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  • 一般是方圆几千米以内,局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。下面小编给大家整理了局域网硬件组成,供大家参阅。1.网络结构的选择采用目前流行...

    局域网的硬件组成有哪些

    局域网(英文:Local Area Network 缩写LAN),指有限区域(如办公室或楼层)内的多台计算机通过共享的传输介质互连,所组成的封闭网络。一般是方圆几千米以内,局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。下面小编给大家整理了局域网的硬件组成,供大家参阅。

    1.网络结构的选择采用目前流行的快速以太网技术,使用星型拓扑结构,组建一个可以满足客户机/服务器及对等网要求的小型局域网。

    2.硬件的准备组网硬件包括服务器、工作站、网卡、集线器和双绞线等,在选择时需要根据不同的`网络应用需求,进行整体的分析和考虑。

    服务器:网络的重点设备,在许可的情况下,尽量配置高一些,最好采用专用服务器,避免使用普通高配置计算机充当服务器,原因在于专用服务器是针对网络应用专门设计的,网络性能要比普通计算机好很多。

    工作站:选择流行机种,以满足需求的基本配置为度,数量的选择兼顾集线器端口的数量,一般集线器常见端口数为8 口、12 口、16 口和24 口,不要造成太多的端口浪费。

    网卡:工作站计算机选择10M/100M 自适应PCI 总线网卡,专用服务器一般都自带一个10M/100M 自适应网卡。

    集线器:集线器的选择很大程度取决于组建的局域网的网络工作性质,一种情况为各工作站的网络通信主要是与服务器之间的通信,工作站之间没有什么通信,这种情况可以采用两个24 口可堆叠式10M/100M 自适应集线器,将服务器和最多47 台工作站组成一个局域 网。另一种情况则是各工作站的网络通信除了与服务器之间的通信外,工作站之间还存在大量通信,这种情况下就应该采用交换机。比较经济的法是采用一台8 口的10M/100M 交换机做中心交换机,下带两台有1 个100M 口、24 个10M 口的交换机来组建局域网。如果10M 还不能满足工作站间的网络通信需求,就全部采用10M/100M 自适应交换机。

    双绞线:采用5 类或超5 类双绞线,每根UTP 需要两个RJ-45 连接器(俗称水晶头)。 所有硬件准备好后,用双绞线将每一台工作站、服务器中的网卡与集线器连接起来,局域网硬件部分就大功告成,接下来就到软件部分的安装。

    3.操作系统的选择服务器的采用Windows 2000 Server 网络操作系统,工作站可采用Windows 9x、Windows Me 或Windows 2000 Professional 操作系统,配置好服务器的服务设置和网络配置之后,安装好工作站的操作系统及网络相关设置,便可进行局域网的整体调试,调试通过,局域网组建工作完成。

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    千次阅读 2018-08-05 17:49:55
     局域网即时通讯工具的设计与实现 PS:等有空了,放源码讲解吧。。。。 目录 局域网即时通讯工具的设计与实现 1.引言 1.1课题背景及意义 1.2发展现状 1.2.1产品同质化的现象严重 1.2.2产品定位不够精准 ...

     

                                  局域网即时通讯工具的设计与实现

    PS:等有空了,放源码讲解吧。。。。

    目录

    局域网即时通讯工具的设计与实现

    1.引言

    1.1课题背景及意义

    1.2发展现状

    1.2.1产品同质化的现象严重

    1.2.2产品定位不够精准

    1.3系统目标

    1.3.1显示主机名称及IP地址

    1.3.2收发文件、发送实时图像及发送录音

    1.3.3历史记录和下线刷新

    1.4运行环境及开发语言

    1.4.2开发运行环境的

    1.4.3系统开发语言

    2.相关开发技术

    2.1WPF(Windows Presentation Foundation)

    2.2C/S模式

    2.3多线程编程技术

    2.3.1进程与线程

    2.3.2多线程、线程池

    2.4TCP/UDP协议

    2.5Winsock网络编程

    3.系统需求分析

    3.1系统总体需求分析

    3.2系统流程图

    3.2.1发送端流程图

    3.2.2接收端流程图

    3.3系统可行性分析

    3.3.1技术可行性

    3.3.2经济可行性

    3.3.3操作可行性

    4.系统设计

    4.1系统总体设计

    4.2主界面的设计

    4.3文字聊天模块

    4.3.1文字聊天

    4.3.2文字聊天流程图

    4.4文件传输模块

    4.5截图模块

    4.6录音模块

    4.7历史记录模块

    4.7.1数据库设计

    4.7.2各种类型信息的记录

    4.7.3历史消息的显示界面

    5.总结和展望

    5.1总结

    5.2展望

    参考文献

     

     

    1.引言

     

    1.1课题背景及意义

    互联网的蓬勃兴起,促进了基于因特网的即时通讯技术的迅速发展。自1998年以来,即时通讯行业发展迅速,其功能日益丰富。如今即时通讯已经发展成一种综合化信息平台,实现终端联网的即时通讯服务[1]。即时通讯是在因特网上扩展会话和分散通信方式的实例[2]。但作为社交工具[3],部分即时通讯软件并不满足有特定需求的用户群体,如对内部网络和Internet的接入有严格限制的用户。部分主流即时通讯软件存在如下问题:①广告等无关信息的不断推送;②对Internet网络的极度依赖;③基本功能之外的扩展功能庞多[4]。而局域网即时通讯工具能有效地解决上述问题[5],有效地提高网络资源利用率。 

    1.2发展现状

    1.2.1产品同质化的现象严重

    腾讯QQ,最开始是通过模仿ICQ起步的。在随后的发展中,通过不断创新,逐步成长起来,甚至超越了ICQ已有的成就,在我国即时通讯市场占有率达到了第一。这种效应模式也被后来许多公司模仿,但部分公司通常会直接模仿,而不进行创新。所以目前,我国即时通讯市场上的软件同质化程度高[6]。

    1.2.2产品定位不够精准

    目前,我国的即时通讯软件大部分属于娱乐为主,功能为辅的类型。开发出的应用功能,基本上都是为娱乐服务的。由于市场化经济的刺激,使得很多通讯工具的功能为了体现新颖,目的是为了吸引用户下载使用。但是,由于目前即时通讯工具庞杂,各类新颖的功能也层出不穷,使得许多功能不适用于用户群体,导致功能虽然看上去新颖,但是明显觉得多余,甚至是由于某些新颖的功能,而让用户放弃使用[7]。

    1.3系统目标

     

    1.3.1显示主机名称及IP地址

     

    在程序启动时,使用Winsock获取本机主机名称及MAC地址,将信息封装到UDP数据包中,每两秒在局域网中广播一次。局域网内的其他主机通过解析广播包,获取到本机的名称、MAC地址和IP地址。然后在系统的主界面能够显示局域网中其它已经安装并运行该工具的主机名称和IP地址,使用MAC地址标记各主机的昵称。同时,可以和其它主机进行文字聊天。

    1.3.2收发文件、发送实时图像及发送录音

    任何一台主机可以和其它主机进行收发文件,包括但不限于WORD、PPT、ZIP等文件格式。其次,实现类似QQ的实时截图功能。通过获取整个屏幕图片,利用鼠标选取特定区域,向选定主机发送。同时,通过调用winmm.dll中的mciSendString方法实现录音功能,点击录制语音,可发送给选定的主机。

    1.3.3历史记录和下线刷新

    保留与其它主机的通信信息,通过将历史记转换成特定格式存储到数据库,以达到保存历史记录到本地的功能。在系统下次启动后,用户能查阅之前的历史记录,也可以选择清空历史记录。但清空记录并不删除已经接受的文件和截图。

    1.4运行环境及开发语言

     

    1.4.2开发运行环境的

     

    本系统是一个面向中小型企业机构,满足内部通讯需要的局域网即时通讯系统。开发此系统所需的基本软、硬件环境为:

    (1).操作系统:Windows XP 64bit、Windows 7 64bit及Windows 8等其它64位操作系统

    (2) 内存:2G以上内存

    (3) 处理器:Intel Pentium PIII或更高处理器。

    (4) 通讯网络:局域网

    1.4.3系统开发语言

    本系统使用C#语言在VS2012平台上开发。C#是基于C/C++的面向对象的编程语言。它的主要优点:一是具有优异的快速开发能力,二是支持面向对象的方法[8]。

     

    2.相关开发技术

     

    2.1WPF(Windows Presentation Foundation)

    WPF是为.NET框架设计的全新的软件界面显示系统。为了方便软件开发人员使用该系统的功能,微软提供了一个编程类库。这个编程类库具有以下四点特性:1、对用户界面功能更广泛的支持和融合。2、声明式脚本语言的引入与正式支持。3、更简单的安装与配置4、更新的文字排版支持[9]。

