《网络基础学习之二》常见局域网拓扑及操作系统

119011090 · 发表于 2006-10-6 12:49:30

在上一篇中我们介绍了网络的基本分类，本篇主要介绍常见的几种局域网拓扑结构和网络操作系统。
一、常见的局域网拓扑结构
网络中的计算机等设备要实现互联，就需要以一定的结构方式进行连接，这种连接方式就叫做"拓扑结构"，通俗地讲这些网络设备如何连接在一起的。目前常见的网络拓扑结构主要有以下四大类：
（1）星型结构
（2）环型结构
（3）总线型结构
（4）星型和总线型结合的复合型结构
下面我们分别对这几种网络拓朴结构进行一一介绍。
1. 星型结构
这种结构是目前在局域网中应用得最为普遍的一种，在企业网络中几乎都是采用这一方式。星型网络几乎是Ethernet（以太网）网络专用，它是因网络中的各工作站节点设备通过一个网络集中设备（如集线器或者交换机）连接在一起，各节点呈星状分布而得名。这类网络目前用的最多的传输介质是双绞线，如常见的五类线、超五类双绞线等。它的基本连接图示如图1所示。

图1
这种拓扑结构网络的基本特点主要有如下几点：
（1）容易实现：它所采用的传输介质一般都是采用通用的双绞线，这种传输介质相对来说比较便宜，如目前正品五类双绞线每米也仅1.5元左右，而同轴电缆最便宜的也要2.00元左右一米，光缆那更不用说了。这种拓扑结构主要应用于IEEE 802.2、IEEE 802.3标准的以太局域网中；
（2）节点扩展、移动方便：节点扩展时只需要从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而要移动一个节点只需要把相应节点设备移到新节点即可，而不会像环型网络那样"牵其一而动全局"；
（3）维护容易；一个节点出现故障不会影响其它节点的连接，可任意拆走故障节点；
（4）采用广播信息传送方式：任何一个节点发送信息在整个网中的节点都可以收到，这在网络方面存在一定的隐患，但这在局域网中使用影响不大；
（5）网络传输数据快：这一点可以从目前最新的1000Mbps到10G以太网接入速度可以看出。
其实它的主要特点远不止这些，但因为后面我们还要具体讲一下各类网络接入设备，而网络的特点主要是受这些设备的特点来制约的，所以其它一些方面的特点等我们在后面讲到相应网络设备时再补充。
2. 环型结构
这种结构的网络形式主要应用于令牌网中，在这种网络结构中各设备是直接通过电缆来串接的，最后形成一个闭环，整个网络发送的信息就是在这个环中传递，通常把这类网络称之为"令牌环网"。这种拓扑结构网络示意图如图2所示。

图2
上图所示只是一种示意图，实际上大多数情况下这种拓扑结构的网络不会是所有计算机真的要连接成物理上的环型，一般情况下，环的两端是通过一个阻抗匹配器来实现环的封闭的，因为在实际组网过程中因地理位置的限制不方便真的做到环的两端物理连接。
这种拓扑结构的网络主要有如下几个特点：
（1）这种网络结构一般仅适用于IEEE 802.5的令牌网（Token ring network），在这种网络中，"令牌"是在环型连接中依次传递。所用的传输介质一般是同轴电缆。
（2）这种网络实现也非常简单，投资最小。可以从其网络结构示意图中看出，组成这个网络除了各工作站就是传输介质--同轴电缆，以及一些连接器材，没有价格昂贵的节点集中设备，如集线器和交换机。但也正因为这样，所以这种网络所能实现的功能最为简单，仅能当作一般的文件服务模式；
（3）传输速度较快：在令牌网中允许有16Mbps的传输速度，它比普通的10Mbps以太网要快许多。当然随着以太网的广泛应用和以太网技术的发展，以太网的速度也得到了极大提高，目前普遍都能提供100Mbps的网速，远比16Mbps要高。
（4）维护困难：从其网络结构可以看到，整个网络各节点间是直接串联，这样任何一个节点出了故障都会造成整个网络的中断、瘫痪，维护起来非常不便。另一方面因为同轴电缆所采用的是插针式的接触方式，所以非常容易造成接触不良，网络中断，而且这样查找起来非常困难，这一点相信维护过这种网络的人都会深有体会。
（5）扩展性能差：也是因为它的环型结构，决定了它的扩展性能远不如星型结构的好，如果要新添加或移动节点，就必须中断整个网络，在环的两端作好连接器才能连接。
3. 总线型结构
这种网络拓扑结构中所有设备都直接与总线相连，它所采用的介质一般也是同轴电缆（包括粗缆和细缆），不过现在也有采用光缆作为总线型传输介质的，如后面我们将要讲的ATM网、Cable Modem所采用的网络等都属于总线型网络结构。它的结构示意图如图3所示。

