第4章 局域网基础

1. 第4章 局域网基础 局域网LAN（Local Area Network）的发展始于上世纪70年代，由于其具有应用范围广、使用方便、管理简单、构造灵活、投资小、速度快、误码率低、支持多种拓扑结构及数据处理模式等特点，所以至今仍是一个十分活跃的领域。决定LAN特性的主要技术有三个： ⑴ 用以传输数据的传输介质； ⑵ 用以连接各种设备的拓扑结构； ⑶ 用以共享资源的介质访问控制方法。 由此可以看出，局域网技术主要涉及物理网络的连接、传输和控制问题。

2. 4.1 IEEE 802标准与局域网 为了使具有不同标准的网络实现连接和通信，美国电气电子工程师协会IEEE（Institate of Electrical and Electronic Engineer）于80年2月成立了局域网标准委员会，简称IEEE 802委员会，下属若干分委员会，制定并形成了一系列LAN标准，称为IEEE 802标准。该标准于84年3月被ISO采纳，作为LAN的国际标准，称为ISO 8802-X标准。 4.1.1 IEEE 802 标准 IEEE 802委员会在制定LAN标准时，根据LAN不同的拓扑结构、不同的访问技术以及不同的传输媒体，形成多个标准，由不同的多个工作组分别制定。部分标准的功能定义如下：

3. 802.1 — 高层接口(HILI)，包括网络结构、网际互连和LAN的管理 802.1A — 概述及网络体系结构（1997） 802.1B — 寻址、网际互连、网络管理和性能测试（1995） 802.2 — 逻辑链路控制LLC（1998） 802.3 — 载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）（1998） 802.4 — 令牌总线网（1990） 802.5 — 令牌环网（1997） 802.6 — 城域网（MAN）（1994） 802.7 — 宽带技术 802.8 — 光纤技术 802.9 — 综合语音数据局域网技术 802.10 — 交互性局域网安全标准（1998） 802.11 — 无线局域网（WLAN）（1997） 802.12 — 新型高速局域网（速率在100 Mb以上）（1998） 802.14 — 宽带（CATV）网标准（1998） 802.15 — 无线私人网技术（WPAN） 802.16 — 宽带无线访问标准

4. 802.10 可互操作的局域网的安全机制 高层 802.1B 网际互连 802.1A 802.1B 802.2 逻辑链路控制LLC 寻址、管理 LLC 体系结构 802.3 802.4 802.5 802.6 802.9 802.11 802.12 MAC 物理 802.7 802.8 图 4-1 各标准之间的关系 从结构图中可以看出，所有高层协议必须通过LLC子层与MAC子层交换信息；同时，无论MAC子层和物理层存在何种差异，不同的物理网络具有相同的LLC帧；此外，802.1呈倒L形，表明在LAN中网际互连不是固定在某一层，它跨越了高层与低层，通过接口实现对低层的管理。

5. 应用层 表示层 会话层 传输层 数据链路层 物理层 网际层 LLC子层 网络层 MAC子层 物理层 图4-2 4.1.2 LAN的体系结构 LAN主要涉及物理网络的构成、数据在网络中的传输和控制等问题，所以LAN的体系结构主要与网络协议的底层有关，其与ISO/OSI模型比较如图4-2所示。 LAN的介质接入方法较多，为了屏蔽不同的介质访问控制方法，使LAN的数据链路层不致过于复杂，IEEE 802将其划分为两个子层：介质访问控制MAC（Medium Access Control）子层和逻辑链路控制LLC（Logical Link Control）子层。

6. 4.2 局域网介质访问控制方法 在计算机网络中，通信子网是作为一种共享资源而被网络用户竞争使用的。LAN可以采用多种传输介质和不同的拓扑结构，因而也有多种介质访问控制方法。采用有效的控制方法，合理分配信道，避免和解决信道争用中产生的种种矛盾，是IEEE 802标准中MAC子层重点解决的问题。突发性数据的及时传输请求是LAN主要特点，对信道的争用通常采用由一个中央节点集中控制和由各节点自行控制两种解决方案。