    同时,比较基于GDI的图形界面程序拥有以下优越的特性:1、显示图形的设备无关性。2、更高的画面精度。3、对界面重叠的更好的处理。4、WPF显示使用了硬件加速。5、通过脚本控制界面执行效果。6、WPF的可移植性[9]。

    2.2C/S模式

    直接或间接地通过网络协议与其他计算机进行通信,是网络编程的目的。其的基本模型是客户机/服务器模型(Client/Server Model,简称C/S模式)[10]。而C/S模式在实际应用操作过程中采取主动请求方式,在客户进程发出请求完全是随机的,同时,可能有若干个用户请求连接同一个服务器。这就要求服务器具有解决并发请求的能力[11]。

    2.3多线程编程技术

     

    2.3.1进程与线程

     

    在Windows系统中,系统具有同时运行若干个程序的能力,而每个运行中的程序就是一个进程。进程是操作系统结构的基础。线程是进程中的一个实体。线程之间的相互制约,会导致线程在运行中呈现出间断性[12]。

    2.3.2多线程、线程池

    通过运行单个程序来创建多个线程来完成各自的功能,从而提高CPU的利用率。但多线程具有明显缺点:1、线程数量越多,系统内存消耗越大。2、为了管理并协调这些线程,需要CPU花费更多的时间跟踪。3、当线程之间访问共享资源时,可能会导致不可预知的问题。

    而线程池,能弥补线程的部分缺点。通过有限固定的少量线程执行大量程序代码,从而减少创建与销毁线程带来的性能开销。通过设置最大并发线程数,解决线程之间访问共享资源的问题。

    2.4TCP/UDP协议

    UDP(User Datagram Protocol):用户数据包协议,是无连接、不可靠的传输层协议,提供尽力服务但不保证数据的完整性。但相比较于TCP一对一的连接,UDP能提高广播和多播服务。广播(Broadcastinig)使用广播地址255.255.255.255(需要指明接收者的端口号),可以将信息发送到在同一网络内的所有主机。同时为了避免未来瘫痪,路由器不会转发本地广播信息。多播,即对同一网络中部分主机进行了逻辑分组。在数据接收发送时,数据包在网络中传播,分组内的主机会对数据作出响应,而没有被划入这个分组的主机将在数据链路层丢弃这些数据包。

    TCP(Transmission Control Protocol):TCP是面向连接的通信协议,所以只能用于端到端的通讯。TCP层将包排序并进行错误检查,同时实现虚拟电路间的连接[13]。

    2.5Winsock网络编程

    在编程中涉及到网络访问控制的开发人员可直接引用System.Net.Sockets命名空间。该命名空间封装有Winsock(Windows Sockets) 接口的托管实现,。Socket是计算机进行通信的端口,是相关网络应用程序设计中的重要的概念[14]。

    在实际编程中,直接使用Socket类,可以获得更多的控制,可以使用不同的协议,不仅包括基于TCP或UDP的协议,还可以自定义自己的协议,更多地控制基于TCP或UDP的协议。接收数据的方法有两种:Socket类的Receive方法和NetworkStream的Read方法,发送数据也有对应的两种方法:Socket类的Send方法和NetworkStream的Wtire方法[15]。

    NetworkStream类能保证用户发送的数据,在不需要用户管理的情况下,自动地全部发送到TCP缓冲区,大大简化了编程工作,同时还提供了许多实用的属性和方法,所以在实际编程中,应用的较多。

     

    3.系统需求分析

     

    3.1系统总体需求分析

    本系统是一个局域网内的即时通讯工具,根据毕业设计需求,本系统将分为五个系统:1、简单文字聊天子系统,在局域网中选择同样安装本系统的用户,可以一对一发送简单的文字信息。2、文件传输子系统,将文件转化成文件比特流,传输到选定的用户,再转化还原成文件。3、仿QQ截图子系统,捕捉并显示整个屏幕的图像,通过相应的鼠标事件,可以选取图像的部分,发送给选定的用户。4、简单录音子系统,点击录制语音信息,可发送给选定的用户。5、历史信息存储子系统,记录与每个用户的聊天信息(包括文字信息、文件、截图),形成相应的记录存储在数据库SQLite中。本系统的功能类似飞鸽传书软件。在设计系统界面时,按照简洁、直观的特点安排,在编程时应充分考虑UDP(User Datagram Protocol)及TCP(Transmission Control Protocol的优缺点,实现局域网内用户之间沟通便捷,资源共享快速。

    3.2系统流程图

    3.2.1发送端流程图

     

    图3-1是发送端主机发送信息的流程图。在启动程序时,会根据局域网中的广播报文生成相应的用户主机列表。选择需要聊天的主机,根据传输的信息不同,转换成相应的比特流并封装,然后发送给目标主机。

                                                                               图3-1 发送端业务流程图

    3.2.2接收端流程图

    图3-2是接收端主机接收信息的流程图。在启动程序时,根据广播信息生成相应的用户主机列表。接收到数据并作分析处理。根据信息类型的不同,生成相应的记录并显示在对应的地方。其中文件信息,需要用户判断是否接受。若不接受,将舍弃。若接受,则做与其他类型相似的处理。

                                                                               图3-2 接收端业务流程图

    3.3系统可行性分析

    3.3.1技术可行性

     

    本系统是为方便局域网内部人员交流沟通开发的。具体设计实现涉及到C#编程、TCP/IP 协议及WinSock网络编程、多线程编程技术。而本人在之前的大学课程中均有所涉及,借此机会,更加深入地学习、理解。

    3.3.2经济可行性

    成本方面:由于本系统的设计与实现属于教学科研的一个环节,并且由指导老师义务指导。所以开发本系统的经济成本是低的。

    效益方面:开发一个合理的系统,可大大节约网络资源,曾经依赖Internet的接入传输的信息,现在使用本系统就可以在局域网传输,大大减少数据报跳转的路由数量。综合考虑以后,开发本系统的经济可行性高。

    ​​​​​​​3.3.3操作可行性

    本系统的目的是方便局域网内部人员。并且由于系统功能简单,其相应的界面简洁,用户只需通晓简单的电脑操作知识,就能自由地应用本软件。

     

    4.系统设计

     

    4.1系统总体设计

    本系统主要分为五个部分:1、简单文字聊天。2、文件传输。3、仿QQ截图。4、简单录音。5、历史记录。所以接下来将系统分为五大模块来介绍。

    本系统设计实现时,关键的部分在于如何在局域网中发送接收数据,并对接收的数据进行解析。在本系统中,发收数据是采用C/S结构,每个运行在电脑的系统即是客户端又是服务端。在本系统中,UDP用于发送上线下线的数据包,TCP用于发送文本、文件、截图的数据包。在系统启动时,会同时启动三个线程:

    1、用UDP广播方式广播本机上线信息:

    每两秒发送一个UDP广播包,封装的数据为,表示加入聊天系统的字符串“JOIN”,即自定义的数据类型,随后是本机用于网络通信的网卡的MAC地址,最后一部分是本机的主机名

    2、在本地所有IP地址的8001端口监听任意IP地址发出的UDP报文:

    按照自定义封装的数据类型解析。如果是“JOIN”类的数据包,按MAC地址查询数据库,检查是否有相应的昵称记录,有就返回,反之就将新用户插入数据库。在主界面显示出数据包分析得出的用户信息。如果是“LEAV”类数据包(当系统关闭时会发出一个“LEAV”类数据包),则说明有用户下线,在主界面移除数据包分析得出的用户信息。

    3、在本地所有IP地址的11000端口监听其它主机的TCP连接请求:

    设置监听最大连接个数为100.每接收到一个请求,都会新建一个套接字(用于连接发出这个请求的主机),并新开线程处理这个新连接的数据接收,原线程继续监听。所有对已接收数据的处理都封装在ChatSession类中(对数据包的处理主要都在ChatSession类的StartChat方法中)。数据包内容的开头设置字符表达数据的类型,“MESS”表示,是普通的文本信息转化成的数据。“FILE”表示,是文件转化成的数据。“PICT”表示,是图片转化成的数据。不同类型的数据将在功能模块里面详细说明。但,不管是怎样的数据都会生成相应的记录插入到数据库中。

    其中UDP广播通知上线的主要代码为:

    public void BroadCast(object state) {

                UdpClient udpClient = new UdpClient();

                IPEndPoint ep = new IPEndPoint(IPAddress.Broadcast, 8001);

                string message = "JOIN" + GetMacAddress() + (string)state;

                byte[] buff = Encoding.Default.GetBytes(message);

                while (!completed) {

                    udpClient.Send(buff, buff.Length, ep);

