局域网组网原理与技术1

局域网组网原理(yuánlǐ)与技术精品资料1局域网的四大实现技术要设计和组建一个实用的局域网，通常要涉及下面(xiàmian)4项基本网络技术：网络拓扑结构传输介质和介质的访问控制方式通信协议布线技术精品资料22.2局域网的拓扑结构选择网络的拓扑结构，是网络设计的第一步。局域网和广域网的最大区别就是：它覆盖的地理范围(fànwéi)有限。局域网的设计中，一旦选定某种拓扑结构，则同时还要选择一种适合于该拓扑结构的局域工作方法和信息传输方式。精品资料3局域网拓扑结构的选择原则价格：网络的拓扑结构直接影响到网络的安装和维护费用。速率：网络的拓扑结构直接关系到系统的数据传输速率和带宽。规模：网络的拓扑结构直接与网络的规模相关。在设计一个网络时，要考虑该网络中包含多少(duōshǎo)个节点，节点的分布情况，节点间的流量，专用服务器的位置及数量等精品资料4目前，局域网设计中广泛采用的几种物理拓扑(tuòpū)结构是：总线型环型星型结构树型结构精品资料52.2.1总线型拓扑结构总线型网络(wǎngluò)的逻辑拓扑如下主要特点：①所有工作站和服务器共享一条公共信道。②是一种广播式网络。一个工作站发送的数据能被网络上的任何节点接收到。③工作站接收信息的方式是：当它收到信息后会对该信息中的目的地址进行检查，如果目的地址与本机地址一样，就接收该信息，否则(fǒuzé)，拒绝接收该信息。（将网卡的工作模式设为混杂模式可以接收所有的数据包。精品资料6总线型拓扑结构的典型应用(yìngyòng)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。精品资料7总线(zǒnɡxiàn)拓扑结构的优点结构简单灵活可靠性高在低负荷时，网络响应速度较快。硬件设备少，网络的造价低。容易安装和配置。共享能力强，适用于广播式网络。精品资料8总线型网络的缺点故障(gùzhàng)诊断困难。一个链路故障(gùzhàng)，将会破坏网络上所有节点的通信。当网络电缆出现故障(gùzhàng)时，检测工作要涉及整个网络。网络扩充不便。在总线型网络上增加节点时，需要断开相邻节点，整个网络都会停止工作。因此，这种网络扩展性很差。信号随距离的增加而衰减，因此，总线型网络的传输距离受到限制。总线的带宽成为网络的瓶颈，总线上的节点共享、争用一条公共信道，因此，当网络中的节点数目较多时，网络性能会急剧下降。精品资料9单个网段的长度受到严格的限制，因而负载能力有限。10BASE2的单网段最大节点数目为185个。适用场合小型(xiǎoxíng)办公自动化系统实验室游戏厅小型(xiǎoxíng)信息管理系统精品资料101.令牌环网的原理(yuánlǐ)令牌环是由许多环接口(干线耦合器)通过点到点线路连接而成的。在令牌网中，当所有站点都空闲时，一种特殊格式的帧---令牌，它总在绕环运行。其中，某个比特位叫令牌比特（0=闲，1=忙）。当一个站点要想发送一帧时，必须抓住空闲令牌，并将令牌比特置为1。每个比特到达接口后，先复制到1比特缓冲区中，然后再重新输出到环上，在输出到环上之前，比特将被检查并可能被修改，这个(zhège)过程造成了每个接口处1比特延迟。

