第五代计算机网络

下载代计算机网络（NGN），也就是第五代计算机网络，普遍认为是因特网、移动通信网络、固定电话通信网络的融合，IP网络和光网络的融合；是可以提供包括话音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络构架；是业务驱动、业务与呼叫控制分离、呼叫与承载分离的网络；是基于统一协议的、基于分组的网络。

在功能上NGN可分为4层、即接入和传输层、控制层、网络服务层。NGN技术包含了电信网络和个层面的新技术，这里公就下一代网络涉及的软交换、MPLS、E-NUM等技术特点做一简单描述。

软交换是NGN的核心，软交换体系按功能可分为4层：媒体接入层（边缘层）、传送层、控制层、业务及应用层。其主要设计思想是业务/控制与传送/接入分离，各实体之间通过标准确无误的协议进行连接和通信，以便在网上更加灵活的提供业务。

MPLS（多协议标签交换技术，MULTI-PROTOCOL LABEL SWITCHING）是一种新兴的路由交换技术，是面向连接的转发技术和IP路由协议的结合，它采用了ATM中的信元交换思想和高速分组转发技术。MPLS对下一代IP肉络的QOS及IP分组直接在光网络中承载都起着非常重要的作用。

ENUM是IETF的电话号码映射工作组（TELEPHONE NUMBER MAPPING WORKING GROUP，简称ENUM）[G UQ R G WJ F；W UUQ ------RFC2916，它定义了将E.164号码转换为域我呵以对应一系列的统一资源标志，从而使国际统一的E.164号码是传统电信网络中使用的重要资源，DNS（DOMAIN NAME SYSTEM，域名系统）是因特网的重要基础，ENUM将两者结合起来，促进结合起来，促进了传统电信网和因特网的融合。

目前从整体而言，NGN技术和产品还不够成熟，还需要更加完善和可靠的解决方案，需要解决多业务的融合、网络管理和计费等式逻辑多方面的问题目。从传统电信网向NGN演进，还要假以时日。

2、WLAN的发展历史

以上仅是针对线网络来介绍的，下面介绍一下目前主流的WLAN（无线局域网）的发展历程。

（1）WLAN接入标准的发展

     WLAN起步于1997年。当年的6月，第一个无线局域网标准IEEE 80211正式颁布实施为无线局域网技术提供了统一标准确无误，但当时的传输速率只有1mbps~2mbps.随后IEEE委员会又开始了新的WLAN标准确无误的制定，分别取名为IEEE802.11a 和IEEE 802.11b.当时只是要求这两个标准确无误分别工作在不同的频率上，IEEE802.11a工作在商用的5GHz频段，而IEEE802。11b要求工作在免费的2.4GHZ频段，对其速率并没有硬功夫性规划地图定。可是由于IEEE802.11b标准首先于1999年9月正式颁布，其速率为11MBPS，而此时的IEEE802。11a标准确无误还未正式完成。

    ISDN的英文全称是Integrated Services Digital Network，中文意思就是综合业务数字网。在国内前两年才开始应用，而国外整整比我们早了二十多年。ISDN的概念是在1972年首次提出的，是以电话综合数字网（IDN）为基础发展而成的通信网，它能提供端到端的数字连接，用来承载包括语音和非语音等多种电信业务。ISDN分为两种：N－ISDN（窄带综合业务数字网）和B－ISDN（宽带综合业务数字网）。目前我们国内使用的是N－ISDN。 　　

　　 ISDN可以形象地比喻成两条64K速率电话线的合并，虽然这两者完全不是一回事。就目前市场上的上网方式来看，ISDN是想快速上网用户的最佳选择。虽然它在价格上比普通Modem上网要高，但从实用性来看，还是值得的。特别是对于上网下载东西和查资料的用户，最为有利。 　　

　　 由于ISDN是数字信号，所以比普通模拟电话信号更加稳定，而上网的稳定性是速度的最根本的保证。ISDN比模拟电路更不易塞车，并且它可以按需拨号。

　　 ISDN用户终端设备种类很多，有ISDN电视会议系统、PC桌面系统（包括可视电话）、ISDN小交换机、TA适配器（内置、外置）、ISDN路由器、ISDN拨号服务器、数字电话机、四类传真机、DDN后备转换器、ISDN无数转换器等。在如此多的设备中，TA适配器是目前用户端的主要设备。 　　

