局域网技术及应用(精品系列课件)

走进小巨人的秘密花园——局域网概述华山二度亮剑——局域网的主要技术宝剑锋从磨砺出——局域网组网设备小巨人的崛起——以太网技术第3章我的地盘我做主——局域网技术及应用以太网奠基礼——交换式以太网天马行空——无线局域网大道若简——局域网结构化布线技术3.1走进小巨人的秘密花园——局域网概述3.1.1局域网的特性目前常见的局域网类型包括以太网（Ethernet）、令牌环网（TokenRing）、光纤分布式数据接口（FDDI）、异步传输模式（ATM）等，它们在拓朴结构、传输介质、传输速率、数据格式等多方面都有许多不同。其中应用最广泛的是以太网，这种网络是目前发展最迅速、也最经济的局域网。局域网（LocalAreaNetwork，缩写为LAN）是20世纪70年代后迅速发展起来的计算机网络，是将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络，是一个高速通信系统。从这个定义我们可以引出局域网的三个属性：将连接到局域网的数据通信设备加上高层协议和网络软件组成为计算机网络，我们称之为计算机局域网网络。这里指的数据通信设备是广义的，包括计算机、终端和各种外围设备等。这里指的小区域可以是一座建筑物内、一个校园或者是大至几十公里直径的一个区域。3.1走进小巨人的秘密花园——局域网概述局域网的主要特性是：地理范围有限。通信速率高，一般为基带传输，传输速率为10～100Mbps，能支持计算机间高速通信。可采用多种通信介质。例如，价格低廉的双绞线、同轴电缆或价格昂贵的光纤等，可根据不同需求进行选用。多采用分布式控制和广播式通信。可靠性较高，误码率通常低于10-8～10-11。结点的增删比较容易。3.1走进小巨人的秘密花园——局域网概述局域网主要由服务器、工作站、网络通信系统、网络操作系统等组成，其特点如下。3.1.2局域网的组成1．服务器（Server）服务器是用来管理网络并为网络用户提供服务的计算机。与网络中的工作站相比，服务器通常具有更快的速率、更强大的存储容量和更高的可靠性。因此，为了便于对网络进行管理，服务器中通常安装相应的网络操作系统，如Linux、Windows2000/2003/2008Server、UNIX等。2．工作站（Workstation）工作站指用户使用的计算机，又称用户机或客户机。从网络构成的角度看，任何一台计算机都可作为工作站。当工作站登录到服务器后，可按规定权限存取服务器中的文件。此外，工作站通常还可以与网络中的其他用户进行通信或访问Internet。3.1走进小巨人的秘密花园——局域网概述3．网络通信系统（NetworkCommunicationsSystem）网络通信系统是连接工作站和服务器的硬件设备。这些设备通常包括专用的网络通信设备，如交换机、路由器、网卡等，以及用于传输数据的通信介质，如同轴电缆、双绞线、光纤等。通信设备通过通信介质互相连接。4．网络操作系统（NetworkOperatingSystem）对于稍大一点的网络来说，为了充分发挥网络的功能，以及更好地管理网络，通常应在服务器中安装网络操作系统。例如，基于安全起见，企业的几乎所有数据（如财务、销售等）都被保存在服务器中，并非每个人都能访问这些数据。通常情况下，只有企业负责人拥有最高权限，而其他人只能查看部分数据。因此，就必须借助网络操作系统来对网络中的资源和用户进行管理，它可以赋予用户一定的权限，并分配用户所能访问的网络资源。而对于小型网络（如对等网），如果没有什么特殊要求，可以不安装专用的网络操作系统。也就是说，此时网络中没有专用的服务器。3.1走进小巨人的秘密花园——局域网概述3.1.3局域网的分类局域网的分类根据不同的角度有不同的分法。其中，根据局域网规模大小可以分为小型局域网和大型局域网。其中小型局域网的特点是地域小，计算机数量不多，因而网络安装、管理和配置都比较简单。例如，家庭、办公室、网吧以及计算机机房网络等都属于小型局域网。而大型局域网主要是指企业Intranet网络、行政网络等，这类网络的特点是设备较多，管理和维护都比较复杂。按网络使用的传输介质分类，可以分为有线网和无线网。根据网络的工作原理划分，目前的局域网大致可分为三类，即以太网、令牌环网和ARCnet网。其中以太网是目前局域网中采用最多的网络类型，目前约80%的局域网都是以太网。上网查找一下其他的局域网分类方法。3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术3.2.1局域网体系结构及IEEE802标准决定局域网特征的主要技术有连接各种设备的拓扑结构、传输介质与传输形式以及介质访问控制方法。这三种技术在很大程度上决定了传输数据类型、网络的响应时间、吞吐量、利用率以及网络应用等各种网络特征。在前面已经介绍了一个基于七层协议的OSI开放系统互联参考模型，这个模型对局域网来说大体适用。局域网络协议从低层向上看，物理层是必需的，且与OSI所定义的功能类似。物理层负责确定机械、电气和过程的特性，以建立、维持和拆除物理链路。数据链路层也同样需要，它负责把不可靠的传输信道转换成可靠的传输信道，传输带有校验的数据帧，采用差错检测和帧确认技术。由于局域网多采用广播式传输，需要很好地解决多个设备对于信道的争用问题，因此本层协议应具有介质访问控制功能。由于局域网多共用一条信道，不存在路径选择和流量控制问题，故一般不单独设置网络层，网络层中的分组寻址、排序、流量控制、差错控制等功能可以合并到数据链路层中实现。当局限于一个局域网时，物理层和数据链路层就能完成报文分组转接功能。当涉及网络互联时，报文分组就需经过多条链路才能达到目的地，此时就必须专门设置一个层次来完成网络层的功能，这就是局域网协议中的网际层。3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术为了制定一个标准化的计算机局域网协议，1980年2月，IEEE802委员会（InstituteofElectricalandElctronicsEngineersINC，即电器和电子工程师协会）成立，该委员会制定了一系列局域网标准，称为IEEE802标准，这个名称表示的是该工程开始的年月（1980年2月）。按IEEE802标准，局域网体系结构由物理层、介质访问控制子层（MAC-MediaAccessControl）和逻辑链路子层LLC（LogicalLinkControl）组成，如图3-1所示。图3-1IEEE802标准和OSI的对应关系3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术IEEE802标准定义局域网标准可以划分为16个类别，这16个类别可以分别用它们的802编号来标识，如下所示：IEEE802.1—局域网概述、体系结构、网络管理和网络互联。IEEE802.2—逻辑链路控制LLC。IEEE802.3—为使用CSMA/CD的总线网络定义MAC层，这是以太网标准。IEEE802.4—TokenPassingBUS（令牌总线）。IEEE802.5—TokenRing（令牌环）访问方法和物理层规范。IEEE802.6—城域网访问方法和物理层规范。3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术IEEE802.7—宽带技术咨询组，提供有关宽带联网的技术咨询。IEEE802.8—光纤技术咨询组，提供有关光纤联网的技术咨询。