7. 4.2.1 总线网介质访问控制协议 当网络中有多个节点同时需要发送数据时，采用分布式竞争机制进行信道争用，即由IEEE 802.3定义的载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD （Carrior Sense Multiple Access/Collision Detection）协议标准。 1． CSMA/CD控制方案 CSMA/CD控制原理可以描述为： ⑴ 一个节点在发送数据前，首先对总线进行监听； ⑵ 若介质“不忙”，则相机发送信息，并继续监听信道。如果没有检测到冲突，则将帧传送完毕，否则立即停止发送，同时向总线发出一串阻塞信号，通知各站点放弃接收并停止发送，在执行退避算法后转到⑴重新开始竞争信道； ⑶ 若总线“忙”，则执行退避算法，然后试图再次执行CSMA/CD算法。

8. 2．退避算法 退避算法用于在发生冲突或信道忙时重新争用信道的解决方法，主要算法有三种： ⑴ 不坚持CSMA：若介质空闲则立即发送，否则放弃监听，在下一个时间片到来时重新开始监听。重复上述过程，直至发送完毕。这种方法的缺点是可能浪费等待时的空闲信道。 ⑵ 1-坚持CSMA：若信道空闲则发送，否则继续监听，直至信道空闲。在这种方式中，如果有多个站点同时发送信息，发生冲突的概率为1。 ⑶ P-坚持CSMA：当一个站点需要发送数据时，首先对信道进行监听，空闲则以P的概率发送，即以1-P的概率延迟到下一个时间片；若信道忙则等到下一个时隙到来时重复上述过程。P-坚持算法是前两种算法的折衷，关键在于P值的选择，当P=1时，为1-坚持算法，P=0为不坚持算法。图4-3给出了三种CSMA算法的性能实验比较。

9. 吞吐量 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.01-坚持CSMA 不坚持CSMA 0.1-坚持CSMA 1-坚持CSMA 0.5-坚持CSMA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 需发送的帧 图4-3 三种CSMA算法的性能实验比较

10. 3．冲突域（Collision domain） 在CSMA/CD协议中，冲突检测是判断传输是否成功的主要手段。即冲突必须在源主机发送完一帧前检测到，否则将发生漏检。假如网络的传输速率为B，数据帧的长度为L，则传输一帧的时间（称为一帧时）为F = L/B，即冲突检测的最大时间限制为F。 若网络中距离最远的两个节点X、Y之间的距离为S（即最大传输距离为S），传输延迟为t，则应有F≥2t。所以，2t是帧的最小传输时间，称为冲突域。为了确保CSMA/CD协议的执行，网中任意两个节点间的传输延迟应不大于t。如图4-4所示。 冲突域是总线网组网的主要技术依据之一。

11. S X Y 距离 X站发送 发生冲突 t Y站竞发 Y站发送阻塞帧 F=L/B S X Y t 距离 X站发送 返回重发 阻塞帧到达 发生冲突 t Y站竞发 F=L/B 时间 时间 t 发送下一帧 图4-4 （a） 当F≮2t 时 阻塞帧到达 重发上一帧 错误帧漏检 时间 时间 图4-4 （b） 当F<2t 时 Y站发送阻塞帧

12. 例4.1 假设需要构建一个速率为10 Mb的总线LAN，其最小帧长为64 byte，信号在电缆中的传播速度为200 m/μs ，问电缆的最大长度是多少？ 解：已知最小帧长 L = 64 byte = 512 bit，10 Mb网络的bit时阈为0.1μs，一帧的传输时间则应为F=51.2 μs。 ∵ 总线LAN采用CSMA/CD介质争用方法，电缆长度受到冲突域限制，帧在电缆上的单向传输时间应为: t ≤ F/2=51.2/2 = 25.6μs ∴ 电缆的最大长度应为S = 200 * 25.6 = 5120 m 答：电缆的最大长度为5120 m。

