局域网组成

1.3.2　局域网组成

局域网和其他计算机网络一样，由服务器、工作站、外围设备和网络协议四部分组成，如图1-21所示。

图1-21　局域网组成

1．服务器

网络中起服务作用，并提供服务资源的实体称为服务器。网络服务器是一个中性的名称，它既是硬件又可是软件。如文件服务器、数据库服务器、通信服务器、终端服务器、打印服务器以及应用服务器等。

小型局域网中的服务器一般提供文件和打印两种服务，并且在大多数情况下，将文件和打印服务集中到一台计算机上进行。所有工作站通过外围设备与服务器连接在一起，并且共享服务器的软硬件资源。

2．工作站

工作站是指一个连接到局域网上的可编址设备，它用于对用户数据进行就地处理，并作为用户与网络之间的接口。用户可通过工作站请求获得网络服务，网络服务器又把处理结果返回给工作站上的用户。在不同的网络中，工作站又被称为“节点”或“客户机”。工作站可以是PC机，也可以是工程工作站。

小型局域网中的工作站实际上是一台普通的PC机，当它与文件服务器相联并登录到服务器后，可以在服务器上存取文件，把得到的所需文件在工作站后直接运行，并可将自己的打印作业通过网络服务器打印输出。

3．外围设备

外围设备是连接服务器与工作站的传输介质或互联通信设备。常用的传输介质有同轴电缆、双绞线和光缆等；通信设备有网卡、集线器、交换机等；在需要接入因特网或进行计算机之间的远程互联时，一般还需要路由器。

4．通信协议

通信协议是指网络中通信各方事先约定的通信规则，这里可以简单地理解为各计算机之间进行相互对话所使用的共同规则。小型局域网中一般使用NetBEUI、TCP/IP和SPX/IPX三种协议。

以太网

以太网（Ethernet）最初是由美国Xerox公司和Stanford大学联合开发并于1975年推出的，后来由Xerox、Intel和DEC公司合作于1980年9月底公布了Ethernet的物理层和数据链路层的技术规范（协议内容），成为世界上第一个局域网的工业标准。IEEE802.3国际标准是在Ethernet标准的基础上制定的。

通常我们所说的以太网主要是指以下三种不同的局域网技术：

① 以太网/IEEE 802.3——采用同轴电缆作为网络媒体，传输速率达到10Mb/s；

② 100Mb/s以太网——又称为快速以太网，采用双绞线作为网络媒体，传输速率达到100Mb/s；

③ 1000Mb/s以太网——又称为千兆以太网，采用光缆或双绞线作为网络媒体，传输速率达到1000Mb/s（1Gb/s）。

以太网采用广播机制，所有与网络连接的工作站都可以看到网络上传递的数据。通过查看包含在帧中的目标地址，确定是否进行接收或放弃。如果证明数据确实是发给自己的，工作站将会接收数据并传递给高层协议进行处理。

无论何种Ethernet，其MAC层均采用争用型的介质访问控制协议，即CSMA/CD。

Ethernet组网非常灵活和简便，可使用多种物理介质、以不同拓扑结构组网，并且在轻载情况下具有较高的网络传输效率，是目前国内外应用最为广泛的一种网络，已成为网络技术的主流。以太网结构示意图如图1-22所示。

图1-22　以太网结构示意图

1．CSMA/CD介质访问控制方法

CSMA/CD载波监听多路访问/冲突检测方法是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。

CSMA/CD是一种分布式介质访问控制协议，网中的各个站（节点）都能独立地决定数据帧的发送与接收。每个站在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。这时，如果两个以上的站同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这使发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败。每个站必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止发送，以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重新发送帧。CSMA/CD协议简单、可靠，其网络系统（如Ethernet）被广泛使用。

2．CSMA/CD帧的发送流程（如图1-23所示）。

图1-23　CSMA/CD帧发送流程

一个站要发送信息帧，首先要监听总线，以确定介质是否有其他站点正在发送信息。

如果介质是空闲的，则可以发送；如果介质是忙碌的，则要继续监听，一直等到介质空闲时方可发送。

在发送信息帧的同时，还要继续监听总线。一旦监听到冲突发生，便立即停止发送，并向总线发出一串阻塞信号来加强冲突，以便通知总线上各个站点已发生冲突。这样，通道的容量不致因传送已损坏的帧而白白浪费。冲突发生后，应随机延迟一个时间量，再去争用总线。通常采用的延迟算法是二进制指数。

3．退避算法的过程

（1）如果一个站点发生了第一次冲突，就等待0或1个时隙（随机选择），然后重试。

（2）如果它发生了第二次冲突，就等待0、1、2或3个时隙（仍是随机选择）。

（3）在第三次冲突后，等待时间从0到7个时隙不等。

（4）一般来说，在第n次冲突以后，如果n≤10，等待时间从0到2n−1个时隙。如果n>10，等待时间从0到1 024（210）个时隙。

（5）在发生第16次冲突以后放弃。这时可能是某个地方出了问题，负责控制的计算机被告知网络无法传送帧。在这种情况下，其他的软件或网络管理员必须调查并诊断问题。

这个算法是按照后进先出的次序控制的，即未发生冲突或很少发生冲突的帧，具有优先发送的概率。而发生过多次冲突的帧，发送成功的概率反而小。

4．CSMA/CD的帧接收过程

CSMA/CD的帧接收过程中总线上的非发送站点总是处于监听总线状态。当总线上有信号时，则启动帧接收过程。对于接收到的帧，要进行如下的帧有效性检查：

（1）滤除因冲突而产生的“帧碎片”，即当接收的帧长度小于最小帧长限制时，则认为是不完整的帧而将它丢弃掉。

（2）检查帧的目的地址字段（DA）是否与本站地址相匹配。如果不匹配，则说明不是发送给本站的而将它丢弃掉。

（3）进行帧的CRC校验。如果CRC校验有错，则丢弃该帧。

（4）进行帧长度检验。接收到的帧长必须是8位的整数倍，否则丢弃掉。

（5）最后将有效的帧提交给LLC子层。

CSMA/CD帧的接收工作流程如图1-24所示。

图1-24　CSMA/CD帧的接收工作流程