微计算机局部网络浅说

大家听说过“并网发电”这个术语吧？星罗棋布的水力发电站和火力发电厂，被高压线联成供电网，经过有计划的统一调度及合理平衡，使电能输送到各地，为用户所共享。如果某一个电厂负荷超载或者出了故障，其它电站和电厂就会纷纷给予支援。通过供电网提供它们各自的资源——电。电是一种资源，计算机及其外部设备、软件和数据也是一种资源，而且是十分宝贵的资源。把计算机和计算机联成网，任意一台计算机就可以使用网上其它计算机的硬件和软件等各种资源了（例如：某台计算机的打印机坏了，它可以使用网上另一台计算机的打印机），这叫作共享资源。

计算机网络大致分成两种类型，第一种叫作集中式网络（图1），通常以一台大（中）型计算机为中心，周围接若干台中（小）型计算机并呈辐射状分布。这种网把主要资源和能力最强的软件程序人员集中放在中心这台大型机上，提供给其它计算机共享，所以比较经济。这种网缺点是可靠性差，只要中心这台大型机一出毛病，各台计算机之间的联系就被切断，整个系统便瘫痪了。第二种叫作分布式网络（图2），它没有中心，所有计算机地位平等，都拥有独立处理信息和管理网的能力，互相之间也可以直接通信、共享资源。这种网络可靠性高。目前已有许多国家建立了这种大型分布式网络，特别是美国、欧洲等先进地区，还利用卫星通信的先进手段，成功地建立了国际性网络。

七十年代中期，微型计算机的迅速发展有力地冲击了中、小型计算机的市场，进一步促进了“计算机体系结构从集中走向分散、计算技术和通信技术相结合”。在大型分布式网络和远程计算机通信网络的基础上，逐步形成了微型计算机的局部网络（Local Area Net work），它吸收了分散控制和分布处理的设计思想，可以相互通信和共享资源。与远程和大型计算机网络不同之处是：局部网络的数据处理能力较大型网差；传输距离较近（一般不超过几公里）；数据传输率较高（每秒100K至10M位）；误码率较低（10-7至10-8）等。

局部网络可联接的微机少则十几台，多则上千台，多数只能使用同一种类型的微机。简单的键盘／显示器终端等有时也可以象微机那样接入网内。每台微机（或终端）都是一个工作站，它们地位平等，可以独立进行工作，又可以相互通信、共享资源。可以共享的资源往往是价格昂贵的温彻斯特磁盘、智能绘图仪和打印机等外部设备；或者是系统软件、应用软件包等大型软件；以及重要数据等。有些规模较大的局部网络，由于时延（包括传输线的延迟时间）的影响，不能过分追求资源共享，否则会降低网的工作效率。局部网络的优点可以归纳如下：

1．由于共享资源，降低了每个用户的开销（费用）。2．工作站可以协同完成大型任务，其能力是任何一台微机不能胜任的。3．局部网络有较好的扩充功能，即灵活性高。

4．数据通信的诸项性能指标较好，采用调制解调器（Modem）可以通过电话线进行远程通信。下面对局部网络的拓朴结构、传输线、传输方式、传输控制方式和通信协议作一概括介绍。

1．拓朴结构：网络工作站的互连形式，称为网络的拓朴结构。局部网络的拓朴结构包括公共总线、环形、星形、树形和全互连等五种形式。图3是前三种拓朴结构示意图。其中公共总线型使用最为广泛，它的各个工作站均挂在总线上，任意两个工作站均可以通过总线直接通信，该结构的可靠性和灵活性均比较好。它的缺点是在某一时刻只能为一对工作站服务，故工作站太多就会引起使用权的冲突，站数一般为几十个至几百个。

2．传输介质：即传输线，又叫通信介质。它包括双绞线、基带同轴电缆、宽带同轴电缆和光纤。其中双绞线价格低廉，但频带窄（只有2MHz），抗干扰能力也差，因此传输距离大多限制在几百米。基带同轴电缆在国外使用较广，如以太网（ETHERNET）、PCNET网等均采用这种电缆，其频带较宽（10MHz至50MHz），抗干扰能力较好，使用距离达数公里。宽带同轴电缆频带更宽（300MHz至400MHz），可以利用不同频带同时传输多种信息，如声音、图象和数据等。目前王安网（WANGNET）使用这种宽带同轴电缆。由光纤构成的光缆频带最宽（10\(^{8}\)Hz），抗干扰能力和保密性均很强，但连接技术比较复杂，一般用于军事。

3. 传输方式：局部网络的信息是串行传输的，即一位接一位的传送。每次传输一个信息包（即信息段）。信息包的长度可以变更，可以是几百到几千个字节，其格式包括：发送站地址、接收站地址、包的类型、传输的数据以及校验码等。接收站收到发送站送来的信息包以后，要利用校验码进行校验，并把校验的肯定回答发出，表示本次信息传输完成；如校验出错，发送站必须重新发送该信息包。

4．传输控制方式：局部网络的各个工作站随时都有可能发送信息而要求使用公共总线，所以它们的使用要求很有可能在同一时刻发出而造成冲突。国际电子及电气工程师学会（IEEE）的标准委员会推荐采用CSMA／CD（载波监听、多址访问和碰撞检测）、总线令牌（在广播拓朴结构中采用）和环形令牌（顺序拓朴结构）三种传输控制方式解决冲突问题。CSMA／CD方法使用相当普遍，CD是碰撞检测的意思，这种方法把发生冲突而造成的碰撞次数检测并记录下来，从而判断出该时刻网络的繁忙程度，再相应决定各工作站暂停发送的时间（延迟），这样可以减少碰撞次数。总线令牌和环形令牌法则规定持有令牌者才有权发送信息，令牌的传送就象赛跑传送接力棒那样由一个工作站传给下一个工作站。令牌法可以有效避免碰撞及站间干扰，但实施较困难。现正研制一种叫做令牌控制器的大规模集成电路芯片，估计不久将来令牌法会有较大发展。目前大多数局部网络（见下文）仍然使用CD方式。此外还有一种CA方式，这是一种避免碰撞的方式，它的工作方法见下文对OMNINET网的介绍。

