网络技术第3章

第3章局域网实用组网技术

3.1局域网概述3.2局域网的拓扑结构

3.3局域网的基本组成3.4传输介质3.5局域网的模型、标准与访问控制方式3.6局域网组网技术3.7高速局域网3.8网间互联3.9

局域网与结构化布线技术3.1局域网概述3.1.1局域网的定义局域网(LAN，LocalAreaNetwork)，顾名思义就是局部区域的计算机网络。在局域网中，计算机及其他互联设备的分布范围一般在有限的地理范围内，因此，局域网的本质特征是分布距离短、数据传输速度快。

3.1.2局域网的主要特点和功能1.局域网的特征①共享传输信道。

②传输速率高。

③连接规范整齐。

④归属单一、清楚。

⑤传输距离有限。

⑥误码率低，可靠性高。

⑦采用多种媒体的访问控制技术。

⑧一般采用分布式控制和广播式通信。

⑨低层协议简单，不单独设立网络层。

⑩局域网易于安装、组建和维护，具有较好的灵活性。

2.局域网的功能(1)

资源共享(2)

通信交往3.LAN的典型应用场合①

同一房间内的所有主机，覆盖距离为10m的数量级。②

同一楼宇内的所有主机，覆盖距离为100m的数量级。③

同一校园、厂区、院落内的所有主机，覆盖距离为1000m的数量级(这种情况又称为“校园网”)。

3.1.3局域网的四大实现技术①

拓扑结构。②

传输介质。③

通信协议。④

布线技术。3.2局域网的拓扑结构1.局域网拓扑结构的分类①逻辑拓扑结构：用来描述网络中各节点间的信息流动形式，或介质访问控制方法。②物理拓扑结构：用来描述网络硬件的布局，即网络中各部件的物理连接形状。2.局域网拓扑结构的选择原则(1)价格(2)速率(3)规模3.2.1总线拓扑(BusTopology)“总线”拓扑结构的特点“总线”拓扑结构的典型应用是以太网(Ethernet)，其中最典型的是“细缆以太网(10base2)”和“粗缆以太网(10base5)”，它们的物理和逻辑拓扑结构都采用了总线结构。这种结构是最通用、安装最为简单的拓扑，该结构使用称为“干线(或总线)”的中央电缆(同轴电缆)将服务器和工作站以线性方式连接在一起。在需要分支的地方，所有网络上的计算机通过合适的硬件接口连接在总线上，网络上所有节点共享这条公用通信线路。线性总线上的工作站以两个方向发送或接收数据，并且能被网络上的任何一个节点接收到。工作时，每当有计算机将数据信号传送到公共干线上时，所有的工作站均可以收到此信息。每个工作站收到信息后都会核对该信息中的目的地址是否与本工作站的地址一样，然后决定是否接收这个信息。通常由于总线结构的长度有限，一条总线上能够连接的节点数目和距离都受到限制(即负载能力有限)。2.“总线”拓扑结构的应用特点优点①

结构简单灵活。②

可靠性较高。③

网络响应速度快。④

硬件设备量和电缆量少，造价低。⑤

易于安装、配置，使用和维护方便。⑥

共享能力强，适合于一点发送，多点接收的场合。(2)缺点①

故障诊断困难。维修不便，一个链路故障，将会破坏网络上所有的节点的通信。探测电缆故障时，需要涉及整个网络。②

“总线”结构的网络增加节点时，需要断开节点，网络将停止工作。因此，此类网络的扩展性较差。③

信号随距离的增加而衰减。④

总线的带宽是网络的瓶颈，N个节点共享传输介质公用总线，当节点数目增加时，网络性能下降。⑤

由于网段距离长度的限制，因而负载能力有限。3.适用场合此类结构适用于小型办公自动化系统、实验室、游戏厅，以及小型信息管理系统等低负荷，输出的实时性要求不高的环境。3.2.2环型拓扑(RingTopology)

1.

“环型”拓扑结构的特点环型拓扑看起来像是首尾相接的总线拓扑，顾名思义，环型拓扑是“环状”的。“环型”结构一般使用电缆或光纤连接环路上的各节点，网络上所有的节点通过环路接口卡，分别连接到它相邻的两个节点上，从而形成的一种首尾相接的闭环通信网络。环型网可以为大量用户提供高的性能。2.“环型”拓扑结构的应用特点(1)优点①

由于两个节点之间只有唯一的通路，因此大大简化了路径选择的控制。②

当有旁路电路时，某个节点发生故障可以自动旁路，这样可以提高可靠性。此时，节点的加入和移出将不引起停机。③

传输时间固定，适用于对数据传输实时性要求较高的应用场合。④

在负荷较重的场合，比争用信道的总线式网络有更高的传输速率。⑤由于光纤适合于信号单方向传递和点-点式连接，因此“环型”结构最适合使用光纤。在FDDI普及并推广后，“环型光纤网络”将是一种很有前途的网络。

(2)缺点①传输效率低。由于信号以串行方式通过多个节点的环路接口，因此，当节点过多时，传输效率较低，网络响应时间变长。②灵活性差。单环时，由于环路封闭，因此扩展不便。③可靠性差，管理不易。当没有旁路电路时，只要有一个工作站出现故障，整个网络都将瘫痪。④环路维护复杂，实现困难，维护费用和造价高。3.适用场合它适用于企业的自动化系统、对数据传输实时性要求较高的应用场合以及负荷较重的大型网络和信息管理系统。3.2.3星型拓扑(StarTopology)1.

