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随着信息量不断增长，人们对于相互间的资源共享及信息互换的需求激增，于是网络应运而生。计算机网络是由通信电缆或无线电波链接的由计算机、打印设备、网络设备和计算机软件组成的系统。网络根据其距离和复杂性可分为3类：局域网、城域网和广域网。通常情况下很难划分局域网、城域网和广域网之间的界限，但可以通过4种网络特性即“通信介质、协议、拓扑以及私有网和公共网间的边界点”来确定网络类型。
1.通信介质是指用来连接计算机和网络的电缆、光纤、无线电波和微波。
2.协议指定了网络数据如何被格式化到离散单元中，每个单元是如何传输的，以及在接收端数据是如何被解释的。
3.网络拓扑有两个组成部分，即电缆的物理布局以及在电缆上传送的网络包所遵循的逻辑路径。
4.一般认为，私有网是局域网，公共网是城域网和广域网。
在本文中，我们将就部分常见的网络结构及其中所需的部分硬件设备作个简单的介绍。
局域网
局域网（Local Area Network；LAN）包括有互联的计算机、打印机和其它在短距离内共享的硬件、软件资源。其服务区可以是一间办公室、建筑物的一层、整个写字楼或许多栋写字楼。IEEE的802标准委员会定义了2种主要的LAN传输方法：以太网和令牌环网。ANSI X3T9.5标准委员会制订了有关它们的FDDI（光纤分布式数据接口）标准。
1.以太网
以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）和吉位以太网（1000 Mbps）。它们都符合IEEE802.3规范。
（1）标准以太网
标准以太网使用很广泛，很多小型办公室都用到。一般由网卡、同轴电缆组成。
以太网应用中的同轴电缆有2种：粗同轴电缆（10Base5）和细同轴电缆（10Base2）。现在粗同轴电缆用得不多了，下面主要介绍一下细同轴电缆。
细同轴电缆结构见同轴电缆结构图，其工业编号为“RG-58A/U”，一般为50Ω的电缆。网络工程师称之为10Base2，细同轴电缆连在同轴电缆插件（Bayonet Nut Connector；BNC）上，然后再由BNC与T型接头连接，T型接头的中部接在网卡上。如果计算机或网络设备是电缆中的最后一个节点，那么终结器（50Ω）就要连在T型接头的一端。表一中列出了细同轴电缆的属性。
10Base5距离限制为500米之内，而10Base2要限制在185米之内，这种限制在一些网络的实际应用中就有点麻烦了。电缆的段是在IEEE规范之内的电缆敷设路线，例如：10Base电缆的敷设路线为185米，其上可以有30个结点或者更少一些（包括终结器和网络设备）。这时就需要转发器来协助，转发器是运作在OSI模型物理层的一种廉价的解决方案，可使网络到达远方的用户，距离可以超出IEEE规范要求的一条电缆敷设路线的长度。转发器连接2个或多个电缆段并将进入的所有信号重新传输到其它段上。转发器执行的功能如下：放大输入的信号，调整信号时间，在所有电缆敷设路线上重新产生信号。当信号放置在电缆上时，再定时可以帮助避免包冲突发生。
转发器主要可用于：
①扩展网络段，例如10Base2段要超过185米的限制，10Base5要超过500米的限制。
②增加结点数目，不受一条电缆段的限制，例如，以太网上的结点可以超过30个。
③感知网络上的问题，必要时关闭电缆段。
④连接另一网络设备上的部件，比如集线器，以放大信号，并对信号调整时间。
（2）快速以太网
快速以太网传输速度是标准以太网的10倍，可达到100Mbps，一般用于中小型局域网。快速以太网设备很多，都是10M/100 Mbps自适应的，可以保证带宽的应用率。小型快速以太网设备一般包括集线器、网卡、RJ45连接线。
集线器（HUB）是以星型拓扑结构连接网络节点的，如工作站、服务器等的一种中枢网络设备，具有同时活动的多个输入和输出端口。集线器的功能有：
①提供一个中央单元，从中可以向网络连接多个节点。
②允许大量的计算机连接在1个或多个LAN上。
③通过集中式网络设计来降低网络阻塞。
④提供多协议服务。
⑤加强网络骨干。
⑥可以进行高速通信。
⑦为几种不同介质提供连接。
⑧可以进行集中式网络管理。
网络集线器有很多种类型。最简单的集线器通过以太网总线提供中央网络连接，以星形的形式连接起来。这称之为未管理的集线器，只用于很小型的至多12个节点的网络中（在少数情况下，可以更多一些）。未管理的集线器没有管理软件或协议来为我们提供网络管理功能，这种集线器可以是无源的，也可以是有源的，有源集线器使用得更多。
稍微复杂些的集线器是堆叠式集线器。堆叠式集线器最显著的特征是8个转发器可以直接彼此相连。这样只需简单地添加集线器并将其连接到已经安装的集线器上就可以扩展网络，这种方法不仅成本低，而且简单易行。
