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第4章 计算机网络简单介绍(2)

2.外围设备

在网络上,除了计算机外,还需要为用户服务的打印机等外围设备。

3.网络设备

为了实现数据的传输,在网络上不可缺少的是网络设备,目前在Internet上应用的主要设备包括路由设备(负责不同网络之间的互联和数据传输的路由选择)、交换机(在本地网络或通信子网中提供计算机互联、数据的快速传输)、HUB(仅仅提供终端设备之间基本的连接,随着交换机价格的下降,HUB将会被淘汰)。

4.网卡

如果一台计算机连接到学校或企业的局域网,那么这台计算机一定要安装网卡(网络适配器),通过它连接网线、接收和发送数据。

5.调制解调器

调制解调器就是我们通常所说的“猫(Modem)”,一般应用在利用电话线上网的方式中,例如ADSL、ISDN等。

6.传输介质

传输介质是指将一个网络设备或计算机与另一台设备连接的线路,可以是有线的和无线的。例如,微波通信的微波就是无线方式,但目前更多见的是有线方式,如在学生宿舍中常见的双绞线。每种线路的特性不同,使用的环境也不相同,我们将在第4章中作详细介绍。

1.4.1 认识局域网

1.局域网定义

局域网(Local Area Network,LAN)又称本地网,它是在有限的地域范围内,把分散的计算机设备通过传输设备连接起来,进行高速数据通信的计算机网络。

局域网在企业办公自动化、企业管理、工业自动化、计算机辅助教学等方面得到广泛的使用,例如,在一个办公室,将多台计算机连成一个局域网络,共享打印机和数据库。

局域网络也是我们接入Internet的常用接入方式,例如学生宿舍的计算机,通过校园网接入国际互联网。

2.局域网的主要特点

局域网的主要特点是:地理范围小,一般在十几公里之内;速度快;误码率低(误码率是传输过程出现错误的比率);对故障的检测比较容易;搭建局域网络比较容易;成本比较低。

1.4.2 局域网的基本构成

典型的局域网由数据交换设备、一台或多台服务器和若干个工作站组成。工作站一方面为用户提供本地服务,相当于单机使用;另一方面可通过工作站向网络系统请示服务和访问资源,实现资源共享。设置局域网,必须有计算机网卡、网线和交换设备(常见的是交换机和HUB);如果要接入Internet,在出口处还应配备路由器。

设备及设备的连接线路(网线)。

1.5 网络体系与协议

本节主要讲解体系结构的几个问题,包括协议、协议分层以及相关的问题,并且简单介绍OSI和TCP/IP的体系结构。

1.5.1 实现开放网络的体系结构

1.协议的定义

我们所接触到的计算机系统,不仅硬件配置多种多样,例如小型机、工作站和PC机的CPU、内存、总线等,设置不同,数据格式和对数据的处理方式也不相同。而且给计算机配备的操作系统等软件也可能不同,目前常用的系统除了微软的Windows外,还有Linux和Unix操作系统,而不同系统对数据的处理方法也不尽相同。此外,网络中还存在多种类型的设备,例如交换机和路由器,前者负责数据的交换,后者负责路径的选择,两者对数据的处理模式不同。

面对这种种不同,建立和使用数据通信的标准十分必要,协议就是通讯双方共同遵守的通讯规则和约定的集合。通过通信信道和设备互联起来的多个不同地理位置的计算机系统,要使其协同工作实现信息交换和资源共享,它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流,都必须遵循某种互相都能接受的规则。

2.协议的组成

(1)语义

语义是通信双方过程的说明。它规定需要发出什么控制信息、完成什么动作,以及做出什么响应等。

(2)语法

语法是使用规则的整体内容。它是若干协议元素和数据组合在一起表达完整内容时必须遵循的格式。

(3)时序

时序是事件发生的前后顺序。例如要先申请资源,经准许后才可以使用资源。

3.协议的特点

(1)高度结构化、分模块的处理方法。

(2)将整个问题分割成若干子问题。

(3)子问题相对独立、相互联系,使用分层方式设计协议。

(4)在设计协议时,充分考虑网络的拓扑结构、信息量、传输技术、数据存取方式等因素。

4.体系结构的分层

这个例子说明了一个复杂系统如何进行任务分工、功能分层。

在信笺的投递和分发过程中,有投递者、邮局、运输公司、读者四类角色,他们分担的责任和任务各不相同。如果每类角色的责任或工作增加或减少,不会影响其他角色的责任。

整个邮递过程可以分成三个层次,不同的层次完成的任务不同,不同层对不同任务负责。

(1)网络的层次结构

①实体和对等实体:每层的活动元素就是实体,可以是软件、进程或硬件,即能够进行通信的软件和硬件就是通信实体;对等实体指在不同计算机系统或网络设备中同一层对应的实体。

②实通信和虚通信:网络中,在物理传输介质(线路)上真实流过的数据,被称为实通信;除了物理介质以外,其他的对等实体之间的通信都是虚通信,也就是说没有真实的数据传输。

③服务数据单元:在两个系统之中的N层协议的集合被称为第N层的协议;在每层协议中的完整信息载体被称为第N层协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU)。

④接口和服务接入点:第N-1层为第N层提供服务,所以在层与层之间有接口,服务通过服务接入点(Service Access Point,SAP)提供给上层。

⑤服务原语:下层为上层提供服务所使用的规范语句被称为服务原语。

(2)网络的体系结构的特点

①以功能作为划分层次的根据。

②第N层的实体在实现自身定义功能时,只能使用第N-1层(下层)提供的服务。

③第N层向第N+1层提供服务,此服务不仅包含第N层本身的功能,还包含由下层服务提供的功能。

④仅在相邻层间有接口,并且所提供服务的具体细节对上一层完全透明(屏蔽)。

(3)网络体系分层原则

①每层的功能应是明确的,并且相互独立。当某一层的具体实现方法更新时,只要保持上、下层的接口不变,就不会对邻居产生影响。

②协议的层间接口必须清晰,跨越接口的信息量应尽可能少。

③协议的层数应适中。若层数太少,则造成每一层的协议太复杂;若层数太多,体系结构过于复杂,使描述和实现各层功能变得困难。

从以上描述可以总结出,体系结构是总体框架和层次结构,而协议是每个层次任务的具体完成者。

1.5.2 OSI体系结构

开放系统互联(Open System Interconnection,OSI)基本参考模型是由国际标准化组织(ISO)制订的标准化开放式计算机网络层次结构模型,又称OSI参考模型。

OSI的体系结构定义了一个七层协议模型,用于进行对等层之间的通信,并作为一个框架来协调各层功能的标准;OSI的服务定义描述了各层所提供的服务,以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语;OSI各层的协议规范,精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。

需要强调的是,OSI参考模型仅仅为制订标准提供了一个概念性框架。但是有一些协议被借鉴到其他的网络体系结构中。

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