IEEE802.9—综合声音／数据服务的访问方法和物理层规范。IEEE802.10—安全与加密访问方法和物理层规范。IEEE802.11—无线局域网访问方法和物理层规范，包括：IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11c、IEEE802.11p和IEEE802.11ac等标准。IEEE802.12—100VG-AnyLAN快速局域网访问方法和物理层规范。3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术IEEE802.13—没有使用。IEEE802.14—定义电缆调制解调器标准。IEEE802.15—定义无线个人区域网（WPAN）。IEEE802.16—定义宽带无线标准。3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术IEEE802标准之间的关系如图3-2所示。图3-2IEEE802标准间的关系尽管所发布的IEEE802标准实际上在OSI标准之前开始着手，但是，这两种标准差不多在同一时间内发展，并且这两种标准共享许多信息，而这些信息导致了两种相互兼容的模型的创建。IEEE802标准为网络的物理部件（如网卡和电缆等）定义了网络标准，这些物理部件组成了OSI模型中的数据链路层和物理层。数据链路层和物理层是OSI模型最下面的两层，它们定义了多台计算机同时使用网络而不用彼此进行交互的方式。IEEE802标准把这两层中的规范合并起来，创建了一套标准，这套标准定义了那些主要的局域网环境。3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术图3-3所示的数据链路层包括LLC子层和MAC子层。其中，LLC子层管理数据链路通信，定义SAP逻辑接口点的使用方法，其他计算机可以引用并使用SAP来把信息从LLC子层传输到它上面的那些OSI层。802.2定义了这些标准，MAC子层是两个子层中更低层次的一层，它为计算机的网卡提供对物理层的访问。MAC子层直接和网卡进行通信，并负责在网络上的两台计算机之间发送没有错误的数据。图3-3IEEE802标准中LLC和MAC标准3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术所谓半双工与全双工，是指通信双方信息交换的方式。其中半双工是指在同一时间通信双方只能有一方发送或接收信息，另一方只能处于等待状态。局域网中最早使用的就是这种方式。就目前来说，由于共享式局域网中的全部计算机都共享一条通信通道，在技术上无法实现同一时刻数据的双向通行，因此，常规的共享式网络只能工作在半双工模式下。所谓全双工是指在同一时间内，通信双方都可以同时发送与接收信息。从理论上讲，全双工通信方式的数据传输速率要比半双工通信方式提高一倍。就目前来说，很多交换机和网卡都采用了全双工模式，从而使网络速率得到了大幅度提高。3.2.2局域网中的半双工和全双工有人说，半双工的通信方式过时了，你同意这个观点吗？3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术3.2.3局域网的介质访问控制方式IEEE802标准规定了局域网中最常用的介质访问控制方法，包括IEEE802.3载波监听多路访问/冲突检测（即CSMA/CD）、令牌总线（TokenBus）和令牌环网（TokenRing）。1．CSMA/CD介质访问控制方式在总线型局域网中，所有的结点都直接连接到同一物理信道上，并在该信道中发送和接收数据，因此对信道的访问是以多路访问方式进行的。任一结点都可以将数据帧发送到总线上，而所有连接在信道上的结点都能检测到该帧。当目的结点检测到该数据帧的目的地址（MAC地址）为本结点地址时，就继续接收该帧中包含的数据，同时给源结点返回一个响应。当有两个或更多的结点在同一时间都发送了数据，在信道上就造成了帧的重复，导致冲突出现。为了克服这种冲突，在总线型局域网中常采用CSMA/CD协议，即带有冲突检测的载波侦听多路访问协议，它是一种随机争用型的介质访问控制方法。CSMA/CD协议的工作过程是：由于整个系统还是采用集中式控制，且总线上每个结点发送信息要自行控制，所以各结点在发送信息之前，首先要侦听总线上是否有信息在传送，如果有，则其他各结点不发送信息，以免破坏传送；如果侦听到总线上没有信息传送，则可以发送信息到总线上。当一个结点占用总线发送时，要一边发送一边检测总线，看是否有冲突发生。发送结点检测到冲突产生后，就立即停止发送信息，并发送强化冲突信号，然后采用某种算法等待一段时间后再重新侦听线路，准备发送该信息。3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术CSMA/CD协议的工作流程如图3-4所示。对CSMA/CD协议的工作过程通常可以概括为“先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发”。冲突产生的原因可能是在同一时刻两个结点同时侦听到线路“空闲”，又同时发送信息而产生冲突，使数据传送失效可能是一个结点刚发送信息，还没有传送到目标结点，而另一个结点此时检测到线路“空闲”便将数据发送到总线上，导致了冲突。如图3-4所示，冲突检测的过程为发送结点在发送数据的同时，将其发送信号与总线上接收的信号进行比较，判断是否产生冲突。如果总线上同时出现两个或两个以上的发送信号，冲突就被检测出来，与此同时，这些发送信号的结点就会发出强化冲突信号。强化冲突信号的作用是为了更快地通知其他结点信道出现冲突，以便让信道尽快空闲下来。CSMA/CD曾经用于各种总线结构以太网（bustopologyEthernet）和双绞线以太网（twisted-pairEthernet）的早期版本中。CSMA/CD网络上进行传输时，必须按下列五个步骤来进行：（1）传输前侦听；（2）如果忙则等待；（3）传输并检测冲突；（4）如果冲突发生，重传前等待；（5）重传或夭折。3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术图3-4CSMA/CD的工作流程图3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术2．令牌环（TokenRing）这种介质访问使用一个沿着环循环的令牌。网络中的结点只有截获令牌时才能发送数据，没有获取令牌的结点不能发送数据。因此，在使用令牌环的局域网中不会产生冲突。当各结点都没有数据发送时，网络中令牌在环路上循环传递。如果一个结点要发送数据，那么它首先要截获令牌，然后再开始发送数据帧。在数据发送过程中，由于令牌已经被占用，因此其他结点为能发送数据帧，必须等待。当发送的数据在环路上循环一周后，又回到发送结点，发送结点确认数据传输无误后，为了避免数据帧在环路里循环流动，要将该数据帧收回（从环路上移去）。当发送结点的数据发送完毕后，要产生一个新的令牌并发送到环路上，以便让其他结点发送数据，该过程如图3-5所示。图3-5令牌环操作原理3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术由于令牌环中每个结点不是随机地争用信道，不会出现冲突，所以它是一种确定型的介质访问控制方法，而且每个结点发送数据的延迟时间可以确定。