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1、组网与网络管理技术第2章复习要点2第2章 组网实践2 2.3 常用网络设备2.3.1 集线器集线器，也称为Hub。用网络术语来说，Hub或Concentrator，是基于星形拓扑的接线点。集线器的基本功能是信息分发。令牌环网中也有可以称作集线器的设备，MSAU(Multi-Station Access Unit)就可以看作一种集线器，为了不发生混淆，令牌环网MSAU不作为集线器讨论。何时需要集线器判断你的局域网是否需要集线器的方法很简单：如果你想建立星形网络且有不少于两台主机，那么就需要集线器。这个规则只有一个例外，那就是只有两台主机的10Base-T网络，可以直接将之相连。 集线器的类型被动
2、集线器 顾名思义，被动集线器是相对静止的。被动集线器通常有一个10Base-2端口和一些RJ-45接头。10Base-5是使用粗缆的以太网， 10Base-2接头可以用于连接主干。有些集线器还有可连到收发器的AUI端口以建立主干。主动集线器 主动集线器拥有被动集线器的所有性能，此外还能监视数据。它们是在以太网实现存贮转发技术的重要角色，它们在转发之前检查数据，它们并不区分优先次序，而是纠正损坏的分组并调整时序。主动集线器提供一定的优化性能和一些诊断能力，它们比简单的被动集线器贵，可以配以多个、多种端口。 智能集线器 智能集线器比前两种提供更多的好处，可以使用户更有效地共享资源。智能集线器提供了
3、集中管理功能。如果连接到智能集线器上的设备出了问题，可以很容易的识别、诊断和修补。智能集线器的另一个出色的特性是可以为不同设备提供灵活的传输速率。除了上连到高速主干的端口外，智能集线器还支持到桌面的10、16和100Mbps的速率，即以太网、令牌环和FDDI。高级特性 高端集线器还提供其它一些特性，如冗余交流电源、内置直流电源、冗余风扇，还有线缆连接的自动中断、模块的热插拔、自动调整10Base-T接头的极性，再如冗余配置存贮、冗余时钟，有些集线器还集成了路由和桥接功能。2.3.2 交换式集线器交换式集线器（Switching Hub）是一个能在共享网络拓扑结构中减少竞争访问的设备，其采用的技
4、术是用微分段的方法来减少一个段上的节点数。在一个经微分段后的网上，一个局域网络段上的节点可能少至只有一个。这时，交换式集线器处理那些不同网络段上需进行通信的节点间的所有连接。有了交换技术，LAN可被分段，类似于一个桥接器，交换式集线器处理段之间的数据传送，但交换式集线器的吞吐率不会低于桥接器的吞吐率。交换式Hub的特性是使用内部网桥或交换机， 对流经该设备的通信是进行下述三种交换：端口交换；网段交换；企业交换。由于一般Hub所有通信量都要经过共享的背板，与Hub相连的每个工作站或服务器都会争用背板上的可用带宽。如果背板的带宽也以10Mb/s工作，所连的设备越多，每个设备所分得的带宽就越少。2.
5、4 以太网基本配置和分析以太网（Ethernet）设备简单，低价格，是目前应用最多、最普通的LAN。对Ethernet的研究是70年代初由Xerox公司启动的。现在存在两种几乎完全一致的以太网标准。一个是由IEEE建立，称为802.3标准，另一个是由DEC、Intel和Xerox共同开发的，称为以太网的DIX版本。以太网采用曼彻斯特编码模式在电缆上传输基带信号。在这种模式中，信号在每一个比特期间都要发生变化。以太网在站点数较少，而且总的通信量不大的情况下，工作的很好。具体表现为发送时延较小。但由于采用随机多路访问技术，当同一网段的站点数较多，而且通信量较大时，性能不太稳定，具体表现为发送时延增
6、大且不确定。现在已经可以通过在网络中增加交换式集线器来减少冲突和竞争域，从而提高以太网的在高负载情况下的稳定性。2.4.1 载波侦听多路访问协议(Carrier Sense Multiple Access Protocol)计算机网络分为两类：采用点到点连接的网络和采用广播信道的网络。在所有广播网络中，关键的问题是：当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。用来决定广播信道中信道分配的协议属于数据链路层的子层，称作介质访问控制MAC(medium access control)子层。介质访问子层的中心论题是相互竞争的用户之间如何分配一个单独的广播信道。其分配方法有静态分配和动态分配两种。
7、在局域网中，站点可以检测到其他站点在干什么，从而相应地调整自己的动作。网络站点侦听载波是否存在（即有无传输）并相应动作的协议，被称为载波侦听协议（carrier sense protocol）。主要有下列三种类型：一、持续CSMA二、非持续CSMA三、P-持续CSMA2.4.2 IEEE 802.3标准IEEE 802标准已被ANSI采用为美国国家标准，被NIST采用为政府标准，并且被ISO作为国际标准，称之为ISO 8802。这些标准在物理层和MAC子层上有所不同，但在数据链路层上是兼容的。这些标准分成几个部分。802.1标准对这组标准做了介绍并且定义了接口原语；802.2标准描述了数据链路
8、层的上部，它使用了逻辑链路控制LLC(logical link control)协议。802.3到802.5分别描述了3个局域网标准，分别是CSMA/CD、令牌总线和令牌环标准，每一标准均包括物理层和MAC子层协议。一、 IEEE 802.3标准及以太网IEEE802.3标准适用于1-持续CSMA/CD局域网。其工作原理是：当站点希望传送时，它就等到线路空闲为止，否则就立即传输。如果两个或多个站点同时在空闲的电缆上开始传输，它们就会冲突。于是所有冲突站点终止传送，等待一个随机的时间后，再重复上述过程。二、802.3的电缆第一种是10Base5电缆，它通常被称为“粗以太网（thick ether