13. 4．IEEE 802.3典型网络布局方案 802.3 LAN是一种基带总线LAN，采用自同步的曼彻斯特编码和CSMA/CD介质争用方案，优点是结构简单，成本低，组建灵活，扩充方便，分布式控制，抗损伤能力强，高效可靠；缺点是随着负载的增加网络性能迅速下降，当出现网络故障时，可能对诸多站点产生影响，且不易查找故障点。 针对不同的传输介质，IEEE 802.3定义了4种规范： ⑴ 10base-5 方案：采用10mm粗缆作为总线，称为粗缆网（ThickNet），802.3定义，基带传输，支持10 Mb速率，最大跨距500m； ⑵ 10base-2 方案：采用5mm细缆作为总线，称为细缆网（ThinNet），由802.3a定义，基带传输，支持10 Mb速率，最大跨距200m（实为186m）；

14. ⑶ 10base-T 方案：采用三类双绞线，与HUB配合构成星型总线网，由802.3i定义，基带传输，支持10 Mb速率，单边最大跨距100m； ⑷ 10base-F 方案：采用多模光导纤维电缆，由802.3j定义， 10base-F包括三个子集： • 10Base-FL（fiber link-光纤链路）：星型结构，最大跨距2000m； • 10Base-FB（fiber backbone-光纤主干）：实现集线器之间的连接，最大跨距2000m； • 10Base-FP（fiber passive-无源光纤）：采用无源连接器作为集线器，适用于小规模LAN的安装，跨距500m，最多连接33个站点。 此外，802.7定义了采用75有线电视电缆CATV的LAN标准10 BROAD-36，支持宽带LAN，10 Mb 速率，最大传输距离3600m。

15. A B C D 旁路 H G F E 图4-5 4.2.2 环型网介质访问控制协议 802.5标准规定了令牌传递环路介质访问MAC子层及PH层所使用的协议数据单元格式及其控制，简称令牌环。令牌环是由一系列点—点链路组成的一个闭合环路，可使用双绞线、同轴电缆、光纤等多种传输介质。信息沿环单向逐站点转发传递(如图4-5所示) ，以“令牌传递”（Token passing)技术作为介质访问控制方法。

16. 1.控制原理 在环中使用一个“令牌”（Token）沿着同一方向循环传递，某一时刻只有一个节点持有令牌。持有令牌的节点才有权发送信息，而其他节点只能接收信息。当各站点均无帧发送时，令牌置为“空”标志；对于需要发送信息的站点，待其收到空令牌后，改为“忙”标志，并将信息帧连接到令牌后发送到环上；环上的各节点从环上接收数据，并将帧地址与本站地址进行比较，相同则接收帧，同时仍将帧送回环上，否则只需简单地以边收边发的方式沿环下传；帧在环上循环一周后回到发送站，由该站清除数据帧，并将令牌改为空闲标志后置于环中。

17. SD AC ED 起始标志 访问控制 结束标志 PPPTMRRR 图4-6 IEEE802.5令牌格式 IEEE802.5定义的令牌格式如图4-6所示 其中：SD、AC、ED字段各占1个字节长度。在AC字段中，PPP指示令牌的优先级，可分为8个优先级别（000—111）；T 为令牌比特，若T=0表示空令牌，T=1表示忙令牌；M比特是监视位，用于令牌的管理；RRR为优先级预约位，允许具有较高优先级的站点预约下一个令牌。

18. 2. 令牌环的故障处理功能 （1）为了防止忙令牌在环上无限循环（称为孤儿帧），可采取集中检测法，即指定一个站作为监控站。当令牌第一次通过监控站时，将令牌的监视位（M比特）置为1，当改变了监视位的令牌再次通过监控站时，表明源站点未清除自己发出的帧，由监控站丢弃数据帧，并将令牌初始化后放入环中； （2）为防止令牌丢失，可在监控站设置计时器，在限定时间内若无令牌通过，则认为令牌丢失，由监控站清除环上所有的残余垃圾后发出一个空令牌。