在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，因此效率较低，而在重负载时，对各结点公平，且效率高。另外，采用令牌环的局域网还可以对各结点设置不同的优先级，高优先级的结点可以先发送数据，例如某个结点需要传输实时性的数据，就可以申请高优先级。由于这种特性，许多用于工业控制的局域网多为令牌环局域网。3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术3．令牌总线令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环，如图3-6所示。从物理上看，这是一种总线结构的局域网；从逻辑上看，这是一种环型结构的局域网，接在总线上的结点组成一个逻辑环，每个结点被赋于一个顺序的逻辑位置。图3-6令牌总线访问控制3.2华山二度亮剑——局域网的主要技术和令牌环一样，结点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上依次传递，在正常运行时，当结点完成了它的发送时，就将令牌送给下一个结点。从逻辑上看，令牌是按地址的递减顺序传送至下一个站点，但从物理上看，结点是将数据广播到总线上，所有的结点都可以监测到数据，并对数据进行识别，但只有目的结点才可以接收并处理数据。令牌总线访问控制也提供了对结点的优先级报务方式。令牌总线与令牌环有很多相似的特点，例如适用于重负载的网络中、数据发送的延迟时间确定、适合实时性的数据传输等。但网络管理较为复杂，网络必须有初始化的功能，形成一个顺序访问的次序。另外，如果网络中的令牌丢失，则会出现多个令牌将新结点加入环中以及从环中删除不工作的结点等，这些附加功能大大增加了令牌总线访问控制的复杂性。3.3宝剑锋从磨砺出——局域网组网设备常用的局域网硬件除了连接用的电缆外，还有网卡、交换机、路由器等，它们均品牌繁多，因此，正确、合理、经济地选择网络硬件是计算机网络工程设计的重要一环。本节将介绍主要的网络硬件及其应用选择。3.3.1网卡网卡NIC（NetworkInterfaceCard），也称网络适配器，是计算机网络系统中最基本的设备之一。它除起到物理接口作用外，还有控制数据传送的功能，计算机通过它接收或发送网络信息。网卡上有收发器、介质访问控制逻辑和设备接口。网卡与计算机的数据交换采用总线方式，而与网络进行信息交换则是通过接在网卡上的电缆来实现，因此，网卡的使用与计算机总线关系密切，同时也与传输介质有关。图3-7所示为网卡。图3-7网卡3.3宝剑锋从磨砺出——局域网组网设备网卡最终是要与网络进行连接，所以也必须有一个接口使网线通过它与其他计算机网络设备连接起来。不同的网络接口适用于不同的网络类型，目前常见的接口主要有以太网的RJ-45接口、BNC接口、FDDI接口、ATM接口等。而且有的网卡为了适用于更广泛的应用环境，提供了两种或多种类型的接口，如有的网卡会同时提供RJ-45接口和BNC接口。3.3宝剑锋从磨砺出——局域网组网设备交换机（Switch）是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络结点提供独享的电信号通路。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对虚拟局域网、链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。根据交换机支持的传输速率与功能，交换机可以分为不同的类型。3.3.2交换机1．传输速率按交换机所支持的传输速率，主要分为以下三种类型：普通以太网交换机、快速以太网交换机与千兆位以太网交换机。其中，普通以太网交换机是指支持10Mbps传输速率的交换机；快速以太网交换机是指支持100Mbps传输速率的交换机；千兆位以太网交换机是指支持1000Mbps传输速率的交换机。3.3宝剑锋从磨砺出——局域网组网设备一般来说，快速以太网交换机与千兆位以太网交换机都是自适应的，可以同时支持多种传输速率（如10Mbps、100Mbps与1000Mbps），并且能自动侦测出网络的传输速率。图3-8所示为提供RJ-45接口的以太网交换机。目前，使用非屏蔽双绞线组网是很普遍的情况，以太网交换机多是在提供RJ-45接口的基础上，提供少量的其他网络接口（如AUI、BNC与光纤接口）。图3-8RJ-45接口的交换机3.3宝剑锋从磨砺出——局域网组网设备按交换机所应用的网络规模大小，主要分为以下四种类型：企业级交换机、部门级交换机、工作组交换机与桌面级交换机。其中，企业级交换机属于高端交换机，一般采用模块化的结构，可作为企业网络骨干构建高速局域网，因此它通常用于企业网络的顶层。企业级交换机一般是千兆位以上以太网交换机，带宽、传输速率与背板容量比一般交换机高很多，所采用的端口一般都为光纤接口。图3-9给出了一种企业级交换机。2．网络规模图3-9企业级交换机3.3宝剑锋从磨砺出——局域网组网设备3.3.3路由器路由器（Router）是连接多个网络或网段的设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据含义，并选择最佳的网络路径进行传输。路由器的外形如图3-10所示。路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的通路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效率。选择路由器时应注意安全性、控制软件、网络扩展能力、网管系统、带电插拔能力等。图3-10路由器参观一个局域网，画出局域网的拓扑图，标注出局域网的关键设备名称、厂家、型号等信息。3.4小巨人的崛起——以太网技术3.4.1以太网的产生和发展以太网的核心思想是使用共享的公共传输信道，这一思想来源于夏威夷大学，20世纪末，该校的NormanAbramson及其同事研制了一个名为ALOHA系统的无线电网络，这个地面无线电广播系统，是为了把该校位于Oahu岛上的校园内的IBM360主机与分布在其他岛上和海洋船舶上的读卡机和终端连接起来而开发的。我们今天所知道的以太网是Xerox公司创立的，1973年，Xerox公司的工程师Metcalfe将他们建立的局域网命名为以太网（Ethernet），其灵感来自“电磁辐射是可以通过发光的以太来传播的”这一想法。1980年，DEC、Intel和Xerox三家公司公布了以太网蓝皮书，也称为DIX（三家公司名字的首字母）版以太网1.0规范。在DIX开展以太网标准化工作的同时，世界性专业组织IEEE组成了一个定义与促进工业LAN标准的委员会，并以办公室环境为主要目标，该委员会名叫802工程。DIX集团虽已推出以太网规范，但还不是国际公认的标准，所以1981年6月IEEE802工程决定组成802.3分委员会，以产生基于DIX工作成果的国际公认标准。1982年12月19日，19个公司宣布了新的IEEE802.3草稿标准。1983年该草稿最终以IEEE10BASE-5而面世。802.3与DIX以太网2.0在技术上是有差别的，不过这种差别甚微，而今天的以太网和802.3可以认为是同义词。紧接着出现的技术是细缆以太网，定为10BASE-2，它比10BASE-5所使用的粗缆技术有很多优点：不需要外加收发器和收发器电缆，价格便宜，且安装和使用更为方便。