第六章工业测控计算机网络 61计算机网络概述 6.1.1计算机网络的形成与发展 纵观计算机网络的形成与发展历史,我们大致可以将它划分为四个阶段 第一阶段可以追溯到上世纪50年代。那时,人们开始将彼此独立发展的计算机技 术与通信技术结合起来,对数据通信技术与计算机通信网络进行了研究,为计算机网络 的产生做好了一定的技术准备,奠定了理论基础 第二阶段应该从60年代美国的 ARPANET谈起。 ARPANET是计算机网络技术发展 中的一个里程碑,它的研究成果对促进网络技术的发展起到了重要的作用,并为 Internet 的形成奠定了基础 第三阶段可以从70年代中期谈起。70年代中期国际上各种广域网、局域网与公用 分组交换网发展十分迅速,各个计算机生产商纷纷发展各自的计算机网络系统,但随之 而来的是网络体系结构与网络协议的国际标准化问题。国际标推化组织ISO( iteration Stand ards Organization)在推动开放系统参考模型与网络协议的研究方面做了大量的工 作,对网络理论体系的形成与网络技术的发展起到了重要的作用 第四阶段要从90年代谈起。90年代网络技术最富有挑战性的话题是 Internet技术。 Internet作为世界性的信息网络,正在当今经济、文化、科学硏究、教育与人类社会生 活等方面发挥着越来越重要的作用 612计算机网络的定义 凡将地理位置不同、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 由功能完善的网络软件实现网络资源共享的系统称为计算机网络。 换句话说,计算机网络既可以用通信线路将几台计算机系统连成简单的网络,实现 信息的收集、分配、传输和处理,也可以将数百台计算机系统,用数千公里的通信线路 连成全国或全球通信网,以实现资源共享。 十算机网络也可以定义为“一个互连的独立计算机的集合”。互连表示计算机之间 有交换信息的能力。互连方式(介质)可以用电缆、光纤、载波、微波、无线和通信卫星 等。独立计算机是指网中互连的计算机是相互独立的。它们之间没有明显的主从关系, 即一个计算机不能强制地启动、中止或控制网中的另一个计算机。所以,带有大量终端 和外部设备的计算机系统并不是一个计算机网络。同样,具有一个控制单元和许多从属 单元的系统也不是一个计算机网络。 6.1.3计算机网络的分类 计算机网络的分类方法可以是多样的.其中最主要的两种方法是 ·根据网络所使用的传输技术分类; 根据网络的覆盖范围与规模分类
- 1 - 第六章 工业测控计算机网络 6.1 计算机网络概述 6.1.1 计算机网络的形成与发展 纵观计算机网络的形成与发展历史，我们大致可以将它划分为四个阶段： 第一阶段 可以追溯到上世纪 50 年代。那时，人们开始将彼此独立发展的计算机技 术与通信技术结合起来，对数据通信技术与计算机通信网络进行了研究，为计算机网络 的产生做好了一定的技术准备，奠定了理论基础。 第二阶段应该从 60 年代美国的 ARPANET 谈起。ARPANET 是计算机网络技术发展 中的一个里程碑，它的研究成果对促进网络技术的发展起到了重要的作用，并为 Internet 的形成奠定了基础。 第三阶段可以从 70 年代中期谈起。70 年代中期国际上各种广域网、局域网与公用 分组交换网发展十分迅速，各个计算机生产商纷纷发展各自的计算机网络系统，但随之 而来的是网络体系结构与网络协议的国际标准化问题。国际标推化组织 ISO(Internation Standards Organization)在推动开放系统参考模型与网络协议的研究方面做了大量的工 作，对网络理论体系的形成与网络技术的发展起到了重要的作用。 第四阶段要从 90 年代谈起。90 年代网络技术最富有挑战性的话题是 Internet 技术。 Internet 作为世界性的信息网络，正在当今经济、文化、科学研究、教育与人类社会生 活等方面发挥着越来越重要的作用。 6.1.2 计算机网络的定义 凡将地理位置不同、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， 由功能完善的网络软件实现网络资源共享的系统称为计算机网络。 换句话说，计算机网络既可以用通信线路将几台计算机系统连成简单的网络，实现 信息的收集、分配、传输和处理，也可以将数百台计算机系统，用数千公里的通信线路 连成全国或全球通信网，以实现资源共享。 计算机网络也可以定义为“一个互连的独立计算机的集合”。互连表示计算机之间 有交换信息的能力。互连方式(介质)可以用电缆、光纤、载波、微波、无线和通信卫星 等。独立计算机是指网中互连的计算机是相互独立的。它们之间没有明显的主从关系， 即—个计算机不能强制地启动、中止或控制网中的另一个计算机。所以，带有大量终端 和外部设备的计算机系统并不是一个计算机网络。同样，具有一个控制单元和许多从属 单元的系统也不是一个计算机网络。 6.1.3 计算机网络的分类 计算机网络的分类方法可以是多样的．其中最主要的两种方法是 ·根据网络所使用的传输技术分类； ·根据网络的覆盖范围与规模分类