19. 3. 环的比特长度 令牌环网没有冲突域的限制，对帧的最大长度没有限制，但环的长度至少应能容纳下整个令牌在其上周游，因而对环的最小长度有限制。信息在介质上传输会占用一定的信道长度，每个比特所占长度称为比特物理长度；环上可以同时容纳的比特数称为环的比特长度。 假如环的传输速率为R Mbps，信号在电缆上的传输速度为200m/s，则1 bit的物理长度为200/R米。若环周长为1000m，传输速率为1M bps，不考虑环接口上的延迟，则环上同时只能容纳5比特。 由于在每个环接口处都会引入1 bit 的延迟，这种延迟也应计入环的长度中。如假定上述环中包含有10个站点，那么该环的比特长度就为5＋10＝15比特。 当环的长度不足以容纳令牌时，可在接口处引入额外的延迟。

20. 旁路继电器 接线器 令牌环在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低，在重负载时则效率较高；具有广播特性和发送站自动应答功能（回收帧与发送帧比较）；易管理；对各站点公平访问；具有优先响应功能。与CSMA/CD方式比较，传输可靠性不高。 目前大部分令牌环网采用接线器构建星型环网（如图4-7所示），较好解决了环网中由于环路中断或接口故障致使网络不能正常工作的缺点，网络的可靠性和可维护性得到改善。 图4-7 星型环网结构图

21. A B C D 同轴电缆 匹配电阻 E F G 图4-8 由7个站点构成的令牌总线网（其中站点C未工作） 4.2.3 令牌总线网介质访问控制协议 令牌总线（Token Bus)介质访问控制协议，由IEEE802.4定义。 从物理连接上看，令牌总线网上所有节点都挂在一条（75的宽带同轴电缆）总线上；从逻辑上看，所有节点按MAC地址从高到低的顺序组成一个逻辑环，逻辑位置与物理位置未必一致。令牌按逻辑位置顺序访问各站点，周而复始，故又称逻辑环网。如图4-8所示。 图中令牌传递顺序为：AFEBGD

22. 令牌总线网采用“令牌传递”技术，不会产生冲突，站点在发送数据前无须对信道进行监听，各站点具有公平的访问权，支持优先级策略，但访问控制比令牌环复杂。管理协议的主要功能有：令牌总线网采用“令牌传递”技术，不会产生冲突，站点在发送数据前无须对信道进行监听，各站点具有公平的访问权，支持优先级策略，但访问控制比令牌环复杂。管理协议的主要功能有： 1、环初始化 环中的每个站点的逻辑位置由本站地址TS、前趋地址PS和后继地址NS唯一确定，即逻辑环是一个双向循环链表。初始时逻辑环不存在，通过站插入算法生成访问顺序，完成环的初始化； 2、令牌传递算法 为了实现控制权的顺序转移，令牌需携带下游地址信息，仅有本站地址TS与令牌地址相同的站点可以接收令牌。TS转发令牌时，先用后继NS地址修改令牌地址，并将令牌置入总线，同时对总线进行监听，传递是否成功，若不成功则重发令牌，如果 n 次重发均不成功，说明下游站点故障，于是发送一个“查找下游帧”（ Who-follows)，寻求后继站。找到后修改该站的PS地址，并以其TS地址修改本站的NS地址，将故障站点从环中删除；

23. 3.站插入算法： 定期地给未加入环的站点以机会，使其插入适当位置，方法是：首先由持有令牌的站点发出一个“请求后继帧”（Solicit-succeed)，帧中带有TS和NS地址，允许本站地址在TS和NS之间的新节点加入。若无符合条件的站加入环，则将令牌传递到NS站，在修改令牌地址后重复上述过程；当有多个符合条件的新站同时响应时，采用P-坚持算法解决竞争，逐个插入环中； 4.站删除算法： 对于希望退出环的站点X，只需直接关机或对总线上的信号不作响应即可，此时，当令牌传递监听不到X的响应时，通过修改X的前趋和后继站点的相应地址，完成X的退出操作。

