新手必學之局域網基礎知識

2019-11-05 03:02:53

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供稿：網友

　　一. 什么是LAN 　為了完整地給出LAN的定義，必須使用兩種方式:一種是功能性定義,另一種是技術性定義。前一種將LAN定義為一組臺式計算機和其它設備,在物理地址上彼此相隔不遠，以答應用戶相互通信和共享諸如打印機和存儲設備之類的計算資源的方式互連在一起的系統。這種定義適用于辦公環境下的LAN、工廠和研究機構中使用的LAN。

　　就LAN的技術性定義而言,它定義為由特定類型的傳輸媒體(如電纜、光纜和無線媒體)和網絡適配器(亦稱為網卡)互連在一起的計算機,并受網絡操作系統監控的網絡系統。　

　　功能性和技術性定義之間的差別是很明顯的,功能性定義強調的是外界行為和服務；技術性定義強調的則是構成LAN所需的物質基礎和構成的方法。

　　局域網(LAN)的名字本身就隱含了這種網絡地理范圍的局域性。由于較小的地理范圍的局限性。由于較小的地理范圍,LAN通常要比廣域網(WAN)具有高的多的傳輸速率,例如，目前LAN的傳輸速率為10Mb/s,FDDI的傳輸速率為100Mb/s,而WAN的主干線速率國內目前僅為64kbps或2.048Mbps,最終用戶的上線速率通常為14.4kbps。

　　LAN的拓撲結構目前常用的是總線型和環行。這是由于有限地理范圍決定的。這兩種結構很少在廣域網環境下使用。

　　LAN還有諸如高可靠性、易擴縮和易于治理及安全等多種特性。

　　二. LAN的發展史

　　在計算機應用的初期,人們使用的都是大中型計算機,通常簡稱為主機。需要使用計算機的人必須向計算機操作人員提交請求,而且在獲準上機后，必須等待數小時或幾天才能得到結果。

　　后來,隨著電子技術的發展,通過終端連到了主機上,從而人們不必進入機房,只需從辦公室的終端上便可提交請求。

　　再后來又出現了中小型計算機，操作系統也隨之出現。這時用戶已經能夠以交互操作方式向中心機提交請求。然而，計算機的普及使用只是在70年代出現了個人計算機(PC)后才得以實現的。

　　1981年出現的IBM PC機的處理能力和存儲能力已經可同早幾年的大型機相媲美。隨著PC的大量投入市場,人們發現,每臺PC配置一臺磁盤驅動器和打印機，當時在費用上實在難以承受。于是出現了資源共享的方式:磁盤服務器和共享打印機。這是一種硬件和軟件的組合,它可使幾個PC用戶很方便地對公共硬盤驅動器進行共享式訪問。第一個磁盤服務器是在CP/M操作系統下運行的。

　　早期的LAN，用戶對硬盤驅動器的共享訪問是經過連到共享驅動器的計算機實現的。計算機中的軟件將公享的硬盤驅動器分成稱為"卷"的區域，每個用戶一個。在用戶看來,用戶分得的"卷"如同他自己的專用盤驅動器。硬盤通常還包括公用卷,使用戶共享信息。

　　在目前LAN中，磁盤服務器已經由文件服務器取代。文件服務器無論在使用戶共享文件方面,還是幫助用戶跟蹤他們的文件方面都優于磁盤服務器。有些LAN能支持多個文件服務器,每個服務器又有多個硬盤驅動器與之相連,從而使LAN很輕易擴充。

　　除硬盤驅動器為PC用戶共享外，第二個供PC用戶共享的設備是打印機。目前, 每種LAN都能有這種能力，而且在多數情況下,打印服務器已成了整個LAN軟件包的一部分,而不是一臺獨立的計算機。

　　利用LAN打印服務器,用戶僅可使用與一定文件服務器相連的打印機,或使用與網絡上任何用戶工作站相連的打印機。LAN治理器可以限制對一定打印機的訪問。用戶也可將幾個文件發送到同一個打印機。這些特點和其它特點取決于使用的LAN軟件特性。

　　其它類型的服務器也已出現,如通訊服務器、數據庫服務器等，將在以后的專題中介紹。需要強調的是,LAN是通過將一組PC連接到指定為服務器的機器上來實現的,連接媒體可有多種,如同軸電纜等。

　　三. LAN的基本組成

　　要構成LAN,必須有其基本組成部件。LAN既然是一種計算機網絡,自然少不了計算機，非凡是個人計算機(PC)。幾乎沒有一種網絡只由大型機或小型機構成。因此,對于LAN而言，個人計算機是一種必不可少的構件。