　　 2、ＤＤＮ专线

    DDN是“Digital Data Network”的缩写，意思是数字数据网，即平时所说的专线上网方式。数字数据网是一种利用光纤、数字微波或卫星等数字传输通道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网，它可以为用户提供各种速率的高质量数字专用电路和其他新业务，以满足用户多媒体通信和组建中高速计算机通信网的需要。主要有六个部分组成：光纤或数字微波通信系统；智能节点或集线器设备；网络管理系统； 数据电路终端设备；用户环路；用户端计算机或终端设备。它的速率从６４Ｋｂｐｓ－２Ｍｂｐｓ可选。
    3、ＡＴＭ异步传输方式

    ATM是目前网络发展的最新技术，它采用基于信元的异步传输模式和虚电路结构，根本上解决了多媒体的实时性及带宽问题。实现面向虚链路的点到点传输，它通常提供155Mbps的带宽。它既汲取了话务通讯中电路交换的“有连接”服务和服务质量保证，又保持了以太、FDDI等传统网络中带宽可变、适于突发性传输的灵活性，从而成为迄今为止适用范围最广、技术最先进、传输效果最理想的网络互联手段。ATM技术具有如下特点：1、实现网络传输有连接服务，实现服务质量保证(QoS)。2、交换吞吐量大、带宽利用率高。3、具有灵活的组网拓扑结构和负载平衡能力，伸缩性、可靠性极高。4、ATM是现今唯一可同时应用于局域网、广域网两种网络应用领域的网络技术，它将局域网与广域网技术统一。它的速率可达千兆位（１０００Ｍ ｂｐｓ）。

    4、ＡＤＳＬ（不对称数字用户服务线）

    ADSL是Asymmetric Digital Subscriber Loop（非对称数字用户回路）的缩写，它的特点是能在现有的铜双绞普通电话线上提供高达8Mb/s的高速下载速率和1Mb/s的上行速率，而其传输距离为3km到5km。其优势在于可以不需要重新布线，它充分利用现有的电话线网络，只需在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供高速高带宽的接入服务，它的速度是普通Modem拨号速度所不能及的，就连最新的ISDN一线通的传输率也约只有它的百分之一。这种上网方式不但降低了技术成本，而且大大提高了网络速度。因而受到了许多用户的关注。
    ADSL的其他特点还有：1、上因特网和打电话互不干扰：像ISDN一样，ADSL可以与普通电话共存于一条电话线上，可在同一条电话线上接听、拨打电话并且同时进行ADSL传输，之间互不影响。2、ADSL在同一线路上分别传送数据和语音信号，由于它不需拨号，因而它的数据信号并不通过电话交换机设备，这意味着使用ADSL上网不需要缴付另外的电话费，这就节省了一部分使用费。3、ADSL还提供不少额外服务，用户可以通过ADSL接入因特网后，独享8Mb/s带宽，在这么高的速度下，可自主选择流量为1.5Mb/s的影视节目，同时还可以举行一个视频会议、高速下载文件和使用电话等，其速度一般下行可以达到８Ｍｂｐｓ，上行可以达到１Ｍｂｐｓ。
    ADSL的用途是十分广泛的，对于商业用户来说，可组建局域网共享ADSL专线上网，利用ADSL还可以达到远程办公家庭办公等高速数据应用，获取高速低价的极高的价格性能比。对于公益事业来说，ADSL还可以实现高速远程医疗、教学、视频会议的即时传送，达到以前所不能及的效果。　

    ADSL的安装也很方便快捷。用户现有线路不需改动，改动只须在电信局的交换机房内进行。

    5、有线电视网

    利用有线电视网进行通信，可以使用Cable Modem，即电缆调制解调器，可以进行数据传输。Cable Modem 主要面向计算机用户的终端。它连接有线电视同轴电缆与用户计算机之间的中间设备。目前的有线电视节目传输所占用的带宽一般在50 ～550MHz范围内，有很多的频带资源都没有得到有效利用。由于大多数新建的CATV网都采用光纤同轴混合网络（HFC网，即Hybrid Fiber Coax Network），使原有的550MHzCATV网扩展为750MHz的HFC双向CATV网，其中有200MHz的带宽用于数据传输，接入国际互联网。这种模式的带宽上限为860MHz ～1000MHz。Cable Modem技术就是基于750MHz HFC双向CATV网的网络接入技术的。

   有线电视一般从42MHz～750MHz之间电视频道中分离出一条6MHz的信道，用于下行传送数据。它无须拨号上网，不占用电话线，可永久连接。服务商的设备同用户的Modem之间建立了一个VLAN（虚拟专网）连接，大多数的Modem提供一个标准的10BaseT以太网接口同用户的PC设备或局域网集线器相联。