9、net）”电缆，802.3标准建议为黄色，每隔2.5m一个标志，标明分接头插入处，连接处通常采用插入式分接头（vampire tap），将其触针小心地插入到同轴电缆的内芯。名称10Base5表示的意思是：工作速率为10Mb/s，采用基带信号，最大支持段长为500m。第二种电缆是10Base2，或称为“细以太网（thin ethernet）”电缆,与“粗以太网”相对，并且很容易弯曲。其接头处采用工业标准的BNC连接器组成T型插座。“细以太网”电缆价格低廉，安装方便，但是使用范围只有200m，并且每个电缆段内只能使用30台机器。由于寻找电缆故障的麻烦，导致一种新的接线方式的产生，即所有站点均连接到
10、一个中心集线器（hub）上。这种方式被称为10Base-T。这种结构使增添或移去站点变得十分简单，并且很容易检测到电缆故障。10Base-T的缺点是，其电缆的最大有效长度为距集线器100m，即使是高质量的双绞线（5类线），最大长度可能也只有150m。另外，大集线器的价格也较高。尽管如此，由于其易于维护，10Base-T还是应用得越来越广泛。802.3中可用的第四种电缆连接方式是10Base-F，它采用了光纤。这种方式由于其连接器和终止器的费用而十分昂贵，但是它却有极好的抗干扰性，常用于办公大楼或相距较远的集线器间的连接。（表）各种电缆的比较名称电缆最大区间长度节点数/段优点10Base5粗同轴
11、电缆500m100用于主干很好10Base2细同轴电缆200m30最便宜的系统10Base-T双绞线100m1024易于维护10Base-F光纤2000m1024最适于在楼间使用三、拓扑下图给出了在建筑物内的不同走线方式。在(a)中，单根电缆如蛇形地穿越各个房间，每个站点从最近处接上电缆。(b)中，垂直的的主干线从地下室引向房顶，各层的水平电缆通过放大器（中继器）连到主干线上。在某些系统中，水平的电缆是细缆，主干线是粗缆。最普通的拓扑结构是树型，如图(c)。（图）各种拓扑结构四、中继器802.3的每种版本都有一个区间最大电缆长度。为了使网络范围更大，可以用中继器（repeater）连接多根电缆
12、。中继器是一个物理层设备，它双向接收、放大并重发信号。对软件而言，由中继器连接起来的一系列电缆段同单根电缆并无区别（除了中继器产生的一些延迟以外）。一个系统中可拥有多个电缆段和多个中继器，但两个收发器间不得超过2.5km，任意两个收发器间的路径上不得有4个以上的中继器。五、帧格式802.3的帧结构以7字节的先导字段开头，每字节的内容为10101010。随后是内容为10101011的一字节，标志着帧本身的开始。接下来是目的地址和源地址。然后是2字节长度字段（值为01500）和数据部分，如果帧的数据部分少于46字节，使用填充字段以达到要求的最短长度。最后一个字段是校验和，采用的算法是循环冗余校验。
13、2.4.3 交换式802.3局域网交换式局域网的心脏是一个交换机，在其高速背板上插有432个插板，每个板上有18个连接器。大多数情况下，交换机都是通过一根10Base-T双绞线与一台计算机相连。当一个站点想发送一802.3帧时，它就向交换机输出一标准帧。插板检查该帧的目的地是否为连接在同一块插板上的另一站点。如果是，就复制该帧。如果不是，该帧就通过高速背板被送向连有目的站点插板。通常，背板通过采用适当的协议，速率高达1Gb/s。如何解决一块插板上连接的两个站点同时发送一帧？这取决于插板的构造方式。一种方式都是插板上的所有端口连在一起形成一个插板上局域网。另一种插板采用了缓冲方式，因此，当有帧到
14、达时，它们首先被缓冲在插板上的RAM中。这种方案允许所有端口并行地接受和发送帧。该系统的总吞吐量是10Base-5的倍数。因为交换机只要求每个输入端口接收的是标准802.3帧，所以可将它的端口用作集线器，如果所有端口连接的都是集线器，而不是单个站点，交换机就变成了802.3到802.3的网桥。2.4.4 快速以太网FDDI曾被认为是下一代的LAN，但是除了主干网市场外（在这方面FDDI一直很出色），它很少被使用。因为其站点管理过于复杂，从而导致芯片复杂和价格昂贵。下面介绍各种类型的连线。一、 100Base-T4即3类UTP，它采用的信号速度为25MHz，需要四对双绞线。二、 100Base-
15、TX即5类UTP，其设计比较简单。100Base-TX是全双工的系统。三、 100Base-FX使用两束多模光纤，每束都可用于两个方向，因此它也是全双工的，并且站点与集线器之间的最大距离高达2km。100Base-T4和100Base-FX可使用两种类型（共享式、交换式）的集线器，它们统称为100Base-T。在共享式集线器中，所有的输入线（或者至少是所有连到同一块卡上的接线）在逻辑上连在一起，形成了同一个冲突域。100Base-FX电缆与正常的以太网冲突算法来说显得过长，所以它们必须与缓存的交换式集线器相连，每根电缆各为一个冲突域。2.4.5 千兆以太网千兆以太网也是以太网，其产品没多大变化，主要有：交换机、上连/下连模块、网卡、千兆以太网路由器，以及一种新设备，叫缓存式分配机（buffered distributor）。千兆以太网最初的应用将是在路由器、交换机、集线器、中继器和服务器之间需要高带宽的校园或建筑物。下面是几种升级方式的例子。一、升级交换机到交换机的连接这是很直接的升级方案，将快速以太网交换机或中继器之间的100Mbps连接升级或100/1000交换机之间的1000Mbp
