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网路概论---5.网路架构
http://www.study-area.net/menu1.htm (2001-06-03 17:04:00)
    在这里我们将要讨论一些网路物理和逻辑形态以及它们各自的特征同时也会开始介绍IEEE的802.x标准。 

网线的困绕 

要组网当然先要将个机器连接起来啦。假如您喜欢的话我们可以将每两个网路节点都直接用网线连接起来如果材料够地方又允许的话这完全是有可能的。那麽按此接法我们需要的网线数量 = 节点数目 x ( 节点数目 - 1 ) / 2 也可以从下面的列表中直接看出来 

节点数目  所需网线数量  
5 10 
8 28 
25 300 

天哪如果有一百台电脑起不是整个办公室都满网线了而且网线也需要钱买的啊所以实际上是没有人会采用这样的连线方法的。 

物理形态 

星状形态(Star Topology) 


一个星状的网路形态里面在中央是一个集线器(hub)或MAU (Multistation Acces Unit)所有的工作站伺服器和印表机都接到hub上面看上去就象一颗星星向四放射星光一样因而得名。 

 
Star Topology 

hub通常有两种惰性(passive) hub和活性(active) hub。前者仅仅是将各个接口(port)连接起来也就是将上面的那个接线方法从一个办公室缩小为一个盒子罢了再无其它功能了而後者除了会起到增益器(Repeater)的作用之外(其实这是活性hub的最基本功能了)还可能肩负网桥(Bridge)和路由器(Router)的功能(这两种功能稍後会解析)。 

星状的形态里面hub是不可缺少的部件如果一个hub的接口都接满了我们还可以引一条线出去接另外一个hub这样就有另外一个星星了但最多可以串接4个hub (也就是共5个)。 

星状形态的优点是 

容易传输 
容易除错 
容易线 

使用星状形态伺服器无需知道信息请求是从哪个节点来的也不必担心回应给谁只需知道哪个port就可以了然後hub会决定如何传递给真正的机器。这也给除错带来方便如果有哪台机器不能连上网路我们只需要查看这台机器和hub之间的连接就是了。如果您的机器都四散东西甚至楼上楼下的使用星装形态的话你就不必担心如何将它们整体的连接起来只需关心各台机器怎样集中到hub而已。 


总线形态(Bus Topology) 


在bus形态里面也有两个类型一是Thick Ethernet另一是Thin Ethernet。前者使用一条厚厚的中央网线(10base5)两头带有终端电阻然後各接点再通过一条较幼的网线连到这条厚线上面而後者则只使用10base2 网线将所有的节点连接起来网线和节点之间使用T型接口连接而在两端的接点则各连接一个终端电阻。 

 
Thick Ethernet 

 
Thin Ethernet 

Bus形态的最大问题是出现问题的时候的问题(废话啦~~)网路这时候需要整个停下来检查如果是因为终端电阻没接好那还好办换一个就可以。但要是其中一个节点有问题的话你就得慢慢找出来了。在star形态里面要是该节点有问题受影响的仅是其接点罢了。但在bus上面则不同如果一个节点是关闭的话封包会略过它而直接通过T型接头传给下一个开着的节点。然而要是该有问题的接点开着的话也会接收和发送封包但却会令到网路越来越慢甚至停顿下来。 

顺便一提我们在给10Base2网路除错的时候一个较好的方法是先从中间断起。就是将其中一个终端电阻接到中间的节点去然後检查各自分开的部份找有问题那边再继续断开中间如此一直到找到问题的节点为止。 

Bus形态唯一好处是便宜无需hub而且省cable省钱。如果在家里玩玩或接点不多Bus形态也是值得考虑的。 


环状形态(Ring Topology) 


一般来说这样的形态我们是比较少见到的因为其线是一个非常头痛的问题您大概从下图可见一斑 

 
Ring Topology 

Ring形态可以说补足了bus的短处且无需使用终端电阻。因为它使用双网线连接当然其线数量也是双倍增加了。但在一般的办公室环境里面甚少会见到物理Ring形态的网路它通常是用来做为连接数建筑物之间的高速龙骨干网如FDDI等。 