    Cabel Modem采用一种视频信号格式来传送Internet信息。视频信号所表示的是在同步脉冲信号之间插入视频扫描线的数字数据。数据是在物理层上被插入到视频信号的。同步脉冲使任何标准的Cabel Modem设备都可以不加修改地应用。Cabel Modem采用幅度键控(ASK)突发解调技术对每一条视频线上的数据进行译码。
   Cable Modem与普通Modem在原理上都是将数据进行调制后，在Cable(电缆)的一个频率范围内传输,接收时进行解调。 Cable Modem在有线电缆上将数据进行调制，然后在有线网(Cable)的某个频率范围内进行传输，接收一方再在同一频率范围内对该已调制的信号进行解调，解析出数据，传递给接收方。它在物理层上的传输机制与电话线上的调制解调器无异，同样也是通过调频或调幅对数据编码。
    6、ＶＰＮ（虚拟专用网络）

    它是利用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ或其它公共互联网络的基础设施为用户创建数据通道，实现不同网络组件和资源之间的相互联接，并提供与专用网络一样的安全和功能保障。北京 拓帧

  图中有6个设备，在全互联情况下,需要15条传输线路。如果要连的设备有n个,所需线路将达到n(n-1)/2条!显而易见,这种方式只有在涉及地理范围不大，设备数很少的条件下才有使用的可能。即使属于这种环境,在LAN技术中也不使用。我们所说的拓扑结构，是因为当需要通过互联设备(如路由器)互联多个LAN时,将有可能遇到这种广域网(WAN)的互联技术。目前大多数网络使用的拓扑结构有3种:

　　① 星行拓扑结构;
　　② 环行拓扑结构;
　　③ 总线型拓扑结;

　　1.星型拓扑结构

　　星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话都属于这种结构，如下图所示。其中,图(a)为电话网的星型结构,图(b)为目前使用最普遍的以太网(Ethernet)星型结构,处于中心位置的网络设备称为集线器,英文名为Hub。

(a)电话网的星行结构　　　　　　　　　　　　(b)以Hub为中心的结构
　　　　　　　　　　　　　　
　　这种结构便于集中控制,因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点,也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信但这种结构非常不利的一点是,中心系统必须具有极高的可靠性,因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份,以提高系统的可靠性。

　　这种网络拓扑结构的一种扩充便是星行树,如下图所示。每个Hub与端用户的连接仍为星型,Hub的级连而形成树。然而,应当指出,Hub级连的个数是有限制的,并随厂商的不同而有变化。

　　还应指出,以Hub构成的网络结构,虽然呈星型布局,但它使用的访问媒体的机制却仍是共享媒体的总线方式。

　　2.环型网络拓扑结构

　　环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户,直到将所有端用户连成环型,如图5所示。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。

　　环行结构的特点是,每个端用户都与两个相临的端用户相连,因而存在着点到点链路,但总是以单向方式操作。于是,便有上游端用户和下游端用户之称。例如图5中,用户N是用户N+1的上游端用户,N+1是N的下游端用户。如果N+1端需将数据发送到N端，则几乎要绕环一周才能到达N端。

　　环上传输的任何报文都必须穿过所有端点,因此,如果环的某一点断开,环上所有端间的通信便会终止。为克服这种网络拓扑结构的脆弱,每个端点除与一个环相连外，还连接到备用环上,当主环故障时,自动转到备用环上。

　　3.总线拓扑结构

　　总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式,也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，如下图所示。使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时,这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中,对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在LAN环境下,由于所有数据站都是平等的,不能采取上述机制。对此，研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法:带有碰撞检测的载波侦听多路访问,英文缩写成CSMA/CD。

　　这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权。媒体访问获取机制较复杂。尽管有上述一些缺点,但由于布线要求简单,扩充容易,端用户失效、增删不影响全网工作,所以是网络技术中使用最普遍的一种。

 路由器（Router） 

 什么是路由器
    在互联网日益发展的今天，是什么把网络相互联接起来？是路由器。路由器在互联网中扮演着十分重要的角色，那么什么是路由器呢？通俗的来讲，路由器是互联网的枢纽、"交通警察"。路由器的定义是：用来实现路由选择功能的一种媒介系统设备。所谓路由就是指通过相互联接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。一般来说，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。通常，人们会把路由和交换进行对比，这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。其实，路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。