“星型”拓扑结构的特点星型拓扑使用一条条独立的电缆或双绞线将各节点(计算机或其他网络设备)连接到中央设备上，中央设备通常是以太网交换机或集线器(HUB)。在典型的“星型”拓扑中，每个节点经过中央设备发送数据。这种结构很像连接到中央交换室的电话线路。中央设备(HUB)在信号分发之前，对其进行放大和再生。小型局域网使用的单个交换机或集线器，通常还可以互相连接，进而形成更大规模的局域网络。(1)中央节点(中央控制器)的主要功能①为需要通信的设备建立物理连接。当要求通信的节点发出通信请求后，中央节点的控制器检查是否具有空闲的线路，以及被呼叫的节点是否有空，而后根据情况决定是否在呼叫与被呼叫节点之间建立物理连接。②维持两台通信设备的通信过程和物理通路。③当通信结束后，若通信不成功，要求断开线路时，中央节点将负责拆除已建立的通信线路。(2)星型拓扑的拓扑结构问题(1)优点①

网络结构简单。星型网络的组建、安装、使用、维护与管理都很方便。②

易于检查故障。由于线路集中，通常可以利用交换机或HUB上的LED灯的状况，来判断计算机是否出现故障。③

扩展性好。在HUB上增加节点不需要中断网络，可以在不影响网络运行的情况下删除或增加节点。另外，HUB上的各个节点是独立的，因此便于查找故障和修改线路。④

集线器支持多种传输介质。⑤

传输时间较短。⑥

误码率较低。⑦

造价和维护费用低。(2)缺点①

集线器出故障时会导致整个网络的瘫痪。②

这种结构的最大缺点是中央节点的负荷过重。③

需要较多的传输介质，通信线路利用率低。3.适用场合星型结构适用性很广，可以应用于企业的办公自动化系统，数据处理系统，声音通信系统和中、小型信息管理系统。

3.2.4树型拓扑(TreeTopology)1.

“树型”拓扑的结构特点树型拓扑结构可以看成是星型拓扑的扩展，其典型的应用是以太网的交换机与集线器级联后组成的网络。

2.“树型”拓扑结构的应用特点(1)优点易于扩展；故障隔离容易；设计合理时，可以比星型结构节约很多的通信线路的投资费用；网络层次清楚。(2)缺点树型拓扑结构比星型更为复杂，由于数据在传输过程中要经过多条链路，因此时延较大；另外，要求根节点和各级分支节点都具有较高的可靠性。3.适用场合树型拓扑属于集中控制式网络，适用于分级管理的场合，或者是控制型网络。3.3局域网的基本组成3.3.1局域网的软件系统

1.网络操作系统网络操作系统是整个网络的核心，它能够实现对网络的控制和管理，它还可以通过网络，向网络上的计算机及其用户，以及各种外部设备提供各种网络资源和网络服务。

2.网络管理软件网络管理软件用于监视和控制网络的运行。

3.网络应用软件①各种数据库管理系统②办公自动化管理系统③支持B/S方式的浏览器软件Microsoft的InternetExplorer和Netscape公司的Navigator，以及Web网页制作软件等。3.3.2局域网的硬件系统3.3.2.1网络服务器(Server)1.网络服务器应具有的功能①

运行和安装着局域网的操作系统。②

是实现网络中的软件、硬件和数据信息等资源共享的主要部件。③

网络管理员通过局域网内的管理服务器，实现对网络上的人员、设备、资源、通信和安全等全方位的可靠地管理。2.网络服务器的分类可以分为：

主控服务器、应用程序服务器、通信服务器、Web服务器及打印服务器等；从网络服务器的设计思想角度划分，可以分为：

专用服务器和通用服务器；从服务器本身的硬件结构角度划分，可以分为：单处理机网络服务器和多处理机网络服务器。3.选购网络服务器时需要考虑的主要因素(1)购买服务器时应当综合考虑的性能因素①系统的开放性。②系统的延续性。③系统的可扩展性。④系统互联性能。⑤应用软件的支持。⑥性能价格比的合理性。⑦生产厂商的技术支持。(2)网络服务器的选择和设计因素通常网络服务器除了选择专用设备之外，设计时还应当考虑如下配置因素。①服务器的总体结构合理、安全。例如，服务器的总线设计先进、整体结构合理、可靠性高等。②CPU速度快，可以考虑安装多个CPU。应当注意选择主流品牌。③足够的高质量内存。由于服务器内存容量的大小直接关系到整个网络的性能，因此，服务器需要配置有足够大的内存，目前服务器的内存最低为128MB，通常配置为256MB，或更高。④高品质的硬盘。服务器的硬盘不仅需要尽可能大的容量，还需要足够的速度和可靠性。例如，为了提高硬盘的可靠性，可以考虑配置硬盘组，形成硬盘的镜像列阵；此外，还可以考虑配置具有“热插拔”功能的硬盘。3.3.2.2工作站或客户机(workstationorclient)1.网络工作站应具有的功能2.网络工作站的类型各种类型的微机均可以成为网络工作站。3.网络工作站的配置要求①硬件：工作站微机通过插在其中的网卡，经传输介质和网络连接器件与网络服务器连接，用户便可以通过工作站向局域网请求服务并访问共享的资源。内存是影响网络工作站性能的关键因素之一。工作站所需要的内存大小取决于操作系统和在工作站上所要运行的应用程序的大小和复杂程度。②软件：工作站通常具有自己单独的操作系统，以便独立工作。3.3.2.3网络适配器(NetworkAdapter)网络适配器通常又称为网络接口卡

(NetworkInterface

Card，NIC)，也简称网卡。

1.网络适配器的基本功能①

网卡实现工作站与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，接收和执行工作站与服务器送来的各种控制命令，完成物理层的功能。②