精品资料11令牌环路工作过程：

假设A站为发送数据站，C站为接收数据站。

①令牌环初始化后，只有空令牌在环上流动(liúdòng)。

②令牌经过D站，D站没有数据发送，只是将其转发；经过A站时，A站有数据发送，将令牌截获，将其从环上移去。ADCBADCB精品资料12③A站转为发送方式，发送数据(shùjù)到环上。数据(shùjù)经过B站，B站检查地址与自己不符，只是转发；到达C站后，与站点的地址相匹配，C站复制该帧，在帧内设置一些状态位，并将该帧转发给其邻居，这个帧继续在环内发送。ADCB精品资料13④该数据帧在环路上转了一圈后，最后(zuìhòu)回到原站A，此时，A站不再对该帧进行转发，而是对返回的数据进行检查，判断是否发送成功。⑤A站发送成功后，必须产生一个新的令牌，并将它发往下一站。这样，环中又有令牌在流动，等待某个站截获它。ADCBADCB精品资料142.2.3星型拓扑(tuòpū)1.星型拓扑的特点:①每个节点通过(tōngguò)中央设备收发数据.②中央设备在信号分发之前,对其放大和再生.精品资料15这是一种对前几种拓扑结构的综合。主要是对总线拓扑结构和星形拓扑结构的扩展，从而构成一个完整的、庞大的网络系统(xìtǒng)。这种结构由于便于扩展，性能好，在大型网络中广泛应用。hubhubhubhub精品资料162.星型拓扑(tuòpū)的拓扑(tuòpū)结构问题逻辑拓扑(tuòpū)与物理拓扑(tuòpū)的关系问题逻辑拓扑(tuòpū):是指局域网节点间的信息流动形式,或者说是传输介质的访问控制方式.物理拓扑(tuòpū):是指局域网中各部件的外部连接形式.因此,逻辑结构属于总线型或环型拓扑(tuòpū)的局域网,其物理拓扑(tuòpū)结构也可以是星型或其他物理结构.精品资料17共享式集线器10BASET以太网IBMTokenBus网络(wǎngluò)精品资料18目前,广泛采用的以交换机为中心(zhōngxīn)的交换式局域网的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构都是星型拓扑.在交换式局域网中,作为中心(zhōngxīn)节点的交换机可以为多对通信节点之间,建立并发的逻辑连接通道.交换式集线器交换式局域网精品资料19局域网的基本(jīběn)组成软件系统网络操作系统网络管理软件(ruǎnjiàn)网络应用软件网络的核心软件网络服务器网络工作站网络适配器(网卡)网络传输介质电缆双绞线光纤其他配件网络连接与互联设备收发器、中继器，集线器、网桥、交换机路由器、网关硬件系统精品资料20网络(wǎngluò)服务器网络主干服务器:这些服务器是网络的管理服务器,能够实现对计算机、用户或资源等对象(duìxiàng)的控制和管理，并能提供各种网络服务。网络的功能服务器（应用服务器）打印服务器通信和远程访问服务器Web服务器DNS服务器DHCP服务器精品资料21网络服务器物理设备的选择与配备(1)集成的服务器主要应用在中小型网络中。在一台物理设备上，通过软件的安装与配置，使其同时(tóngshí)充当主控服务器和各种应用服务器的角色。（2）专用服务器在较大的网络中，采用专用的服务器完成专门的工作。精品资料22精品资料23选购服务器时需要考虑的主要因素(yīnsù)价格因素(yīnsù)。在中小型网络中，服务器的负荷一般会比其他的工作站的负荷要高得多，因此，不要使用一般的微机作为服务器，而应当选择专业服务器生产厂家的产品。在网络工程预算中，一般购买服务器的费用应占总投资的10%~20%。精品资料24系统的开放性、可扩展性、应用软件的支持、生产厂商的技术支持等。服务器的总体性能。CPU的速度、内存容量、硬盘等。例如(lìrú)：主干服务器Web服务器CPU性能(xìngnéng)和个数内存容量和性能快速总线和热插拔技术多CPU快速总线技术快速和大容量硬盘大容量内存精品资料25客户机或工作站客户机的功能用户通过客户机接受(jiēshòu)网络服务，访问网络资源因此客户机应具备接受(jiēshòu)网络服务、访问网络资源、接受(jiēshòu)网络管理的接口和功能。客户机的类型各种类型的计算机：都可以成为网络客户机。无盘工作站：是一种特殊的客户机。精品资料26客户机的配置(pèizhì)要求硬件软件网卡内存(nèicún)其他配置操作系统（Windows系列/UNIX/MacOS/Linux)网络连接软件(Microsoft网络客户端、TCP/IP协议等)精品资料27网络适配器网络适配器是网络的通信接口，一般安装(ānzhuāng)在服务器或客户机的扩展插槽中。网卡是网络通信的主要瓶颈之一。它的质量的好坏直接影响到网络的性能。因此，正确选用、连接和设置网卡是能否正确连通网络的前提和必要条件。网卡的基本功能网卡工作在OSI参考模型的第２层。精品资料28对于接收端的计算机上的网卡，它接收传递过来的信号，并将其转换为计算机能够处理的信息(xìnxī)。选购网卡时应考虑的因素速率（10Mb/s、100/1000Mb/s)总线接口类型精品资料29选购的网卡必须(bìxū)与计算机内部可使用的总线插槽类型一致。常见的总线插槽有：ISA、EISA、VESA、PCI、PCMCIA。ISA卡：使用8位或16位总线插槽，目前较少使用。PCI卡：目前最流行的网卡。工作站一般使用32位的PCI网卡；服务器上常用64位或增强型（PCI-X）的PCI网卡。精品资料30精品资料31PCMCIA网卡：主要用于笔记本电脑，一般分为(fēnwéi)16位和32位两种总线类型。精品资料32无线网卡和USB网卡NETGEAR无线网卡