1.根据网络传输技术进行分类 网络所采用的传输技术决定了网络的主要技术特点,因此根据网络所采用的传输技 术对网络进行划分是一种很重要的方法。 (1)广播式网络 在广播式网络中,所有连网计算机都共享一个公共通信信道。当一台计算机利用共 享通信信道发送报文分组时,所有其它的计算机都会“收听”到这个分组。由于发送的 分组中带有目的地址与源地址,接收到该分组的计算机将检查目的地址是否是与本节点 地址相同。如果和接收报文分组的目的地址与本节点地址相同,则接收该分组,否则丢 弃该分组。 (2)点到点式网络 与广播网络相反,在点到点式网络中,每条物理线路连接一对计算机。假如两台计 算机之间没有直接连接的线路,那么它们之间的分组传输就要通过中间节点的接收、存 储、转发,直至目的节点。由于连接多台计算机之间的线路结构可能是复杂的,因此从 源节点到目的节点可能存在多条路由。决定分组从通信子网的源节点到达目的节点的路 由需要有路由选择算法 采用分组存储转发与路由选择是点到点式网络与广播式网络的重要区别之 2根据网络的覆盖范围进行分类 计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类,可以很好地反映不同类型网络的技术 特征。由于网络覆盖的地理范围不同,它们所采用的传输技术也就不同,因而形成了不 同的网络技术特点与网络服务功能。 按覆盖的地理范围进行分类,计算机网络可以分为 局域网LAN( Local area network) 城域网MAN( Metropolitant Area Network) 广域网WAN( Wide Area Network) (1)局域网LAN 局域网用于将有限范围内(如一个实验室、一幢大楼、一个校园)的各种计算机、终端 与外部设备互连成网。局域网按照采用的技术、应用范围和协议标淮的不同可以分为共 享局域网与交换局域网。‘域网技术发展迅速,应用日益广泛,局域网的持点是组建方 便、使用灵活,是计算机网络中最活跃的领域之一。随着社会信息化的不断发展,为了 更好地发挥网络作用,局域网也可以连接到公共网或广域网上。例如,一个学校的校园 网就可以连接到 InterNet这种广域网上,这样校园网上的用户可以享用广域网上提供的 许多资源.也可以和广域网上的用户通信。 (2)城域网MAN 城市地区网络常简称为城域网。城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网 络。城城网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网 互连的需求,以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能。 (3)广域网WAN 广域网也称为远程网。它所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。广域网覆盖 个国家、地区,或横跨几个洲,形成国际性的远程网络。广城网的通信子网主要使用分 组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换 网,它将分布在不同地区的计算机系统互连起来.达到资源共享的目的
- 2 - 1.根据网络传输技术进行分类 网络所采用的传输技术决定了网络的主要技术特点，因此根据网络所采用的传输技 术对网络进行划分是一种很重要的方法。 (1) 广播式网络 在广播式网络中，所有连网计算机都共享一个公共通信信道。当一台计算机利用共 享通信信道发送报文分组时，所有其它的计算机都会“收听”到这个分组。由于发送的 分组中带有目的地址与源地址，接收到该分组的计算机将检查目的地址是否是与本节点 地址相同。如果和接收报文分组的目的地址与本节点地址相同，则接收该分组，否则丢 弃该分组。 (2) 点到点式网络 与广播网络相反，在点到点式网络中，每条物理线路连接一对计算机。假如两台计 算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间节点的接收、存 储、转发，直至目的节点。由于连接多台计算机之间的线路结构可能是复杂的，因此从 源节点到目的节点可能存在多条路由。决定分组从通信子网的源节点到达目的节点的路 由需要有路由选择算法。 采用分组存储转发与路由选择是点到点式网络与广播式网络的重要区别之一。 2 根据网络的覆盖范围进行分类 计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可以很好地反映不同类型网络的技术 特征。由于网络覆盖的地理范围不同，它们所采用的传输技术也就不同，因而形成了不 同的网络技术特点与网络服务功能。 