                    Thread.Sleep(2000);

                }

                udpClient.Close();

                return;

            }

    private static string GetMacAddress(){

                try{

                    string strMac = string.Empty;

                    ManagementClass mc = new ManagementClass("Win32_NetworkAdapterConfiguration");

                    ManagementObjectCollection moc = mc.GetInstances();

                    foreach (ManagementObject mo in moc){

                        if ((bool)mo["IPEnabled"] == true) {

                            strMac = mo["MacAddress"].ToString();

                            break;

                        }

                    }

                    moc.Dispose();

                    mc.Dispose();

                    return strMac;

                }

                catch{

                    return "unknown";

                }

            }

    其中UDP广播通知下线的主要代码为:

    public void Leave(string state) {

                UdpClient udpClient = new UdpClient();

                IPEndPoint ep = new IPEndPoint(IPAddress.Broadcast, 8001);

                string message = "LEAV" + state;

                byte[] buff = Encoding.Default.GetBytes(message);

                udpClient.Send(buff,buff.Length,ep);

                udpClient.Close();

                return;

            }

    4.2主界面的设计

    因为本系统的用户设计主要是针对用户在局域网内的日常活动,以及考虑到毕业设计的时间要求,所以本系统的界面较为简单,以便给用户提供一个上手快,理解简单的使用环境。为了方便用户选择单个用户发送信息,所以在主界面左侧设计了一个ListView,用于显示所有同一局域网内上线的用户,见图4-1,ListView的子项包括了用户名、IP地址及昵称(昵称存储在本地数据库)。为了方便用户辨别本机,将本机信息显示在界面上侧。

                                                                                        图4-1 主界面显示

     

           为了方便区分各个用户,添加了昵称功能。修改昵称的控件将显示在主界面的下侧。右击准备修改昵称的用户,可以编辑昵称,昵称将以MAC地址为主键存储在本地数据库,修改后在用户列表中实时刷新,系统下次启动还能显示。如图4-2.

                                                                                        图4-2  修改昵称

    点击任意一个用户,将出现与这个用户的聊天控件,控件将显示主界面的右侧,并显示这个用户发送给本机的未读信息。为了有条理的、直观地显示信息,设计了一个ListView用来显示。ListView的子项具有点击事件。

                                                                                      图4-3 聊天界面

    4.3文字聊天模块

    4.3.1文字聊天

     

    点击某个用户后,出现聊天控件,后台程序记录被点击的用户信息。同时,会启动一个新线程,不断查询数据库中是否有这个用户发送的未读信息。有就返回这些未读信息,将这些信息显示在当前显示消息的ListView中,并将这些未读信息更新为已都读。

           发送端:当需要向特定用户发送信息时,直接在右下的文本框中编辑,点击发送按钮,后台后台会获取文本框中的内容,将获取到的文本信息加上“MESS”的信息头部,再转换成比特数据。结合之前记录的用户信息,初始化套接字Socket为字符流方式的TCP通信,通过三次握手协议建立连接,实现点对点的数据传输,发送比特数据,关闭Socke连接,生成相应已读类型的记录更新到数据库,同时也将信息添加到显示信息的ListView中。

           接收端:通过协议建立连接,接收的数据包,调用ChatSession类的StartChat方法解析,如果是文本信息,生成标记为未读信息的记录插入到数据库中,接收完数据,关闭连接。文件、截图类信息,另行处理。

    因为一旦数据发送接收完就关闭连接,所以不需要考虑TCP数据包粘包的问题。

    ​​​​​​​4.3.2文字聊天流程图

    图4-4是文字聊天发送端流程图。用户在聊天列表中,点击接收信息的用户,后台会记录所选的用户。在文本框编辑需要发送的信息并点击“发送”按钮。将获取文本框内的信息并加上头部“MESS”,形成要发送的信息。通过编码将信息转换成比特流,在与目标主机建立连接后发送比特流,发送完毕则关闭连接。最后,形成相应的信息记录插入到数据库中。

                                                                               图4-4 文字聊天发送端流程图

    图4-4是文字聊天接收端流程图。在建立连接后,接收比特流数据。数据接收完,就关闭连接,分析比特流数据,得到文本信息。最后,生成对应的未读信息记录插入到数据库中。

                                                                               图4-5 文字聊天接收端流程图

    4.4文件传输模块

    系统的文件传输也要求尽量像文字聊天一样,简单易操作,同时充分发挥局域网的优势。其中,建立连接的部分和文字聊天中的一致。因为本系统中传输文件是有自定义的数据头部,实现带文件名的传输,因此接下来将着重介绍对文件的封装。

    点击用户,然后点击聊天控件中的发送文件按钮,将出现打开文件的对话框,如图4-5。选择文件并发送。后台获取文件路径,将对应文件使用FileStream类直接转换成文件流。使用自定义的FileNameHead类中GetBytes方法得到,图4-6中除文件流以外的比特部分。其中包括用来表示报文类型的“FILE”字段,文件名转化成比特流后的长度以及文件名的比特流,生成相应的已读类型的消息记录,更新到数据库及显示信息的ListView中。

                                                                               图4-5 打开文件对话框

           在图4-6中,除文件流以外部分的比特流,统一使用Unicode编码,文件名的比特流长度使用Int32类型的变量表示。所以FILE字段对应的比特流定长为8比特,文件名的比特流长度的比特流定长为 4比特,文件名的比特流及文件流不定长,但文件名的比特流长度可以通过解析前一个字段得到。因为一旦数据发送接收完就关闭连接,所以不需要考虑文件流长度不定的问题。

                                                                                            图4-6  TCP数据的内容

    主机接收文件数据时,会结合用户列表显示是哪个主机发送的,并询问是否接收,如图4-7。如果选“是”,随即出现保存文件对话框,从图4-8中,可看到文件名是已经设置好的。主机接收数据时,首先根据数据开头部分判断出是文件数据,再依据图4-6的格式进行解析,具体操作也封装在FileNameHead类中。生成相应的未读类型的消息记录,更新到数据库中。

                                                                                            图4-7 接收文件

                                                                                      图4-8 保存文件对话框

    其中FileNameHead实现的主要代码为:

    class FileNameHead{

            public static byte[] GetBytes(string FileName){

                byte[] fileNameByte = Encoding.Unicode.GetBytes(FileName);

                byte[] fileNameLengthForVauleByte = Encoding.Unicode.GetBytes(fileNameByte.Length.ToString());

                byte[] fileAttributeByte = new byte[fileNameByte.Length + fileNameLengthForVauleByte.Length];

                fileNameLengthForVauleByte.CopyTo(fileAttributeByte,0);

               fileNameByte.CopyTo(fileAttributeByte,fileNameLengthForVauleByte.Length);

                return fileAttributeByte;

            }

            public static int GetFileNameByteLength(byte[] FileNameHeadByte){

                byte[] fileNameLengthForVauleByte = new byte[4];

                Array.Copy(FileNameHeadByte, 8, fileNameLengthForVauleByte,0,4);

                string FileNameByteLength = Encoding.Unicode.GetString(fileNameLengthForVauleByte);

                int FileNameByteLengthNum = Convert.ToInt32(FileNameByteLength);

                return FileNameByteLengthNum;

            }

            public static string GetFileName(byte[] FileNameHeadByte, int FileNameByteLength){

                byte[] fileNameBytes = new byte[FileNameByteLength];

                Array.Copy(FileNameHeadByte, 12, fileNameBytes, 0, FileNameByteLength);

                string FileName = Encoding.Unicode.GetString(fileNameBytes);

                return FileName;

            }

        }

    4.5截图模块

    截图模块中的连接部分与文字聊天的相同,截图完成后,保存为图片文件,传输方式与文件传输模块的相同。因此接下来将着重介绍截图功能。

    点击用户,然后点击聊天控件中的发送文件按钮。启动名字为ScreenCut的WinFrom窗口。在窗体的加载事件中,通过调用Graphics类的CopyFromScreen方法获取到电脑屏幕的截图,并设置为窗体的背景图像和原图,然后出现相应的提示。如图4-9

                                                                                      图4-9 截图提示

    在ScreenCut窗口的后台代码中,主要监听鼠标的点击事件。需要监听的鼠标点击事件主要分为三个:

    1、鼠标按鈕已按下的事件

    当鼠标第一次点击时,判断是鼠标右键还是左键:右键则关闭当前窗口退出截图。左键,则判断,图片有没有出现用于截取部分图片的红色边框,有就记录鼠标位置,没有就记录鼠标下落的点,同时设置Rectangle类变量Rect的X、Y的值。