24. 5. 故障处理： （1）逻辑环中断：由于某些站点故障、关机或总线断开均有可能引发环中断。对于第一、二两种情况，通过令牌传递算法将关机或故障站点从环中剔除即可恢复逻辑环路；若逻辑环重建失败，则需检查电缆或硬件设施； （2）令牌丢失：往往由令牌持有站故障引起，此时每个站启动总线空闲监听计时器，由最先超时的站点发送一个“请求令牌帧”（Claim-Token）对逻辑环进行初始化； （3）多个令牌：当持有令牌的站点X监听到总线“忙”时，说明其它站点正在发送数据，即环中存在多个令牌，则X站丢弃自己当前所持的令牌，等待下一个空令牌到来。经过一段时间后，环中只剩下一个令牌。

25. 4.2.4 IEEE 802.3、802.4、802.5比较 1、802.3的技术特点： 802.3总线网由于结构简单、安装容易、具有错误检测能力、在轻负载时延迟性能较好、总线可靠性高等优点而被广泛使用。 但随着负载的增加，网络性能急速下降；因为竞争等待的随机性，使网络的最大延迟无法预知；不支持优先控制机制，不适用于实时传输；网络覆盖范围受宥于冲突域（最大不超过2500m），规模不易扩充；采用较多的模拟器件（如载波监听及冲突检测的部件），模拟技术的使用增加了设备的复杂性及不可靠性；对帧的最小长度限制使得处理短帧时必须添加一定的填充字符，增加了额外开销；控制机制较复杂。

26. 2、802.4的技术特点： 802.4令牌总线网使用CATV技术，可同时支持多个数据通道；令牌传递机制可避免冲突；在重负载下具有较高的传输速率；公平的优先策略可满足不同用户的需要；可预知传输的最大延迟，适用于实时系统；不受冲突域限制，因而对帧的最小长度无要求。 但802.4使用了大量的模拟技术，如调制解调器、带宽放大器等，设备复杂且昂贵；低负载时信道利用率较低；采用分布式控制策略，协议复杂；其物理规范与802.3和802.5均不兼容，很难用光纤实现。这种网络很少使用。

27. 3、802.5的技术特点： 802.5令牌环网使用点到点的连接，可混用多种传输介质，且采用全数字技术；支持优先级策略；帧长无限制；环的长度受令牌持有时间决定；在每个环接口处采用逐位转发的方式（注意不是存储转发方式），减少了转发节点的传输延迟；改进后的令牌环网可能有多个数据帧同时在环上传输，进一步提高了信道的利用率；具有广播特性和自动应答功能；管理简单。 缺点是对环的最小长度有限制；传输可靠性不高；在低负载时延迟较大；采用集中式控制，对监控站的可靠性要求较高，使之成为网络中最脆弱的部分。

28. 数据传输设备 及数据交换 及数据交换 接 口 传输设备 通信控制 通信控制 传输设备 接 口 计 算 机 计 算 机 资源子网 通信子网 资源子网 图 4-9 计算机网络硬件系统基本结构 4.3 局域网硬件结构 4. 3. 1 计算机网络硬件系统基本结构

29. 4. 3. 2 传输媒体 一、 双绞线（Twisted Pair） 双绞线分为无屏蔽护套的非屏蔽双绞线UTP和带有屏蔽护套的屏蔽双绞线STP两种。双绞线可用于模拟信号和数字信号的传输。国际电气工业协会EIA将双绞线分为一类、二类、三类、四类、五类和六类双绞线多种规格类型。根据EIA 91年颁布的商业大楼通信标准EIA—568A定义： 三类UTP（Cat 3）带宽为16 M Hz ，支持10M LAN，常用于星型、树型结构的点—点连接； 四类UTP（Cat 4）带宽为20 M Hz ，主要用于环网的连接； 五类UTP（Cat 5）带宽在100 M Hz ； 超五类UTP（Cat 5E）带宽为155 M Hz ； 六类UTP（Cat 6）带宽甚至可达200 M Hz 。