按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为 ·局域网 LAN (Local Area Network) ·城域网 MAN(Metropolitant Area Network) ·广域网 WAN(Wide Area Network) (1) 局域网 LAN 局域网用于将有限范围内(如一个实验室、一幢大楼、一个校园)的各种计算机、终端 与外部设备互连成网。局域网按照采用的技术、应用范围和协议标淮的不同可以分为共 享局域网与交换局域网。`域网技术发展迅速，应用日益广泛，局域网的持点是组建方 便、使用灵活，是计算机网络中最活跃的领域之一。随着社会信息化的不断发展，为了 更好地发挥网络作用，局域网也可以连接到公共网或广域网上。例如，一个学校的校园 网就可以连接到 InterNet 这种广域网上，这样校园网上的用户可以享用广域网上提供的 许多资源．也可以和广域网上的用户通信。 (2) 城域网 MAN 城市地区网络常简称为城域网。城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网 络。城城网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网 互连的需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能。 (3) 广域网 WAN 广域网也称为远程网。它所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。广域网覆盖一 个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络。广城网的通信子网主要使用分 组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换 网，它将分布在不同地区的计算机系统互连起来．达到资源共享的目的
62局域网技术 局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题,也是目前技术发展最快 的领域之一。 621局域网的主要技术特点 随着局域网体系结构、协议标准研究的进展,局域网操作系统的发展,光纤技术的 引入,以及高速局域网技术的发展,局域网技术特征与性能参数发生了很大的变化,早 期对局域网的定义与分类目前已发生了很大的变化。从局域网应用角度看,局域网主要 的技术特点有以下几点 1.局域网覆盖有限的地理范围,它适用于机关、公司、校园、军营、工厂等有限 范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求 2.局域网具有高数据传输速率(10。100M%a)、低误码率的高质量数据传输环境, 数据传输速率高达 I Gbps(1000Mbps)的高速局域网正在发展之中; 3.局域网一般属于一个单位所有,易于建立、维护和扩展 4.决定局域网特性的主要技术要素有三点:网络拓扑、传输介质与介质访问控制 方法; 5.局域网从介质访问控制方法的角度可以分为两类:共享介质局域网与交换局域 网 622局域网拓扑结构 在研究计算机网络组成结构的时候,我们可以采用拓扑学中一种研究与大小形状无 关的点、线特性的方法,即抛开网络中的具体设备,把工作站、服务器等网络单元抽象 为“结点”,把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”。这样,从拓扑学的观点看计算机 网络就变成了点和线组成的几何图形,我们称它为网络的拓扑结构。 在局域网中的结点有两类,一类是只转接和交换信息的转接结点,它包括结点交换 机、集线器和终端控制器等;另一类是访问结点,它包括主计算机和终端等,它们是信 息交换的源结点和目标结点。局域网的拓扑类型较多,基本类型可以分为以下三种:总 线型、星型、环型。 1.总线型拓扑结构 如下图所示,总线型结构网络是将各个结点和一根总线相连。网络中所有的结点都 通过总线进行信息传输,任何一个结点的信息都可以沿着总线向两个方向传输,并被总 线中任何一个结点所接收。在总线型网络中,作为数据通信必经的总线的负载量是有限 度的,这是由通信介质本身的物理性能所决定的。因此,在总线型网络中,总线的长度 有一定的限制,一条总线也只能连接一定数量的结点