    路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择（routing），这也是路由器名称的由来（router，转发者）。作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于TCP/IP的国际互联网络Internet的主体脉络，也可以说，路由器构成了Internet的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一，它的可靠性则直接影响着网络互联的质量。因此，在园区网、地区网、乃至整个Internet研究领域中，路由器技术始终处于核心地位，其发展历程和方向，成为整个Internet研究的一个缩影。

路由器的作用
    路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。

    从过滤网络流量的角度来看，路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在网络物理层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。例如，一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段，只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。对于每一个接收到的数据包，路由器都会重新计算其校验值，并写入新的物理地址。因此，使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的交换机慢。但是，对于那些结构复杂的网络，使用路由器可以提高网络的整体效率。路由器的另外一个明显优势就是可以自动过滤网络广播。从总体上说，在网络中添加路由器的整个安装过程要比即插即用的交换机复杂很多。

    一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成；这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据--路径表（Routing Table），供路由选择；时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。

    1．静态路径表 
由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态（static）路径表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。
    2．动态路径表 

动态（Dynamic）路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。

路由器的结构
路由器的体系结构 
    从体系结构上看，路由器可以分为第一代单总线单CPU结构路由器、第二代单总线主从CPU结构路由器、第三代单总线对称式多CPU结构路由器；第四代多总线多CPU结构路由器、第五代共享内存式结构路由器、第六代交叉开关体系结构路由器和基于机群系统的路由器等多类。

路由器的构成 
    路由器具有四个要素：输入端口、输出端口、交换开关和路由处理器。

    输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口通常由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口，一个输入端口具有许多功能。第一个功能是进行数据链路层的封装和解封装。第二个功能是在转发表中查找输入包目的地址从而决定目的端口（称为路由查找），路由查找可以使用一般的硬件来实现，或者通过在每块线卡上嵌入一个微处理器来完成。第三，为了提供QoS（服务质量），端口要对收到的包分成几个预定义的服务级别。第四，端口可能需要运行诸如SLIP（串行线网际协议）和PPP（点对点协议）这样的数据链路级协议或者诸如PPTP（点对点隧道协议）这样的网络级协议。一旦路由查找完成，必须用交换开关将包送到其输出端口。如果路由器是输入端加队列的，则有几个输入端共享同一个交换开关。这样输入端口的最后一项功能是参加对公共资源（如交换开关）的仲裁协议。

    交换开关可以使用多种不同的技术来实现。迄今为止使用最多的交换开关技术是总线、交叉开关和共享存贮器。最简单的开关使用一条总线来连接所有输入和输出端口，总线开关的缺点是其交换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。交叉开关通过开关提供多条数据通路，具有N×N个交叉点的交叉开关可以被认为具有2N条总线。如果一个交叉是闭合，输入总线上的数据在输出总线上可用，否则不可用。交叉点的闭合与打开由调度器来控制，因此，调度器限制了交换开关的速度。在共享存贮器路由器中，进来的包被存贮在共享存贮器中，所交换的仅是包的指针，这提高了交换容量，但是，开关的速度受限于存贮器的存取速度。尽管存贮器容量每18个月能够翻一番，但存贮器的存取时间每年仅降低5%，这是共享存贮器交换开关的一个固有限制。

    输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮，可以实现复杂的调度算法以支持优先级等要求。与输入端口一样，输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装，以及许多较高级协议。
路由处理器计算转发表实现路由协议，并运行对路由器进行配置和管理的软件。同时，它还处理那些目的地址不在线卡转发表中的包。 

路由器的类型
    互联网各种级别的网络中随处都可见到路由器。接入网络使得家庭和小型企业可以连接到某个互联网服务提供商；企业网中的路由器连接一个校园或企业内成千上万的计算机；骨干网上的路由器终端系统通常是不能直接访问的，它们连接长距离骨干网上的ISP和企业网络。互联网的快速发展无论是对骨干网、企业网还是接入网都带来了不同的挑战。骨干网要求路由器能对少数链路进行高速路由转发。企业级路由器不但要求端口数目多、价格低廉，而且要求配置起来简单方便，并提供QoS。

    1．接入路由器
    接入路由器连接家庭或ISP内的小型企业客户。接入路由器已经开始不只是提供SLIP或PPP连接，还支持诸如PPTP和IPSec等虚拟私有网络协议。这些协议要能在每个端口上运行。诸如ADSL等技术将很快提高各家庭的可用带宽，这将进一步增加接入路由器的负担。由于这些趋势，接入路由器将来会支持许多异构和高速端口，并在各个端口能够运行多种协议，同时还要避开电话交换网。