网卡实现局域网数据链路层的一部分功能，包括网络存取控制，信息帧的发送与接收，差错校验，串并代码转换等。③

网卡可以实现“无盘工作站”的复位及引导。④

网卡提供数据缓存能力。⑤

网卡还能实现某些接口功能。2.选购网络适配器时应考虑的因素速率(2)总线接口类型(3)网卡支持的网络类型和电缆接口3.3.2.4传输介质1.选择传输介质应考虑的性能因素①网络拓扑结构。②网络连接方式。③网络通信容量。④系统传输时的可靠性要求。⑤所传输的数据类型。⑥环境因素，例如，网络覆盖的地理范围、节点间距等。2.选择传输介质应考虑的具体因素①成本②安装的难易程度③容量◆带宽◆传输速率④衰减及最大距离⑤抗干扰能力3.4传输介质3.4.1双绞线(Twistedpair)3.4.1.1双绞线的结构与分类双绞线(又称双扭线)是当前最普通的传输介质，它由两根绝缘的金属导线扭在一起而成。通常还把若干对双绞线对(2对或4对)，捆成一条电缆并以坚韧的护套包裹着，每对双绞线合并作一根通信线使用，以减小各对导线之间的电磁干扰。双绞线分为无屏蔽双绞线(UTP)和有屏蔽双绞线(STP)两种。3.4.1.2无屏蔽双绞线(UTP)1.UTP的应用特性①低成本(略高于同轴电缆)。②易于安装。③高容量(高速传输能力)。④100m以内的低传输距离(高衰减)。⑤抗干扰(EMI)能力差。3.4.1.3有屏蔽双绞线(STP)1.STP的应用特性①中等成本。②安装难易程度中等。③比UTP具有更高的容量。④100m以内的低传输距离(高衰减与UTP相同)。⑤抗干扰(EMI)能力中等。3.4.2同轴电缆(Coaxialcable)1.同轴电缆的结构同轴电缆是网络中最常用的传输介质，因其内部包含两条相互平行的导线而得名。一般的同轴电缆共有四层，最内层是中心导体通常是铜质的，该铜线可以是实心的，也可以是绞合线。在中心导体的外面依次为绝缘层、外部导体和保护套，如图3-7所示。绝缘层一般为类似塑料的白色绝缘材料，用于将中心导体和外部导体分隔开。而外部导体为铜质的精细网状物，用来将电磁干扰(EMI)屏蔽在电缆之外。2.同轴电缆的分类和性能参数按带宽和用途来划分，同轴电缆可以分为基带(BASE-band)和宽带(Broad-band)两类。3.常用基带同轴电缆的应用特点①低成本。②易于安装，扩展方便。③低容量。最高10Mbit/s的容量。④中等传输距离(中等衰减)。⑤抗干扰能力中等。⑥故障诊断和修复不易。单段电缆的损坏可导致整个网络瘫痪。3.4.3光导纤维电缆(OpticalFiber)光导纤维电缆，简称光纤电缆、光纤或光缆。它是一种传输光束的细软，而且柔韧的传输介质。光导纤维电缆通常由一捆纤维组成，因此得名“光缆”。光纤使用光而不是电信号来传输数据。

1.光导纤维电缆的结构光缆由纤芯、包层和护套层组成。其中纤芯由玻璃或塑料制成，包层由玻璃制成，护套由塑料制成。光缆的中心是玻璃束，或纤芯，由激光器产生的光通过玻璃束传送到另一台设备。在纤芯的周围是一层反光材料，称为覆层。由于覆层的存在，没有光可以从玻璃束中逃逸。3.光导纤维电缆的分类与性能参数光纤有两种，单模式(singlemode)和多模式(multimode)。单模式光纤仅允许一束光通过，而多模式光纤则允许多路光束通过。单模式光纤比多模式光纤具有更快的传输速度和更长的传输距离，自然费用也就更贵。

4.光导纤维电缆的主要应用特点(1)优点①传输带宽高，通信容量大。由于光纤具有极高的容量，因此在实际中可达到极高的传输速率，例如：目前光纤的数据传输速率为100~2000Mbit/s的数量范围。②传输损耗小，中继距离长。光纤具有极低的衰减，可以长距离传输，例如：在计算机网络中，使用多模光纤传输时，最大传输距离通常被认为是2000m；也有资料介绍，使用单模光纤进行数据传输时，不使用中继器的最高传输距离为68km。③误码率低，传输可靠性高。一般，误码率低于10-9。④抗干扰能力强。例如，光纤的抗电磁干扰和雷电干扰的能力都极强。⑤保密性好。例如：数据不易被窃听，或者被截取。⑥体积小，重量轻。⑦抗化学腐蚀能力强。(2)缺点①价格昂贵。但正在不断下降。②安装十分困难。需要专业的技术人员。3.4.3.1无线(自由)传输介质无线传输介质，简称无线(自由或无形)介质，或空间介质。无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理的连接器，通常这种传输介质通过空气进行信号传输。当通信设备之间由于存在物理障碍，而不能使用普通传输介质时，可以考虑使用无线介质。根据电磁波的频率，无线传输系统大致分为广播通信系统、地面微波通信系统、卫星微波通信系统和红外线通信系统。因此，对应的3种无线介质是无线电波(30MHz~1GHz)、微波(300MHz~300GHz)、红外线和激光。

3.6局域网组网技术1.局域网硬件结构设计时应考虑的两个因素①网络节点的布局(即网络拓扑结构)。②传输介质。2.在设计一个网络拓扑时应考虑的具体因素①分段能力。

②诊断和故障检测能力。

③带宽。

④可管理性。

⑤桥接能力。

⑥扩展和维护能力。

3.6.1.2以太网(Ethernet)的产品标准1.