- 3 - 6.2 局域网技术 局域网技术是当前计算机网络研究与应用的一个热点问题，也是目前技术发展最快 的领域之一。 6.2.1 局域网的主要技术特点 随着局域网体系结构、协议标准研究的进展，局域网操作系统的发展，光纤技术的 引入，以及高速局域网技术的发展，局域网技术特征与性能参数发生了很大的变化，早 期对局域网的定义与分类目前已发生了很大的变化。从局域网应用角度看，局域网主要 的技术特点有以下几点： 1．局域网覆盖有限的地理范围，它适用于机关、公司、校园、军营、工厂等有限 范围内的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求； 2．局域网具有高数据传输速率(10。100Mt9a)、低误码率的高质量数据传输环境， 数据传输速率高达 1Gbps(1000Mbps)的高速局域网正在发展之中； 3．局域网一般属于一个单位所有，易于建立、维护和扩展； 4．决定局域网特性的主要技术要素有三点：网络拓扑、传输介质与介质访问控制 方法； 5．局域网从介质访问控制方法的角度可以分为两类：共享介质局域网与交换局域 网。 6.2.2 局域网拓扑结构 在研究计算机网络组成结构的时候，我们可以采用拓扑学中一种研究与大小形状无 关的点、线特性的方法，即抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络单元抽象 为“结点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”。这样，从拓扑学的观点看计算机 网络就变成了点和线组成的几何图形，我们称它为网络的拓扑结构。 在局域网中的结点有两类，一类是只转接和交换信息的转接结点，它包括结点交换 机、集线器和终端控制器等；另一类是访问结点，它包括主计算机和终端等，它们是信 息交换的源结点和目标结点。局域网的拓扑类型较多，基本类型可以分为以下三种：总 线型、星型、环型。 1．总线型拓扑结构 如下图所示，总线型结构网络是将各个结点和一根总线相连。网络中所有的结点都 通过总线进行信息传输，任何一个结点的信息都可以沿着总线向两个方向传输，并被总 线中任何一个结点所接收。在总线型网络中，作为数据通信必经的总线的负载量是有限 度的，这是由通信介质本身的物理性能所决定的。因此，在总线型网络中，总线的长度 有一定的限制，一条总线也只能连接一定数量的结点
主要特点: (1)网络结构简单灵活,节点的插入、删除都较方便,因此易于网络的扩展。 (2)可靠性髙,由于总线通常用无源工作方式,因此任一个结点故障都不会造成整 个网络的故障。 (3)网络响应速度快,共享资源能力强,便于广播式工作。 (4)设备量少,价格低,安装使用方便。 (5)故障诊断和隔离困难,网络对总线比较敏感。 2.星型拓扑结构 如下图所示,星型结构的网络是以中央结点为中心与各个结点连接组成的。如果 个工作站需要传输数据,它首先必须通过中央结点,中央结点接收各分散结点的信息再 转发给相应结点,因此中央结点相当复杂,负担比其他结点重得多。中央结点目前多采 用集线器(Hub)与其他结点连接。 主要特点: ■(1)网络结构简单,便于管理,控制简单,连网建网都容易,单个节点的故障只 影响一个节点,不会影响全网,因此容易检测和隔离故障。 (2)网络延时时间较短,误码率较低。 (3)节点间的通信必须经过中结点进行转接,对中结点可靠性要求较高,是 全网可靠性的瓶颈。 4)网络共享资源能力较差,通信线路利用率不高,星型拓扑需要大量电缆, 因此布线费用较高。 3环型拓扑结构 如下图所示,环型结构中的各结点是连接在一条首尾相连的闭合环型线路中的。环
- 4 - 主要特点： （1）网络结构简单灵活，节点的插入、删除都较方便，因此易于网络的扩展。 （2）可靠性高，由于总线通常用无源工作方式，因此任一个结点故障都不会造成整 个网络的故障。 （3）网络响应速度快，共享资源能力强，便于广播式工作。 （4）设备量少，价格低，安装使用方便。 （5）故障诊断和隔离困难，网络对总线比较敏感。 2．星型拓扑结构 如下图所示，星型结构的网络是以中央结点为中心与各个结点连接组成的。如果一 个工作站需要传输数据，它首先必须通过中央结点，中央结点接收各分散结点的信息再 转发给相应结点，因此中央结点相当复杂，负担比其他结点重得多。中央结点目前多采 用集线器(Hub)与其他结点连接。 主要特点： ◼ （1）网络结构简单，便于管理，控制简单，连网建网都容易，单个节点的故障 只 影响一个节点，不会影响全网，因此容易检测和隔离故障 。 ◼ （2）网络延时时间较短，误码率较低。 ◼ （3）节点间的通信必须经过中结点进行转接，对中结点可靠性要求较高，是 全网可靠性的瓶颈。 ◼ （4）网络共享资源能力较差，通信线路利用率不高，星型拓扑需要大量电缆， 因此布线费用较高。 3 环型拓扑结构 如下图所示，环型结构中的各结点是连接在一条首尾相连的闭合环型线路中的。环