    2、鼠标移动事件。

    当鼠标移动时,判断图片有没有出现用于截取区域的红色边框。如果有边框,而且鼠标左键处于点击状态,比较上次位置的鼠标位置,计算偏移量,使用Graphics类的DrawRectangle方法,在原图的基础上重新绘制红色边框,并将新绘制的图片显示在窗口中。因为不断刷新重新绘制的原因,所以用户在使用时,感受不到卡顿,直观上会以为红色边框在随鼠标移动。如果没有出现过红色边框,但鼠标左键处于点击状态。同样需要不断绘制边框,但需要考虑鼠标目前所在的点,与左键下落的点之间的位置关系,从而设置变量Rect的宽度和高度。截图效果如图4-10

    3、鼠标双击事件。

    只需要对一种情况进行处理。如果是鼠标左键点击,并且是在红色边框内点击的,则使用Graphics类的CopyFromScreen方法截取对应部分区域的图片。然后将图片保存在系统程序所在的目录下的pic文件夹中(若不存在,将被创建),图片的文件名将以DateTime.Now.ToFileTime().ToString()的返回值命名。返回值是当前时间的长整型数字,这个数字是由年精准到微秒的。最后启动SendPic窗口,关闭当前窗口。

                                                                                     图4-10 截图效果展示

    在SendPic窗口,显示刚刚截取的图片,具体效果图如图4-11。若点击“发送”按钮。将调用自定义的ClassSendPic类发送图片,同时生成相应已读类型的记录更新到数据库,同时也将信息添加到显示信息的ListView中。接收信息的客户端,将生成标记为未读信息的记录插入到数据库中。

                                                                                图4-11 发送图片窗口展示

    4.6录音模块

    录音模块的非关键部分与之前模块的相似,包括建立连接和传输方式。接下来具体介绍录音功能的实现。

    在聊天控件中,点击录音按钮,将启动名为Recording的窗口,如图4-12。在窗体的加载事件中,初始化录音设备并开始录音,即窗体一启动,系统就开始录制语音。

    在窗体的后台代码中,使用DllImport导入winmm.dll中的mciSendString方法。之后的录音操作都设计到此方法。

                                                                                        图4-12 录音界面

    点击发送按钮,停止录音,并将已录制的语言信息保存为WAV文件。文件将保存在系统程序所在的目录下的rec文件夹中(若不存在,将被创建),文件名的命名方式与截图的命名方式相同。随后实例化ClassSendReco类,新建一个线程执行ClassSendReco类的SendReco方法,传输语言信息。

    点击取消按钮,系统将停止录音并关闭录音界面,不保存录制的语音文件。

    4.7历史记录模块

    历史记录模块的功能是将历史记录保存在本地,在本系统下次启动时后还能显示出来,用户也可以清空历史记录.在系统启动时,会检查是否存在数据库和表,若没有则创建。考虑系统的应用环境和项目要求,所以数据库采用嵌入式数据库SQLite。同时,本功能模块主要的部分是数据库的设计以及对数据库的操作。

    ​​​​​​​4.7.1数据库设计

    根据软件需求分析。为了良好、有效地记录历史信息,设计了一个包含2个表的数据库,分别为:

    用户昵称表:放置了2个属性,分别为(MAC地址,用户昵称)。

    聊天信息表:放置了7个属性,分别为(信息号,MAC地址,发言人,消息类型,消息内容,是否读过,消息时间)

    1. 用户昵称表

                                                                               表1 Nick表

    字段名称

    数据类型

    是否允许为空

    主键

    描述

    MacAdd

    varchar(40)

    通信网卡的物理地址

    Nickname

    varchar(40)

    -

    用户昵称

     

    1. 聊天信息表

                                                                                表1 Detail表

    字段名称

    数据类型

    是否允许为空

    主键

    描述

    Did

    INTEGER

    用来标记的ID,设置为自动增长

    Dmac

    varchar(40)

    -

    物理地址

    Dspeak

    varchar(30)

    -

    发言人

    Dtype

    INTEGER

    -

    消息类型

    Dcont

    varchar(150)

    -

    信息的内容,根据Dread的值而不一样

    Dread

    INTEGER

    -

    是否读过的标识

    Ddatetime

    datetime

    -

    默认设置为插入信息的时间

     

                                                                                图4-13 Detail表数据库显示

    4.7.2​​​​​​​各种类型信息的记录

    每一条插入到数据库Detail表的数据都具有以下7个:

    Did:每条信息的ID号,用于标记,设置为从1开始自动增长。

    Dmac:用于区分消息,表示这条消息是与网卡MAC地址为Dmac的主机的通信过程中产生的。

    Dspeak:记录在这次通信中,这条信息是哪个主机发送的。

    Dtype:用数字类型记录信息类型,0表示文本信息,1表示文件信息,2表示截图的图片信息,3表示录制的语音信息

    Dcont:根据Dtype的值而不同,Dtype为0时,存储文本信息内容,Dtype为1、2或3时,存储文件、截图或音频的文件路径

    Dread:用数字类型标记这条消息是否读过,0表示未读,1表示已读

    Ddatetime:设置时间默认为插入这条信息的时间

    ​​​​​​​4.7.3历史消息的显示界面

    点击用户,然后点击“历史记录”按钮,将启动一个新窗口显示与这个用户的聊天记录,具体显示效果,如图4-13. 窗口中有个ListView用于显示。点击“清空”按钮,将调用自定义的DetailDAL类中的DeleteOne方法,删除与当前用户的所有聊天记录。

                                                                                图4-14 历史消息记录的显示

     

    在消息记录的显示界面中,点击ListView的子项。若是文件信息,将打开文件所在的文件夹。若是截图的图片信息,将打开一个DisplayPic的WinForm窗口用于显示图片。若是语音信息,则使用MediaElement控件播放音频文件。如图4-14.聊天界面中,信息显示的ListView同样具有这样的功能。

                                                                                    图4-15 点击截图显示

     

    5.总结和展望

     

    5.1总结

    在此次毕业设计中,我使用了C#语言和VS2012开发工具开发了一个基于WINJDOWS平台的局域网即时通讯工具。该系统在提高网络资源利用率的同时,实现了文字聊天、文件传输、实时截图和语言发收的功能。通过这次实践,大大提高了我的实际动手能力, 同时也锻炼了我的资料查阅搜寻的能力。

    在这次设计中,我充分了解到了C#语言的优秀性能和VS2012在开发方面的高效。同时,我也认识到了学习的重要性。在查阅资料的工程中,从刚开始的盲目看WPF相关书籍,到中期有选择地看C#语言书籍和C#开发范例书籍,再到后期针对性地在收集资料。在实际实现的过程中,最初盲目觉得功能简单,同时高估了自己的能力,计划短时间内实现,导致未完成最初的计划安排。后来,通过反思,开始尝试逐步实现各个功能,并对每一项功能键都进行一个详细的过程安排。文字聊天中的发送端发送信息大致分成五步实现。这次毕业设计,不仅使我感受到了自己的不足,也是我具有初步的系统开发能力。

    5.2展望

    由于时间的仓促,同时也受限于个人的开发能力,本系统还存在一些技术上的问题,在今后的学习实践中,还可以进行不断的修改和完善。可改进的方面大致可以分为五。

    1、主界面与聊天界面的分离。由于功能是逐步实现的,在实现文字聊天功能时,没有历史记录功能,同时Socket绑定监听的原因,导致主界面与聊天界面在同一窗口中。最直接的结果是用户不能同时和多个用户聊天。

    2、文件传输进度的显示。在传输大文件时,用户不确定文件的传输进度,由此可能会产生不可预知的情况。

    3、截图的改善。在截取图片时不够直观,图片的质量也不高。

    4、音频的质量。因为使用WINDOWS API函数的原因,录取的音频质量不高,带有一定的噪音。

    5、添加新功能,包括但不限于语言通话、视频通话等。

     

    参考文献

    1. 宋嘉程.即时通讯软件应用研究[J]. 山东青年, 2017,8:8-9,13.
    2. Hans John Nielsen. Library communication outside a library context: instant messaging as library service [J]. New Library World, 2009, 110(5/6).
    3. Carol X.J.Ou, Robert M.Davison, Xuepan Zhong, Yi Liang. Empowering employees through instant messaging [J]. Information Technology & People2010, 23(2).
    4. 陆伟,林培榕,林姿琼. 企业即时通讯系统设计[J].软件导刊, 2015,10:94-96.
    5. 雷东升.网络即时通讯系统[J].计算机与现代化, 2008,4:51-53.
    6. 花鹏.分析即时通讯工具现状及发展方向[J].探索科学, 2016,5:49.
    7. 柳烨,谭敬德.QQ 即时通讯工具在大学生课程学习中的需求分析[J].湖南第一师范学院学报,2014,04:80-84.
    8. 于峰海. 面向再制造的工程机械创新设计研究[D].陕西科技大学,2014.
    9. 张晗雨.WPF全视角分析[M].北京:机械工业出版社,2008.12.
    10. 李红.基于C/S模式的SOCKET网络编程分析[J].现代商贸工业, 2009,9:259-260.
    11. 张晓明.C#网络通信程序设计[M].北京:清华大学出版社,2015.
    12. 吴艳平. C#多线程编程[J].电脑迷, 2017,15:92.
    13. 严谦,阳泳. 网络编程TCP/IP协议与socket论述[J].电子世界, 2016,8:68-68,70.
    14. 李红.基于C/S模式的SOCKET网络编程分析[J].现代商贸工业, 2009,9:259-260.
    15. Christian Nagel.C#高级编程:C# 6 &.NET CORE 1.0[M]. 北京:清华大学出版社, 2017.4
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  • 计算机局域网硬件维护与网络安全的分析摘要:在信息化时代背景下,计算机局域网系统的构建与应用已经成为人们日常生活生产不可或缺的存在。而随着计算机局域网系统的普及与推广,系统硬件维护与网络安全问题日渐凸显...

