ATM支持话音技术的研究在未来

58、的电信网中，从用户数的角度考虑，传统的 电话用户仍将占主导地位，因此，ATM必须考虑如何支持话音的问题。ITU T在19 9 7年9月年通过了支持话音业务和短分组业务适配的第二类ATM适配层协议 AAL 2I.3 6 3.2建议 在1 9 9 9年2月通过了面向话音业务的建议I .366.2 用于中继的AAL2业务特定会聚子层SSCS ，并于1999年12月通 过了支持AAL2交换的信令协议建议Q.2 6 3 0.1 （AAL2信令协议-能力集1）, 基本完成了ATM支持话音业务的标准化工作。采用AAL2协议来支持话音业务不论是效 率方面，还是时延性能方面，都要优于IP电话。AAL2技术的应用

59、主要有以下几个方面:（1）以低时延的性能支持话音和其他实时业务传送，用于PSTN或其它网络的中继 传输；（2）用于第三代移动通信系统（IMT 2 0 0 0 ）,在BS和MSC之间以AAL 2协议支持低速话音和数据信息的传送；（3）用AAL2交换机代替ATM交换机（ATM层仅提供PVC交叉连接功能）， 提供端到端的ATM话音和数据业务。2. 简化ATM技术的研究ATM技术的缺点之一就是网络的复杂性，为了推动ATM 技术的应用，就必须对ATM技术进行简化和优化，以达到简化网络，降低网络成本的目的。 目前，ITU T和ATM论坛正在进行这方面的工作，例如目前ITU T正在制定的A TM轻型信令（l

60、igh t signaling）标准就是为了简化原有复杂的信令标准， 以降低网络的复杂性。另外，在流量控制、网络管理等方面也都有需要进行相应的研究工作。3. ATM与IP技术的结合目前，IP与ATM结合技术主要分为两大类：重叠技术和集成技术。采用重叠技术 时，ATM端点使用ATM地址和IP地址（或MAC地址）两者来标识，网络中设置服务 器完成ATM地址和IP地址（或MAC地址）的地址映射功能，在发端用户得到收端用户 的ATM地址之后，建立ATM SVC连接并在其上传送IP数据包。这方面的典型技术 有：LANE、IPOA、MPOA等，重叠技术的优点是采用标准的ATM论坛或ITU T的信令标准，与

61、标准的ATM网络及业务兼容；缺点是传送IP包的效率较低。采用集 成技术时，ATM层被看作IP层的对等层，ATM端点只需使用IP地址来标识，在建立 连接时使用非标准的ATM信令协议。采用集成技术时，不需要地址解析协议，但增加了A TM交换机的复杂性，使ATM交换机看起来更像一个多协议的路由器。这方面的典型技术 有：IP交换、多协议标签交换（MPLS）等，集成技术的优点是传送IP包的效率比较 高，不需要地址解析协议；缺点是与标准的ATM技术融合较为困难。通过近两年对各种I P与ATM结合技术的研究已得出结论，即重叠技术（例如：LANE、IPOA、MPO A等）更适用于专用网或规模小的网络；而集成技

62、术（例如：IP交换、MPLS等）则更 适用于规模大的公用网。ITU T已于2 0 0 0年3月通过了在公用ATM网络上传送I P信息的建议Y.131 0（公用ATM网络传送IP）,该建议明确了在采用ATM技术 的公共网络（包括业务提供网络和承载网络）上传送IP信息的推荐技术解决方案是多协议 标签交换（MPLS），并且明确公用ATM网络支持的IP目标业务是差别服务（Dif ferserv）、集成服务（Int serv ）和【卩虚拟专用网（IP VPN）。3. ATM局域网技术 为了把ATM技术引入到局域网上来，ATM论坛和Internet工程任务组（IETF）作了不懈的努 力，推出了几个具有重要

63、实际意义的ATM局域网协议。其中以ATM论坛的局域网仿真和 ATM多协议技术（MPOA）最具代表性。A. 局域网仿真局域网仿真是在ATM网络环境下仿真传统局域网业务的网络方案。由于在局域网 仿真中，ATM网络只是以网络数据链路层的角色出现，并且是基于MAC子层的仿真技术， 所以现有的网络层协议（如IP,IPX等）不需要任何更改就可以运行于局域网仿真环境。在局域网仿真中有两种网络信息：一种是仿真客户与仿真服务器、配置服务器之间 的控制信息；另一种是仿真客户之间，以及仿真客户与广播未名服务器间的数据信息。如图 3 所示，当仿真客户 1 希望与仿真客户 2 通信时，仿真客户 1 必须首先知道仿真客户

64、 2 的 ATM地址。如果仿真客户1的缓器中存有仿真客户2的ATM地址，那么仿真客户1就利用 该地址与仿真客户2建立直接的ATM虚电路连接来实现通信(如e)；否则，仿真客户1向 局域网仿真服务器发送一个地址解析请示分组(如a)，局域网仿真服务器利用该分组携带 的仿真客户2的MAC地址在缓存器中检索，如果检索成功，局域网仿真服务器把仿真客户 2的ATM地址反馈给仿真客户1,否则，把该MAC地址送到广播未名服务器(如b),利 用广播未名服务器的广播功能，向整个网络广播该 MAC 地址，仿真客户 2 接收到该广播信 息，把地址反馈给局域网仿真服务器，局域网仿真服务器再送给仿真客户1。在局域网仿真 服务器未反馈回仿真客户2地址这段时间里，仿真客户 1把数据分组分发给广播未名服务器， 由服务器以广播形式送给仿真客户 2(如 c,d)。从上述的通信规程可以看到，由于局域网仿真建立于数据链路层的MAC子层上， 所以可以透明地支持传统网络层的各种协议，兼