型网络中的信息传送是单向的,即沿一个方向从一个结点传到另一个结点。由于信息按 固定方向单向流动,两个结点之间仅有一条通路,系统中无通道选择的问题。在环型网 络中,当信息流中的目的地址与环上的某个结点的地址相符时,信息被该结点接收,然 后,根据不同的控制方法决定信息不再继续注下传送或信息继续流向下一个结点,一直 流回到发送该信息的结点为止。因此,任何结点的故障均能导致环路不能正常工作。目 前已有许多解决这些矛盾的办法,如建立双环结构等。 □ 口 环形拓扑结构 主要特点: (1)信息在网络中沿固定方向流动,两个结点间仅有惟一的通路,大大简化了路径选 择的控制。 (2)由于信息是串行穿过多个结点环路接口,所以,当结点过多时,影响传输的效率, 使网络响应时间变长 (3)环路中每一结点的收发信息均由环接口控制,控制软件较简单。 (4)当网络固定后,其延时也确定,实时性强。 (5)在网络信息流动过程中,由于信息源结点到目的结点都要经过环路中各中间节点 所以,任何节点的故障都能导致环路失常,可靠性差。而且由于环路是封闭的,不易扩 展 623传输介质 传输介质是网络中连接收发双方的物理通路,也是通信中实际传送信息的载体。局 域网常用的传输介质有: 双绞线 同轴电缆 光纤电缆 其余的介质还有无线电、微波和红外线等。 1.双绞线 双绞线由按规则螺旋结构排列的两根、四根或八根绝缘导线组成。一对线可以作为 条通信线路,各个线对螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰最小。因为两 条平行的金属线可以构成一个简单的天线,而双绞线则不会。局域网中所使用的双绞线 分为两类 ·屏蔽双绞线 ·非屏蔽双绞线 屏蔽双绞线由外部保护层、屏蔽层与多对双绞线组成。非屏蔽双绞线由外部保护层
- 5 - 型网络中的信息传送是单向的，即沿一个方向从一个结点传到另一个结点。由于信息按 固定方向单向流动，两个结点之间仅有一条通路，系统中无通道选择的问题。在环型网 络中，当信息流中的目的地址与环上的某个结点的地址相符时，信息被该结点接收，然 后，根据不同的控制方法决定信息不再继续注下传送或信息继续流向下一个结点，一直 流回到发送该信息的结点为止。因此，任何结点的故障均能导致环路不能正常工作。目 前已有许多解决这些矛盾的办法，如建立双环结构等。 环形拓扑结构 主要特点： （1）信息在网络中沿固定方向流动，两个结点间仅有惟一的通路，大大简化了路径选 择的控制。 （2）由于信息是串行穿过多个结点环路接口，所以，当结点过多时，影响传输的效率， 使网络响应时间变长。 （3）环路中每一结点的收发信息均由环接口控制，控制软件较简单。 （4）当网络固定后，其延时也确定，实时性强。 （5）在网络信息流动过程中，由于信息源结点到目的结点都要经过环路中各中间节点， 所以，任何节点的故障都能导致环路失常，可靠性差。而且由于环路是封闭的，不易扩 展。 6.2.3 传输介质 传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。局 域网常用的传输介质有： ·双绞线 ·同轴电缆 ·光纤电缆 其余的介质还有无线电、微波和红外线等。 1．双绞线 双绞线由按规则螺旋结构排列的两根、四根或八根绝缘导线组成。一对线可以作为 一条通信线路，各个线对螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰最小。因为两 条平行的金属线可以构成一个简单的天线，而双绞线则不会。局域网中所使用的双绞线 分为两类： ·屏蔽双绞线 ·非屏蔽双绞线 屏蔽双绞线由外部保护层、屏蔽层与多对双绞线组成。非屏蔽双绞线由外部保护层
与多对双绞线组成。屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的结构如图所示。 在局域网中常用的双绞线根据传输特性可以分为五类。在典型的以太网中,常用第 三类、第四类与第五类非屏蔽双绞线,通常简称为三类线、四类线与五类线。其中, 类线带宽为16Mb,适用于语音及10Mb以下的数据传输:五类线带宽为100Mb,适用于 语音及100Mbps的高速数据传输,甚至可以支持155Mb的ATM数据传输 双绞线用做远程中继线时,最大距离可达15公里;用于10Mb局域网时,与集线器 的距离最大为100米 双绞线的价格低于其它传输介质,并且安装、维护方便 双绞线结构示意图 2.同轴电缆 另一种常用的传输介质是同轴电缆( Coaxial Cable)。同轴电缆中的材料是共轴的, 如图所示,故同轴之名由此而来。外导体是一个由金属丝编织而成的圆形空管,内导体 是圆形的金属芯线。内外导体之间填充着绝缘介质。同轴电缆内芯线的直径一般为1.2m m至5mm,外管的直径一般为4.4mm至18mm。内芯线和外导体一般都采用铜 质材料。同轴电缆可以是单芯的,也可以将多条同轴电缆安排在一起形成同轴电缆。 铜芯绝缘材料屏蔽导体 料管 图2-5同轴电缆 广泛使用的同轴电缆有两种。 粗缆:直径为l0mm安装维护困难、价格高,传输距离远,500m,最大节点数为100 个,介质介入单元MAU(网卡)间距为25米 细缆:直径为5mm,安装维护方便、价格便宜,传输距离近,185m,最大节点数为 30个,介质介入单元MAU(网卡)间距为0.5米。采用“T型”接头,或称BNC接头连 接