底盘集线器是一种模块化的设备，在其底板电路板上可以插入多种类型的模块。有些集线器带有冗余的底板和电源。同时，有些模块允许我们不必关闭整个集线器便可替换那些失效的模块。集线器的底板给插入模块准备了多条总线，这些插入模块可以适应不同的段，如以太网、快速以太网、光纤分布式数据接口（Fiber Distributed Data Interface，FDDI）和异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）中。有些集线器还包含有网桥、路由器或交换模块。有源的底盘集线器还可能会有重定时的模块，用来与放大的数据信号关联。
在快速以太网中，我们不使用同轴电缆，而是使用RJ45型接口的双绞线。双绞线是一种柔性的通信电缆，包含着成对的绝缘铜线，它们交织在一起，以减少电磁干扰和无线电频率干扰。双绞线分为2种：屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。屏蔽双绞线比非屏蔽双绞线能更好地减少电磁干扰和无线电频率干扰，但速度较低（只有4Mbps），但目前高速网络中使用新型的屏蔽双绞线，速度在1Gbps左右。常用的10M和100M非屏蔽双绞线的流行叫法是10Base-T和100Base-T。表二中分别列出了10Base-T和100Base-T的属性。
（3）吉位以太网
吉位以太网，传输率是1Gbps，一般我们管它叫千兆位以太网。一般千兆位以太网都作为局域网的骨干网。一般由集线器、网桥、路由器、交换机、传输介质组成。
网桥是将一个LAN段与另一个LAN段连接起来的网络设备。网桥的用途有：
①当到达连接限制的最大值时，可对LAN进行扩展。
②将LAN分段以减少数据信息流量的瓶颈。
③防止未授权的访问（硬件防火墙的组成部分）。
④网桥是与协议无关的，因此各种协议都可以完全访问网络。
路由器有些功能和网桥类似，但与网桥不同，路由器具有内置的智能来指导数据包流向特定的网络，可以研究网络流量并快速适应在网络中检测到的变化。路由器的主要用途有：
①有效地指导数据包从一个网络传输到另一个网络，减少过度的流量。
②连接相邻或远距离的网络。
③连接截然不同的网络（如以太网和ATM）。
④通过隔离网络的一部分来防止网络的瓶颈。
⑤保护网络免受入侵（硬件防火墙的组成部分）。
网桥对其它网络节点如工作站服务器等是透明的，路由器在这一点上与网桥不同。路由器从节点中接收规则通信，确认器地址和标示。
交换机则提供了桥接能力以及在现存网络上增加带宽的功能，也可理解为交换机就是HUB和路由器的合体。
千兆位以太网在传输介质方面支持多模光纤和单模光纤（1000BASE-SX 850nm多模光纤，1000BASE-LX 1300nm多模和单模光纤）和短程铜线电缆的标准（1000BASE-CX短程铜线即“双轴”STP，1000BASE-SX在UTP的远程铜线）。但由于数据量增大了，传输距离也就缩短了。下表中列出了10M/100M/1000M以太网对应相应介质的传输距离比较：
一般地，千兆位以太网用光纤电缆作传输介质。光纤电缆是由包在玻璃纤维管子中的一根或者多根二氧化硅光纤芯线构成。外面的玻璃纤维叫包层。由于数据是通过光脉冲进行传输的，所以这种类型的电缆不存在EMI和RFI方面的问题，并且数据是纯数字的，不含任何模拟成分。另外一个优点是他人很难在电缆中放入未经授权的接头，因为这种电缆十分脆弱，并且造价较高，其安装往往需要经过特殊训练的人才能完成。光纤电缆有2种类型，即单模光纤和多模光纤。单模光纤主要用于长距离通信，其芯直径为8-10μm。这种光纤的芯直径比多模光纤要小得多。在给定的时间中，只能有一个光波在光纤中进行传输。单模光纤使用的通信信号是激光。激光光源包含在发送方发送接口中，由于带宽相当大，所以能够以很高的速度进行长距离传输。多模光纤可以同时支持多种光波进行
数据传输，进行宽带通信。在传输距离上没有单模光纤那么长，因为其可用的带宽较小，光源也较弱。对于多模光纤，在传输时使用的光源为LED，该设备位于发送结点的网络接口中，参照EIA/TIS-568A规范，下表是对单模光纤和多模光纤的性能比较。
通过光波进行信号传输时，传输行为和光的波长有关。可见光的波长范围是400～700nm（纳米），这种波长的光在光纤中进行传输时，其数据传输的效率不高。使用波长范围为700～1600nm的红外光进行传输效率更高。光波通信的理想波长范围或者说窗口有3个，分别是850nm、1300nm、1550nm。高速的数据传输使用的波长窗口为1300nm。
2.令牌环网。
令牌环网访问方法是IBM公司于70年代发展的，现今仍然是一种主要的LAN技术。在老式的令牌环网中，数据传输速度为4Mbps或16Mbps，新型的快速令牌环网速度可达100Mbps，目前已经标准化了。令牌环网的传输方法在物理上采用了星形拓扑结构，在逻辑上采用的是环形拓扑结构。虽然每个结点都与中央集线器相连，但包在传输时还是从一个结点向另一个结点进行，就像是没有起始点和终止点一样。结点间采用多站访问部件（Multistation Access Unit，MAU）连接在一起。MAU是一种专业化集线器，旨在确保包围绕着计算机的环路进行传输。由于包看起来像在环中传输，所以在工作站和MAU中没有终结器。