5．通信协议：局部网络是个密切协作的集体，必须有共同的语言才能够相互理解，也必须有一些大家共同遵循的规则，才能协同工作。这些语言和规则叫做通信协议。在设计局部网络的时候，不是把它看作一个单层的网，而认为它是一个多层的网。多层的网就象立交桥那样，可以允许各种车辆各行其道，从而提高效率。立交桥各层都有相应的交通规则，局部网络也要制定多层的协议。根据国际标准化组织（ISO）提议，局部网络的通信协议共分7层，从下至上是：物理层、链路层、网络层、传输层、会悟层、展示层和应用层。最下面的物理层是硬件承担的，也叫硬件层；往上两层是软硬件结合层；最上面4层是软件支持的，是虚拟出来，用户在使用中可以感觉到它的存在，但实际上却看不到也摸不着。目前，才仅仅完成了低层协议的标准化，正向高层协议的开发过渡。

局部网络的历史不过十年，但种类繁多，几乎每一种微型机新产品都宣布它配有局部网络。其中最有成就并在国内有影响的主要有以太网（ETHERNET）、OMNINET、C－NET和PC－NET等。

OMNINET网是1981年由美国CORVUS公司推出的，经清华大学等单位开发已在国内推广使用。其特点是价格低廉，适合中小企业选用。该网的公共总线使用普通双绞线就可以工作，给用户节省了不少开支。OMNINET网采用碰撞避免方式（CA），也叫二次检测方式工作，它通过两次对传输线的检测，使发生碰撞的几率大大减少，这种方式成本比较低。该网的拓朴结构见图4。图中作为工作站的微机应理解为微机系统，每台微机均可接软盘，打印机、键盘／显示器甚至硬盘。在网络软件的支持下，微机的资源（包括软件、硬件和数据）均可共享。硬盘和打印机也可以单独接在网上，它们分别通过磁盘服务器和打印机服务器联网。网上的微机通过服务器的服务就可以共享该硬盘和打印机，并且通过该硬盘进行通信。OMNINET网还可以通过电话线与几千公里以外的计算机进行远程通信，这时需要先通过调制解调器Modem把数字信号转换成模拟信号，这样才能在频带很窄的电话线上进行传输，然后再用Modem把模拟信号转换成数字信号，供远程计算机使用。OMNINET网之间还可以通过桥联电路实现网间通信，这样就把网与网沟通起来了。特别使人满意的是，网络软件Constellation可以兼容不同的操作系统，不但一些8位机，甚至某些16位机均可联在网上，象紫金Ⅱ号（Apple－Ⅱ）、长城0520A（IBMPC）、TRS－80、Con－cept68000等均获得了成功的经验。我国目前拥有的十几万台微机大多数是上述机型或其兼容机，这对于普及使用OMNINET网十分有利。目前国内有许多厂家经销汉字化的OMNINET网，并扩充了点——点的通信功能。

图4之中的服务器按CORVUS公司原设计应该是一个结构紧凑、成本较低的专用机，目前国内产品多使用一台微机代替它。网络传送器是一个关键部件，又称网络接口，这是个智能化的控制器，主要由MC68701（或MC6801）、MC6854、门阵列等大规模集成电路芯片和RAM（4KB）四部分组成。MC68701是个8位的单片机，起控制作用，在它内部的EPROM（2K×8）内存放了整个传送器的控制程序；MC6854是个网络通信部件，它完成串并转换，信息包的装配和拆卸、校验等；门阵列用于产生各种控制信号；RAM起着主机与网络之间传递信息的邮箱作用。

如果认为OMNINET网已经成为以8位机为主的低档微机局部网络的标准，那么以太网（ETHERNET）很可能成为以16位机为主的高档微机局部网络的标准。以太网性能指标较高，网内各工作站地位平等，很适合于管理，国内较好的产品有3COM的汉字西文兼容以太网（合资生产）。该网可以联的微机有IBMPC、ACS68000、ACS8600和AITOS586等。PC－NET网与以太网相似，但成本较低，是美国Orchid公司1984年的最新产品，可联接IBMPC、IBMPC／XT和IBMPC／AT等，上面说的是PC－NET网是Ⅰ型，还有一种Ⅱ型网，Ⅱ型的特点是可以用双绞线作通信介质、站与站最大距离为0.8公里，工作站至多160个、数据传输率800K位／秒。这两种PC－NET网已引起国内用户的极大兴趣和关注。苏州计算机厂已将PC－NET汉字化，它性能价格比好，很有希望成为我国优选的局部网络之一。C－NET网使用面较窄，它需要使用美国一种军用标准的屏蔽双绞线作通信介质，同时采用变压器耦合，所以抗干扰能力很强。该网络接口板采用Z—80芯片和S－100总线，国内用户比较熟悉，这也是有利推广使用的一大优点。

完全可以设想，在未来的信息化社会中，宽频带的计算机网络和局部网络将把家庭、单位、国家及整个世界全部沟通起来，正如专家们所预言的那样：将来信息化社会将是三级网结构。第一级是个人和企、事业的局部网；第二级是用电话线、光缆或微波把各个局部网联结的国家网；第三级是用卫星通信联结的国际网。不远的将来，人们的工作、学习、娱乐和交往将纳入计算机网络、网络技术有着多么广阔的发展前景啊！（许奇雄）