低速以太网的产品标准与分类(1)

网络产品符合IEEE802.3标准，传输速率通常为10Mbit/s。(2)

10Mbit/s以太网分类，当前常用的正式以太网标准有以下5种。①10BASE5，标准以太网，或称粗缆以太网。②10BASE2，廉价的以太网，或称细缆以太网。③10BASE-T，双绞线以太网。④10BASE-F，光缆以太网。⑤10Broad36，宽带以太网。4.10Mbit/s以太网的技术指标①

传输速度：10Mbit/s。②

介质访问控制方法：CSMA/CD。③

拓扑结构：逻辑拓扑为“总线”结构；物理拓扑为“总线”和“星型”结构。④

传输类型：帧交换。5.

以太网的主要设计特点①

简易性。结构简单，易于实现和修改。②

低成本。各种连接设备的成本不断下降。③

兼容性。④

扩展性。所有按照协议工作的节点，都不会妨碍其他节点的扩展。⑤

均等型。各节点对介质的访问都基于CSMA/CD方式，所以它们对网络的访问的机会均等。3.6.2典型以太网(Ethernet)组网技术3.6.2.1标准以太网(10BASE5)1.粗缆以太网的结构采用RG-11同轴电缆为传输介质，阻抗为50，直径为0.4英寸的“粗同轴电缆”。规定每个网上工作站均通过网卡(AUI接口)、收发器电缆(AUICable)和“收发器”(Transceiver)与总线相连。3.6.2.2细缆以太网(10BASE2)1.细缆以太网的结构采用细同轴电缆作为传输介质的以太网，也被称为“廉价的以太网”。10BASE2是作为10BASE5的一种替代方案而制定的。10BASE2使用了RG-58型细缆和BNC-T型连接器，以线性总线进行布线。原来10BASE5的收发器的功能被移植到网卡上，因此，网络更加简单，更便于使用，性能价格比也较高。然而，却因此限制了信号能够传送的最大距离。(1)细缆以太网组网的硬件配置①网卡。②电缆系统。用于细缆以太网的电缆系统主要包括如下部件。Ø

RG-58A/U型细同轴电缆，简称“细缆”，型号为RG-58A/U，阻抗50，直径0.18英寸。Ø

BNC-T型连接器。细缆以太网中的每个节点通过BNC-T型连接器连入网内。Ø

BNC电缆连接器，安置在细同轴电缆的两端。Ø

BNC桶型连接器，在单根电缆不够时，通过它连接两条细同轴电缆段。BNC终端匹配器(也叫端接器或终端电阻)，安装在细同轴电缆的两端，防止信号的反射，其中之一必须接地。③中继器(Repeater)。一个细缆以太网“单段”的长度超过185m，或工作站个数多于30个时，应采用支持BNC接口的中继器(Repeater)来延长距离，或增加节点个数。一个细缆以太网“单段”的最大长度为185m；由于最多使用4个中继器，最多可以有5个电缆段，因此细缆以太网的最大布线长度为925m。由于，连入一个网段中节点的最多数目为30个，5个网段中只有3个可以连接工作节点，因此，最多可以有90个工作节点；两个相邻的BNC-T型连接器的距离应是0.5m的整数倍，最小距离为0.5m。每个段的两端都必须安装一个终端匹配器，并且有一端应接地，BNC-T型连接器与网卡上的BNC接口必须直接连接，中间不得接入任何电缆。2.细缆以太网的应用特点①优点：系统造价低廉，安装容易，具有最短的布线距离。②缺点：由于缆段中连入多个BNC-T型连接器，存在着多个BNC型连接头和BNC-T型连接器的连接点，因而同轴电缆连接的故障率较高。实践经验表明大部分故障出在传输介质方面，且故障不便查找和维护。此外，某个站点的接头故障将可能导致整个网络瘫痪，系统的可靠性受到影响。因此，在总线型以太网中，电缆的连接十分重要，为此建议用户尽量购买预制好的电缆。这种预制电缆采用了模压式连接器，而不像自制电缆中的压接式连接器，因此，具有更强的承受恶劣环境的能力，可以提高系统的可靠性。

3.细缆以太网的总结①拓扑结构：总线。②介质访问控制方法：CSMA/CD。③网线类型：RG-58型50欧姆细同轴电缆。④传输速度：10Mbit/s。⑤最大网络节点数目：90个。⑥每段最大节点数目：30个。⑦最大网段数目：5个，最多使用4个中继器，其中3个网段可以连接节点。⑧节点间最小距离：0.5m。⑨最大网络长度：925m。⑩最大网段长度：185m。3.6.2.3双绞线以太网(10BASE-T)10BASE-T中的T(Twisted-pair)是双绞线电缆的英文缩写。IEEE的10BASE-T标准使用星型拓扑结构，并使用接有RJ-45头的UTP非屏蔽双绞线电缆作为传输电缆，这种标准使用大量的电缆，但同时提供了更加稳定和便于维护的网络。10BASE-T连接方式使用不超过100m的双绞线将每一台网络设备连接到集线器，克服了总线式网络中单点故障会引起整个网络瘫痪的问题。另外，10BASE-T十分适合那些需要不断增长的网络。使用集线器和双绞线以太网的结构分为：单-集线器结构、多集线器级联结构、使用叠加集线器结构。1.双绞线以太网的硬件组成(1)集线器HUB集线器是双绞线以太网的中心连接设备，我们通常使用的集线器都是有源的，它是在“共享介质”的局域网设计思想基础上设计出来的，是对总线结构的一种“变革”。其介质访问控制方法仍然采用CSMA/CD方式，利用非屏蔽双绞线、RJ-45接头和集线器，实现了物理上的“星型”和逻辑上的“总线型”拓扑结构。这种结构也被称为“簇型”。有源HUB的主要功能如下。

