计算机通信网络的设备及通信协议

Shaanxi University of Technology

计算机网络设备

及

通信协议

2010/10/25

前言

计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。简单来说，计算机网络就是由通信线路互相连接的许多自主工作的计算机构成的集合体。计算机网络具有共享硬件、软件和数据资源的功能，具有对共享数据资源集中处理及管理和维护的能力。计算机网络中不同的计算机，服务器之间能传输数据，源于协议的存在。随着计算机网络的发展，不同的开发商开发了不同的网络通信方式。为了使通信成功可靠，网络中的所有主机都必须使用同一语言，不能带有方言。因而必须开发严格的标准定义主机之间的每个包中每个字中的每一位。这些标准来自于多个组织的努力，约定好通用的通信方式，即协议。这些都使通信更容易。一个完整的计算机通信系统应该包含各种硬件设备及他们之间的通信协议。

一计算机网络设备

1 网络互联设备

网络互联是指LAN-LAN WAN-WAN LAN-WAN之间的连通和互操作能力这种互操作指的是互联网上一个网络的用户和另一个网络的用户可以透明的交换信息而不管这两个网络上的硬件软件差异。

2 中继器

网络连接最简单的设备就是中继器其作用是对弱信号再生并将再生信号发送到网络的其它分支上提供电流以实现长距离传输中继器工作在OSI模型的最低层物理层只能用来连接具有相同物理层协议的LAN 中继器主要用于扩充LAN电缆段的距离限制比如10BASE 5粗以太网由于收发器只能提供500米的驱动能力而MAC协议允许粗以太网电缆最长为2.5公里这样每500米之间就可以利用中继器来连接但是中继器不具备检错和纠错的功能因此错误的数据经中继器后仍被复制到另一电缆段另外中继器还会引入延时。

3 集线器

集线器（HUB)是一种特殊的中继器它可以转接多个网络电缆把多个网络段连接起来随着10BASE T标准的推出以及集线器的使用使得总线网络拓扑结构逐渐向星型网络拓扑使用非屏蔽双绞线的模式转化该模式的核心就是集线器它连接网络的各个节点其优点是当网络上的某

个节点或某条线路出现故障时不会影响网络上的其它节点集线器可以分为有源无源智能三种有源集线器对信号有再生和放大作用无源集线器不对信号做处理只是简单的把多段介质相连智能集线器具有有源集线器的全部功能此外还有网络管理路径选择等功能

4 网桥

ⅰ网桥基础

网桥（BRIDGE)是一种在数据链路层实现的连接LAN的存储转发设备它独立于高层协议网桥通过数据链路层的逻辑链路控制子层(LLC)来选择子网路径它接受完整的链路层帧并对帧做校验然后查看介质存取控制层MAC 的源和目的地址以决定该帧的去向网桥在转发一帧前可以对其做一些修改如在帧头加入或删除一些字段由于网桥与高层协议无关原则上桥可以互联TCP/IP网XNS网等但在实际应用中网桥只连接具有相同网络操作系统的LAN 因为如果高层协议不一致即便用网桥连接起来应用程序也不能交换信息

ⅱ网桥的特点

和中继器相比网桥具有以下特点：

①可以实现不同类型的LAN的互联比如可以用网桥把以太网和TOKENRING网络相连。

②可以实现更大范围的LAN互联由于中继器受MAC定时特性的限制一般只能将一定距离内的以太电缆相连而工作在链路层的网桥它不受MAC定时特性的限制可连接的距离几乎无限目前一种流行的桥接方式为桥接主干网络利用网桥将多个LAN联到一个高速主干网络上。

③有过滤功能可隔离错误提高网络性能。

④引入网桥可以提高LAN的安全性LAN普遍采用广播式通信方式一个站发送到信息其它站点都能收到如果在一些重要的部门如财务银行系统安全保密问题就显得比较突出引入网桥可将重要部门的电缆段与其它部门隔离开提高了网络的安全保密。