逻辑形态 

虽然我也知道我很嗦但我还是要提醒大家网路形态和逻辑形态是两码子事情在学习逻辑形态的时候我建议您先将物理形态忘记掉。 

Bus / Ethernet 


我想Ethernet恐怕是最佳的逻辑bus形态例子了它也是现在最普遍的LAN类型。 

这个逻辑bus形态是如何工作的呢很简单就是每次只能有一个节点在网路上传递数据给其它节点其形式是通过对整个网路进行广播(broadcast)。然後其它接点收听到广播之後就看看数据是否传个自己的如果是则接收下来如果不是则略过。每一节点都有一个自己用的48bit的地址(也可以称为Node ID也就是在前面说的网卡地址了)而每一个在网路中传输的数据都是以这个地址为传送和接收依据的。 

当任何一个节点进行广播的时候所有的其它节点都收听得到。其情形就像我们上课一样老师说“第几排第几号同学出来拿作业”虽然全班同学都听得到但却只有一位同学可以拿到。Bus形态也和这种形式很类似当然具有更严谨的一套法则啦。在bus上面的数据都是以框包(frame)形式传递的框包送出来之後会同时向bus两端广播当目的地接收到给它的框包也不是据为己有的而是一份给自己而原来的框包则还是会继续被送给下一个节点直到封包抵达终端电阻才会被销毁。 

任何类型的数据要在这一网路上面传递的话都必须严格的遵循既定的框包格式Data Link Layer Frame 格式是给网路用来安排数据的。Ethernet的Data Link Layer Frame看起来如图 序言
(Preamble)  目的地
地址
(Destination)  来源地址
(Source)  信息类型
(Message Type)  数据
(Data)  封包监测资料
(Frame check sequence)  
8 bytes  6 bytes  6 bytes  2 bytes  46-1500 bytes  4 bytes  


每一个 frame 都不可以超过1518bytes这样就可以确保任何一个工作站都不会占用网路太久。工作站对网路广播之前都会先倾听一下有没其它人在使用网路如果听起来很安静则它会发送广播。但要是网路上仍然嘈嘈的呢(这个情形就是bus形态最担心的)这时候工作站就需等待了。 

假如节点A和节点B相隔得太远的话当他们倾听的时候可能都还没听得到对方有话要说就都同时把封包出去这就是所谓的碰撞(collision)了。如果当一个碰撞发生了就会在网线产生一个频率徊( frequecy ripple)。如果第一个节点监测到有这样的 ripple 它就会发出一个高频信号去清除所有其它信号。这个信号告诉所有节点碰撞已经发生这样全部节点都不会再发送封包了。这时候每一个节点都会随机的等待一段时间再重新进行广播总共可以进行16次尝试大家才会最终放弃。不过其情形也不会好到哪里因为在大家等待之後彼此都有封包要发送谁都想先发送自己的封包如果节点越多距离越长发生碰撞的机会也就越高。 

情形就象上课时您要发言得先看看有没有其它同学在发言如果已经有人在说话了那你就先等他/她讲完再举手。要是两个人都同时举手老师就会宣重新再举手这时候大家可以在一秒钟之内再举手要是还是一样那麽可以再於两秒之内任何时段举手再来就4秒8秒16秒....的延续下去要试过16次都还一样没办法了大家都不要说好了。 

在网路上我们称这样的方法为 CSMA/CD (Carrier-Sensing Multiple Access with Collision Detection)。要注意的是所有这些处理过程都必须在Ethernet 网卡上面进行也就是说如果您要选用Ethernet形态那麽你就必须全部使用Ethernet网卡。 

Ethernet可以在bus, star 等物理形态上面使用。10baseT就是使用star的物理形态但逻辑上却是bus形态来的同样也是Ethernet使用的是IEEE802.3标准。 


Token Ring 


Token Ring网路在物理上也和100BaseT Ethernet一样使用star形态。只不过代替hub的是MAU而已一个MAU可以连接八台电脑然後还可以连接到另一个MUA。一块Token Ring网卡上面其中有端会带有一个D-shell类型的接头而另一端则有一个odd-looking IBM接头。在Token Ring上面无需使用终端电阻网线的一头接到网卡另一头接在MUA就可以了。 

我们还记得在Ethernet系统上面使用广播形式传送封包然而在Token Ring里面每一个节点都只会得到其前面的一个节点送来的信息。Token Ring的灵魂所在是一个叫做 Token Packet的封包。为了避免碰撞发生Token Ring可以确保每次只能有一个工作站可以发送资料它们使用token packet(或曰token stick)来达到这一目的。只有获得这个Token packet的接点才可以发送资料。 