①HUB的组网功能。HUB有多个RJ-45接口，能支持多个工作站入网，HUB上的RJ-45接口能与其他的HUB相连，因此易于扩展网络。②HUB向上接口的扩展功能。HUB上的BNC向上接口与BNC-T型连接器时，可以与细缆以太网相连。HUB上的AUI(DIX)接口可以与粗缆以太网的收发器电缆相连。新型的高速HUB上往往还配有光纤接口，通过此接口，可以接入光纤主干线。③HUB的信号强化功能。HUB能对工作站发来的信号进行再生放大，并传播信号到网络上的所有接口。④HUB能自动检测，并强化“碰撞”信号。在检测到“碰撞”信号后，HUB会立即发送出一个阻塞(JAM)信号，以强化“冲突”信号，从而避免了由于介质上信号的衰减，而使其他工作站“无法”侦听到的情况。⑤HUB能自动指示有故障的工作站，并切除其与网络的通信。(2)非屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair)10BASE-T网络标准要求使用3类4芯的UTP，但经常使用的型号是5类UTP，4芯中的一对用于信号的发送，另一对用于信号的接收。由于每一个工作节点都需要一根双绞线电缆，用来连接工作节点上的网卡与集线器；另外，集线器与集线器之间的连接也需要使用双绞线电缆。因此，10BASE-T网络需要使用大量的双绞线，每条双绞线电缆的两端都装有同样的RJ-45型接头(水晶头)。目前，由于超5类双绞线与5类双绞线相比，在传送信号时衰减更小、抗干扰能力更强，又为将来网络发展提供了解决方案，因此，也常在10BASE-T新建的网络中采用。(3)网卡(RJ-45接口)、双绞线电缆和RJ-45接头连入10BASE-T网络的每个节点需要一块支持RJ-45接口的10Mbit/s以太网网卡，或便携机网卡。①网卡上的RJ-45接口。共有8个引脚(Pin)，只使用第1、2、3、6号，其余的没有使用。接线或布线时，按照T568B标准(参见表3-8)，其意义如下。Ø

引脚1：发送(Tx+)。Ø

引脚2：发送(Tx-)。Ø

引脚3：接收(Rx+)。Ø

引脚6：接收(Rx-)。②UTP上的RJ-45接头和集线器上的接口与网卡上的接口一样，都有8个引脚，也是只使用了第1、2、3、6号，但是其定义却与网卡不相同。其意义如下。Ø

引脚1：接收(Rx+)。Ø

引脚2：接收(Rx-)。Ø

引脚3：发送(Tx+)。Ø

引脚6：发送(Tx-)。③网卡与双绞线电缆上的RJ-45型接头直接连接，其接线方法有以下两种，参见表3-8(a)和(b)。表3-8(a) 10/100BASET双绞线、RJ-45接口连接顺序表(TIA/EIA568A)

12345678工作站(集线器)绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕工作站(集线器)绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕

表3-8(b) 10/100BASET双绞线、RJ-45接口连接顺序表(TIA/EIA568B)

12345678工作站/服务器橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕集线器橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕2.单集线器10BASE-T网络的组建3.双绞线以太网的组网方案(1)单集线器结构10BASE-T以太网络结构十分简单，所有节点(工作站)均通过HUB连入网络；传输介质采用非屏蔽双绞线，物理拓扑结构为“星型”。节点(工作站)到集线器(HUB)之间的最大距离为100m。单集线器结构适合小型工作组规模的局域网，一般支持4、8、12、16、24个RJ-45端口和一个BNC、AUI或光纤的向上连接端口。(2)

多集线器级联的结构对于规模较大，或节点(工作站)数超过单集线器的端口数目时，通常采用多集线器级联结构，以组成更大的网络。此时10BASE-T也遵循5-4-3规则，即一条通路上最多可以串联4个集线器。网络上连接设备的总数不得超过1024台。普通集线器一般都提供以下3类端口。①是用于连接节点(工作站或服务器)的RJ-45端口，这类端口数目一般是4、8、12、16、24等，如果端口数目为16，就称它为16口集线器。②是专门用于双绞线以太网集线器的级联端口(级联“出口/入口，或者是“Uplink”端口)。③是“向上连接端口”，这些端口可以连接粗缆的AUI端口，或连接细缆的BNC端口，也可以连接光纤端口。对应于不同的端口，多集线器结构的级联有以下几种方法。①

使用“标准线”，通过以太网集线器上专门的RJ-45型“出/入”级联端口进行级联。②

对于没有级联入口和出口的两个集线器，可以使用“标准线”将一个集线器上边的“(Uplink)”级联口与另一个集线器上边的普通RJ45端口相连，从而实现多集线器之间的级联。③

使用同轴电缆、光纤，通过集线器提供的“向上连接端口”实现级联。4.10BASE-T双绞线以太网的应用特点(1)优点①双绞线以太网络的最大优点是检测故障容易，当某一段线路、工作站或互联的某个HUB出现故障时，HUB会将故障自动排除在网络之外，从而保证了剩余部分的正常工作。由于不用中断网络的运行，就可以维护网络，因而简化了网络故障诊断的过程，从而节省了时间，从根本上改善了局域网难于维护的缺点。②安装、管理和使用都很简单。适用于中小型单位自己组建局域网。