图3
这种结构具有以下几个方面的特点：
（1）组网费用低：从示意图可以这样的结构根本不需要另外的互联设备，是直接通过一条总线进行连接，所以组网费用较低；
（2）这种网络因为各节点是共用总线带宽的，所以在传输速度上会随着接入网络的用户的增多而下降；
（3）网络用户扩展较灵活：需要扩展用户时只需要添加一个接线器即可，但所能连接的用户数量有限；
（4）维护较容易：单个节点失效不影响整个网络的正常通信。但是如果总线一断，则整个网络或者相应主干网段就断了。
（5）这种网络拓扑结构的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。
4. 混合型拓扑结构
这种网络拓扑结构是由前面所讲的星型结构和总线型结构的网络结合在一起的网络结构，这样的拓扑结构更能满足较大网络的拓展，解决星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量的限制。这种网络拓扑结构同时兼顾了星型网与总线型网络的优点，在缺点方面得到了一定的弥补。这种网络拓扑结构示意图如图4所示。

图4
这种网络拓扑结构主要用于较大型的局域网中，如果一个单位有几栋在地理位置上分布较远（当然是同一小区中），如果单纯用星型网来组整个公司的局域网，因受到星型网传输介质--双绞线的单段传输距离（100m）的限制很难成功；如果单纯采用总线型结构来布线则很难承受公司的计算机网络规模的需求。结合这两种拓扑结构，在同一栋楼层我们采用双绞线的星型结构，而不同楼层我们采用同轴电缆的总线型结构，而在楼与楼之间我们也必须采用总线型，传输介质当然要视楼与楼之间的距离，如果距离较近（500m以内）我们可以采用粗同轴电缆来作传输介质，如果在180m之内还可以采用细同轴电缆来作传输介质。但是如果超过500m我们只有采用光缆或者粗缆加中继器来满足了。这种布线方式就是我们常见的综合布线方式。这种拓扑结构主要有以下几个方面的特点：
（1）应用相当广泛：这主要是因它解决了星型和总线型拓扑结构的不足，满足了大公司组网的实际需求；
（2）扩展相当灵活：这主要是继承了星型拓扑结构的优点。但由于仍采用广播式的消息传送方式，所以在总线长度和节点数量上也会受到限制，不过在局域网中是不存在太大的问题；
（3）同样具有总线型网络结构的网络速率会随着用户的增多而下降的弱点；
（4）较难维护，这主要受到总线型网络拓扑结构的制约，如果总线断，则整个网络也就瘫痪了，但是如果是分支网段出了故障，则仍不影响整个网络的正常运作。再一个整个网络非常复杂，维护起来不容易；
（5）速度较快：因为其骨干网采用高速的同轴电缆或光缆，所以整个网络在速度上应不受太多的限制。
二、常见局域网操作系统
我们在第一篇开始就说到了网络的基本组成，其中一个重要组成部分就是"网络操作系统"。它是整个网络的核心，也是整个网络服务和管理的基础。目前局域网中主要存在以下几类网络操作系统：
1. Windows类
对于这类操作系统相信用过电脑的人都不会陌生，这是全球最大的软件开发商--Microsoft（微软）公司开发的。Microsoft公司的Windows系统不仅在个人操作系统中占有绝对优势，它在网络操作系统中也是具有非常强劲的力量。这类操作系统配置在整个局域网配置中是最常见的，但由于它对服务器的硬件要求较高，且稳定性能不是很高，所以微软的网络操作系统一般只是用在中低档服务器中，高端服务器通常采用UNIX、LINUX或Solairs等非Windows操作系统。在局域网中，微软的网络操作系统主要有：Windows NT 4.0 Serve、Windows 2000 Server/Advance Server，以及最新的Windows 2003 Server/ Advance Server等，工作站系统可以采用任一Windows或非Windows操作系统，包括个人操作系统，如Windows 9x/ME/XP等。
在整个Windows网络操作系统中最为成功的还是要算了Windows NT4.0这一套系统，它几乎成为中、小型企业局域网的标准操作系统，一则是它继承了Windows家族统一的界面，使用户学习、使用起来更加容易。再则它的功能也的确比较强大，基本上能满足所有中、小型企业的各项网络求。虽然相比Windows 2000/2003 Server系统来说在功能上要逊色许多，但它对服务器的硬件配置要求要低许多，可以更大程度上满足许多中、小企业的PC服务器配置需求。