举个例子同学们在班上为了避免同时有两个人发言於是就使用一个令牌由一个同学传给下一个同学然後最後的同学传回给最前面的同学。拿到令牌的同学看看如果令牌是空的就把说话写在令牌上面(写满为止如果不够用等下次再写)然後明来源地址和目的地址再将令牌传给下一位同学。接到令牌的同学会检查目的地址如果不是给自己的就传给下一位如果地址是给自己的则抄一份保存原来的令牌照样传递下去。因为令牌是绕着圆圈的传递所以始终会到自己手上的。当那位原先发送信息的同学收回令牌看到来源地址是自己的就把令牌擦乾净然後把令牌交给下一位同学就算他还有话要说也要这样做。如果下一位同学没有东西要写就简单的把令牌交给下再一位则可如果有东西要写就重刚才的规则。 

Token Ring上使用的是类似的方法只是略有不同而已当一个节点获得Token Packet并完成了信息准备之後它会传给下一个节点如果没有人接下来就再传一次如果第二次都没有人要则给整个网路发送一个solicit successor fram的常规请求询问“有谁想要这一个Token啊”如果有节点回应这个请求它就把Token直接传到该地址。 

不过同是使用Ring形态的FDDI则略有不同也拿刚才的例子说明凡是拿到令牌的同学先把要说的东西写在纸条上面也明是谁写给谁的然後把纸条夹在令牌上传给下一位要是没有话要说就把令牌直接传给下一位即可。等收到令牌的时候就看看信息是否给自己的如果是就抄一份保存下来如果同时还有信息要送呢再按格式填写纸条也夹在令牌上面传给下一位同学。等令牌在绕回来的时候检查上面的那些纸条如果发现发信人是自己的话就把纸条拿下来然後撕掉就行了。 

在网路上我们称这种方法做Token Passing。 


IEEE802.3 vs. IEEE802.5 


我们称Ethernet的传递形式为广播(broadcast)形式Token Ring使用的则是指定(dedicated)形式broadcast属probabilistic形式的协定也就是不能够保工作站可以获得接通网线的能力。Token Ring则属deterministic形式的协定也就是使用一套规则来保工作站有接通网线的能力。在IEEE定标准面Ethernet属802.3标准而Token Ring则属802.5标准: 
特性类项  IEEE 802.3  IEEE 802.5  
逻辑形态  Bus  Single Ring  
物理形态  Star, Bus  Star  
介质  Optic fiber, Twisted Pair,
Coaxial Cable  Twisted Pair  
频宽  10 Mbps  4 or 16 Mbps  
连接形式  CSMA/CD  Token Passing  
过载信息  Single  1(4 Mbps)或
Multiple(16 Mbps)  
最大封包体积  1518 bytes  4500 (4 Mbps) 
18000 (16 Mbps)  
节点数目  1024  260  
节点间隔  2.8m (minimum)  100m (maximum)  
最长网路距离  2.8km  不等  


另外还要一提的是有个IEEE802.4标准在物理上使用bus形态的但却以Token Passing的形式来传递资料。和Token Ring一样只有得到Token的节点才可以发送资料但一旦其获得了接收节点的确认回应就得把Token交给下一节点了。在网路里必须有一套机制来追踪哪一个节点会是下一个得到Token的节点。在网路上面会有一个master的角色如果token丢失或由某些原因不能传送master会先对全网路发出请求然後宣取消旧的token而重新发放一个它比任何其它节点要有最优先权获得Token。 

不过比起Token Ring的star形态来说802.4毕竟还是有其不足之处的。比如在802.5里面使用的mart hub有能力侦测到工作不良的节点从而可以把Token绕过它来传递同时会指示出哪一个节点有问题而802.4则做不到这点。 


五四三原则 

我们知道网线的传输距离都是有限的如果节点之间的距离太远我们就需要在中间使用增益器(Repeater)来将信号放大後继续传输。如果使用802.3协定的时候有一个原则我们是必需遵守的五四三原则。意思就是网路上最多只能有 

5个网段(segment)。所谓segment就在物理连接上最接近的一组电脑在一个BNC网段里面最多只能接30台电脑且网线总长不能超过185m。 
4个增益器(repeater)。也就是将信号放大的装置。 
3个电脑群体(population)。这个不好理解也就是说前面所说的5个segment之中只能有3个可以装电脑其它两个不行。 
这个原则看上去就好像这样 

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