③成本低。线路安装可以与电话线路的安装同时进行，从而减少了网络安装费用。④扩展方便。网络站点数目不受线段长度和节点与节点距离的限制，因此，扩充极为方便。此外，由于与其他以太网兼容，因此，与10BASE5和10BASE2互联时，无需改变网络操作系统等软件设置。⑤改变网络布局容易。改变网络某一部分的布局，带来的变化一般不会影响到网络的性能。因此，扩充与减少节点(计算机或其他网络设备)都不会影响或中断整个网络的工作。⑥构建网络灵活、方便，通常每个HUB有N(4、8、12、16、32)个RJ-45接口和M(1、2、3、4)个其他型号的向上接口，例如，BNC接口、AUI接口和光纤接口等，因此，可根据通信量需求的大小和节点分布的情况选择、设计不同规模的网络。(2)缺点①这种结构的最大缺点是中央节点的负荷过重。当HUB出现故障时，将导致整段或全部网络瘫痪。②双绞线的抗干扰能力弱，因此，选择时应十分注意它的电器特性，例如，阻抗、电容和延迟等。只有慎重选择并测试双绞线的型号和实际参数，才能充分发挥10BASE-T网络的长处，保证网络的安全运行。③由于每个单段网线只能连接一个工作节点，所以网络通信线路的利用率很低。5.10BASE-T双绞线以太网的总结①拓扑结构：由于介质访问控制方法为CSMA/CD，因此，10BASE-T是逻辑上的“总线”型拓扑；物理上的“星型”拓扑。②网线类型：3或5类UTP双绞线。③传输速度：10Mbit/s。④最大网络节点数目：1024个。⑤每段最大节点数目：1个。⑥节点间最小距离：2.5m。⑦最大网络长度：无最大长度。⑧最大网段长度：100m。3.7高速局域网3.7.1高速局域网技术概述一般我们将数据传输速率在100Mbit/s以上的网络称为高速局域网。3.7.2100BASE-T快速以太网(共享式快速以太网)近年来常用的快速以太网(FastEthernet)发展迅速，这是因为该标准不但能够以10Mbit/s和100Mbit/s两种速度传输，还能够通过UTP和光缆进行传输。“共享式集线器”是100BASE-T网络上使用的中心控制设备。根据所使用的网络传输介质的不同，已经制定了以下3个标准。①100BASE-TX使用两对5类UTP或1对STP双绞线(网段长度100m)。②100BASE-T4使用四对3-5类UTP双绞线(网段长度100m)。③100BASE-FX使用S/MMF光缆(网段长度450~2000m，传输速率达200Mbit/s)。3.7.3100BASE-T高速交换式以太网交换式快速局域网是在10/100BASE-T双绞线以太网基础上发展起来的一种高速网络，它采用的关键设备是交换式集线器(SwitchingHUB)，简称为“交换机”。3.7.4交换式快速以太网实用组网技术3.7.4.1设计交换式快速以太网的主要步骤1.为实现新的高速交换式网络做好技术准备(1)购买核心设备：100Mbit/s或10Mbit/s的网络交换机，即交换式集线器SwitchingHUB，或Switch。各种不同局域网交换机的区别如下。①

端口密度：是指以太网交换机能够提供的10Mbit/s端口的数目。它可以用来连接一个使用专用带宽的节点(计算机或其他网络节点设备)，这类端口此时被称为专用端口。它也可以用来连接一个10Mbit/s的共享集线器，这类端口被称为共享端口。常见的以太网交换机的端口密度为24，即可以提供24个10Mbit/s端口。②

高速端口：用来连接100Mbit/s节点，它又可以进一步分为100Mbit/s专用端口，用来连接100Mbit/s专用带宽的网络设备，如，网络服务器；或者100Mbit/s共享端口，用来连接100Mbit/s的共享集线器。③

管理端口：交换机上通常配置有管理端口，用来连接终端，以实现网络交换机的配置或管理功能。例如：实现VLAN功能。(2)更换需要更换的网卡连接到交换机100Mbit/s端口的工作节点，应准备100Mbit/s网卡。(3)更换需要更换的网线连接到交换机100Mbit/s端口的节点，其网线应当为5类或超5类UTP。2.消除原来网络的网络瓶颈大多数共享式网络的瓶颈为速度、带宽、容量需求较高的高性能工作节点。

3.8网间互联3.8.1网间互联的基本概念1.同构网(HomogeneousNet)所谓“同构网”是指具有相同特性和性质的网络，即它们具有相同的通信协议，呈现给接入网络设备的界面也相同。

2.异构网”(HeterogeneousNet)所谓“异构网”(HeterogeneousNet)是指网络具有完全不同的传输性质和通信协议。目前，不同类型的网络之间的连接大多是异构网间的连接。3.8.1.2局域网之间互联必须要解决的问题在进行网络互联时，人们必须面对如下一些问题。①

在物理上如何把两种网络连接起来。②

一种网络如何与另一种网络实现互访与通信。③

如何解决它们之间协议方面的差别。④

如何处理传输速率与传输速率的差别等等。3.8.2局域网互联的硬件设备3.8.2.1

中继器(Repeater，又称转发器)1.中继器的功能和使用方式中继器又称“转发器”，它是最简单的和最便宜的网间连接设备。中继器实现网络在物理层上的连接。在以太网中，它用于连接CSMA/CD访问控制方式的以太网络，当局域网网段的跨越距离过长，使得信号衰减，从而导致接收设备无法识别时，就应加装中继器，用来加强信号。由此可见，中继器起到扩展网络连接距离和扩充工作站数目的作用；此外，中继器还起着接收、放大、整形和转发网络信息的作用。中继器的外型就像一个小盒子，连接着两个网络电缆段。它放大、整形、并且重新产生电缆上的数字信号；之后，按原来的方向重新发送该再生信号。2.中继器的应用特点(1)