3.4小巨人的崛起——以太网技术接着发生的两件大事使得以太网再度掀起高潮：一是1985年Novell开始提交NetWare，这是一个专为IBM兼容个人计算机联网用的高性能操作系统；二是10BASE-T，一个能在无屏蔽双绞线上全速10Mbps运行的以太网，它使结构化布线成为可能。进入20世纪90年代以后，PC普及范围越来越广，且加入网络的PC越来越多，导致人们对网络的需求及数据传输速率的要求大大提高，从而导致了快速型以太网和交换式以太网的产生。100BASE-T以太网已列为IEEE802标准，千兆以太网也已有产品陆续上市。表3-1展示了近十几年以来以太网标准的发展情况。表3-1以太网标准的发展3.4小巨人的崛起——以太网技术3.4.2粗缆以太网粗电缆以太网（10Base-5）的网络结构如图3-11所示，它使用阻抗为75Ω、RG值为8（RG是射频电缆系列的号码，它源自于美国军用标准，后来美国生产的射频电缆用RG加不同的数字来表示不同结构和性能的射频电缆）的同轴电缆，并使用外部收发器连接计算机上的网卡和分接器。图3-11粗电缆Ethernet拓扑和规格参数3.4小巨人的崛起——以太网技术收发器不但能够建立与同轴电缆的物理连接和电气连接，也可以执行CSMA/CD的冲突检测和强化冲突。收发器电缆采用AUI电缆。AUI是指连接单元接口（AttachmentUnitInterface），它是一个DB-15针的接口。粗缆以太网的网卡和收发器都带有AUI接口，AUI接口之间采用AUI电缆相连。在粗缆以太网的电缆尾端必须各使用一个50Ω的终接器（也称终端电阻），它的主要作用是当信号达到电缆尾端时，可以把信号全部吸收进去，避免信号的反射造成干扰。对于使用粗缆的以太网，每个干线段的长度不超过500米，可以用中继器连接两个干线段，以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用四个中继器，连接五段干线段电缆。3.4小巨人的崛起——以太网技术10BASE-5这种记号的含义如下：10表示信号在电缆上的传输速率为10Mbps。BASE表示电缆上的信号是基带信号。5表示每一段电缆的最大长度为500m。目前粗缆以太网和细缆以太网在实际应用中已经被淘汰，而广泛使用的是双绞线以太网。3.4小巨人的崛起——以太网技术3.4.3细电缆以太网细电缆以太网（10Base-2）的结构如图3-12所示，它使用阻抗为50Ω、RG值为58的同轴电缆。细览以太网的网卡已经与收发器集成在一起，因此细览以太网无须使用收发器。细电缆以太网中每个电缆段的两端也必须接有50Ω的终接器。图3-12细电缆Ethernet拓扑和规格参数3.4小巨人的崛起——以太网技术3.4.4双绞线以太网IEEE10Mbps基带双绞线的标准称为10BASE-T。该标准提供了Ethernet的优越性而无需使用昂贵的同轴电缆。一个基本的10BASE-T连接见图3-13所示。工作站连至一个中心集线器（CentralHub）或集中器（Concentrator），其作用相当于一个转发器。工作站能够用一根长度不超过100m的非屏蔽双绞线与集线器相连，也可以将集线器连接到靠近工作站的收发器上，该收发器则用一根最长可达50m的15线电缆连接到工作站上去。当来自工作站的信号到达时，该集线器将在它的所有输出线路上广播。集线器能以级联方式连接到其他集线器上。图3-13双绞线Ethernet拓扑和规格参数3.4小巨人的崛起——以太网技术（1）网卡需要一块具有一个RJ-45接口的网卡。（2）集线器（Hub）集线器（也称为集中器）可能有12个端口，有些则具有8、10或24个，它应包括与同轴电缆或光纤主干相连的端口。（3）双绞线电缆能够使用具有RJ-45连接器的、长度不超过100m的双绞线。购买时应同时购买一个RJ夹具。（4）收发器该收发器在一侧有一个RJ-45连接器，在另一侧有一个DB-15连接器。3.4小巨人的崛起——以太网技术（5）收发器电缆该电缆将收发器和网卡连接起来。（6）分线模块连接器电缆如果使用现存的电话电缆，用该电缆将集中器与电话分线模块连接。（7）墙板能使用带有RJ连接器的墙板以将双绞线安装到墙上。如果还需要一个电话连接器，可购买双板。3.4小巨人的崛起——以太网技术（1）使用非屏蔽双绞线（20～24AWGUTP）。（2）通常使用RJ-45连接器。针1和2用于传输，针3和6用于接受。（3）从收发器到集线器的距离不能超过100m。（4）一个集线器能够连接多达24个工作站。10BASE-T规格参数列出如下。（5）一个中心集线器能够连接多达12个以上集线器以扩展网络工作站的数目。（6）集线器能与其他电缆或光纤相连，以成为较大Ethernet网络的一部分。（7）无需使用网桥即可在网络上连接多达1023个工作站。3.4小巨人的崛起——以太网技术3.4.5百兆位、千兆位和万兆位以太网随着网络应用的深入，传统的10Mbps速率的以太网已不能满足用户对网络日益提高的需求，所以需要开发传输速率更高的局域网。快速以太网是指数据传输速率为100Mbps的以太网。与传统以太网最为接近的快速以太网标准是IEEE802.3u标准。IEEE802.3u标准的LLC子层使用IEEE802.2标准，MAC子层仍使用IEEE802.3的帧格式和CSMA/CD，但物理层采用了新的标准，即100Base-T标准。所以这种以太网也被称为100Base-T以太网。1．百兆位以太网（快速以太网）3.4小巨人的崛起——以太网技术100Base-T标准允许使用多种传输介质，它定义了介质专用接口（MII，MediaIndependentInterface），用来隔离MAC子层与物理层，使得物理层中介质的变化和编码的变化不会影响到MAC子层。100Base-T支持的传输介质的标准如图3-14所示。图3-14100Base-T支持的传输介质的标准3.4小巨人的崛起——以太网技术100Base-TX标准使用两对5类非屏蔽双绞线或两队屏蔽双绞线，双绞线的最大长度为100m，其中一对双绞线用于发送数据，另一对双绞线用于接收数据。100Base-FX标准使用两芯的多模光纤或单模光纤，一条用于发送，另一条用于接收，最大长度为2000m，主要用作高速主干网。100Base-T4标准使用4对3、4或5类非屏蔽双绞线。其中的3对双绞线用于传输数据，另一对双绞线用于监听冲突，使总体速率达到100Mbps。组建100Base-T以太网时，必须使用100Base-T集线器/交换机和100Mbps网卡或10Mbps/100Mbps自适应网卡。3.4小巨人的崛起——以太网技术千兆位以太网提供更高的带宽，可以满足局域网在数据仓库、桌面电视会议、三维图形，以及高清晰度图像等方面的应用，是企业级局域网的一种可行的解决方案。千兆位以太网的标准是IEEE802.3z和IEEE802.3ab。千兆位以太网保留了10BASE-T的帧格式，半双工千兆位以太网仍然采用CSMA/CD访问方式，但定义了新的物理层标准1000Base-T。千兆位以太网可以使用多种传输介质，通过新定义的千兆位介质专用接口（GMII，GigabitMediaIndependentInterface）来屏蔽物理层中传输介质的不同和编码方式的不同，使得传输介质和编码方式的变化不会影响MAC子层。在千兆位以太网中可以使用的传输介质标准有以下几种。2．