2. NetWare类
NetWare操作系统虽然远不如早几年那么风光，在局域网中早已失去了当年雄霸一方的气势，但是NetWare操作系统仍以对网络硬件的要求较低（工作站只要是286机就可以了）而受到一些设备比较落后的中、小型企业，特别是学校的青睐。人们一时还忘不了它在无盘工作站组建方面的优势，还忘不了它那毫无过份需求的大度。且因为它兼容DOS命令，其应用环境与DOS相似，经过长时间的发展，具有相当丰富的应用软件支持，技术完善、可靠。目前常用的版本有3.11、3.12和4.10 、V4.11，V5.0等中英文版本，NetWare服务器对无盘站和游戏的支持较好，常用于教学网和游戏厅。目前这种操作系统有市场占有率呈下降趋势，这部分的市场主要被Windows NT/2000和Linux系统瓜分了。
3. Unix系统
目前常用的UNIX系统版本主要有：Unix SUR4.0、HP-UX 11.0，SUN的Solaris8.0等。支持网络文件系统服务，提供数据等应用，功能强大，由AT&T和SCO公司推出。这种网络操作系统稳定和安全性能非常好，但由于它多数是以命令方式来进行操作的，不容易掌握，特别是初级用户。正因如此，小型局域网基本不使用Unix作为网络操作系统，UNIX一般用于大型的网站或大型的企、事业局域网中。
4. Linux
这是一种新型的网络操作系统，它的最大的特点就是源代码开放，可以免费得到许多应用程序。目前也有中文版本的Linux，在国内得到了用户充分的肯定，主要体现在它的安全性和稳定性方面，它与Unix有许多类似之处。但目前这类操作系统目前使仍主要应用于中、高档服务器中。
以上介绍几种网络操作系统，其实这几种操作系统是完全可以实现互联的，也就是说在一个局域网中完全可以同时存在以上几种类型的网络操作系统。这一点我们将在本教程的后面继续介绍。
三、局域网的几种工作模式
局域网的工作模式是根据局域网中各计算机的位置来决定的，目前局域网主要存在着两种工作模式，它们涉及到用户存取和共享信息的方式，它们分别是：客户/服务器（C/S）模式和点对点（Peer-to-Peer）通信模式。
1. 客户/服务器模式：（C/S）
这是一种基于服务器的网络，在这种模式中，其中一台或几台较大的计算机集中进行共享数据库的管理和存取，称为服务器；而将其它的应用处理工作分散到网络中其它微机上去做，构成分布式的处理系统，服务器控制管理数据的能力己由文件管理方式上升为数据库管理方式，因此，C/S网络模式的服务器也称为数据库服务器。这类网络模式主要注重于数据定义、存取安全、备份及还原，并发控制及事务管理，执行诸如选择检索和索引排序等数据库管理功能。它有足够的能力做到把通过其处理后用户所需的那一部分数据而不是整个文件通过网络传送到客户机去，减轻了网络的传输负荷。C／S网络模式是数据库技术的发展和普遍应用与局域网技术发展相结合的结果。这种模式与下面所讲的点对点模式主要存在以下两个方面的不同：
·后端数据库负责完成大量的任务处理，如果C/S型数据库查找一个特定的信息片段，在搜寻整个数据库期间并不返回每条记录的结果，而只是在搜寻结束时返回最后的结果。
·如果数据库应用程序的客户机在处理数据库事务时失败，服务器为了维护数据库的完整性，将自动重新执行这个事件。
2. 对等式网络：（Peer-to-Peer）
在拓扑结构上与专用Server的C／S不同，在对等式网络结构中，没有专用服务器。在这种网络模式中，每一个工作站既可以起客户机作用也可以起服务器作用。有许多网络操作系统可应用于点对点网络，如微软的Windows for Workgroups 、Windows NT WorkStation、Windows 9X和Novell Lite等。
点对点对等式网络有许多优点，如它比上面所介绍的C/S网络模式造价低，它们允许数据库和处理机能分布在一个很大的范围里，还允许动态地安排计算机需求。当然它的缺点也是非常明显的，那就是提供较少的服务功能，并且难以确定文件的位置，使得整个网络难以管理。
好了，对一些基础概念的介绍就讲到这里，在下面的文章里，我们将进入一些实作性的课题，首先，我们将介绍局域网网线制作的材料与工具。

《网络基础学习之二》常见局域网拓扑及操作系统

优秀斑竹奖

特殊贡献奖