- 6 - 与多对双绞线组成。屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的结构如图所示。 在局域网中常用的双绞线根据传输特性可以分为五类。在典型的以太网中，常用第 三类、第四类与第五类非屏蔽双绞线，通常简称为三类线、四类线与五类线。其中，三 类线带宽为16Mb，适用于语音及10Mb以下的数据传输；五类线带宽为100Mb，适用于 语音及100Mbps的高速数据传输，甚至可以支持155Mb的ATM数据传输。 双绞线用做远程中继线时，最大距离可达15公里；用于10Mb局域网时，与集线器 的距离最大为100米。 双绞线的价格低于其它传输介质，并且安装、维护方便。 双绞线结构示意图 2． 同轴电缆 另一种常用的传输介质是同轴电缆(Coaxial Cable )。同轴电缆中的材料是共轴的， 如图所示，故同轴之名由此而来。外导体是一个由金属丝编织而成的圆形空管，内导体 是圆形的金属芯线。内外导体之间填充着绝缘介质。同轴电缆内芯线的直径一般为1 . 2 m m 至5 m m ，外管的直径一般为4 . 4 m m 至1 8 m m 。内芯线和外导体一般都采用铜 质材料。同轴电缆可以是单芯的，也可以将多条同轴电缆安排在一起形成同轴电缆。 广泛使用的同轴电缆有两种。 粗缆：直径为 10mm,安装维护困难、价格高，传输距离远，500m,最大节点数为 100 个，介质介入单元 MAU(网卡)间距为 2.5 米。 细缆：直径为 5mm，安装维护方便、价格便宜，传输距离近，185m,最大节点数为 30 个，介质介入单元 MAU(网卡)间距为 0.5 米。采用“T 型”接头，或称 BNC 接头连 接
同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强。 同袖电线的造价介于双绞线与光缆之间,使用与维护方便 3.光纤 光纤电缆简称为光缆,是网络传输介质中性能最好、应用前途最广泛的一种。 光纤结构是圆柱形,包含有纤芯和包层,如所示。纤芯直径约50~100μm,包层 的外直径约为100~150μm,最外层的是塑料,对纤芯起保护作用。纤芯材料可以 是石英玻璃或塑料等材料,包层材料是纯二氧化硅。纤芯的折射率比包层的折射率高 这使得光局限在纤芯与包层的界面以内向前传播 光缆具有很高的传输速案,较低的误码率和很强的抗干扰性,但光缆较贵从总俠 光纤芯 包层 外部保护层 2保护 包层 光纤芯 图29光缆结构与传输方式 光导纤维通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号。光波通过光纤内部全反 射进行光传输的过程如图所示。由于光纤的折射系数高于外部包层的折射系数,因此可 以形成光波在光纤与包层的界面上的全反射。典型的光纤传输系统的结构如图所示。在 光纤发送端,主要采用两种光源:发光二极管LED与注人型激光二级管 ILD(njection aser Diode)。在接收端将光信号转换成电信号时,要使用光电二极管PIN检波器或APD 检波器。光载波调制方法采用振幅键控ASK调制方法,即亮度调制。因此,光纤传输 速率可以达到几千Mbps 发送端 接收端 光纤 光电转换 口 光电转挟 输出 光信号 PIN 图2-10光缆传输系统结构示意图 光纤信号衰减极小,它可以在6-8公里的距离内,在不使用中继器的情况下,实现 高速率的数据传输
- 7 - 同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强。 同袖电线的造价介于双绞线与光缆之间，使用与维护方便。 3． 光纤 光纤电缆简称为光缆，是网络传输介质中性能最好、应用前途最广泛的一种。 光纤结构是圆柱形，包含有纤芯和包层，如所示。纤芯直径约50 ~ 100 µ m ，包层 的外直径约为1 0 0 ～1 5 0 µ m ，最外层的是塑料，对纤芯起保护作用。纤芯材料可以 是石英玻璃或塑料等材料，包层材料是纯二氧化硅。纤芯的折射率比包层的折射率高， 这使得光局限在纤芯与包层的界面以内向前传播。 光缆具有很高的传输速率，较低的误码率和很强的抗干扰性，但光缆较贵。从总体 上看，光缆是最有前途的传输介质。 光导纤维通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号。光波通过光纤内部全反 射进行光传输的过程如图所示。由于光纤的折射系数高于外部包层的折射系数，因此可 以形成光波在光纤与包层的界面上的全反射。典型的光纤传输系统的结构如图所示。在 光纤发送端，主要采用两种光源：发光二极管 LED 与注人型激光二级管 ILD(Injection laser Diode)。在接收端将光信号转换成电信号时，要使用光电二极管 PIN 检波器或 APD 检波器。光载波调制方法采用振幅键控 ASK 调制方法，即亮度调制。因此，光纤传输 速率可以达到几千 Mbps。 光纤信号衰减极小，它可以在 6--8 公里的距离内，在不使用中继器的情况下，实现 高速率的数据传输