30. 二、同轴电缆（Coaxial Cable） 同轴电缆分为基带同轴电缆（阻抗为50Ω）和宽带同轴电缆（阻抗为75Ω）两种。 基带同轴电缆通常用于传输数字信号，传输速率可达10 M bps，广泛用于总线型LAN。它又可分为粗缆和细缆两种，在10 M bps速率下，粗缆的传输距离最大为500m，如IEEE802.3定义的10BASE-5方案；细缆跨距为185m，如10BASE-2方案。 宽带同轴电缆通常用于模拟信号的传输，带宽可达450 M Hz以上。通常采用频分制多路复用技术将信道分割成多个子信道，同时传输多路模拟/数字信号。如10Broad-36方案，采用CATV电缆，宽带传输，最大跨距可达3600m。 同轴电缆支持点—点和点—多点的连接，其线路和接入成本界于光纤和双绞线之间.

31. 多模光纤 护套 包层 光源 纤芯 包层 护套 图 4-10 多模光纤构造及传输原理 由于存在散射干扰，所以多模光纤的传输距离较短，主要用于短距离的LAN。 三、 光纤（optical fiber） 1. 光纤的基本结构 2. 光纤的传输特性与分类  单模光纤 当纤芯的直径小于光照入射角时（8~12m），只有一束光沿光纤的轴心以直线方式向前传播，这样的的光纤称为单模光纤。单模光纤传输距离要比多模光缆远得多。

32. 4. 3. 3 通信控制设备 一、 通信控制设备的基本功能 1. 控制设备产生的原因 (1) 通过通信控制设备来实现收发速度的调整； (2) 对数据传输形式进行串/并转换； (3) 在同步方式、编码方式、控制字符等方面进行控制 ； (4) 进行差错控制和异常状态的恢复； (5) 实现数据信息的多路复用的转换和恢复处理； (6) 实现数据对调制解调器及自动呼叫应答设备的控制。

33. 2. 通信控制设备的基本功能 (1) 线路控制 (2) 传输控制 (3) 差错控制

34. 3. 通信控制设备主要有：  通信控制器 (CC)： 通信控制设备具有位缓冲、字缓冲、码组缓冲和报文缓冲功能。 主要功能有：设置和拆除通信线路；发送和接收信息；传输控制；实现与计算机间的信息传送 。  线路控制器 (LC) ： 线路控制器一般用于远程终端或智能终端，是端点与通信线路上调制解调器的接口设备。功能包括：由终端发送数据时，将并行数据转变成串行数据送至调制解调器；接收数据时，将串行数据转换为并行数据，送至终端机或CPU进行处理；产生定时信号，确定本终端的地址号，以便与主机交换信息。  通信处理机 (CP)： CC和LC两种通信处理装置在处理一些问题时，需要计算机参与完成。为了减轻主机的负担，应将通信控制程序从主机中分离出来，而由通信处理机完成。

35. 4. 3. 4 通信子网设备 在通信子网中，有一类专事信息传输工作的设备，其主要任务是实现数据有效地在通信子网中从一个网段传到下一个网段，直至到达目的地，它主要包含分组组装/拆分设备（PAD）和分组交换设备（PSE）两类。

36. 一、 分组组装/拆分设备及交换设备 1. 分组组装/拆分设备（PAD） 在分组交换网中，报文从信源发出进入通信子网，需要将报文拆分成一个个等长的分组，在接收端，要将分组组装复原成原报文，这就是PAD的主要功能。除此之外，PAD还具有异步接口控制、数据传送控制、输出控制、输入控制和编辑功能。 2. 分组交换设备（PSE） 分组在分组交换网中从一个节点被转发交换到下一个节点，就需要有完成交换任务的设备，这就是PSE。PSE是分组交换网的核心设备，它是一种多端口的网络设备。 其功能包括：建立、维持和拆除通信信道、完成通信处理任务、将分组按一定的格式装配成标准的数据单元、完成交换和存储转发功能、完成路由选择和流量控制、以及子网的维护、运行管理、故障报告与诊断等。