TP-LINK无线网卡精品资料33网卡的接口(jiēkǒu)类型：AUI接口(jiēkǒu)（粗缆接口(jiēkǒu)）、BNC接口(jiēkǒu)（细缆接口(jiēkǒu)）和RJ-45接口(jiēkǒu)（双绞线接口(jiēkǒu)）等。精品资料34最常见(chánɡjiàn)的PCI接口的网卡BootROM槽晶振主芯片(xīnpiàn)数据泵指示灯RJ-45接口总线接口精品资料35支持的网络(wǎngluò)类型和电缆接口支持的网络(wǎngluò)类型电缆接口以太网卡令牌环网卡FDDI网卡ATM网卡RJ45BNCAUI精品资料362.3.4传输介质(jièzhì)双绞线双绞线的物理结构双绞线的结构(jiégòu)示意图4对8根超5类双绞线精品资料37无屏蔽双绞线（UTP）无屏蔽双绞线的分类(fēnlèi)与性能参数市面上常见的有3、4、5和超5类4种双绞线它们的主要特性参数如下：UTP类别型号最高工作频率/MHZ最高数据传输速率Mb/s主要用途3类AT&T1010161010Mb/s网络5类AT&T1061100100100Mb/s网络超5类AT&T1061C125和20015510/100/1000Mb/s、ATM网络6类200>155适用于上述各种网络，特别适合10000Mb/s精品资料38UTP的应用特性成本低易于(yìyú)安装高速传输能力100m以内的短距离传输抗干扰能力差有屏蔽双绞线（STP）有屏蔽双绞线的分类与性能参数STP与UTP的区别是，在双绞线和外层保护精品资料39套中间增加(zēngjiā)了一层金属保护膜，用来减少信号传送过程中所产生的电磁干扰，并具有减小辐射，防止信息被窃听的功能。理论传输速率：500Mb/s。实际传输速率：10~155Mb/s。在100m以内的传输速率：155Mb/s。STP的类型：1、2、5、6、7、9。STP的应用特性中等成本。安装难易程度中等。精品资料40比UTP有更高的速率。适应于100m以内(yǐnèi)的短距离传输。抗干扰能力中等。保密性比UTP高。双绞线的传输距离在局域网中，最大距离为100m。精品资料412．同轴电缆物理(wùlǐ)结构分类和性能参数同轴电缆可分为基带和宽带两种，在小型局域网中，常使用基带同轴电缆，而在电视网中，使用宽带同轴电缆．这里主要介绍基带同轴电缆的情况．精品资料42RG-58A/U500.18英寸10BASE-2细同轴电缆-细缆，BNC头RG-11500.4英寸10BASE-5粗缆RG-59U750.25英寸电视网,宽带网同轴电缆(tónɡzhóudiànlǎn)的分类及性能参数表精品资料43基带同轴电缆的应用特点同轴电缆的传输距离基带同轴电缆---几千米宽带同轴电缆---几十千米3.光导纤维电缆光缆的物理(wùlǐ)结构精品资料44光缆(ɡuānɡlǎn)的分类与性能参数电缆线类型频率/MHz衰减(dB/km)无中继距离电缆0.18英寸3028.7185m0.4英寸3018.77500m光纤200~1000<34km10~100000<3100km>1000<130km精品资料45单模光纤与多模光纤的物理(wùlǐ)尺寸表精品资料46光缆的接口(jiēkǒu)与常用设备①光纤的接口(jiēkǒu)标准精品资料47精品资料48光缆(ɡuānɡlǎn)的主要应用特点(1)优点通信容量大，传输信号的频带宽。传输损耗小，传输距离长。误码率低，传输可靠性高。抗干扰能力强。保密性好。体积小，重量轻。抗化学腐蚀能力强。精品资料49(2)缺点价格昂贵。安装十分困难，需要专业的技术人员进行安装。质地脆、机械强度低。(3)光纤的应用场合长距离、布线条件(tiáojiàn)特殊的情况。在较大规模的计算机局域网中，作为外界数据传输的干线。常用于交换机到服务器，交换机到交换机的连接，很少用于交换机到工作站的连接精品资料502.4局域网的访问控制方式1．局域网的访问控制方式及分类介质访问控制方式的定义：网络中各节点使用传输介质进行安全可靠数据传输的通信规则。介质存取控制与网络传输介质存取控制有关的协议是：MAC协议。如：CSMA/CD，Token-Ring。在共享介质的网络中，每次只有(zhǐyǒu)一台计算机可以在介质上传输数据，介质存取控制协议规定了哪一台计算机有权使用介质传送数据。精品资料51介质存取控制访问方式的分类集中控制方式分布式控制方式①CSMA/CD：主要(zhǔyào)用于逻辑拓扑为总线结构的局域网。是一种随机争用型的访问控制协议。②Token-Ring：主要(zhǔyào)用于逻辑拓扑为环型结构的局域网。是一种有序的访问控制协议。精品资料522.CSMA/CD访问控制协议载波侦听与多路访问（CSMA）载波侦听：当一个节点要发送数据(shùjù)时，先监听信道上有没有信号在传输，这个过程称为载波侦听。多路访问：同时有多个节点在监听信道和发送数据(shùjù)的情况称为多路访问。