千兆位以太网1000Base-T标准（802.3ab）：使用5类非屏蔽双绞线，长度不超过100m；1000Base-CX标准（802.3z）：使用屏蔽双绞线，长度不超过25m；1000Base-LX标准（802.3z）：使用单模光纤，长度不超过3000m；1000Base-LX标准（802.3z）：使用单模光纤，长度不超过3000m；3.4小巨人的崛起——以太网技术千兆位以太网可以工作在半双工模式下，也可以工作在全双工模式下。在半双工模式下仍使用CSMA/CD来控制站点对介质的访问，但由于传输速率很高，如果最小帧长度不变，则传输距离很短。为此，引入了“载波扩展”的概念，用来增加最小帧长度，保证在CSMA/CD方式下具有一定的传输距离。采用半双工模式的千兆位以太网的优点是成本低。但随着硬件技术的发展，这一优点已不太明显，所以，千兆位以太网一般使用交换机组网，采用全双工模式，很少采用半双工模式。千兆位以太网也具有“自动协商”功能。工作于全双工模式时，采用全双工/流量控制协议，以避免出现拥塞和过载。全双工千兆位以太网不使用CSMA/CD。3.4小巨人的崛起——以太网技术万兆位以太网（10Gbps以太网）的标准是IEEE802.3ae，使用光纤作为传输介质，工作在全双工模式下，不使用CSMA/CD，但仍采用以太网的帧结构和帧长度，与10Mbps、100Mbps、1000Mbps以太网兼容，其传输距离为300m～40km。万兆位以太网的目标不仅是把千兆位以太网的带宽扩展10倍，而是在于扩展以太网技术，使之进入城域网和广域网领域。万兆位以太网有以下技术特点。3．万兆位以太网使用光纤作为传输介质，不再支持非屏蔽双绞线，避免了双绞线对传输距离的限制，使之可以满足城域网的距离要求，并且保证了较大的带宽。采用全双工传输模式，不支持半双工，不使用CSMA/CD。不存在介质访问控制方式对传输距离的限制。相对于半双工模式而言，进一步提高了带宽。在物理层采用两种编码技术，一种是基于波分多路复用技术，另一种是新的高效编码技术。3.4小巨人的崛起——以太网技术仍采用以太网的帧结构和帧长度，与以前的以太网兼容，使得从以前的以太网升级到万兆位以太网比较容易，且升级后的技术培训、技术支持等的费用较低。网络的传输速率达到了目前较为广泛使用的城域网SDH（SynchronousDigitalHierarchy即同步数字系列）技术的频率，传输距离也满足城域网的要求，又与主流局域网技术兼容，是一种有竞争力的城域网技术。以DWDM（密集波分多路复用）为基础，支持SDH技术，可以以SDH为基础达到局域网、城域网、广域网的无缝集成。3.5以太网奠基礼——交换式以太网3.5.1交换式以太网的工作原理1．交换的概念交换式局域网的核心是局域网交换机。目前，使用最广泛的是Ethernet交换机。交换式局域网从根本上改变“共享介质”工作方式，通过交换机支持多个结点之间的并发连接，实现多结点之间数据的并发传输。因此，交换式局域网可以增加网络带宽，改善局域网的性能与服务质量。以太网用户的广播式信道，在任一时刻只有一个节点发送信息，其他节点接收信息并通过对信息头的分析来判定是不是发给自己的。同时每个终端都在争取得到发送信息的机会，使整个网络的信道始终处于大家“分享”和“共享”的状态。在这种方式下网络上各节点共享信道的带宽，如以太网带宽为10Mbps，则对于100个节点的以太网，理论上每个节点分享的带宽只有0.1Mbps，这就使得网络规模扩大时，整体效率下降，延迟增加。与共享局域网不同，局域网中的交换技术是为每一个终端用户提供点到点的连接，为每个要发送信息的结点提供一条独享的通道。交换以太网中的核心设备是交换机，交换机可以根据某个端口输入数据中的目标地址，在连接具有该目标地址结点的端口上转发数据，而且可以把多个端口的输入数据同时转发到相应的正确端口上输出。这就实现了多对结点之间的并发通信，提高了局域网的整体传输能力。3.5以太网奠基礼——交换式以太网2．以太网交换机的交换方式（1）直接交换方式采用直接交换方式时，交换机在收到MAC帧头端的部分内容并从中检测出目的地址后，就查阅MAC地址与端口对照表，在一个帧还没有传输完毕时，就按照对照表立即进行转发。直接交换方式的特点是延迟小、交换速度快，但可能把有差错的帧也传到了目的结点，也不能连接传输速率不同的设备。（2）存储转发交换方式在存储转发交换方式中，交换机首先完整地接收数据帧并进行检测。如果接收的帧是正确的，则根据目的地址将其转发出去。这种交换方式的优点是具有数据帧的差错检测能力，并支持不同传输速率的端口之间的数据帧转发；缺点是交换延迟时间将会增加。有的局域网交换机同时支持这两种方式，在差错率较低的情况下，采用直接交换方式，当差错率高于一个指定值时，就转为存储转发交换方式。3.5以太网奠基礼——交换式以太网3．交换式以太网交换式以太网使用以太网交换机构成星型结构。交换机的普通端口连接客户端计算机，上行端口连接数据传输量很大的服务器，如图3-15所示。图3-15单交换机结构3.5以太网奠基礼——交换式以太网在多交换机的应用环境下，要根据应用的需要，设计交换机的连接结构。如图3-16所示的结构中，服务器集中管理，连接在交换机的上行端口上，两个交换机也用上行端口连接。图3-16多个交换机的结构3.5以太网奠基礼——交换式以太网4．交换式以太网的优点交换式以太网具有以下几个优点：第一，它保留现有以太网的基础设施，而不必把还能工作的设备扔掉。交换式以太网使用大多数或全部的现有基础设施，当需要时可追加更多性能。第二，以太网交换机有着各类广泛的应用——与现行的中继器结合，网络交换机可以用来将超载的网络分段，或者加进网络交换机或者建立新的主干网，所有这些应用都维持现有的设备不变。第三，以太网交换技术是基于以太网的。因为以太网已成为常规技术，工业界人人都对它了如指掌，交换技术也只需进行少量培训。3.5以太网奠基礼——交换式以太网3.5.2三层交换技术前面介绍的交换机属于二层交换机，它主要根据MAC地址来传送数据帧，并将每个数据帧从正确的端口转发出去。但是，当有一个广播数据包进入某个端口后，交换机同样会将它转发给所有的端口。二层交换机对组建一个大规模的局域网来说还不够用，还需要使用路由器来完成相应的路由功能。实际上，交换和路由选择是互补性的技术，路由器处理延时大、速度慢，用交换机又不能有效地进行控制广播。因此，在交换机不断发展的过程中，就有了将第二层交换和第三层转发技术结合的设备，即三层交换机，也被称做“路由交换机”。3.5以太网奠基礼——交换式以太网1．三层交换技术原理三层交换技术是在OSI参考模型中的第三层实现了数据包的高速转发，实际上就是第二层交换技术与第三层转发技术的结合。假设有两个采用TCP/CP的网络1和网络2（网络1和2可以是两个虚拟局域网），其中计算机A、C在网络1中，计算机B在网络2中。当计算机A要发送数据给计算机B时，A把自己的IP地址与B的IP地址进行比较，判断B与自己是否在同一个网络内，由于不在一个网络，A要向“默认网关”发出ARP（地址解析）数据包，而“默认网关”的IP地址其实就是三层交换机的第三层交换模块。当A对“默认网关”的IP地址广播一个ARP请求时，如果第三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B的MACA地址，则向A回复B的MAC地址；否则第三层交换模块根据路由信息向B广播一个ARP请求，B得到此ARP请求后向第三层交换模块回复其MAC地址，第三层交换模块保存此地址并回复给A，A向B发送的数据包便全部交给第二层交换处理，信息得以高速交换。当A和C通信时，A与C处于同一个网络中，则直接采用MAC端口表进行转发。