     

    计算机局域网硬件维护与网络安全的分析

    摘要:在信息化时代背景下,计算机局域网系统的构建与应用已经成为人们日常生活生产不可或缺的存在。而随着计算机局域网系统的普及与推广,系统硬件维护与网络安全问题日渐凸显。基于此,在理论与实践经验总结的基础上,对计算机局域网及其系统构成、硬件维护关键技术、网络安全问题及其预防对策进行了分析,以期为计算机局域网硬件维护与网络安全管理实践提供参考依据,保证计算机局域网运行安全与稳定。

    关键词:计算机局域网;硬件维护;网络安全

     

    引言:局域网(LocalArea Network,简称LAN)是局部地域范围内通过合理利用通信介质实现各计算机之间、设备与数据库之间有效连接,而构成的一种计算机通信网。局域网通过利用专用数据电路或数据通信网可实现与其他局域网、数据库之间的连接,满足用户通信需求。加之,计算机局域网具有通信速率高、低出错率等优势,在众多领域具有广泛的应用性。因此,作为维修与网络安全管理人员,加强计算机局域网硬件维护与网络安全问题的研究对提升工作效率,保障局域网运行安全具有重要现实意义。

    1计算机局域网硬件维护分析

    1.1计算机局域网结构

    由于计算机局域网具有一定的地域局限性,因此计算机局域网多归属于一个部门、机构或单位,如学校校园网、企业内部信息网等等,其应用的灵活性、操作性、适应性相对较强,数据传输速度相对较高,一般在10Mb/s~10Gb/s之间,且可支持多种传输介质。而以传输介质为依据对其进行分类,计算机局域网可分为有线局域网和无线局域网两种;以网络拓扑结构为依据进行分类,计算机局域网通常可分为总线结构型、星形结构型、环形结构型、树性结构型与混合结构型几种;以网络方位控制形式为依据进行分类,计算机局域网可分为以太网、FDDI网等多种类型,其中以太网是当前应用较为广泛的局域网技术[1]。从整体层面来看,计算机局域网硬件系统主要是由计算机、传输媒介(同轴电缆、双绞线、光缆等)、网卡、无线路由器以及其他连接部件,如插头、RJ-45插头座等共同组成。在对计算机局域网硬件进行维护时,主要是针对计算机局域网硬件设备及其运行情况的维护。

    1.2计算机局域网硬件维修关键技术

    在进行计算机局域网硬件维护时,需注重具体问题具体分析,根据不同硬件设备实际情况采取有针对性的措施进行维护。

    在此过程中主要应做到以下几点:首先,由于硬件设备在长期运行过程中不可不免的存在一定的损耗,或应为各种原因出现运行故障。对此,相关工作人员应科学应用物理手段,定期对局域网硬件设备进行维护。例如,关于局域网线路维修,可采用外观观察法,对线路连接情况、老化程度具有一定的了解,针对存在问题的线路,可通过维修或更换新线路进行维护;基于观察,当发现HUB或交换机指示灯出现异常时,如指示灯变黄、指示灯频繁闪烁等,则表明局域网存在网络堵塞或IP地址重复问题,需对网络中的硬件进行及时维修;定期做好局域网硬件设备清洁除尘工作(一般3~5个月一次最佳),如通过硬盘清洗,降低硬盘数据丢失、硬盘磨损等问题的产生[2]

    其次,由于网卡是计算机局域网中计算机与传输介质有效连接的重要接口,对实现信息在网络中的有效传输具有重要影响作用。因此,在对计算机局域网硬件设备进行维修时,应加大网卡维修力度,避免网卡故障的产生。通常情况下,网卡故障与服务器系统存在密切关联性,多发生在安装阶段。对此建议在安全网卡时一方面应根据服务器类型进行各项参数的科学设置,用以实现相同网络系统中多种类型服务器信息的有效共享,另一方面对于相同服务器而言,不同网卡的中断请求线与电缆连接系统也应存在一定的差异性,具备合理性。

    此外,在计算机局域网硬件维修中,交换机、路由器以及网桥工作站等皆是维修的重点项目。无论哪一项出现问题都将对局域网运行的稳定与安全带来严重影响。对此,在组织开展维修工作时,需加强交换机、路由器、网桥工作站等设备运行情况以及有关数据的检测与监测力度。例如,通过实时检测与监测掌握数据传输节点运行情况,实现节点维修的准确标注与相关数据的科学调整,用以保证数据传输的稳定性与高效性。

    2计算机局域网网络安全分析

    2.1计算机局域网常见的网络安全问题

    经验总结发现,在计算机局域网中,较为常见的网络安全问题主要表现在以下几个方面:第一,计算机局域网数据的丢失。由于数据多被存储在局域网内部计算机硬盘中或服务器系统中,因此当硬盘出现损坏、烧毁或服务器系统发生崩溃问题时,将导致局域网中的数据出现丢失现象。第二,局域网安全防御系统的破坏。导致局域网安全防御系统遭到破坏的原因主要来自于人为的恶意破坏,包括网络黑客攻击、网络病毒入侵,从而使局域网内部信息被窃取、数据被篡改、网络无法正常运行[3]。第三,计算机局域网数据窃取问题。由于计算机局域网涉及到的软件相对较多,不同软件或多或少存在一定的漏洞与不足,在一定程度上为黑客攻击与病毒入侵提供了条件,加之当用户缺乏网络安全意识时,易导致用户账号并窃取与共享,从而出现局域网数据被窃取问题。

    2.2计算机局域网网络安全问题处理措施与办法

        针对当前计算机局域网网络安全问题,建议采用如下方法与手段进行处理与改善:

    第一,在进行数据存储时,应对重要数据或常用数据进行备份,通过数据备份(移动磁盘备份、云备份、计算机系统备份等)降低局域网数据丢失的影响。

    第二,灵活利用防火墙进行计算机局域网安全维护与保障。防火墙技术是改善网络安全问题的重要手段,现阶段防火墙技术有许多,如风云防火墙、金山防火墙、360防火墙等等。对此,用户可根据服务器系统类型科学选用防火墙提升局域网运行稳定性与安全性。例如在Windows XP、Windows2000操作系统中应用风云防火墙可取得较好的病毒防控效果;在在Vista系统中应用金山防火墙可取得较好的病毒防控效果。

    第三,进行计算机局域网访问限制。网络安全管理员在进行网络安全管理时,首先应对网络资源的安全属性进行准确标定,并针对特殊网络资源提供指定的访问路径。其次,提升计算机局域网服务检测与监测力度,提升网络服务器的安全性能。例如,在服务器软件下载与安全、网络文件资源下载的过程中,可配置相关口令对服务器进行锁定,用以预防下载过程中网络黑客的恶意攻击,防止用户信息被盗取。此外,可通过控制网络访问次数,提升局域网运行的安全性与可靠性。即统计用户网络访问次数,当访问次数超过访问标准后,需启动预警系统,给予用户提示或对网络账户进行锁定。此外,用户也应提升自身网络安全意识,养成良好的用网习惯,如选择权威性网站进行资料下载,注重软件杀毒等。

    结论:总而言之,计算机局域网硬件维修与网络安全管理是一项长期、复杂的工程,不同计算机局域网所遇到的硬件维修问题与网络安全问题也不同。对此,相关工作人员在不同提升自身知识与技能的同时,需根据局域网实际情况,采取有针对性的措施进行问题的处理与解决,从而保证计算机局域网运行的稳定与安全。

    参考文献:

    [1]孙瑾.基于计算机局域网硬件维护与网络安全分析[J].电脑知识与技术,2017,13(21):21-22.

