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網絡基礎:網絡架構

2013-11-23 14:26:32  來源: 電腦常識 

  在這裡我們將要討論一些網絡物理和邏輯形態﹐以及它們各自的特征﹐同時也會開始介紹 IEEE的x 標准
  網線的困擾
  要架設網絡﹐當然先要將個機器連接起來假如您喜歡的話﹐我們可以將每兩個網絡節點都直接用網線連接起來﹐如果材料夠﹐地方又允許的話﹐這完全是有可能的那麼按此接法﹐我們需要的網線數量 = 節點數目 x ( 節點數目 ) / ﹐也可以從下面的列表中直接看出來﹕
   
  天哪﹗如果有一百台計算機起不是整個辦公室都布滿網線了﹖﹗而且網線也需要錢買的啊﹐所以實際上﹐是沒有人會采用這樣的聯機方法的 ^_^ 較常見的布線設計大都以下面所介紹的 topology 作參考
  物理形態
  星狀形態(Star Topology)
  一個星狀的網絡形態裡面﹐在中央是一個集線器(HUB/SWITCH)﹐或 MAU (Multistation Acces Unit)﹐所有的工作站﹑服務器和打印機都接到 HUB 上面﹐看上去就像一顆星星向四周放射星光一樣﹐因而得名
   
  HUB 通常有兩種﹕惰性(passive) HUB和活性(active) HUB前者僅僅是將各個網線接口(port)連接起來﹐也就是將上面的那個接線方法從一個辦公室縮小為一個盒子罷了﹐再無其它功能了﹔而後者還會起到增益器(Repeater)的作用以延長網線連接的距離
  星狀的形態裡面﹐hub 是不可缺少的部件﹐如果一個 hub 的 port 都接滿了﹐我們還可以引一條線出去接另外一個 hub﹐這樣就有另外一個星星了﹐但最多可以串接 個 hub (也就是共個)通常在 hub 上面您會看到一個 uplink 的 port 若將兩個 hub 連接起來的話您可用兩種方法) 用普通線將 uplink 接到另一 hub 的普通 port ﹔) 用跳接線將兩個普通 port 連起來但請留意與 uplink 相連的那個 port 若是 uplink 有使用的話那這個 port 就不能使用了﹔反之亦然
  星狀形態的優點是﹕
  · 容易擴充
  · 容易除錯
  · 容易布線
  使用星狀形態如果有哪台機器不能連上網絡﹐我們只需要查看這台機器和 hub 之間的聯機就是了若是您的機器都四散東西﹐甚至樓上樓下的﹐使用星裝形態的話﹐你就不必擔心如何將它們整體的連接起來﹐只需關心各台機器怎樣集中到 hub 而已
  總線形態(Bus Topology)
  在 bus 形態裡面也有兩個類型﹕一是Thick Ethernet﹐另一是Thin Ethernet前者使用一條厚厚的中央網線(base)﹐兩頭帶有終端電阻﹐然後各接點再通過一條較細的網線連到這條厚線上面﹔而後者則只使用 base 網線將所有的節點連接起來﹐網線和節點之間使用 T 型接口連接﹐而在兩端的接點則各連接一個終端電阻
   
  Bus 形態的最大問題是出現問題的時候的問題(﹖﹖﹖廢話啦~~)﹐網絡這時候需要整個停下來檢查﹐如果是因為終端電阻沒接好那還好辦﹐換一個就可以但要是其中一個節點有問題的話﹐你就得慢慢找出來了在 star 形態裡面﹐要是該節點有問題﹐受影響的僅是其接點罷了但在 bus上面則不同﹐如果一個節點是關閉的話﹐框包會略過它而直接通過 T 型接頭傳給下一個開著的節點然而﹐要是該有問題的接點開著的話﹐也會接收和發送框包﹐但卻會令到網絡越來越慢甚至停頓下來
  順便一提﹐我們在給 Base 網絡除錯的時候﹐一個較好的方法是二分法﹕先從中間斷起就是將其中一個終端電阻接到中間的節點去﹐然後檢查各自分開的部份﹐找有問題那邊﹔再繼續斷開中間﹐如此一直到找到問題的節點為止
  Bus 形態唯一好處是便宜﹕無需 hub 而且省 cable﹑省錢如果在家裡玩玩或接點不多﹐Bus 形態也是值得考慮的不過現在這個優勢已不復存在了若你不是為了懷古真要用 bus 形態的機會不高
  環狀形態(Ring Topology)
  一般來說﹐這樣的形態我們是比較少見到的﹐因為其布線是一個非常頭痛的問題﹐您大概從下圖可見一斑﹕
   