A与B的通信，由于仅仅在路由过程中才需要第三层处理，绝大部分数据都通过第二层交换转发，因此三层交换机速度很快，接近二层交换机速度，同时相比路由器的价格低很多。3.5以太网奠基礼——交换式以太网除了三层交换外，多层交换技术中还包括第四层交换。第四层交换是一种功能，在传输数据时，除了可以识别并分析第二层的MAC地址和第三层的IP地址外，还可以判断出该数据应用服务类型。也就是说，依据第四层的应用端口号（如TCP/UDP端口号）对数据包进行查询，获取相应的信息。TCP/UDP端口号可以告诉交换机所传输数据流的应用服务类型，如WWW应用、FTP应用等，然后交换机可以将数据包分类映射到不同的应用主机上，保证了服务质量。3.5以太网奠基礼——交换式以太网2．三层交换的应用三层交换的主要用途是代替传统路由器作为网络的核心，在企业网和校园网中，一般会将三层交换用在网络的核心层，用第三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或虚拟局域网（VLAN）。这样网络结构相对简单，结点相对较少。另外，其不需要较多的控制功能，并且成本较低。提供三层交换的交换机在应用方面具有以下特点：（1）作为主干交换机三层交换机一般用于网络的主干交换机和服务器群交换机，也可作为网络结点交换机。在网络中，同其他以太网交换机配合使用，可以组建整个10/100/1000Mbps以太网交换系统，为整个信息系统提供统一的网络服务。这样的网络系统结构简单，同时还具有可伸缩性和基于策略的QoS服务等功能。三层交换机为网络提供QoS服务的内容包括优先级管理、带宽管理和VLAN交换等。3.5以太网奠基礼——交换式以太网（2）支持Trunk协议在应用中，经常有以太网交换机相互连接或以太网交换机与服务器互联的情况，其中互联的单条链路往往会成为网络的瓶颈。采用Trunk技术能将若干条相同的源交换机与目的交换机之间的以太网链路从逻辑上看成一条链路，不但提高了带宽，也增强了系统的安全性。有人说，三层交换机就是二层交换机加路由器。你认为这句话对吗？为什么？3.6天马行空——无线局域网无线局域网WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）是一种较新的技术，一般情况下指利用微波扩频技术进行联网，可以说是在各主机和设备之间采用无线连接和通信方式的一种局域网。WLAN省却了一般局域网中布线和变更线路费时、费力的麻烦，为用户提供了方便。3.6.1无线局域网的相关标准1998年，IEEE制订出无线局域网的协议标准802.11，其射频传输标准采用跳频扩频（FH-SS）和直接序列扩频（DSSS），工作在2.4000FHz～2.4835GHz，在MAC层则使用载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）协议。802.11标准主要用于办公室局域网和校园网中用户与用户终端无线接入，业务主要限于数据存取，传输速率最高只能达到2Mbps。由于802.11在传输速率和传输距离上都不能满足人们的需要，此后IEEE又推出了802.11b、802.11a、802.11g和802.11n等，作为802.11标准的扩充，其主要差别在于MAC子层和物理层。3.6天马行空——无线局域网802.11b采用2.4GHz频带，调制方法采用补偿码键控（CKK），共有3个不同的传输信道。传输速率能够从11Mbps自动降到5.5Mbps，或者根据直接序列扩频技术调整到2Mbps和1Mbps，以保证设备的正常运行与稳定。802.11a扩充了802.11标准的物理层，规定该层使用5GHz的频带。该标准采用OFDM（正交频分）调制技术，传输速率可达到54Mbps，共有12个不重叠的传输信道。802.11g共有3个不重叠的传输信道，与802.11a一样，也运行于2.4GHz，调制方式为OFDM，但网络的传输速率可以达到54Mbps。802.11n是Wi－Fi联盟在802.11a/b/g后推出的一个无线传输标准协议，其目的是为了使无线局域网达到以太网的性能水平。在传输速率方面，802.11n将无线局域网的传输速率由802.11a提供的54Mbps提高到300Mbps甚至高达600Mbps；在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，可以让无线局域网用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰，因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里。3.6天马行空——无线局域网802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集（BasicServiceSet，BSS）。一个BSS包括一个基站和若干个移动站，所有的站均运行同样的MAC协议并以争用方式共享同样的无线传输媒体。基本服务集类似于零线移动通信的蜂窝小区。在802.11标准中，基本服务集中的基站称为接入点（AccessPoint，AP）。一个基本服务集可以是孤立的，也可以通过接入点AP接入一个主干分配系统（distributionsystem，DS），然后再接入另一个基本服务集，这样就构成了一个扩展的服务集ESS。主干分配系统可采用常用的有线以太网或其他的无线连接。接入点AP的作用与网桥相似，使扩展的服务集ESS成为一个在LLC子层上的逻辑局域网。802.11标准还定义了3种类型的站，一种是仅在一个BSS内移动，另一种是在BSS之间移动但仍在一个ESS之内，还有一种是在不同的ESS之间移动。3.6天马行空——无线局域网3.6.2无线局域网的应用领域无线局域网与有线局域网一样，可用于教学、管理、生产、商业及生活等各个方面，其最常用的领域如下：（1）接入Internet：通过无线局域网接入Internet，对于使用便携终端的人员来说，就可以在被无线局域网覆盖的任何地方上网学习、看新闻、聊天、下载资源……（2）办公室环境：用于实现各种办公自动化系统，利于办公室环境的整洁。现在许多网络应用较多的办公室常常是线缆密布，使办公环境显得杂乱，无线局域网的应用将会改变这种局面。（3）商业环境：构成无线的POS系统和MIS系统，利于购物环境的布局和管理。（4）工业现场：用于工业自动化的管理，可减少对现场的改造，适应车间的布局等。3.6天马行空——无线局域网3.6.3无线局域网实现技术无线局域网依其输出的形式可分为两大类，一类是用微波的方式，其原理即无线广播方式，另一类是光通信，利用各类超短波的光通信系统，如红外光通信、激光通信等，该类在克服光干扰错误检查及纠正等方面技术尚不很成熟，故无线局域网目前多用无线广播技术，具体地说就是扩频技术。1．扩频技术扩频技术即扩展频谱，简称泛SS（SpreadSpectrum）技术。它是通过对传送数据的特殊编码，使其扩展为频带很宽的信号，其带宽远大于传输信号所需的带宽（约数千倍），并将待传信号与扩频编码信号一起调制载波，这样数据信号就均匀地分布于整个带宽上，对于每一个频段而言，其分配的功率极小，故干扰小，不会影响各种无线电信号的传播，且数据保密性好，是目前国际上无线通信领域中倍受瞩目的技术。有两种方法可实现扩频：直接序列扩频（简称直序）技术和跳频扩频技术。