    [2]黄小军.计算机局域网硬件维护与网络安全探讨[J].网络安全技术与应用,2017,(06):9+20.

    [3]彭玮.浅谈局域网硬件维护与网络安全维护的有效方法[J].网络安全技术与应用,2016,(08):3+5.

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  • 计算机局域网

    2020-11-05 20:17:21
    局域网的网络通信硬件主要包括网卡、传输媒体和局域网通信设备。 网卡也称作网络适配器,即Network Adapter。主要功能是完成计算机与电缆系统的物理连接; 根据所采用的MAC协议实现数据帧的封装和拆封,差错校验和...
    
    转载自:
    
    尔雅网课,吉林大学计算机网络基础,讲师李晓峰的课程总结


    网卡

    局域网的网络通信硬件

    局域网的网络通信硬件,主要包括网卡传输媒体局域网通信设备

    网卡也称作网络适配器,即Network Adapter。主要功能是完成计算机与电缆系统的物理连接

    根据所采用的MAC协议实现数据帧的封装和拆封,差错校验和相应的数据通信管理。

    局域网工作在OSI模型的最低两层,即物理层和数据链路层。在数据链路层中,按照功能分为两个子层:

    介质访问控制子层逻辑电路控制子层,分别简写为MACLLC。其中MAC子层负责与低层的物理层交互LLC子层负责与高层的网络层交互。

    网卡主要包括了以下几个部分的部件:发送和接收部件载波检测部件发送和接收控制部件曼彻斯特编码/译码器LAN管理部件微处理器等。

    网卡的种类很多。可以分为有线网卡和无线网卡。按照网卡传输速度的不同,又可以分为:10Mbps、100Mbps、千兆和万兆以太网卡。

    按照网卡同传输媒介连接的接口来划分,又可以分为:AUI(粗同轴电缆接口)、BNC(细同轴电缆接口)、RJ-45(无屏蔽双绞线接口)、SC和ST(光纤接口)的网卡。

    现在使用的比较普遍的是1000Mbps、PCI总线、RJ-45接口的以太网卡。

    传输媒体

    传输媒体包括有线介质无线介质

    有线介质包括同轴电缆,双绞线和光纤。

    无线介质包括微波和红外线。

    首先介绍同轴电缆,同轴电缆由内导体铜芯线、绝缘层、外导体屏蔽线和塑料保护外层组成。如图所示,这些组成部分的轴线都在一起,因此称之为同轴电缆。数据在内导体铜芯线上传递,外导体屏蔽线起到屏蔽外界电磁干扰的作用。如果不连接屏蔽线,虽然在内导体上有信号,但是信号质量较差。

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-EjYDiXYo-1604578449573)(image-20201101212831065.png)]

    同轴电缆分为50Ω的基带电缆和75Ω的宽带电缆。基带电缆用于网络中数字信号传输,数据率可以达到10Mbps,宽带电缆,用于有线电视信号的传送。基带电缆在安装的时候,需要切断电缆,安装上BNC,即细同轴电缆接口,然后连接到T型连接器的两端。

    双绞线是把两根,具有绝缘保护层的铜导线,按一定密度互相绞在一起,用来降低信号干扰的。双绞线由4组8根线组成,用颜色区别,连接头采用RJ45接口,俗称水晶头

    双绞线分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线,简称UTP和STP。二者的区别在于STP在4组线的外面有金属屏蔽层,可以在某种程度上降低电磁干扰。STP的抗干扰能力优于UTP,但弱于同轴电缆。

    光纤由单根玻璃光纤,紧靠纤芯的包层以及塑料保护层组成。光纤非常细,实际使用时由若干根光纤与其他构件组成光缆。光纤的抗干扰能力优于同轴电缆。在FDDI网络中使用的介质就是光纤。

    光纤可以分为多模光纤和单模光纤多模光纤使用发光二极管作为发送装置,利用全反射进行传输,传输距离相对较近。

    单模光纤使用激光发生器作为发送装置,信号沿光纤轴线方向传输,传输距离相对较远。

    无线介质是指突破有线介质的束缚,利用电磁波发送和接收信号,包括微波和红外线。

    微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波,波长在1米到1毫米之间的电磁波,是分米波、厘米波、毫米波的统称,是无线电波中一个有限频带的简称。微波就可以沿直线传播,通过抛物线状天线把所有的能量集中于一小束,可以防止他人窃取信号和减少其他信号对它的干扰。

    红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,红外线通信不易被人发现和截获,保密性强;几乎不会受到电气、天电、人为干扰,抗干扰性强。

    局域网通信设备

    局域网通信设备包括集线器和交换机

    集线器的英文称为Hub。集线器是局域网中的基础设备,主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

    集线器工作在物理层。

    集线器包括转发式Hub和交换式Hub。转发式Hub是把数据包发送到与集线器相连的所有节点,效率低,容易发生冲突碰撞。交换式Hub与交换机类似,具有的MAC地址表,所以它发送数据时具有针对性,效率较高。

    交换机的英文称为,Switch,可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。

    交换机允许多个端口之间进行并发通信。每个交换端口分配一个或几个MAC地址,端口之间的数据通道是硬件实现,称为交换机构 switch fabric ,或交换矩阵 switch matrix 。

    总线形拓扑结构

    拓扑,即Topology,是将各种物体的位置表示成抽象位置。只将讨论范围内的事物之间的相互关系通过图表示出来。网络的拓扑结构研究包括传输媒体互联各种设备的物理布局,入网计算机数据传输控制,即介质访问控制。常见的网络拓扑结构有总线形星形网形环形

    首先介绍总线形拓扑结构。总线形是网络中有一条公共的线路,称之为总线,入网的计算机都与总线连接,入网的计算机称作工作站。连接总线的计算机都可以将信息发送到总线;也可以从总线上接收信息。

    总线形网络早期使用同轴电缆,后来逐渐用双绞线代替。总线形网络的优点包括连接容易,扩展方便,网络的容错性好,容错性是指存在某些故障,而系统可以继续工作的能力。

    总线形的缺点是介质访问控制方式很复杂。总线形的介质访问控制使用CSMA/CD,即带冲突检测的载波监听多路访问。这是由总线的工作方式决定的,由于总线的公共性,在多个计算机同时发送数据时,会产生冲突碰撞,导致数据传输失败

    CSMA/CD是每个工作站在发送数据之前首先检测总线是否空闲,如果空闲,就发送数据;如果忙碌,则随机等待一段时间继续检测。在传输下一个数据包之前,还要重新检测。把这一特点归结为:“先听后说”“边听边说”。

    CSMA/CD

    CSMA/CD即带冲突检测的载波监听多路访问技术或者称为载波监听多点介入/碰撞检测。在传统的共享以太网中,所有的节点共享传输介质。如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务,就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。

    CSMA/CD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。主要应用于现场总线Ethernet中。 另一个改进是,对于每一个站点而言,一旦它检测到有冲突,它就放弃它当前的传送任务。换句话说,如果两个站点都检测到信道是空闲的,并且同时开始传送数 据,则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。它们不应该再继续传送它们的帧,因为这样只会产生垃圾而已;相反一旦检测到冲突之后,它们应该立即停止传送数 据。快速地终止被损坏的帧可以节省时间和带宽。

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-0OYYOIsW-1604578449576)(56c43132498e69718a438241.jpg)]

    CSMA/CD控制方式的优点是:

    原理比较简单,技术上易实现,网络中各工作站处于平等地位 ,不需集中控制,不提供优先级控制。但在网络负载增大时,发送时间增长,发送效率急剧下降。

    CSMA/CD应用在 OSI 的第二层数据链路层

    它的工作原理是: 发送数据前 先侦听信道是否空闲 ,若空闲,则立即发送数据。若信道忙碌,则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据;若在上一段信息发送结束后,同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求,则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据,等待一段随机时间,再重新尝试。

    其原理简单总结为:先听后发,边发边听,冲突停发,随机延迟后重发

    CSMA/CD采用IEEE 802.3标准。

    它的主要目的是:提供寻址和媒体存取的控制方式,使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突。

    有人将CSMA/CD的工作过程形象的比喻成很多人在一间黑屋子中举行讨论会,参加会议的人都是只能听到其他人的声音。每个人在说话前必须先倾听,只有等会场安静下来后,他才能够发言。人们将发言前监听以确定是否已有人在发言的动作称为"载波监听"; 将在会场安静的情况下每人都有平等机会讲话成为“多路访问”;如果有两人或两人以上同时说话,大家就无法听清其中任何一人的发言,这种情况称为发生“冲 突”。发言人在发言过程中要及时发现是否发生冲突,这个动作称为“冲突检测”。如果发言人发现冲突已经发生,这时他需要停止讲话,然后随机后退延迟,再次 重复上述过程,直至讲话成功。如果失败次数太多,他也许就放弃这次发言的想法。通常尝试16次后放弃。

    控制规程的核心问题:解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题(主要是数据碰撞问题)

    控制过程包含四个处理内容:监听、发送、检测、冲突处理

    (1) 监听:

    通过专门的检测机构,在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送(线路是否忙)?