优点①

中继器可以轻易的扩展网络的长度。②

使用中继器网络传输性能基本不变。③

安装简单、使用方便。④

价格低廉，是最便宜的扩展网络距离的设备。⑤

可以连接使用不同传输介质的类型相似的网络，但所连接的网段必须使用相同的介质访问控制方法。例如，中继器可以将使用UTP双绞线的以太网段与使用细同轴电缆的以太网段连接在一起。(2)

缺点①中继器用于有条件的同构型局域网(即第2~7层使用相同或兼容协议)之间的连接，不能用来连接异构型的网段。如：一个使用CSMA/CD方法的以太网和一个使用令牌环介质访问控制方法的两个网络连接时不能使用中继器。而可以用中继器连接两个使用不同物理传输介质但使用相同介质访问控制方法的网络。②使用中继器连接的网络，不能进行通信分段，连接后增加了网络的信息量，易发生阻塞。即中继器不能提供网段之间的隔离功能，通过中继器连接起来的网络实际上在逻辑上是同一个网络。③

许多类型的网络对可以同时使用中继器扩展网段数目和网络距离的数目都有所限制。例如，在以太网中，使用5-4-3规则设计网络。按此规则，常规以太网中总共可以有5个网段、4个中继器和3个连有客户机的网段。如果使用的中继器个数超过4个，即网段数目大于5个将会影响以太网的冲突检测，并导致其他问题。④

中继器不对信号进行滤波和解释，只是完全重复(再生)信号，全方位传送所有的网络业务量(甚至是错误的)。⑤

中继器不需要任何来自数据帧的信息，原因是它只是完全地重复数据比特。这就意味着如果数据不可靠，中继器仍然重复它。例如：对于由于网络适配器故障而产生的广播风暴，中继器也只是简单地重复。3.中继器的使用、选择的注意事项①连接网段的接口。②网段的扩展距离。③使用中继器时，应注意在同一网络的各段上不能使用不同的介质访问控制方法。3.8.2.2以太网集线器(Ethernethub)集线器(HUB)也称集中器，这里主要指共享式集线器。它工作在OSI模型的第一层，即物理层，其作用与中继器类似，或者说，它就是用于UTP双绞线的多端口中继器。集线器的大小可以从4端口到几百个端口。这样的集线器就是中继器，它们以相同的方式工作，遵循同样的规则。共享式集线器的主要功能为组网、强化和转发信号、指示和隔离故障站点。集线器按是否有“源”分为两种：“主动式”，即有源HUB(类似中继器，转发、再生所有的信号)和“被动式”，即无源HUB(不提供信号再生功能，仅连接电缆)。

2.集线器的应用特点(1)优点①集线器安装极为简单，几乎不需要配置。②主动式集线器可以扩展网络介质的极限距离。③使用集线器的向上连接端口可以连接使用不同传输介质的类型相似的网络(即互联的两个网络的2-7层使用相同或兼容协议，例如，10BASE2与10BASE5网络)。(2)缺点①常用的集线器极大地限制了介质的极限距离，例如，10BASE-T中的100m。②集线器没有数据过滤的功能，所以将收到的数据全部从端口发出去，即不能进行通信分段，连接后增加了网络的信息量，易发生阻塞。3.集线器应用时应注意的因素①集线器可以作为中继器使用，因此，使用集线器的网络也必须遵循中继器所遵循的5-4-3规则，即级联时，最多串接4个集线器。由于集线器工作在物理层，因此它也要求所连接的网段在物理层以上使用相同或兼容协议。②集线器应用时应考虑网络所使用的传输介质。③集线器按照工作原理可以分为共享式和交换式两种，其中对应的主要设备分别为共享式集线器和交换机。3.8.2.3网桥(Bridge)1.网桥定义网桥一般是指用以连接在数据链路层以上具有相同协议的网络的软件和硬件。网桥工作在OSI模型的第二层，即介质访问控制(MAC)子层。因此，网桥用于有条件同构型局域网之间的连接(即第3~7层使用相同或兼容协议)，不能用来连接异构型的网段。也就是说，网桥能够实现两个在物理层或数据链路层使用不同协议的网络间的连接，例如，可以连接使用不同传输介质和不同介质访问控制协议的两个网络。2.网桥的功能和作用(1)网桥的功能①过滤和转发。②学习功能。(2)网桥在实际应用中的主要作用①网络分段。②扩展网络的物理尺寸。③网桥可以实现局域网(LAN)之间，以及远程局域网和局域网之间的互相连接。④网桥可以连接使用不同传输介质的网络。例如：网桥可以实现同轴电缆以太网与双绞线以太网的连接。(3)在复杂网络环境中使用网桥的限制①拥有网桥的网络通常不能使用备用通道。②网桥不能对网络进行分析，以实现继续传输数据时的最快路由。在多种路由存在时，尤其是在那些路由较慢的广域网中，“路由选择”功能往往是最希望具备和最需要的能力。③网络不能过滤广播分组，因此，对于避免广播风暴，网桥无能为力。3.网桥的使用方式和分类网桥可以用来互联两个同类网络，例如，两个以太网之间的互联。网桥使用时的最简单形式是使用两端口的网桥互联两个局部网络。这种用网桥连接两个网络的方式与使用中继器连接相比较，其效率较高，因为网桥可以起隔离网络的作用，当网络1和网络2上的工作站各自访问自己的服务器时，它们互不干扰，两个局域网都可同时工作，而用中继器连接时则做不到这一点。当使用网桥时，一定要注意它在网络中的位置。如果客户机都访问同一台服务器，则将网桥放置在这些客户机和服务器之间时，不会带来好的通信效果。因此，只有放置合适的位置，才能取得最大的效率，例如：设计为最佳位置时，能够阻挡70%的通信量进入分段后的网络。从硬件配置的位置来分，网桥通常分为内部网桥和外部网桥两种。在文件服务器内安装、使用两块网卡就可以组成内部网桥；外部网桥的硬件则放在专门用作网桥的PC或其他设备上。从地理位置来分，网桥还可以分为近程网桥(LocalBridge)和远程网桥(RemoteBridge)。连通两个相近的LAN电缆段只需一个近程网桥(或叫本地网桥)，但是连通经过低速传输媒介(如电话线)间隔的两个网络时要使用两个远程网桥，注意远程网桥应当成对使用，如图3-36所示。近程网桥是指在电缆线允许的长度范围内互联网络的网桥。远程网桥是指互联的网络因超过电缆线所允许的最大长度限制，而借助于其他传输介质(如电话线)来互联的两个远程网络或远程工作站的网桥。本地网桥主要是用以扩大网络的规模，提供信息与资源的共享；此外，将一个较大的网络分成两个或多个用网桥互联的小网络以提高网络处理速度。远程网桥还可以解决远距离数据传输的问题。4.网桥的安装(1)内部网桥的安装内部网桥安装简单，无需配置。