ⅲ网桥的分类

网桥类型有多种分法如按网桥的智能有无可以分为智能网桥和非智能网桥智能网桥在为帧选择路径时无需管理员给出路径信息它可以自己学会因此智能网桥又叫学习桥非智能网桥要求网络管理员指明网上地址哪个是本地的哪个是远程的才能做出路径选择另外连接本地两个子网的网桥叫做本地桥连接两个远地子网的网桥叫远程桥。

4 路由器

尽管网桥与路由器相比有许多优点它在LAN点到点连接场所充当重要角色但是随着网络的扩大特别是多种平台工作站服务器以及主机联成大规模广域网络时网桥在路由选择拥塞控制容错及网络管理方面远不能满足要求路由器则加强了这几方面的考虑从而得到了广泛的应用。

ⅰ路由器基础

路由器工作在OSI的网络层因而能获得更多的网络信息为信息包找到最佳路径路由器与协议有关利用互联网协议它可以为网络管理员提供整个网络的信息以便于管理由于它功能比网桥强大也比网桥复杂所以更具灵活性有更强大的异种网络互联的能力如IP路由器可以利用TCP/IP协议把以太网连到X.25网络上使用了路由器我们便开始进入广域网和远程通信的范畴网络层有自己的源和目的地址信息如互联网的IP地址路由器利用IP来确定信息包发往哪个网络一个信息包到达路由器后先进入队列然后路由器逐一处理提取信息包的目的地址查看路由表如果到达目的地的路径不止一个则选择一条最佳路径如果源和目的网络号在同一个网络中则送往该网络的指定主机如果信息包太长路由器就把它分成更小的包。

ⅱ使用路由器的理由

路由器可检查信息包中的信息字段为每个信息包确定最佳路径它可以将信息包发送到不直接与路由器相连的网络中路由器可以分为协议专用路由器和多协议路由器协议专用路由器只能处理一种协议其它类型的包都被舍弃多协议路由器可处理多重协议但速度较慢费用较高另外路由器允许网络分割成易于管理的逻辑网络分段可以用来防止网络的广播风暴所以当存在下列原因时应考虑使用路由器1 需要高级的信息包筛选2 互联网络具有多重协议且需要使用特殊的协议将业务筛选到特殊的区域3 需要智能路由选择来改进性能4 当使用速度慢造价高的远程通信线路时应使用带有高级过滤功能的路由器。

ⅲ路由器的分类

OSI模型允许两种类型的网络互联一种是面向连接的虚电路子网的级联另一种是数据报互联网连接相对应有两种常见到路由器一种用于面向连接的网络一种用于无连接的网络1 面向连接的路由器面向连接的路由器使用的虚电路方式与使用网桥的互联不同它的连接在网络层而不是在数据链路层实现虚电路方法的特点是从源端通过若干路由器到目的地建立虚电路各路由器保存表格说明有哪些虚电路经过路径通向哪里以及新的虚电路号是什么通过虚电路号传送分组的路径是具有固定性质的但这种固定仅指路由器序列是固定的而整个通信处理机序列在某些情况下不一定固定2 无连接路由器与虚电路连接不同的另一种网络互联模型是数据报模型在此模型中网络层提供给传输层的唯一服务是让它能够把数据报输入子网然后就静候佳音在这里网络层完全没有虚电路的概念这种模型并不要求为传输层连接传送的所有报文分组沿同一个路由器序列传输在源主机由传输层负责把报文分成数据报在目的主机再由传输层负责将数据报重组成原先的报文使用无连接路由器的一个典型例子是IP网。

5 交换器

交换器是20世纪90年代出现的新设备该设备可以根据网络信息构造自己的转发表做出数据包转发决策对局域网来说路由器速度相对较慢而且价格贵局域网中使用路由器的局限性促进了交换技术的发展并最终导致局域网中交换机代替路由器。交换机是集线器的升级换代