    2．企业级路由器
    企业或校园级路由器连接许多终端系统，其主要目标是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互联，并且进一步要求支持不同的服务质量。许多现有的企业网络都是由Hub或网桥连接起来的以太网段。尽管这些设备价格便宜、易于安装、无需配置，但是它们不支持服务等级。相反，有路由器参与的网络能够将机器分成多个碰撞域，并因此能够控制一个网络的大小。此外，路由器还支持一定的服务等级，至少允许分成多个优先级别。但是路由器的每端口造价要贵些，并且在能够使用之前要进行大量的配置工作。因此，企业路由器的成败就在于是否提供大量端口且每端口的造价很低，是否容易配置，是否支持QoS。另外还要求企业级路由器有效地支持广播和组播。企业网络还要处理历史遗留的各种LAN技术，支持多种协议，包括IP、IPX和Vine。它们还要支持防火墙、包过滤以及大量的管理和安全策略以及VLAN。

    3．骨干级路由器
    骨干级路由器实现企业级网络的互联。对它的要求是速度和可靠性，而代价则处于次要地位。硬件可靠性可以采用电话交换网中使用的技术，如热备份、双电源、双数据通路等来获得。这些技术对所有骨干路由器而言差不多是标准的。骨干IP路由器的主要性能瓶颈是在转发表中查找某个路由所耗的时间。当收到一个包时，输入端口在转发表中查找该包的目的地址以确定其目的端口，当包越短或者当包要发往许多目的端口时，势必增加路由查找的代价。因此，将一些常访问的目的端口放到缓存中能够提高路由查找的效率。不管是输入缓冲还是输出缓冲路由器，都存在路由查找的瓶颈问题。除了性能瓶颈问题，路由器的稳定性也是一个常被忽视的问题。

    4．太比特路由器
    在未来核心互联网使用的三种主要技术中，光纤和DWDM都已经是很成熟的并且是现成的。如果没有与现有的光纤技术和DWDM技术提供的原始带宽对应的路由器，新的网络基础设施将无法从根本上得到性能的改善，因此开发高性能的骨干交换/路由器（太比特路由器）已经成为一项迫切的要求。太比特路由器技术现在还主要处于开发实验阶段。

调制解调器（Modem）

    调制解调器（Modem） 作为末端系统和通信系统之间信号转换的设备，是广域网中必不可少的设备之一。分为同步和异步两种，分别用来与路由器的同步和异步串口相连接，同步可用于专线、帧中继、X.25等，异步用于PSTN的连接。

　

     Ethernet是Xerox、Digital Equipment和Intel三家公司开发的局域网组网规范，并于80年代初首次出版，称为DIX1.0。1982年修改后的版本为DIX2.0。 这三家公司将此规范提交给IEEE(电子电气工程师协会)802委员会，经过IEEE成员的修改并通过，变成了IEEE的正式标准，并编号为IEEE802.3。Ethernet和IEEE802.3虽然有很多规定不同，但术语Ethernet通常认为与802.3是兼容的。IEEE将802.3标准提交国际标准化组织(ISO)第一联合技术委员会(JTC1),再次经过修订变成了国际标准ISO8802.3。

    早期局域网技术的关键是如何解决连接在同一总线上的多个网络节点有秩序的共享一个信道的问题，而以太网络正是利用载波监听多路访问/碰撞检测(CSMA/CD)技术成功的提高了局域网络共享信道的传输利用率，从而得以发展和流行的。交换式快速以太网及千兆以太网是近几年发展起来的先进的网络技术，使以太网络成为当今局域网应用较为广泛的主流技术之一。随着电子邮件数量的不断增加，以及网络数据库管理系统和多媒体应用的不断普及，迫切需要高速高带宽的网络技术。交换式快速以太网技术便应运而生。快速以太网及千兆以太网从根本上讲还是以太网，只是速度快。它基于现有的标准和技术（IEEE802.3标准，CSMA/CD介质存取协议，总线性或星型拓扑结构，支持细缆、UTP、光纤介质，支持全双工传输），可以使用现有的电缆和软件，因此它是一种简单、经济、安全的选择。然而，以太网络在发展早期所提出的共享带宽、信道争用机制极大的限制了网络后来的发展，即使是近几年发展起来的链路层交换技术（即交换式以太网技术）和提高收发时钟频率（即快速以太网技术）也不能从根本上解决这一问题，具体表现在：1、以太网提供是一种所谓“无连接”的网络服务，网络本身对所传输的信息包无法进行诸如交付时间、包间延迟、占用带宽等等关于服务质量的控制。因此没有服务质量保证(Quality of Service)。2、对信道的共享及争用机制导致信道的实际利用带宽远低于物理提供的带宽，因此带宽利用率低。    