37. PSE的分类： （1）中转交换机负责信息转发，主要用在大型骨干网的一级交换中心，其所有端口均可作为中继口。中转交换机的特点是传输速率高，容量大，有较强的路由选择功能。 （2）本地交换机主要完成本地数据交换任务，用于本地网，属于局域网交换设备，其中的端口一部分为用户端口，用于与用户数据终端连接，另一部分用于与中转交换机的连接。 （3）中转/本地交换机既具有中转交换机的功能，又具有本地交换机的功能。只是其数据传输速率、容量，以及路由选择等方面的性能比中转机低。 图4-11 为PAD、PSE在分组交换网中的应用示意图。

38. 非分组终端 非分组终端 PAD PAD 本地交换机 本地交换机 中转交换机 PSE 本地交换机 分组终端 分组终端 PAD PSE PSE 分组交换网 图4-11 分组交换网的一般结构

39. 二、多路复用器和集中器 为了提高线路的利用率，把若干终端设备通过集中器连接起来，通过多路复用器使其低速终端复用高速或中速传输线路的设备。 1.多路复用器通常有两种类型：频分多路复用器FDM和时分多路复用器TDM。频分多路复用器多用于连续信号传输，而时分多路复用器TDM则多用于时间离散的数字信号的传输。 2. 集中器对各终端发来的信息进行组织，不工作的终端不占用信道。集中器可提供字符级的缓冲能力，对各终端的时间进行动态分配。通常一组信息包括同步信号、终端地址、正文信息、差错校验信号、终止符号等对重组的信息进行封装、发送/分送，这在微机局部网中经常采用。

40. 数字比特流 模拟信号 模拟信号 数字比特流 正文 正文 公用电话网 调制解调器 调制解调器 源系统 目的系统 传输系统 图4-12 数据通信系统模型 三、调制解调器 调制解调器是同时具有调制和解调两种功能的设备，用于数字信号与模拟信号的转换/逆转换、数据同步、提高数据在传输过程中的抗干扰能力、补偿因某些有害因素造成的对信号的损害、实现信道的多路复用等功能，在计算机网络通信中具有重要的和不可替代的作用。

41. 4. 3. 5 服务器与工作站 一、 网络服务器（Server） 在网络系统中起服务作用并提供共享系统资源和系统管理的计算机硬件和软件称为网络服务器。 通常网络中至少有一台服务器，其运行效率直接影响整个网络的效率。 服务器的主要作用是：运行网络操作系统NOS；控制和协调网络运行；处理和响应各工作站提出的网络应用服务请求；存储和管理网络中的共享资源；管理和监控各工作站的活动；负责网络的安全与保密。 服务器根据其所提供的不同服务，又可分为不同类型，如：文件服务器、打印服务器、域名服务器、E-MAIL服务器等。

42. 二、 工作站（Workstation） 在网络系统中，请求并得到服务的计算机软硬件称为工作站，它是用户使用网络环境的场所。每台工作站不仅保持了原计算机的功能，作为工作站，它可以访问文件服务器，共享网络资源，成为网络的一个节点。工作站可分为有盘工作站和无盘工作站，后者必须在网卡上加插一片专用启动芯片，用于从服务器上远程引导本地系统。

43. 4. 3. 6 网络适配器（Adapters) 网卡提供了网线与计算机及各类智能设备之间的连接接口，其功能主要有：  提供联网的接口电路；  信息的存取控制；  数据帧的拆分与装配；  数据的编码与译码；  数据缓冲区的管理；  数据链路的管理等。 网卡驱动程序支持网卡兼容于网络操作系统NOS实现数据传输。网卡由硬件和固化程序两部分组成，属于数据链路层的设备。

44. 4. 3. 7 联网设备 一、 中继器（Repeater) 中继器又称转发器，工作在物理层。 网络中最大传输距离内的所有设备及传输介质构成一个网段。中继器用以互连多个网段，起到放大信号、驱动长距离通信的作用。特点是：造价低、安装容易，但不能对网段间不必要的信息流进行隔离，各网段上的所有节点位于同一个冲突域，不能连接不同类型的网络。 对于采用同轴电缆的总线以太网，一个网段最大跨距不超过500m，最多支持100个连接设备。由于以太网的数据传输受到冲突域限制，所以在同一LAN中，最多可使用4个中继器，连接5个网段，将LAN的范围扩充至2500m。连接方法一般应遵循“1-2-3-4-5”中继规则。 图4-14 为按照中继规则连接后的总线以太网示意图