計算機互連在一起 ,當然也不可能沒有傳輸媒體，這種媒體可以是同軸電纜、雙絞線、光纜或輻射性媒體。

第三個構件是任何一臺獨立計算機通常都不配備的網卡,也稱為網絡適配器,但在構成LAN時,則是不可少的部件。

第四個構件是將計算機與傳輸媒體相連的各種連接設備,如DB-15插頭座、RJ-45插頭座等。

具備了上述四種網絡構件,便可搭成一個基本的LAN硬件平臺,如圖所示。

局域網

　　有了LAN硬件環境,還需要控制和治理LAN正常運行的軟件,即謂NOS是在每個PC機原有操作系統上增加網絡所需的功能。例如,當需要在LAN上使用字處理程序時,用戶的感覺如同沒有組成LAN一樣,這正是LAN操作發揮了對字處理程序訪問的治理。在LAN情況下,字處理程序的一個拷貝通常保存在文件服務器中,并由LAN上的任何一個用戶共享。由上面介紹的情況可知,組成LAN需要下述5種基本結構:

　　① 計算機(非凡是PC機);
　?、?傳輸媒體;
　?、?網絡適配器;
　?、?網絡連接設備;

　?、?網絡操作系統。

　　四. LAN的網絡拓撲結構

　　網絡拓撲結構是指用傳輸媒體互連各種設備的物理布局。將參與LAN工作的各種設備用媒體互連在一起有多種方法,實際上只有幾種方式能適合LAN的工作。

　　假如一個網絡只連接幾臺設備,最簡單的方法是將它們都直接相連在一起，這種連接稱為點對點連接。用這種方式形成的網絡稱為全互連網絡,如圖1所示。圖中有6個設備，在全互連情況下,需要15條傳輸線路。假如要連的設備有n個,所需線路將達到n(n-1)/2條!顯而易見,這種方式只有在涉及地理范圍不大，設備數很少的條件下才有使用的可能。即使屬于這種環境, 在LAN技術中也不使用。這里所以給出這種拓撲結構，是因為當需要通過互連設備(如路由器) 互連多個LAN時,將有可能碰到這種廣域網(WAN)的互連技術。

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　　圖1

　　目前大多數LAN使用的拓撲結構有3種:

　?、?星行拓撲結構
　　② 環行拓撲結構
　?、?總線型拓撲結構

　　1.星型拓撲結構

　　星型結構是最古老的一種連接方式，大家天天都使用的電話都屬于這種結構，如圖3所示。其中,圖2(a)為電話網的星型結構,圖2(b)為目前使用最普遍的以太網星型結構,處于中心位置的網絡設備稱為集線器,英文名為Hub。

　　　　　　
局域網

　　　圖2(a)電話網的星行結構　　　　　

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　　　圖2(b)以Hub為中心的結構

　　這種結構便于集中控制,因為端用戶之間的通信必須經過中心站。由于這一特點,也帶來了易于維護和安全等優點。端用戶設備因為故障而停機時也不會影響其它端用戶間的通信但這種結構非常不利的一點是,中心系統必須具有極高的可靠性,因為中心系統一旦損壞，整個系統便趨于癱瘓。對此中心系統通常采用雙機熱備份,以提高系統的可靠性。

　　2.環型網絡拓撲結構

　　環型結構在LAN中使用較多。這種結構中的傳輸媒體從一個端用戶到另一個端用戶,直到將所有端用戶連成環型,如圖3所示。這種結構顯而易見消除了端用戶通信時對中心系統的依靠性。

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　　　圖3

　　環行結構的特點是,每個端用戶都與兩個相臨的端用戶相連,因而存在著點到點鏈路,但總是以單向方式操作。于是,便有上游端用戶和下游端用戶之稱。例如圖5中,用戶N是用戶N+1的上游端用戶,N+1是N的下游端用戶。假如N+1端需將數據發送到N端，則幾乎要繞環一周才能到達N端。

　　3.總線拓撲結構

　　總線結構是使用同一媒體或電纜連接所有端用戶的一種方式,也就是說，連接端用戶的物理媒體由所有設備共享，如圖4所示。使用這種結構必須解決的一個問題是確保端用戶使用媒體發送數據時不能出現沖突。在點到點鏈路配置時,這是相當簡單的。假如這條鏈路是半雙工操作，只需使用很簡單的機制便可保證兩個端用戶輪流工作。在一點到多點方式中,對線路的訪問依靠控制端的探詢來確定。然而，在LAN環境下,由于所有數據站都是平等的,不能采取上述機制。對此，研究了一種在總線共享型網絡使用的媒體訪問方法:帶有碰撞檢測的載波偵聽多路訪問,英文縮寫成CSMA/CD。