    除以上两点以外，以太网传输机制所固有的对网络半径、冗余拓扑和负载平衡能力的限制以及网络的附加服务能力薄弱等，也都是以太网络的不足之处。但以太网以成熟的技术、广泛的用户基础和较高的性能价格比，仍是传统数据传输网络应用中较为优秀的解决方案。

    以太网几个术语介绍：

    以太网根据不同的媒体可分为：10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T及10BASE-FL。10Base2以太网是采用细同轴电缆组网，最大的网段长度是200m，每网段节点数是30，它是相对最便宜的系统； 10Base5以太网 是采用粗同轴电缆，最大网段长度为500m，每网段节点数是100，它适合用于主干网；10Base-T以太网是采用双绞线，最大网段长度为100m，每网段节点数是1024，它的特点是易于维护；10Base-F以太网采用光纤连接，最大网段长度是2000m，每网段节点数为1024，此类网络最适于在楼间使用。

    交换以太网:其支持的协议仍然是IEEE802.3/以太网，但提供多个单独的 10Mbps端口。它与原来IEEE802.3/以太网完全兼容，并且克服了共享10Mbps带来的网络效率下降。

    100BASE-T快速以太网:与10BASE-T的区别在于将网络的速率提高了十倍，即100M。采用了FDDI的PMD协议，但价格比FDDI便宜。100BASE-T的标准由IEEE802.3制定。与10BASE-T采用相同的媒体访问技术、类似的步线规则和相同的引出线，易于与10BASE-T集成。每个网段只允许两个中继器，最大网络跨度为210米。

下面是集线器的实例图：

交换机

交换机工作原理 　

    一、概述
    1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。其实，交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器一样，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。 　

    交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。 　　

    类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。 

　　利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包，可提供14880bps的传输速率。这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的总体吞吐率（6道信息流Ｘ14880bps／道信息流）。专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。 　

    二、三种交换技术 　
    
    1．端口交换
    端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域），不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度，端口交换还可细分为：
    模块交换：将整个模块进行网段迁移。
    端口组交换：通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。
    端口级交换：支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的，具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当，那么还可以在一定程度进行客错，但没有改变共享传输介质的特点，自而未能称之为真正的交换。 　　

    2．帧交换 　　
    帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异，但对网络帧的处理方式一般有以下几种：
    直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前14个字节，便将网络帧传送到相应的端口上。
    存储转发：通过对网络帧的读取进行验错和控制。

　　前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全性，同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。 　

    有的厂商甚至对网络帧进行分解，将帧分解成固定大小的信元，该信元处理极易用硬件实现，处理速度快，同时能够完成高级控制功能（如美国MADGE公司的LET集线器）如优先级控制。 　

   　3．信元交换
 　　ATM技术代表了网络和通讯技术发展的未来方向，也是解决目前网络通信中众多难题的一剂“良药”，ATM采用固定长度53个字节的信元交换。由于长度固定，因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但并不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还容许在源节点和目标、节点建立多个虚拟链接，以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用了统计时分电路进行复用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数Gb的传输能力。 　

    三、局域网交换机的种类和选择 　　

    局域网交换机根据使用的网络技术可以分为：
 　　·以大网交换机；
 　　·令牌环交换机；
 　　·FDDI交换机；
 　　·ATM交换机； 
 　　·快速以太网交换机等。

 　　如果按交换机应用领域来划分，可分为：
 　　·台式交换机；
 　　·工作组交换机；
 　　·主干交换机；
 　　·企业交换机；
 　　·分段交换机；
 　　·端口交换机；
 　　·网络交换机等。

    局域网交换机是组成网络系统的核心设备。对用户而言，局域网交换机最主要的指标是端口的配置、数据交换能力、包交换速度等因素。因此，在选择交换机时要注意以下事项：
 　　（1）交换端口的数量；
 　　（2）交换端口的类型；
 　　（3）系统的扩充能力；
 　　（4）主干线连接手段；
 　　（5）交换机总交换能力；
 　　（6）是否需要路由选择能力；
 　　（7）是否需要热切换能力；
 　　（8）是否需要容错能力；
 　　（9）能否与现有设备兼容，顺利衔接；
 　　（10）网络管理能力。 　　