624局域网的介质访问控制方法 所谓介质访问控制方法是指在网络中控制多个节点利用公共传输介质发送和接 收效据的方法,它是所有“共享介质”类型局域网都必须解决的共性问题。介质访问控 制方法要解决以下几个问题 ·该哪个节点发送数据? 发送时会不会出现冲突? ·出现冲突怎么办? 1.OSI开放系统互连参考模型 1979年国际标准化组织(SO)提出了开放系统互连参考模型OSI( Open System interconnection),见下图。ISO将网络通信功能分成一组层次分明的分层结构、每一层 执行各自承担的任务,每一层都为高一层提供一定的服务。数据从一个机器到另一机器 之间通信是每一层将数据和控制信息传递给紧接着它的下一层,直到最下层,在最下层 通过传输介质,实现与另一机器的物理通信。 提供各种网络服务功能的计算机网络系统是非常复杂的。整个通信功能划分为七个 层次,划分层次的原则是 ①网中各节点都有相同的层次 ②不同节点的同等层具有相同的功能; ③同一节点内相邻层之间通过接口通信 ④每一层可以使用下层提供的服务,井向其上层提供服务 ⑤不同节点的同等层按照协议来实现对等层之间的通信
- 8 - 6.2.4 局域网的介质访问控制方法 所谓介质访问控制方法是指在网络中控制多个节点利用公共传输介质发送和接 收效据的方法，它是所有“共享介质”类型局域网都必须解决的共性问题。介质访问控 制方法要解决以下几个问题： ·该哪个节点发送数据? ·发送时会不会出现冲突? ·出现冲突怎么办? 1．OSI 开放系统互连参考模型 1979 年国际标准化组织(ISO)提出了开放系统互连参考模型 OSI(Open System Interconnection)，见下图。ISO 将网络通信功能分成一组层次分明的分层结构、每一层 执行各自承担的任务，每一层都为高一层提供一定的服务。数据从一个机器到另一机器 之间通信是每一层将数据和控制信息传递给紧接着它的下一层，直到最下层，在最下层 通过传输介质，实现与另一机器的物理通信。 提供各种网络服务功能的计算机网络系统是非常复杂的。整个通信功能划分为七个 层次，划分层次的原则是： ①网中各节点都有相同的层次； ②不同节点的同等层具有相同的功能； ③同一节点内相邻层之间通过接口通信； ④每一层可以使用下层提供的服务，井向其上层提供服务； ⑤不同节点的同等层按照协议来实现对等层之间的通信
应用层协议 应用层 应用层APDu 接口 表示层协议 表示层 表示层PDU 会话层协议 会话层 一删会话层 传输层协议 传输层 传输层 TPDU 接口 网络层协议 3网络层 网络层报文 数据链路层协议 2数据链路层 数据链路层帧 接口 1物理层 物理层协议 物理层 主机A 主机B数据单位 图OSI参考模型 (1).物理层( physical layer) 物理层处于OIS参考模型的最低层。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据 链路层提供物理连接,以便透明地传送比特流。 (2).数据链路层( data link layer 在物理层提供比特流传输服务的基础上,在通信的实体之间建立数据铁路连接,传 送以帧为单位的数据,采用差错控制、流量控制方法,使有差错的物理线路变成无差错 的数据链路。 (3),.网络层( network layer) 网络层的主要任务是通过路选算法,为分组通过通信子网选择最适当的路径。实现 路由选择、拥塞控制与网络互连等功能。 在单个局域网中,网络层是冗余的,因为报文是直接从一台计算机传送到另一台计 算机的,因此网络层所要做的工作很少 (4).传输层 Tranport layer 传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端(end- -to end)服务,透明地传送报 文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节,因而是计算机通信体系结构中最关键的一层。 (5).会话层 session layer) 会话层的主要任务是组织两个会话进程之间的通信,并管理数据的交换