3.6天马行空——无线局域网（1）直接序列扩频技术（DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS）：就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。（2）跳频扩频技术（Frequency-HoppingSpreadSpectrum，FHSS）：跳频技术属频率调制，是一种可避免干扰的技术，扩展的编码不断地改变载波频率，载波频率每秒改变的次数称跳频。跳频可用任一窄带信号实现，其载频根据扩频跳频序列随时间变化。跳频有快慢两种，一般慢跳频率每秒4～10次；如果网络数据传输速率为1Mbps，则意味着每一跳频，就会有几千位的数据发送出去。IEEE委员会已把FHSS和DSSS技术写入802.11无线介质存取控制和物理规范草案。3.6天马行空——无线局域网2．扩频技术特点（1）与窄带微波数据通信相比，总造价低、组网简单灵活，建造周期短。（2）与短波、超短波数据通信比较，其传输速率、抗干扰能力、保密性及频率许可证等方面性能高。（3）与红外、激光通信相比，其可靠性、抗干扰能力强。综上所述，扩频技术具有速度快、保密性好、传输距离长（可达几十千米）、抗干扰性强，误码率低、可与窄带无线通信共享以及安装方便、成本低等优点。适用于数字语音和数据的传输，对高速文件传输、图像传输等也都适用。3.6天马行空——无线局域网什么是蓝牙“蓝牙”（Bluetooth）原是一位在10世纪统一丹麦的国王，他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。用他的名字来命名这种新的无线通信技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。蓝牙是由东芝、IBM、Intel、爱立信和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线数字通信的技术标准。利用蓝牙技术可以在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、手机、平板电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙的标准是IEEE802.15，工作在2.4GHz频带，带宽为1Mbps（有效传输速度为721Kbps），最大传输距离为10m。3.7大道若简——局域网结构化布线技术随着通信技术和信息产业的飞速发展，智能建筑中越来越多地借助于计算机、控制设备和通讯设备，对建筑物的所有设备、语音交换、数据终端、网络设备、视频设备、暖通空调、消防系统、保安监控、电力系统等进行智能化管理和控制，达到互通信息、共享资源的目的。这样多的系统和设备，其信息种类和信息分布复杂而多变，因此必须建立一套有效的布线系统，把不同的控制设备、交换设备、网络设备和计算机设备等相互连接起来。3.7.1结构化布线概述在完成局域网的结构设计后，如何完成网络布线成为一个重要问题。据统计，在局域网所出现的网络故障中，有75%以上是由网络传输介质引起的。因此，解决好网络布线问题对提高网络系统的可靠性有重要作用。1．结构化布线的发展3.7大道若简——局域网结构化布线技术20世纪90年代以来，支持非屏蔽双绞线得到广泛的应用。采用双绞线作为网络传输介质的优点是连接方便、可靠性高与扩展灵活。同时，双绞线不仅能用于计算机通信，而且能完成电话通信与控制信息传输。电话通信比计算机通信出现得早，在铺设电话线路方面早有各种方法与标准，人们很自然地想到将电话线路的连接方法用于网络布线中，这样就产生了专用于计算机网络的结构化布线系统。从某种意义上来说，结构化布线系统并非什么新的概念，它只是将传统的电话、供电等系统所用的方法借鉴到计算机网络布线中，并使之适应计算机网络与控制信息传输的要求。3.7大道若简——局域网结构化布线技术结构化布线系统是指在一座办公大楼或楼群中安装的传输线路，它能将所有的语音、数字设备与电话交换系统相连接。结构化布线系统包括布置在办公大楼中的所有电缆与各种配件，例如转接设备、各类用户端设备接口以及外部网络接口，但是它并不包括各种交换设备。从用户的角度来看，结构化布线系统是使用一套标准的组网器件，按照标准的连接方法来实现的网络布线系统。结构化布线系统使用的组网器件包括以下几种类型。2．结构化布线的概念各类传输介质各类介质的端接设备连接器适配器3.7大道若简——局域网结构化布线技术各类插座、插头及跳线光电转换与多路复用器等电器设备电气保护设备各类安装工具结构化布线系统与传统的布线系统的最大区别在于：结构化布线系统的结构与当前所连接的设备位置无关。在传统的网络布线系统中，设备安装在哪里，传输介质就要铺设到哪里。结构化网络布线系统则是预先按建筑物的结构，将建筑物中所有可能放置计算机及外部设备的位置都预先布好线，然后根据实际所连接的设备情况，通过调整内部跳线装置将所有计算机与外部设备连接起来。同一条线路的接口可以连接不同的设备，例如电话机、计算机、终端、工作站及打印机等外部设备。3.7大道若简——局域网结构化布线技术3．智能大楼概念的提出智能大楼是随着计算机与现代通信技术的迅速发展，以及人们对信息共享的强烈需求而产生的。智能大楼将计算机通信、信息服务与安全监控集成在一个系统中。智能大楼的定义有很多种。美国的一个智能大楼研究机构认为：智能大楼是通过对建筑物的结构、系统、服务与管理四个要素采用最优组合，为用户提供一个投资合理、高效、安全与便利的工作环境。另一种定义则认为：智能大楼是在大楼建设中建立一个独立的局域网，在楼外与楼内的交汇处安装配线架，利用楼内垂直电缆竖井作为布线系统的主轴管道；在每个楼层建立分线点，通过分线点在每个楼层的平面方向布置分支管道，并通过这些分支管道将传输介质连接到用户所在位置。最终用户的位置可以连接计算机、电话机、传真机、报警器、供热与空调设备，甚至可以是生产设备。这种集成环境能为用户提供全面的信息服务功能，同时能随时对大楼发生的任何事情自动采取相应处理措施。美国EIA与TIA组织共同提出了一套智能大楼布线系统标准。该标准将所有的语音、数字、视频信号及监控系统的配线，经过统一规划综合在一套标准系统中。这套系统不仅能为用户提供电信服务，而且能为用户提供网络通信、安全报警与监控管理服务。这个系统具有很大的灵活性，在各种设备位置改变或局域网结构变化时，不需要进行重新布线，只要在配线间做适当的布线调整即可。这样的系统可以满足不同用户的需要，能够适应用户需求变化的需要。3.7大道若简——局域网结构化布线技术4．智能大楼的组成部分完善的智能大楼系统除了结构化布线系统外，还应该包括以下几种系统：（1）办公自动化系统（OA）办公自动化系统是智能大楼的基本功能之一。它是由高性能的传真机、终端、微型计算机、大中型计算机，以及声像装置等现代办公设备与相应软件组成的。办公自动化系统能为用户提供各种高效的办公手段，包括文字处理、文件管理、电子邮件、数据共享与电视会议等服务。（2）通信自动化系统（CA）通信自动化系统主要包括以下几个部分：以程控交换机为中心，以电话、传真为主的通信网；用于将楼内的各种终端、微型计算机、工作站、大中型计算机联网的局域网；远程数据通信网。3.7大道若简——局域网结构化布线技术（3）楼宇自动化系统（BA）楼宇自动化系统采用传感器、监控设备与计算机等设备，对大楼的电力、空调、电梯、供水与排水、防火与防盗等设施实行自动监控与管理。它包括楼宇自动化管理、出入管理、身份卡识别、防盗保安、防火及各种设备监控系统。