当一个要发送数据(shùjù)的节点监听到信道空闲时，它就可以发送数据(shùjù)了，那么当它监听到信道忙时，它该怎么办呢？精品资料53通常采用以下两种办法(bànfǎ)：①继续监听下去，一直到发现信道空闲时，立即发送数据。这种方法称为坚持型的载波侦听多路访问。②延迟一个随机时间，然后再监听，不断重复上述过程，直到发现信道空闲，立即发送数据。这种方法称为非坚持型的载波侦听多路访问。精品资料54冲突(chōngtū)检测①冲突(chōngtū)发生的两种情况：当监听到信道空闲时，有两个以上的节点向信道发送数据。节点甲监听(jiāntīnɡ)到信道空闲时，节点乙已经发送了数据，只是该数据信号还没有到达节点甲，此时，如果甲又发送了数据，则会发生冲突。精品资料55②解决冲突的方法当节点检测到冲突发生后，便停止发送数据，延迟一段时间后再去抢占信道。为了尽量减少冲突，每个节点都采用了“随机数时间延迟控制的方法”，也就是说，在冲突发生时，每个节点使用不同(bùtónɡ)的随机数产生延迟时间，由产生延迟时间最小的节点先抢占信道，如果再次发生冲突，则照此办法重复处理，直到最后抢占成功。这种方法称为冲突控制算法或延迟退避算法。精品资料56CSMA/CD的工作原理CSMA/CD的工作原理可以概括为以下四点：先听后发——在发送数据前先对信道进行监听，只有在监听到信道空闲时，才能发送数据。边听边发——在发送数据的同时，进行冲突检测。冲突停止——一旦发现冲突，立刻(lìkè)停止发送数据。随机延迟重发——停止发送数据后，随机延迟一段时间再去抢占信道发送数据。精品资料57冲突检测的进一步讨论发送数据的节点是如何检测冲突发生的呢？①当冲突发生的时候，至少有两个(liǎnɡɡè)以上的信号叠加，这样线路上的电平就和节点发送数据时的电平不一致，当这个叠加信号传送到发送端时，发送端就可以检测出发生了冲突。②一种情况是，由于传输距离的关系，这个叠加信号可能没有办法被发送节点检测到，那么为了使每个发送方都能确定冲突精品资料58在发生，当适配器检测出自己的帧与其他帧冲突时，它首先要确保传输32比特的干扰序列，然后才停止传输数据。根据以太网的帧格式，32b+64b(前缀）=96b，也就是说当冲突发生时，传输方将最少发送96b的干扰序列。而且传输方只发送96b的残缺帧的情况是，两个主机彼此很接近。当两个主机相距较远时，为了确切知道刚刚(gānggāng)发送的帧没有与其他帧发生冲突，传输方可能需要发送至少512b的帧。精品资料59那么为什么是512b呢？现在考虑一种最坏的情况：A和B位于网络的两个端点，假设A在t时刻开始传输一帧，该帧到达主机B的链路延迟用d表示，这样A的这个帧的第一个(yīɡè)比特在时刻t+d到达主机B，假设A的帧到达前的一个(yīɡè)时刻（即B仍看到一个(yīɡè)空闲线路），主机B开始传输它自己的帧，那么B的帧将立刻与A的帧发生冲突，并且B马上将检测到这个冲突，这时B马上发送一个(yīɡè)32比特的干扰序列。精品资料60现在的问题是：主机A直到B的残缺帧到达时才知道发生了冲突，这一时刻将在一个链路延迟之后，即在时刻t+2×d发生。也就是说，主机A的数据传输必须持续2×d的时间才能确保检测到所有的冲突。考虑以太网的如下配置指标：①最大长度(chángdù)：2500m②往返延迟：③传输速率：10Mbps51.2×10s×10Mbps×10=512b-63精品资料61CSMA/CD方式的特点①采用争用型介质访问控制方式，各节点地位平等，因此，无法设置介质访问的优先权。②总线结构的网络结构简单、易于实现、价格低廉、适于广播通信方式。③在高负荷（节点数目增多）时，随着冲突(chōngtū)的增加，传输的延时也会急剧增加，导致网络性能的急剧下降。精品资料622.5典型(diǎnxíng)局域网组网技术本节主要(zhǔyào)内容：典型以太网组网技术高速局域网组网技术结构化综合布线技术网间互联设备与互联技术虚拟局域网技术精品资料63低速产品的常见标准符合IEEE802.3标准的以太网低端产品的传输速率通常(tōngcháng)为10Mb/s，常用的正式标准有以下3种。10BASE5：标准以太网－粗缆以太网。10BASE2：廉价以太网－细缆以太网。10BASET：双绞线以太网。精品资料64其他(qítā)以太网变形标准100BASET：快速以太网。1000BASE系列：千兆以太网。10/100/1000BASE交换式以太网。精品资料65标准(biāozhǔn)以太网-粗缆以太网规范：拓扑结构总线型介质访问控制方法CSMA/CD网线类型RG-11型粗同轴电缆传输速度10Mb/s最大网络节点数目300个每段最大节点数100个最大网段数目5个，最多4个中继器，3个网段可以连接工作节点节点间最小距离2.5m最大网络长度2500m最大网段长度500m精品资料66两站点间最小距离2.5米网络最大跨度2.5公里