45. 网段1 网段3 网段5 R1 R2 R3 R4 网段2 网段4 图4-14 “1-2-3-4-5”中继规则的含义是： 1—连接各网段后的网络是同一个逻辑网络，具有相同的冲突域； 2—有2个网段不连接任何站点； 3—有3个网段可以连接站点； 4—最多使用4个中继器； 5—最多可连接5个网段。

46. 二、网桥（Bridge) 网桥也称桥接器，它工作在数据链路层（MAC子层），其作用是互连多个具有不同冲突域的同构型局域网，使之成为一个逻辑上单一的局域网。网桥通过存储—转发方式进行物理层和MAC子层的协议转换，实现网际信息帧的透明交换，过滤不必要的分组，实现网络地理范围和系统带宽的扩展，完成速度匹配。 按照不同的方法，网桥可以划分成不同的类型： 1 . 从应用上划分，可有：  本地网桥：通过专线连接两个本地LAN；  远程网桥：通过远程通信链路互连远距离LAN，要求两端都有远程网桥；  主干网桥：通过高速主干网及网桥，实现与低速LAN的互连。 图4-15给出了三种网桥的连接示意图。

47. 本地网桥（内桥） BNC端口 LAN1 LAN2 图4-15 （a) 本地网桥连接示意图 远程网桥 远程网桥 公用电话网 （远程通信链路） 调制解调器 调制解调器 LAN1 LAN2 图4-15 （b) 远程网桥连接示意图

48. 主干网桥 主干网桥 光纤环网 （高速主干网） LAN1 图4-15 （c) 主干网桥连接示意图 LAN2 桥地址 端口号 连接的LAN标识 连接站点的MAC地址 2. 按路径选择算法划分：  透明网桥TB(Transparent Bridge)： TB是一种具有学习及帧过滤、转发和分支树算法功能的网桥，由IEEE802.1d定义。TB的学习、过滤功能是通过网桥端口—地址转发表（又称MAC地址转发表）实现的，转发表的形式为：

49. 初始时，转发表为空，此时，网桥对收到的每一个目标地址不明的帧按广播方式（称为扩散算法）进行转发，并根据输入帧的源地址和输入线路在转发表中进行检查。若表中没有登记，则将相应地址填入转发表。经过学习，网桥中每个端口的转发表中记录了该端口所连接（间接连接）的网段上正在工作的站点的MAC地址。初始时，转发表为空，此时，网桥对收到的每一个目标地址不明的帧按广播方式（称为扩散算法）进行转发，并根据输入帧的源地址和输入线路在转发表中进行检查。若表中没有登记，则将相应地址填入转发表。经过学习，网桥中每个端口的转发表中记录了该端口所连接（间接连接）的网段上正在工作的站点的MAC地址。 此后，任意站点间的通信在进入网桥时，均可依据转发表决定转发端口，或进行过滤。此外，通过广播地址（全“1”），网桥也支持多目或广播传输。 为了适应网络的拓扑变化（如站点机关机、站点迁移等），转发表定期（如300秒）或动态进行刷新。 为避免网络出现信息回路而引起瘫痪，TB设计了相应的生成树算法：将每个LAN视为图中的一个节点，与TB端口对应边一起构成一个连通图，如图4-16所示。

50. LAN1 LAN2 B1 B2 B1 LAN2 B3 B4 LAN1 LAN3 B2 B3 B4 LAN4 LAN3 LAN4 图4-16 利用图论中的最小生成树算法去除冗余边，将网络路由定义为无回路的树形结构。分支树中的各个网桥通过周期性的交换路由信息，了解系统的拓扑变化，通过重新生成分支树来适应变化。 透明桥具有安装容易、使用简单、可自动完成拓扑结构的配置、无须设置地址开关、不用安装路由表、能够自动发现和处理故障的优点；缺点是不能使用最优路径。