楼宇自动化系统一般采用分散控制、集中管理的方法，其中的关键技术是传感器与接口控制。例如，大型商场内的烟雾感应报警装置，就是常见的楼宇自动化系统的一部分。（4）计算机网络（CN）要实现办公自动化、通信自动化与楼宇自动化系统，除了结构化布线系统外，计算机网络系统也是一个重要的基础设施。计算机网络系统处于智能大楼的核心地位。一般来说，一座大楼内应该有一个高速的主干网，用来连接大楼内多个计算机与每个楼层的局域网。大楼内部网络与外部通信网通过高速主干网互联。主干网需要具有很高的通信容量，因此应采用快速以太网、ATM与FDDI等。从以上讨论中可以看出，智能大楼是伴随着人们对信息共享的迫切需求而产生的，是一种将建筑与通信、计算机网络及控制技术相结合的产物，其基础是结构化布线系统。目前，大的结构化布线系统供应商包括：AT&T公司、AMP公司、Nortel公司、Siemons公司等。随着经济飞速发展与各种办公大楼的兴建，智能大楼在我国有广阔的发展前景。3.7大道若简——局域网结构化布线技术世界上第一幢“智能大厦”1984年1月，美国康涅狄格（Connecticut）州哈特福特（Hartford）市，将一幢旧金融大厦进行改建，定名为“都市办公大楼”（CityPlaceBuilding）。该大楼有38层，总建筑面积十万多平米。当初改建时，该大楼的设计与投资者，并未意识到这是形成“智能大厦”的创举，主要功绩应归于该大楼住户之一的联合技术建筑系统公司（UnitedTechnologiesBuildingSystemCo，UTBS）UTBS公司当初承包了该大楼的空调、电梯及防灾设备等工程，并且将计算机与通信设施连接，廉价地向大楼中其他住户提供计算机服务和通信服务，这就是公认的世界上第一幢“智能大厦”3.7大道若简——局域网结构化布线技术3.7.2结构化布线系统的应用环境结构化布线系统主要应用在以下3种环境中：1．建筑物综合布线系统建筑物综合布线系统一般采用开放式、模块化结构，具有良好的可扩展性、灵活性等特点。传输介质采用非屏蔽双绞线与光纤混合结构，可以连接建筑物或楼群中的各种设备与网络系统。建筑物综合布线系统的主要应用范围是：商务环境，例如商业银行、股票市场、饭店和零售商店。办公室环境，例如公司、律师事务所和小型商务中心。建筑群环境，例如大学校园、公司建筑物群和政府机构。交通运输环境，例如航空港、火车站、交通运输中心和出租车调度中心。卫生保健环境，例如医院、急救中心。3.7大道若简——局域网结构化布线技术最初，建筑物综合布线系统采用非屏蔽双绞线来支持低速语音与数据信号。但是，随着局域网技术的发展，目前采用光缆与非屏蔽双绞线混合的连接方式。在设计建筑物综合布线系统时，应根据建筑物的结构、对传输速度的要求与结点数量，来选择适当的网络结构与传输介质。图3-17给出了典型的建筑物综合布线系统结构示意图。图3-17典型的建筑物综合布线系统结构示意图3.7大道若简——局域网结构化布线技术建筑物综合布线系统的主要特点是：（1）由于建筑物综合布线系统支持各种系统与设备，能够与现有的语音、数据系统一起工作，这样可以保护用户在硬件、软件及培训方面的投资。（2）建筑物综合布线系统的结构化设计使用户自己能够很容易地排除故障，使用网管软件能准确跟踪设备的迁移与变化，并能对某些故障进行监测与显示。（3）采用非屏蔽双绞线与光缆的建筑物综合布线系统，能够支持100Mbps甚至更高的数据传输速率。3.7大道若简——局域网结构化布线技术2．智能大楼布线系统智能大楼布线系统一般采用开放式、模块化结构，具有良好的可扩展性、灵活性等特点，能连接语音、数据、图像，以及各种楼宇控制与管理装置，从而为用户提供一个高效、可靠的应用环境。智能大楼布线系统是构筑在大楼中的基本运行系统，用于大楼内的各种操作与控制系统中的信息共享。建造智能大楼布线系统需要使用一整套产品，包括双绞线、光缆、匹配器、接线箱、电子装置、保安设备、安装维护工具、管理软件等。模块化设计使得用户在系统扩充、更新设备时，布线系统可以不变或只做很小的变化，从而大大降低用户对大楼的维护费用。3.7大道若简——局域网结构化布线技术3．工业布线系统工业布线系统是专门为工业环境设计的布线标准。现代化工厂必须有一套先进的工业通信网络，才能够适应生产、管理现代化与计算机集成制造系统（CIMS）的通信需求。一套先进的工业网络系统可以将工厂的自动控制设备、企业管理系统、通信与数据处理相结合，以便有效提高生产效率与产品质量，提高工厂的设计、生产、销售与管理水平，这样才有可能产生明显的经济效益。工业布线系统用来解决工业厂房中信息传输的特殊要求，可以满足工业环境中数据传输的需要。针对工厂环境中存在强干扰的特点，这类系统一般采用双层网络结构来提高系统稳定性。工业布线系统的主要特点是：采用光缆作为连接各种通信设备的传输介质，提高了数据传输速率与抗干扰能力，确保在复杂的工厂环境中的数据传输要求；模块化结构使网络设备与结构变化对结构化布线系统带来的影响最低，可以将声音、数据、视频与网络管理有机组合，以适应未来工业发展对数据传输的要求；使用户可以容易地进行故障诊断与恢复，以提高系统的可维护性与可靠性。3.7大道若简——局域网结构化布线技术3.7.3结构化布线系统的组建一般来说，完整的结构化布线系统由6个部分组成：户外系统、垂直竖井系统、平面楼层系统、用户端子区、机房子系统和布线配线系统。对于上述6个部分，不同的结构化布线系统有不同的叫法。例如，有的系统将用户端子区称为工作区子系统，将平面楼层系统称为水平支干线子系统，将布线配线子系统称为管理子系统。但是，无论采用什么名称，完整的结构化布线系统都由这6部分组成。1．用户端子用户端子用于将用户设备连接到结构化布线系统中。用户端子主要包括与用户设备连接的各种信息插座与相关配件。目前，最常用的是双绞线的RJ-45插座与连接电话的RJ-11插座，前者广泛应用于局域网设备（例如微型计算机、工作站、服务器等），后者广泛应用于电信系统（例如电话机、传真机等）。用户端子的安装部位可以在墙上或办公桌上，但要避免安装在人们经常走动或易损坏的地方，以免因为人为原因而造成线路损坏。3.7大道若简——局域网结构化布线技术2．户外系统户外系统主要用于连接楼群之间的通信设备，将楼内与楼外系统连接起来，使户外信息进入楼内的信息通道。户外系统包括用于楼群之间通信的传输介质与各种支持设备，例如电缆、光缆与电气保护设备。由于户外系统安全性直接影响整个布线系统的安全，因此必须安装各种电气保护装置。为了避免雷电等强电流进入楼群破坏设备，必须安装避雷和过流保护装置，以保证楼内系统处于绝对安全的环境中。为了适应各种信息交换的要求，户外系统除了使用各种有线连接手段，还可以使用微波、无线电等无线连接手段。户外系统通常在入口处经过一次转接再接入楼内系统，这是由于楼内与楼外的通信介质通常具有不同规格，并且在转接处可以安装电气保护装置。户外系统进入大楼时的处理方法主要有两种：户外系统通过地下管道进入大楼；户外系统通过架空方式进入大楼。户外系统与楼内系统的转接处需要有专门的房间或墙面，这要视建筑物的规模与安装设备的多少而决定。一般来说，大型建筑物至少要留有一间专用的房间，小型建筑物只需留有一面安装设备的墙面。在房间或墙面安装的设备主要是跳接线系统、分线系统、电气保护装置与专用传输设备，如多路复用器、光端机等。大多数建筑物经常将与户外的所有连接集中起来，这样就有可能彼此之间产生干扰，因此要考虑如何屏蔽设备之间的干扰。尚未施工的建筑物应