   四、交换机应用中几个值得注意的问题 　　

   1．交换机网络中的瓶颈问题
 　　交换机本身的处理速度可以达到很高，用户往往迷信厂商宣传的Gbps级的高速背板。其实这是一种误解，连接入网的工作站或服务器使用的网络是以大网，它遵循CSMA／CD介质访问规则。在当前的客户／服务器模式的网络中多台工作站会同时访问服务器，因此非常容易形成服务器瓶颈。有的厂商已经考虑到这一点，在交换机中设计了一个或多个高速端口（如3COM的Linkswitch1000可以配置一个或两个100Mbps端口），方便用户连接服务器或高速主干网。用户也可以通过设计多台服务器（进行业务划分）或追加多个网卡来消除瓶颈。交换机还可支持生成树算法，方便用户架构容错的冗余连接。
 　　
   2．网络中的广播帧
 　　目前广泛使用的网络操作系统有Netware、Windows NT等，而Lan Server的服务器是通过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。这类局域网中广播包的存在会大大降低交换机的效率，这时可以利用交换机的虚拟网功能（并非每种交换机都支持虚拟网）将广播包限制在一定范围内。
 　　每台文交换机的端口都支持一定数目的MAC地址，这样交换机能够“记忆”住该端口一组连接站点的情况，厂商提供的定位不同的交换机端口支持MAC数也不一样，用户使用时一定要注意交换机端口的连接端点数。如果超过厂商给定的MAC数，交换机接收到一个网络帧时，只有其目的站的MAC地址不存在于该交换机端口的MAC地址表中，那么该帧会以广播方式发向交换机的每个端口。

   3．虚拟网的划分
 　　虚拟网是交换机的重要功能，通常虚拟网的实现形式有三种：
 　　(1)静态端口分配
 　　静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口，使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性，除非网管人员重新设置。这种方法虽然比较麻烦，但比较安全，容易配置和维护。
 　　（2）动态虚拟网
 　　支持动态虚拟网的端口，可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。端口是通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。当一网络节点刚连接入网时，交换机端口还未分配，于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。这样一旦网管人员配置好后，用户的计算机可以灵活地改变交换机端口，而不会改变该用户的虚拟网的从属性，而且如果网络中出现未定义的MAC地址，则可以向网管人员报警。
 　　（3）多虚拟网端口配置
 　　该配置支持一用户或一端口可以同时访问多个虚拟网。这样可以将一台网络服务器配置成多个业务部门（每种业务设置成一个虚拟网）都可同时访问，也可以同时访问多个虚拟网的资源，还可让多个虚拟网间的连接只需一个路由端口即可完成。但这样会带来安全上的隐患。虚拟网的业界规范正在制定当中，因而各个公司的产品还谈不上互操作性。Cisco公司开发了Inter－Switch Link（ISL）虚拟网络协议，该协议支持跨骨干网（ATM、FDDI、Fast Ethernet）的虚拟网。但该协议被指责为缺乏安全性上的考虑。传统的计算机网络中使用了大量的共享式Hub，通过灵活接入计算机端口也可以获得好的效果。

   4.高速局域网技术的应用
 　　快速以太网技术虽然在某些方面与传统以大网保持了很好的兼容性，但100BASE-TX、100BASAE-T4及100BASE-FX对传输距离和级连都有了比较大的限制。通过100Mbps的交换机可以打破这些局限。同时也只有交换机端口才可以支持双工高速传输。
 　　目前也出现了CDDI／FDDI的交换技术，另外该CDDI／FDDI的端口价格也呈下降趋势，同时在传输距离和安全性方面也有比较大的优势，因此它是大型网络骨干的一种比较好的选择。除了设计中要考虑网络环境的具体需要（强调端口的搭配合理）外，还需从整体上考虑，例如网管、网络应用等。随着ATM技术的发展和成熟以及市场竞争的加剧，帧交换机的价格将会进一步下跌，它将成为工作组网的重要解决方案。

     下图，上边是千兆以太网的主干交换机，下边是一款普通交换机。

路由器

    路由器是一种网络设备，（下图是一款3COM路由器）它能够利用一种或几种网络协议将本地或远程的一些独立的网络连接起来，每个网络都有自己的逻辑标识。路由器通过逻辑标识将指定类型的封包（比如IP）从一个逻辑网络中的某个节点，进行路由选择，传输到另一个网络上某个节点，详细介绍请看这里>>

    网卡实物图

　　细缆连接设备及技术参数

    采用细缆组网，除需要电缆外，还需要BNC头、Ｔ型头及终端匹配器等。如下图。同轴电缆组网的网卡必须带有细缆连接接口（通常在网卡上标有"BNC"字样）。

    下面是细缆组网的技术参数：

    ．最大的干线段长度；185米
    ．最大网络干线电缆长度：925米
    ．每条干线段支持的最大结点数：30
    ．BNC、T型连接器之间的最小距离：0.5米