有一种专门的帧称为令牌，在环路上持续地传输来确定一个结点何时可以发送包。令牌为24位长，有3个8位的域，这些域为首定界符（Start Delimiter，SD）、访问控制（Access Control，AC）和终定界符（End Delimiter，ED）。首定界符是一种与众不同的信号模式，作为一种非数据信号表现出来，用途是防止它被解释成其它东西。这种独特的8位组合只能被识别为帧首标识符（SOF）。
现在许多最初提供这种技术的网络设备的厂商已经退出了市场。
3.FDDI
光纤分布式数据接口（Fiber Distributed Data Interface，FDDI）标准于80年代中期发展起来，它提供的高速数据通信能力要高于以太网（10Mbps）和令牌网（4或16Mbps）的能力。FDDI标准由ANSI X3T9.5标准委员会制订，为繁忙网络上的高容量输入输出提供了一种访问方法。当数据以100Mbps的速度输入输出时，FDDI与10Mbps的以太网和令牌环网相比性能有相当大的改进。但是随着快速以太网的发展，FDDI用得越来越少了。FDDI使用的通信介质是光纤电缆，最常见的应用就是提供对网络服务器的快速访问。
FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似，在网络通信中均采用令牌传递。它与标准的令牌环又有所不同，主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动。如果某结点不需要传输数据，FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输，那么在指定的称为目标令牌循环时间（Target Token Rotation Time，TTRT）的时间内，它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法，所以在给定时间中，（下转61页）（上接59页）来自多个结点的多个帧可能都在网络上，以为用户提供高容量的通信。
FDDI可以发送两种类型的包：同步的和异步的。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输（如音频、视频和多媒体通信）。异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中，TTRT等于某结点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。
FDDI使用两条环路，所以当其中一条出现故障时，数据可以从另一条环路上到达目的地，连接到FDDI的结点有两类。A类结点与两个环路都有连接，由网络设备如集线器等组成，并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力；B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上，B类结点包括服务器或工作站等。
城域网
城域网（Metropolitan Area Network；MAN）与LAN相比扩展的距离更长，通常拥有中型通信的比较复杂的网络设备。在一个大型城市或都市地区，MAN连接着多个LAN。如连接政府机构的LAN、医院的LAN、电信的LAN、公司企业的LAN等等。由于光纤连接的引入，MAN中高速的LAN连接成为可能。
城域网多采用ATM技术做骨干网。ATM是一个用于数据、语音、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法。ATM包括一个接口和一个协议，该协议能够在一个常规的传输信道上在比特率不变及变化的通信量之间进行切换。ATM也包括硬件、软件以及与ATM协议标准一致的介质。它是一个集成的网络访问方法，是由许多进行LAN开发的网络设备制造商以及致力于MAN的RBOC提供的，它能够向各种机构提供速度非常快的网络，所付出的代价与服务的速度有关。ATM提供一个可伸缩的主干基础设施，以便能够适应不同规模、速度以及寻址技术的网络。
ATM的开发始于70年代后期，那时贝尔实验室的工程师们进行实验，采用信元交换来替代包交换，信元交换的速度是非常快的。他们的目标是联合基于标签的交换，而基于标签的交换是包交换网络的基础，采用的是时分多路复用（TDM）。信元交换将一个简短的指示器称为虚拟通道标识符，并将其放在TDM时间片的开始。这使得设备能够将它的比特流异步地放在一个ATM通信通道上，使得通信变得能够预知且持续的，这样就为时间敏感的通信提供了一个预QoS，这种方式主要用在视频和音频上。通信可以预知的另一个原因是ATM采用的是固定的信元尺寸。ATM通道是虚拟的电路，并且MAN传输速度能够达到10Gbps。（第四帝国）
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