最大段长度500米每段最多站点数100收发器

粗缆BNC端子AUI电缆NIC精品资料67如果使用中继设备(shèbèi)，应遵循5-4-3规则。5-4-3规则①网络总长度不得超过5个区段。②最多使用4个中继器。③其中只有3个网段可以连接工作节点。中继器中继器中继器中继器混合电缆段精品资料68细缆(xìlǎn)以太网细缆(xìlǎn)以太网的规范：拓扑结构总线型介质访问控制方法CSMA/CD网线类型RG-58型细同轴电缆传输速度10Mb/s最大网络节点数目90个每个网段最大节点数目30个最大网段数目5个,4个中继器,3个网段可以连接工作节点.节点间最小距离0.5m最大网络长度925m最大网段长度185m精品资料69细缆BNC接头NIC段最大长度185m每段最多站点数30两站点间最短距离0.5m网络最大跨度925m

精品资料70双绞线以太网双绞线以太网又称10BASET。使用星型物理(wùlǐ)拓扑结构和RJ-45头的UTP电缆作为传输介质，工作站等网络设备到集线器的连接电缆不超过100m。共享式双绞线以太网的硬件组成（1）集线器－HubHub的特点精品资料71网络设备利用3、5或超5类的非屏蔽双绞线（UTP）和RJ-45头与集线器相连。用集线器（共享式）组成的网络，其物理拓扑为星型结构，而逻辑拓扑为总线结构。其工作方式与10BASE2和10BASE5完全相同，即在一个时刻只能有一个节点发送信息，其介质访问控制方式仍然采用CSMA/CD协议(xiéyì)规定的方式。精品资料72集线器的主要功能①Hub的组网功能。在集线器上有多个RJ-45接口，能支持多个工作站的入网需求，同时(tóngshí)，Hub上的级联接口还可以与其他集线器相连，从而达到扩展网络的目的。②集线器的向上接口的扩展功能。BNC接口：与BNC-T型连接器相连接，支持与细缆以太网的连接。精品资料73AUI接口：与粗缆以太网的收发器电缆相连，从而达到连接粗缆以太网的目的。光纤接口：支持光纤主干线的接入。③Hub的信号强化(qiánghuà)功能。集线器能对工作站发来的信号进行放大整形，并传播信号到网络的所有接口。精品资料74④Hub能自动检测，并强化“冲突”信号。在检测到“冲突”信号后，Hub会立即(lìjí)发送一个阻塞信号，以强化“冲突”信号，避免由于介质上的信号衰减，使其他工作站无法侦听到冲突的情况。⑤Hub能自动指示有故障的工作站，并切除其与网络的通信。精品资料75（2）非屏蔽(píngbì)双绞线目前常用的UTP线是5类或超5类的，5类或超5类的双绞线有8个芯，但是在使用时，只用了其中的4个芯，其中的一对用来发送信号(xìnhào)，另一对用来接收信号(xìnhào)。RJ-45接头（水晶头）和接口精品资料76网卡上的RJ-45接口(jiēkǒu)网卡上的RJ-45接口(jiēkǒu)共有8个引脚，但是，只使用了1、2、3、6号引脚，其余的没有用