(2)外部网桥的安装安装外部网桥的工作主要包括生成网桥软件、配置网桥软件(用于远程连接)和硬件安装3个部分。其中硬件安装指的是调制解调器、电缆线及电话线等的连接和安装，较为简单；而主要工作在于生成网桥软件和正确配置网桥软件。5.

网桥的应用特点(1)

优点①

网桥通过对不需要传递的数据进行过滤来实现对网络间的通信分段。②

网桥可以连接两个使用不同传输介质，但介质访问控制方式相似的网络。③

特殊的网桥(转换桥)可以连接不同类型的网络。

(2)

缺点①

由于网桥处理接收到的数据信息，因此，会降低网络性能。②

网桥传递所有的广播。③

由于网桥具有比中继器更高的智能，因此价格比中继器贵。④

网桥在将两个或多个微机局域网连接成一个大的网络时分解了网络的流量，提高了整体效率。但是，网桥没有路径选择的能力，在存在有多个路径时，网桥只使用某一固定的路径。⑤

网桥连接两个网络时，要求被连接的网络在“数据链路层”以上的各层(第3~7层)，采用相同或相兼容的协议。3.8.2.4以太网交换机(EthernetSwitchinghub)以太网交换式集线器又被称为以太网交换机，也有的书把它称做“智能型集线器”。由于它工作在数据链路层，因此又被称为第二层设备；另外，有些交换机还具有第三层的部分功能。第二层的交换机具备网桥的功能，即可以过滤以太网的数据帧，由于，它不向其他子网转发属于本子网内的数据帧，而只转发需要转发的数据帧，因此可以显著提高网络的传输带宽。交换机相当于多端口的网桥，因此，人们又把交换机称为“网络开关”，在组建网络时，主要用它连接集线器、服务器、多媒体工作站；或者用它来连接分散的主干网等，需要独立和专有带宽的场合。

1.以太网交换机的功能第二层交换机是交换式局域网的主要设备，它的主要功能为增加传输带宽、降低网络传输的延迟、进行网络管理、选择网络传输线路等。2.以太网交换机的工作方式和分类(1)

直通传送(Cut-Through)直通式交换机，在收到以太网端口送来的信息之后，首先，读取信息帧中的目的地址，接着就查询端口地址映射表，如果与某站点地址相符就转发该信息到相应的端口。由于此类交换机不对信息帧做任何处理，因此，转发速度快，适用于碰撞率和误码率都较低的场合。直通式交换机的优点是速度快、延迟小；缺点是可靠性差，交换控制器要求高，存在传输差错等。(2)

存储转发(StoreForward)存储转发式交换机，在接到信息帧之后，首先，将其存储到高速缓冲器中，其次，还要对有问题的信息帧做过滤处理，最后才转发该信息帧，因此，它的转发速度较直通式交换机慢，适用于碰撞率和误码率都较高的场合。存储转发式交换机的优点是可靠性较高、支持高速端口和不同速率的链路；缺点是延迟增加。3.

以太网交换机的应用特点①可用带宽增加。②交换速度快，传输时间延迟大大降低。③管理和维护简单。④扩展和兼容型好。⑤具有高带宽专用端口。⑥允许10Mbit/s和100Mbit/s等多种端口共存，可以充分保护已有投资。3.9

局域网与结构化布线技术无论哪一种，结构化布线系统都是指一座建筑或一群建筑内的网络通信传输系统。结构化布线与传统式布线方式的最大区别就是：结构化布线设计时只考虑需要安装的计算机或通信设备的位置和性能；而不考虑设备本身和具体的安装时间。一个完整的智能大厦应该包括如下几个方面。①办公自动化系统(OA)，它应包括各类计算机、终端、传真机等办公设备。②通信自动化系统(CA)，它应包括以电话交换机为核心的电话、传真通信网络，以及语音、视频、图像、数据通信设备等各种通信设施。③楼宇自动化系统(BA)，它应包括传感器，以及计算机对建筑内的电力、空调、电梯、安全监控等系统。④计算机网络系统(CN)是在结构化布线基础上所实现的上述各系统的集成系统。3.9.2结构化综合布线系统3.9.2.1结构化综合布线系统的基本概念结构化综合布线系统的定义①

综合布线：所谓“综合”就是指把电话、计算机、多媒体数据、安全保卫信息，以及监控信息等统一考虑和统一布置。因此，此系统包含：通信系统、网络系统、监控系统、电源系统和照明系统等多个子系统。②

结构化方式：是指采用层次星形结构，根据模块化的思想，采用各种配线设备，按照统一的、标准的和简单的方式，实现各种传输介质的连接。这种方式使得整个布线系统扩充容易、管理和维护方便。总之，楼宇的