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　　　圖4

　　這種結構具有費用低、數據端用戶入網靈活、站點或某個端用戶失效不影響其它站點或端用戶通信的優點。缺點是一次僅能一個端用戶發送數據，其它端用戶必須等待到獲得發送權。媒體訪問獲取機制較復雜。盡管有上述一些缺點,但由于布線要求簡單,擴充輕易,端用戶失效、增刪不影響全網工作,所以是LAN技術中使用最普遍的一種。

　　五. 網絡操作系統

　　網絡操作系統(NOS)是網絡的心臟和靈魂，是向網絡計算機提供服務的非凡的操作系統它在計算機操作系統下工作,使計算機操作系統增加了網絡操作所需要的能力。例如象前面已談到的當你在LAN上使用字處理程序時,你的PC機操作系統的行為象在沒有構成LAN時一樣，這正是LAN操作系統軟件治理了你對字處理程序的訪問。網絡操作系統運行在稱為服務器的計算機上,并由連網的計算機用戶共享,這類用戶稱為客戶。

　　NOS與運行在工作站上的單用戶操作系統或多用戶操作系統由于提供的服務類型不同而有差別。一般情況下，NOS是以使網絡相關特性最佳為目的的。如共享數據文件、軟件應用以及共享硬盤、打印機、調制解調器、掃描儀和傳真機等。一般計算機的操作系統，如DOS和OS/2等,其目的是讓用戶與系統及在此操作系統上運行的各種應用之間的交互作用最佳。

　　為防止一次由一個以上的用戶對文件進行訪問，一般網絡操作系統都具有文件加鎖功能。假如沒有這種功能,將不會正常工作。文件加鎖功能可跟蹤使用中的每個文件,并確保一次只能一個用戶對其進行編輯。文件也可由用戶的口令加鎖,以維持專用文件的專用性。

　　NOS還負責治理LAN用戶和LAN打印機之間的連接。NOS總是跟蹤每一個可供使用的打印機以及每個用戶的打印請求,并對如何滿足這些請求進行治理,使每個端用戶的操作系統感到所希望的打印機如同與其計算機直接相連。

　　NOS還對每個網絡設備之間的通信進行治理,這是通過NOS中的媒體訪問法來實現的。

　　NOS的各種安全特性可用來治理每個用戶的訪問權利,確保要害數據的安全保密。因此,NOS從根本上說是一種治理器,用來治理連接、資源和通信量的流向。

　　六. LAN的結構類型

　　LAN的結構主要有三種類型：以太網（Ethernet）、令牌環（Token Ring）、令牌總線(Token Bus）以及作為這三種網的骨干網光纖分布數據接口（FDDI）。它們所遵循的標準都以802開頭,目前共有11個與局域網有關的標準,它們分別是：

　　　IEEE 802.1── 通用網絡概念及網橋等
　　　IEEE 802.2── 邏輯鏈路控制等
　　　IEEE 802.3──CSMA/CD訪問方法及物理層規定
　　　IEEE 802.4──ARCnet總線結構及訪問方法,物理層規定
　　　IEEE 802.5──Token Ring訪問方法及物理層規定等
　　　IEEE 802.6── 城域網的訪問方法及物理層規定
　　　IEEE 802.7── 寬帶局域網
　　　IEEE 802.8── 光纖局域網(FDDI)
　　　IEEE 802.9── ISDN局域網
　　　IEEE 802.10── 網絡的安全
　　　IEEE 802.11── 無線局域網

　　上述LAN技術各有自身的敷纜規則與工作站的連接方法，硬件需求以及各種其它部件的連接規定。

　　網絡拓撲結構有兩種類型，一個是指相互連接的工作站的物理布局，另一個是網絡的工作方式。前者是人們可以看到的連接結構，后者是邏輯、操作結構，因而是不可見的，并稱之為邏輯拓撲結構。

　　LAN的網絡拓撲結構廣泛采用的主要有總線型和環型。LAN使用的星型結構主要是指用雙絞線構成的網絡。這種使用集線器（Hub）構成的星型網，實質上仍然是總線型網絡。

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