    粗缆连接设备
    粗缆连接设备包括转换器、DIX连接器及电缆、N－系列插头、N－系列匹配器，如下图。使用粗缆组网，网卡必须有DIX接口（一般标有DIX字样）。

    下面是采用粗缆组网的技术参数：

    .最大的干线长度：500米
    .最大网络干线电缆长度：2500米
    .每条干线段支持的最大结点数：100
    .收发器之间的最小距离：2.5米
    .收发器电缆的最大长度：50米


　  ２.双绞线

　　双绞线(TP:Twisted Pairwire)是布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线是由相互按一定扭距绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线加绝缘层并有色标来标记，如下图所示,左图为示意图，右图为实物图。成对线的扭绞旨在使电磁辐射和外部电磁干扰减到最小。目前,双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP:Unshilded Twisted Pair)和屏蔽双绞线(STP:Shielded Twisted Pair)。我们平时一般接触比较多的就是UTP线。

　　目前 EIA/TIA（电气工业协会／电信工业协会）为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号。这五种型号如下：

1、第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），该类用于电话线，不用于数据传输。

2、第二类：该类包括用于低速网络的电缆，这些电缆能够支持最高4Mbps的实施方案，这两类双绞线在LAN中很少使用。

3、第三类:这种在以前的以太网中（10M）比较流行，最高支持16Mmbps的容量，但大多数通常用于10Mbps的以太网，主要用于10base-T。

4、第四类:该类双绞线在性能上比第三类有一定改进,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输。4类电缆用于比3类距离更长且速度更高的网络环境。它可以支持最高20Mbps的容量。主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。这类双绞线可以是UTP，也可以是STP。

5、第五类:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，这种电缆用于高性能的数据通信。它可以支持高达100Mbps的容量。主要用于100base-T和10base-T网络，这是最常用的以太网电缆。 最近又出现了超5类线缆，它是一个非屏蔽双绞线(UTP)布线系统,通过对它的"链接"和"信道"性能的测试表明,它超过5类线标准TIA/EIA568的要求。与普通的5类UTP比较,性能得到了很大提高。


    如今市场上5类布线和超5类布线应用非常广泛，国际标准规定的5类双绞线的频率带宽是100MHz，在这样的带宽上可以实现100M的快速以太网和155M的ATM传输。计算机网络综合布线使用第三、四、五类。

    使用双绞线组网，双绞线和其他网络设备（例如网卡）连接必须是RJ45接头（也叫水晶头）。下图是RJ45接头，左图为示意图，右图为实物图。

     双绞线（10BASE-T）以太网技术规范可归结为5-4-3-2-1规则:

    ．允许5个网段，每网段最大长度100米
    ．在同一信道上允许连接4个中继器或集线器
    ．在其中的三个网段上可以增加节点
    ．在另外两个网段上，除做中继器链路外，不能接任何节点
    ．上述将组建一个大型的冲突域，最大站点数1024，网络直径达2500米

    上述规则只是一个粗略的设计指南，实际的数据因厂家不同而异。利用双绞线组网，可以获得良好的稳定性，在实际应用中越来越多。尤其是近年来，快速以太网的发展，利用双绞线组建不须再增加其它设备，因此被业界人士看好。

　  ３.光缆

　　光缆不仅是目前可用的媒体，而且是今后若干年后将会继续使用的媒体，其主要原因是这种媒体具有很大的带宽。光缆是由许多细如发丝的塑胶或玻璃纤维外加绝缘护套组成，光束在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，质量高，适于高速网络和骨干网。光纤与电导体构成的传输媒体最基本的差别是，它的传输信息是光束，而非电气信号。因此，光纤传输的信号不受电磁的干扰。

    利用光缆连接网络，每端必须连接光/电转换器，另外还需要一些其它辅助设备。

    基于光缆的网络，国际标准化组织ISO制定了许多规范，具体如下：
        ．10BASE-FL
        ．10BASE-FB
        ．10BASE-FP
    其中10BASE-FL是使用最广泛的数据格式，下面是其组网规则：
    最大段长： 2000M
    每段最大节点（NODE）数：2
    每网络最大节点（NODE）数： 1024
    每链的最大HUB数：4

    下表是三种传输媒介的比较。

 同轴电缆、双绞线、光缆的性能比较