    若“忙”则进入后述的“退避”处理程序,进而进一步反复进行侦听工作。

    若“闲”,则一定算法原则(“X坚持”算法)决定如何发送。

    (2) 发送:

    当确定要发送后,通过发送机构,向总线发送数据。

    (3) 检测:

    数据发送后,也可能发生数据碰撞。因而,要对数据边发送,边检测,以判断是否冲突了。

    (4)冲突处理:

    当确认发生冲突后,进入冲突处理程序。有两种冲突情况:

    ① 侦听中发现线路忙

    ② 发送过程中发现数据碰撞

    ① 若在侦听中发现线路忙,则等待一个延时后再次侦听,若仍然忙,则继续延迟等待,一直到可以发送为止。每次延时的时间不一致,由退避算法确定延时值。

    ② 若发送过程中发现数据碰撞,先发送阻塞信息,强化冲突,再进行监听工作,以待下次重新发送(方法同①)CSMA/CD工作原理及性能分析(指标与影响因素)

    CSMA/CD的主要影响因素:传播时延、工作站数。

    ①CSMA/CD对站点个数不是很敏感,对实际的输入负载比较敏感。

    ②CSMA/CD对传播时延比较敏感。

    ③CSMA/CD冲突不可避免。

    ④CSMA/CD的介质利用率随a的上升下降较快。

    ⑤CSMA/CD适合通信量不大,交互频繁的场合

    ⑥对于CSMA/CD帧越长,吞吐量越大,要求帧具有最小长度,当有许多短消息时,带宽浪费严重。

    ⑦CSMA/CD在轻负载时提供最短延迟,但对重负载敏感。

    上述两种冲突情况都会涉及一个共同算法——退避算法。

    ①退避算法:当出现线路冲突时,如果冲突的各站点都采用同样的退避间隔时间,则很容易产生二次、三次的碰撞。因此,要求各个站点的退避间隔时间具有差异性。这要求通过退避算法来实现。

    截断的二进制指数退避算法(退避算法之一):

    当一个站点发现线路忙时,要等待一个延时时间M,然后再进行侦听工作。延时时间M以以下算法决定:

    M = 0 ~ (2^k - 1) 之间的一个随机数乘以512比特时间(例如对于10Mbps以太网,为51.2微秒),k为冲突(碰撞)的次数,M的最大值为1023,即当k=10及以后M始终是0~1023之间的一个随机值与51.2的乘积,当k增加到16时,就发出错误信息。

    ② 特殊阻塞信息:是一组特殊数据信息。在发送数据后发现冲突时,立即发送特殊阻塞信息(连续几个字节的全1,一般为32-48位),以强化冲突信号,使线路上站点可以尽早探测得到冲突的信号,从而减少造成新冲突的可能性。

    ③ 冲突检测时间>=2α: α表示网络中最远两个站点的传输线路延迟时间。该式表示检测时间必须保证最远站点发出数据产生冲突后被对方感知的最短时间。在2α时间里没有感知冲突,则保证发出的数据没有产生冲突。(只要保证检测2α时间,没有必要整个发送过程都进行检测)

    ④ X-坚持的CSMA算法:当在侦听中发现线路空闲时,不一定马上发送数据,而采用X-坚持的CSMA算法决定如何进行数据发送:

    算法特点

    CSMA/CD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,主要应用于现场总线Ethernet中。对于每一个站点而言,一旦它检测到有冲突,它就放弃它当前的传送任务。

    环形拓扑结构

    在网络拓扑结构中,一类重要的连接形式是环型连接,又称令牌环网。令牌环网是由闭合的环路将各个通信站点连接起来,数据沿着环路传输。在环网初始化时指定按顺时针或者逆时针方向传输,如此环网中的每一个站点就有所谓的上游站点和下游站点。

    环网的介质访问控制由令牌控制。所谓令牌,是在环网中传递的一个特殊的数据包,由环网初始化时产生,沿着环路,由一个站点传递给下游站点,用来控制站点的数据发送。

    令牌环网的特点是故障定位容易;网络容错性差。由于是环路连接,需要每一个站点的参与,因此一旦某一站点出现故障,整个环网不能工作,即容错性差。此时进行故障定位很容易。

    接下来介绍令牌环网工作过程,在令牌环网中,如果没有数据传输,则将令牌沿着环路一个站点一个站点传递。如果有站点需要发送数据,需要等待令牌由上游站点传递到该站点,然后发送数据。数据包带有发送站点和接收站点的MAC地址,每一个站点收到数据包之后核对本站点与目标站点的MAC地址是否一致,如果一致,数据包向本站点高层传递,同时复制一份,传递给下游站点;如果不一致,直接传递给下游站点。数据包在环网中传递一周,最后回到发送站点,如果还有数据,则继续传递,如果没有数据传递,则产生新的令牌,发送给下游站点。

    FDDI

    FDDI,即光纤分布式数据接口。FDDI是以光纤传输介质的局域网标准,由美国国家标准协会ANSI X3T9.5委员会制定。

    FDDI采用主、副双环结构,主环进行正常的数据传输,副环为冗余的备用环。两个环传输信息的方向是相逆的。

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    FDDI使用两条环路,所以当其中一条出现故障时,数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类,即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接,由网络设备如集线器等组成,并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力;B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上,B类结点包括服务器或工作站等。

    FDDI ,即光纤分布式数据接口,是于80年代中期发展起来一项局域网技术,它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网(10Mbps)和令牌网(4或16Mbps)的能力。

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    FDDI 包括两种类包,同步的和异步的。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输(如音频、视频和多媒体通信);异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中,TTRT等于某结点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。FDDI使用两条环路,所以当其中一条出现故障时,数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类,即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接,由网络设备如集线器等组成,并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力;B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上,B类结点包括服务器或工作站等。

    1982年ANSI的X3T9.5委员会提出并在以后陆续制订了由物理层(PHY),物理层媒体依赖(PMD)和媒体访问控制(MAC)三部分组成的基本FDDI,1990年ISO也发布了ISO9314-1(PHY)、ISO9314-2(MAC)和ISO9314-3(PMD)的国际标准。

    FDDI的物理层被分为两个子层:

    (1)物理媒体依赖PMD,它在FDDI网络的节点之间提供点–点的数字基带通信。早先的PMD标准规定了多模光纤的连接,现在已有关于单模光纤连接的SMF–PMD,并正在开发与同步光纤网连接的PMD子层标准。

    (2)物理层协议PHY,它提供PMD与数据链路层之间的连接。

    FDDI的数据链路层被分为多个子层:

    (1)可选的混合型环控制HRC(Hybrid Ring Control),它在共享的FDDI媒体上提供分组数据和电路交换数据的多路访问。HRC由混合多路器(H-MUX)和等时MAC(I-MUX)两部分组成。

    (2)媒体访问控制MAC,它提供对于媒体的公平和确定性访问、识别地址、产生和验证帧校验序列。

    (3)可选的逻辑链路控制LLC,它提供MAC与网络层之间所要求的分组数据适应服务的公共协议。

    (4)可选的电路交换多路器(CS-MUX).