- 9 - 图 OSI 参考模型 (1). 物理层(physical layer ) 物理层处于OIS参考模型的最低层。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据 链路层提供物理连接，以便透明地传送比特流。 (2)．数据链路层 (data link layer) 在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据铁路连接，传 送以帧为单位的数据，采用差错控制、流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错 的数据链路。 (3)．网络层 (network layer ) 网络层的主要任务是通过路选算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径。实现 路由选择、拥塞控制与网络互连等功能。 在单个局域网中，网络层是冗余的，因为报文是直接从一台计算机传送到另一台计 算机的，因此网络层所要做的工作很少。 (4). 传输层 Tranport layer 传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端(end—to end)服务，透明地传送报 文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层。 (5). 会话层(session layer ) 会话层的主要任务是组织两个会话进程之间的通信，并管理数据的交换
会话层( session layer)允许不同机器上的用户之间建立会话关系。会话层允许进行类 似传输层的普通数据的传送,在某些场合还提供了一些有用的增强型服务。允许用户利 用一次会话在远端的分时系统上登录,或者在两台机器间传递文件。 (6).表示层( presentation layer) 表示层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参考模型中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质,以满足用户 的需要。应用层要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作。 由于每个应用有不同的要求,应用层的协议集在ISO/OSI模型中并没有定义,但 是,有些确定的应用层协议,包括虚拟终端、文件传输、和电子邮件等都可作为标准化 的候选。 表1- 0SI参考模型各层功能 应用层(72 面向应用的功能,簣理功能 表小层 数据格式,码制转换,编译密码,表示形式 会晤坛(5) 对话控制与同步,初始化,分布处理恢复等 传输层(4)2 端-端数据传送控制,网络资源最佳利用 络层(3 通信亍网的传输控制、流量,差错,顺序控制,进/路由 链路层(2) 相邻节点间链路上的帧传输控制 物理慰(数梨比特的电信号传输 2.IEEE802模型与协议 传统的局域网采用了“共享介质”的工作方式。为了实现对多节点使用共享介质发 送和接收数据的控制,经过多年的研究,人们提出了很多种介质访问控制方法。但是, 目前被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法主要有以下三种: 载波侦听存取和冲突检测存取( SMA/CD)方法 ·令牌总线( Token Bus)方法 ·令牌环( Toke ring)方法 由IEEE的802委员会提出的局域网标准,规定了这三种介质访问方法的标准。它 把OSⅠ模型的最低两层分为三层,即物理信号层,介质存取控制层和逻辑链路控制层
- 10 - 会话层(session layer )允许不同机器上的用户之间建立会话关系。会话层允许进行类 似传输层的普通数据的传送，在某些场合还提供了一些有用的增强型服务。允许用户利 用一次会话在远端的分时系统上登录，或者在两台机器间传递文件。 (6). 表示层(presentation layer ) 表示层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参考模型中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户 的需要。应用层要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作。 由于每个应用有不同的要求，应用层的协议集在I S O / O S I 模型中并没有定义，但 是，有些确定的应用层协议，包括虚拟终端、文件传输、和电子邮件等都可作为标准化 的候选。 2．IEEE802 模型与协议 传统的局域网采用了“共享介质”的工作方式。为了实现对多节点使用共享介质发 送和接收数据的控制，经过多年的研究，人们提出了很多种介质访问控制方法。但是， 目前被普遍采用并形成国际标准的介质访问控制方法主要有以下三种： ·载波侦听存取和冲突检测存取(CSMA/CD)方法 ·令牌总线(Token Bus)方法 ·令牌环(Toke Ring)方法 由 IEEE 的 802 委员会提出的局域网标准，规定了这三种介质访问方法的标准。它 把 OSI 模型的最低两层分为三层，即物理信号层，介质存取控制层和逻辑链路控制层