  Ring 形態的布線是整條線是首尾連接而成一個環狀無需使用終端電阻若它使用雙網線連接﹐其布線數量也是雙倍增加了但在一般的辦公室環境裡面甚少會見到物理 Ring 形態的網絡﹐常見於用來連接數建築物之間的高速骨干干網﹐如 FDDI 等
  邏輯形態
  雖然我也知道我很啰嗦﹐但我還是要提醒大家﹐網絡形態和邏輯形態是兩碼子事情﹐在學習邏輯形態的時候我建議您先將物理形態忘記掉
  Bus / Ethernet
  我想 Ethernet 恐怕是最佳的邏輯 bus 形態例子了﹐它也是現在最普遍的 LAN 類型
  這個邏輯 bus 形態是如何工作的呢﹖很簡單﹐就是每次只能有一個節點在網絡上傳遞數據給其它節點﹐其形式是通過對整個網絡進行廣播(broadcast)然後其它接點收聽到廣播之後﹐就看看數據是否傳個自己的﹐如果是﹐則接收下來﹔如果不是﹐則略過每一節點都有一個自己用的 bit 的地址(也可以稱為Node ID﹐也就是在前面說的網卡硬件地址了)﹐每一個在網絡中傳輸的數據都是以這個地址為傳送和接收依據的
  當任何一個節點進行廣播的時候﹐所有的其它節點都收聽得到但真正接收的只有一個節點其情形就像我們上課一樣﹐老師說﹕第幾排第幾號同學出來拿作業﹗雖然全班同學都聽得到﹐但卻只有一位同學可以拿到Bus 形態也和這種形式很類似﹐當然具有更嚴謹的一套法則啦在bus上面的數據都是以框包(frame)形式傳遞﹐框包送出來之後﹐會以電子信號同時向 bus 兩端廣播﹐當目的地接收到給它的框包﹐也不是據為己有的﹐而是復制一份給自己﹐而原來的框包則還是會繼續被送給下一個節點﹐直到封包抵達終端電阻才會被銷毀
  任何類型的數據要在這一網絡上面傳遞的話﹐都必須嚴格的遵循既定的框包格式﹕Data Link Layer 作制定的格式﹐是給網絡用來安排數據的Ethernet 的 Data Link Layer Frame 看起來如圖﹕
   
  每一個 frame 都不可以超過bytes﹐這樣就可以確保任何一個工作站都不會占用網絡太久工作站對網絡廣播之前﹐都會先傾聽一下有沒其它人在使用網絡﹐如果聽起來很安靜﹐則它會發送廣播但要是網絡上仍然嘈嘈的呢﹖(這個情形就是 bus 形態最擔心的)﹐這時候工作站就需等待了
  假如節點 A 和節點 B 相隔得太遠的話﹐當他們傾聽的時候可能都還沒聽得到對方有話要說﹐就都同時把封包出去﹐這就是所謂的 碰撞(collision) 了如果當一個碰撞發生了﹐就會在網線產生一個頻率漣漪(frequecy ripple)如果第一個節點監測到有這樣的 ripple ﹐它就會發出一個高頻信號去清除所有其它信號這個信號告訴所有節點碰撞已經發生﹐這樣全部節點都不會再發送封包了這時候﹐每一個節點都會隨機的等待一段時間再重新進行廣播﹐總共可以進行 次嘗試大家才會最終放棄不過其情形也不會好到哪裡﹐因為在大家等待之後﹐彼此都有封包要發送﹐誰都想先發送自己的封包﹐如果節點越多﹐距離越長﹐發生碰撞的機會也就越高
  情形就象上課時您要發言﹐得先看看有沒有其它同學在發言﹐如果已經有人在說話了﹐那你就先等他/她講完再舉手要是兩個人都同時舉手﹐老師就會宣布重新再舉手﹐這時候大家可以在一秒鐘之內再舉手﹔要是還是一樣﹐那麼可以再於兩秒之內任何時段舉手﹔再來就 秒﹑ 秒﹑的延續下去﹐要試過 次都還一樣﹐沒辦法了﹐大家都不要說好了
  在網絡上﹐我們稱這樣的方法為 CSMA/CD (CarrierSensing Multiple Access with Collision Detection)要注意的是﹐所有這些處理過程都必須在 Ethernet 網卡上面進行﹐也就是說﹐如果您要選用 Ethernet 形態﹐那麼你就必須全部使用 Ethernet 網卡
  Ethernet 可以在 bus star 等物理形態上面使用baseT 就是使用 star 的物理形態﹐但邏輯上卻是 bus 形態來的﹐同樣也是 Ethernet﹐使用的是 IEEE 標准
  Token Ring
  Token Ring 網絡在物理上也和 BaseT Ethernet 一樣使用 star 形態只不過代替 hub 的是 MAU 而已﹐一個 MAU 可以連接八台計算機﹐然後還可以連接到另一個 MUA一塊 Token Ring 網卡上面﹐其中有端會帶有一個 Dshell 類型的接頭﹐而另一端則有一個 oddlooking IBM 接頭在 Token Ring 上面無需使用終端電阻﹐網線的一頭接到網卡﹐另一頭接在 MUA 就可以了
  我們還記得在 Ethernet 系統上面使用廣播形式傳送封包﹐然而在 Token Ring 裡面﹐每一個節點都只會得到其前面的一個節點送來的信息Token Ring 的靈魂所在是一個叫做 Token Packet 的封包這樣的設計可以避免碰撞發生﹐Token Ring 可以確保每次只能有一個工作站可以發送資料﹐它們使用 token packet (或曰 token stick)來達到這一目的只有獲得這個 Token packet 的接點才可以發送資料
  舉個例子﹐同學們在班上為了避免同時有兩個人發言﹐於是就使用一個令牌﹐由一個同學傳給下一個同學﹐然後最後的同學傳回給最前面的同學拿到令牌的同學﹐看看如果令牌是空的﹐就把說話寫在令牌上面(寫滿為止﹐如果不夠用﹐等下次再寫)﹐然後注明來源地址和目的地址﹐再將令牌傳給下一位同學接到令牌的同學﹐會檢查目的地址﹐如果不是給自己的﹐就傳給下一位﹐如果地址是給自己的﹐則抄一份保存﹐原來的令牌照樣傳遞下去因為令牌是繞著圓圈的傳遞﹐所以始終會到自己手上的當那位原先發送信息的同學收回令牌﹐看到來源地址是自己的﹐就把令牌擦干淨﹐然後把令牌交給下一位同學﹐就算他還有話要說﹐也要這樣做如果下一位同學沒有東西要寫﹐就簡單的把令牌交給下再一位則可﹔如果有東西要寫﹐就重復剛才的規則
  Token Ring 上使用的是類似的方法﹐
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