    FDDI采用编码方式为NRZ-I.和4B/5B(在这种编码技术中每次对4位数据进行编码,每4位数据编码成5位符号,用光的存在和不存在表示5位符号中每一位是1还是0)4B/5B 可使效率提高到80%

    当数据以100Mbps的速度输入输出时,在当时FDDI与10Mbps的以太网和令牌环网相比性能有相当大的改进。但是随着快速以太网和千兆以太网技术的发展,用FDDI的人就越来越少了。因为FDDI使用的通信介质是光纤,这一点它比快速以太网及现在的100Mbps令牌网传输介质要贵许多,然而FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问,所以在目前FDDI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用。FDDI另一种常用的通信介质是电话线

    FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似,在网络通信中均采用**“令牌”**传递。它与标准的令牌环又有所不同,主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动,如果某结点不需要传输数据,FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输,那么在指定的称为“目标令牌循环时间”(Target Token Rotation Time,TTRT)的时间内,它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法,所以在给定时间中,来自多个结点的多个帧可能都在网络上,以为用户提供高容量的通信。

    光纤分布数据接口(FDDI)是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术所依据的标准是ANSIX3T9.5。该网络具有定时令牌协议的特性,支持多种拓扑结构,传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点:

    1、较长的传输距离,相邻站间的最大长度可达2KM,最大站间距离为200KM。

    2、具有较大的带宽,FDDI的设计带宽为100Mb/s。

    3、具有对电磁和射频干扰抑制能力,在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响,也不影响其设备。

    4、光纤可防止传输过程中被分接偷听,也杜绝了辐射波的窃听,因而是最安全的传输媒体。

    由光纤构成的FDDI,其基本结构为逆向双环。一个环为主环,另一个环为备用环。一个顺时针传送信息,另一个逆时针。当主环上的设备失效或光缆发生故障时,通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种故障容错能力是其它网络所没有的。

    FDDI使用了比令牌环更复杂的方法访问网络。和令牌环一样,也需在环内传递一个令牌,而且允许令牌的持有者发送FDDI帧。和令牌环不同,FDDI网络可在环内传送几个帧。这可能是由于令牌持有者同时发出了多个帧,而非在等到第一个帧完成环内的一圈循环后再发出第二个帧。

    令牌接受了传送数据帧的任务以后,FDDI令牌持有者可以立即释放令牌,把它传给环内的下一个站点,无需等待数据帧完成在环内的全部循环。这意味着,第一个站点发出的数据帧仍在环内循环的时候,下一个站点可以立即开始发送自己的数据。FDDI标准和令牌环介质访问控制标准IEEE802.5十分接近。

    FDDI用得最多的是用作校园环境的主干网。这种环境的特点是站点分布在多个建筑物中。FDDI也常常被划分在城域网MAN的范围。

    FDDI是于80年代中期发展起来一项局域网技术,它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网(10Mbps)和令牌网(4或16Mbps)的能力。FDDI技术同IBM的Tokenring技术相似,并具有LAN和Tokenring所缺乏的管理、控制和可靠性措施,FDDI支持长达2KM的多模光纤。FDDI网络的主要缺点是价格同前面所介绍的“快速以太网”相比贵许多,且因为它只支持光缆和5类电缆,所以使用环境受到限制、从以太网升级更是面临大量移植问题。

    异步传输模式 ATM

    ATM是一项数据传输技术,是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接传输模式。它适用于局域网和广域网,它具有高速数据传输率和支持多种类型信息。

    ATM是一项信元中继技术,数据分组大小固定能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。

    ATM交换设备是ATM网络的重要组成部分,将数据分组快速地从一个节点传送到另一个节点;或者用作广域通信设备,在远程LAN之间快速传送ATM信元。

    异步传输模式ATM,就是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种新的交换技术

    ATM是一项数据传输技术,是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网,它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。

    ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术,数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备,能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样,可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。

    ATM是一种异步传输模式。

    ATM以信元为基本单位。

    ATM的信元的长度为53个字节。

    由于ATM网络是面向连接的,所以,在发送数据之前首先要发送一个分组以便建立连接,当这个初始分组经过子网的时候,该路径上所有的路由器都在他们的内部表中建立一个表项,用来标明该链接的存在,并且为它预留必要的资源。这里的链接通常称为虚电路(virtual circuit),类似于电话系统中使用的物理电路。

    ATM有它自己的参考模型,既不同于OSI模型,也不同于TCP/IP模型。它包括三层:物理层、ATM层和ATM适配层

    ATM采用面向连接的传输方式,将数据分割成固定长度的信元,通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体,在复用上采用的是异步时分复用方式,通过信息的首部或标头来区分不同信道。

    ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性:

    ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摒弃了电路交换中采用的同步时分复用,改用异步时分复用,收发双方的时钟可以不同,可以更有效地利用带宽。

    ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL(信元),其中5B为信元头,用来承载该信元的控制信息;48B为信元体,用来承载用户要分发的信息。信头部分包含了选择路由用的VPI(虚通道标识符)/VCI(虚通路标示符)信息,因而它具有分组交换的特点。它是一种高速分组交换,在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成,降低了网络时延,提高了交换速度。

    交换设备是ATM的重要组成部分,它能用作组织内的Hub,快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点;或者用作广域通信设备,在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口(FDDI)、令牌环网等传统LAN采用共享介质,任一时刻只有一个节点能够进行传送,而ATM提供任意节点间的连接,节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流。在该系统中,ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织内部网的一部分。

    由于ATM网络由相互连接的ATM交换机构成,存在交换机与终端、交换机与交换机之间的两种连接。因此交换机支持两类接口:用户与网络的接口UNI(通用网络接口)和网络节点间的接口NNI。对应两类接口,ATM信元有两种不同的信元头。

    在ATM网络中引入了两个重要概念:VPI(虚路径标识符)和VCI(虚通道标识符),它们用来描述ATM信元单向传输的路由。一条物理链路可以复用多条虚通道,每条虚通道又可以复用多条虚通路,并用相同的标识符来标识,即VPI和VCI。VPI和VCI独立编号,VPI和VCI一起才能唯一地标识一条虚通路。

    相邻两个交换节点间信元的VPI/VCI值不变,两节点之间形成一个VP链和VC链。当信元经过交换节点时,VPI和VCI作相应的改变。一个单独的VPI和VCI是没有意义的,只有进行链接之后,形成一个VP链和VC链,才形成一个有意义的链接。在ATM交换机中,有一个虚连接表,每一部分都包含物理端口、VPI、VCI值,该表是在建立虚电路的过程中生成的。

    ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术,数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备,能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小,不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法,预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样,可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。

    ATM用作公司主干网时,能够简化网络的管理,消除了许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM集线器能够提供集线器上任意两端口的连接,而与所连接的设备类型无关。这些设备的地址都被预变换,例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个报文,而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。

    通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的局域网互联,从而实现公司内部数据传送、企业邮件服务、话音服务等等,并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。同时由于ATM采用统计复用技术,且接入带宽突破原有的2M,达到2M-155M,因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。

    在传统的分组交换方式中分组长度不固定,这时必须经过比较才能知道分组是否结束,当分组长度固定时只需计数便可知道分组的终结,计数执行指令比比较执行指令的时间少许多。分组长度固定适合于快速处理,在ATM中将长度固定的分组称为信元(CELL),信元由信头域和信息域组成,信头域长5字节,信息域长为48字节,信头的主要功能为流量控制、虚通道∕虚通路、交换、信头检验和信元定界以及信元类型的识别。

    可实现虚通道∕虚通路两级交换

    在ATM中,可将一个传输通路如同步数字体系(SDH)中的同步转移模式STM-1、STM-4等划分为若干个虚通道,一个虚通道又可以分割为若干个虚通路。为了完成端点间的通信,类似于电路交换方式,ATM首先选择路由,在两实体之间建立虚通路,这样就使得路由寻址和数据转发功能截然分开。采用虚连接方法,ATM可将逻辑子网与物理子网隔离开,网络的主要管理和控制功能集中在虚电路一级上,使传输过程的控制较为简单,减少了网管、网控的复杂性。

    为了提高系统资源利用率,在ATM中采用统计复用方式。ATM是面向连接方式,在主叫与被叫之间先建立一条连接,同时分配一个虚通道∕虚通路,将来自不同信息源的信元汇集到一起,在缓冲器内排队,队列中的信元根据到达 的先后按优先等级逐个输出到传输线路上,形成首尾相接的信元流。具有同样标志的信元在传输线上并不对应着某个固定的时隙,也不是按周期出现的。异步时分复 用使ATM具有很大的灵活性,任何业务都按实际信息量来占用资源,使网络资源得到最大限度的利用。

    综合多种业务

    传统上一种业务建立一个网络,因而有计算机网、图像网、话音网之分。ATM试图综合所有的业务。由于各种业务所要求的服务质量的不同和业务特性差异,在一个网内交换所有业务是相当难的,例如话音与图像这些实时业务对端到端时延要求很严,一般认为不超过40 ms,但话音和图像对误码率要求却相差很大,电话误码率在10?-3时不影响清晰度,电视图像误码率应在10?-6以下,否则会产生图像凝固,等等。另外,各种业务特性差异主要表现在突发度和速率上,例如数据业务突发度50,会议电视5,普通电视1;在速率跨度上,数据业务10 kbps~100 Mbps,电话64 kbps,电视15~50 Mbps。将这些服务质量要求不同和业务特性差异甚远的多种业务综合在一起,即均以53字节长的信元传递,ATM采取“分类治之”的办法,即根据信元速率是否可变、信元与信宿间是否要同步以及面向连接与否,将业务分类,对不同的业务进行不同的适配,不论业务源的性质有多么不同,网络都按同样的模式来处理,真正做到安全的业务综合。

    ATM是一项数据传输技术,是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术,它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网,它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。

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