计算机网络教程（局域网组网技术）

第6章局域网组网技术韩维良青海师范大学教师教育学院本章学习要求：掌握：局域网传输介质的分类与特点掌握：局域网组网需要的基本设备掌握：基本的局域网组网方法了解：局域网结构化布线技术的基本概念第一节局域网的传输介质

IEEE802.3物理层标准类型10BASE-5（粗缆）10BASE-2（细缆）10BASE-T（非屏蔽双绞线）10BASE-FP、10BASE-FB与10BASE-FL（光缆）IEEE802.3u物理层标准类型100BASE-TX（5类非屏蔽双绞线）100BASE-T4（3类非屏蔽双绞线）100BASE-FX（光缆）一种简明的表示方法：<数据传输率(Mpbs)><信号方式><最大段长度(百米)>10BASE-5：10表示信号的传输速率为10Mb/s，BASE表示传输的是基带信号，Broad代表“宽带”。5表示每段电缆的最大长度为500m。另外：其中的T表示双绞线，F表示光缆。物理层标准与MAC、LLC子层关系

第二节局域网组网需要的设备

一个局域网组网所需的基本器材与设备：网卡集线器或交换机双绞线一、网卡

又称为网络接口卡（NetworkInterfaceCard）：是计算机与网络通信介质（网络电缆）之间的接口。其作用是把数据包转换成网络中传输的信号。网卡（NIC）使用物理层（第一层）和数据链路层（第二层）的协议标准进行运作。主要定义了与网络线进行连接的物理方式和在网络上传输二进制数据流的组帧方式。它还定义了控制信号，为数据在网络上进行传输提供时间选择的方法。每一种类型的网络接口卡都是分别针对特定类型的网络设计的，例如以太网、令牌网、FDDI或者无线局域网。网卡的地址称为物理地址（PhysicalAddress）或媒体访问控制地址（MAC地址—MediaAccessControl）或硬件地址（查看网卡的MAC地址：ipconfig/all命令。）。主要功能：实现计算机与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，接收和执行计算机送来的各种控制命令，完成物理层功能。按照使用的介质访问控制方法，实现共享网络的介质访问控制、信息帧的发送与接收、差错校验等数据链路层的基本功能。提供数据缓存能力，实现无盘工作站的复位和引导。网卡的分类方法

按网卡支持的计算机种类，可以分为两类：标准以太网卡与PCMCIA网卡(PCMCIA是专门用在笔记本等便携设备上的一种接口规范（总线结构）)；按网卡支持的传输速率大小，可以分为四类：10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡与1000Mbps网卡；按网卡支持的传输介质类型，可以分为四类：双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡与光纤网卡。按网卡所支持的总线类型，可以分为两类：ISA网卡与PCI网卡。二、集线器集线器的英文名称就是“HUB”，即“中心”的意思，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。集线器是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。集线器主要以优化网络布线结构，简化网络管理为目标而设计的。是对网络进行集中管理的最小单元，像树的主干一样，它是各分枝的汇集点。用集线器（Hub）作为以太网的中心连接设备时，所有的结点通过非屏蔽双绞线与集线器连接；以太网从物理结构上看是星型结构，但在逻辑上仍是总线型结构，并且MAC层仍然采用CSMA/CD介质访问控制方法；当集线器接收到某个结点发送的帧时，立即将数据帧通过广播方式转发到其他连接端口；普通的集线器都提供两类端口：用于连接结点的RJ-45端口，用于扩展的向上连接端口。

集线器的分类方法

按集线器支持的传输速率，可以分为三类：10Mbps集线器、100Mbps集线器与10/100Mbps自适应集线器；按集线器是否能够堆叠，可以分为两类：普通集线器、可堆叠式集线器；按集线器是否支持网管功能，可以分为两类：简单集线器、带网管功能的智能集线器。以集线器为中心节点的优点：当网络系统中某条线路或某节点出现故障时，不会影响网上其他节点的正常工作，这就是集线器刚推出时与传统的总线网络的最大的区别和优点。集线器的主要不足体现在如下几个方面：（1）用户带宽共享，带宽受限。（2）广播方式，易造成网络风暴。（3）非双工传输，网络通信效率低。同一时刻集线器的每一个端口只能进行一个方向的数据通信，而不能像交换机那样进行双向双工传输，网络执行效率低，不能满足较大型网络通信需求。集线器（HUB）是一种共享介质的网络设备，而且HUB本身不能识别目的地址，是采用广播方式向所有节点发送。当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，对网络上所有节点同时发送同一信息，然后再由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。在这种方式下很容易造成网络堵塞，因为其实接收数据的一般来说只有一个终端节点，而现在对所有节点都发送，那么绝大部分数据流量是无效的，这样就造成整个网络数据传输效率相当低。另一方面由于所发送的数据包每个节点都能侦听到，那显然就不会很安全了，容易出现一些不安全因素。*典型的集线器产品Cisco公司的FastHub400系列与Cisco1528系列3Com公司的OfficeConnect系列与SuperStackII系列Accton公司的EtherHub系列与FastEtherHub系列Nortel公司的NetgearDS508系列与BayStack250系列Intel公司的InBusiness系列与Express10/100系列D-Link公司的DE-800TP系列三、局域网交换机

交换式局域网的核心是局域网交换机，它也被称为交换式集线器；交换机的英文名称之为“Switch”，它是集线器的升级换代产品，从外观上来看的话，它与集线器基本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体。交换机是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上。控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的MAC地址对照表以确定目的MAC的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵直接将数据迅速包传送到目的节点，而不是所有节点，目的MAC若不存在才广播到所有的端口。这种方式可以明显地看出一方面效率高，不会浪费网络资源，只是对目的地址发送数据，一般来说不易产生网络堵塞；另一个方面数据传输安全，因为它不是对所有节点都同时发送，发送数据时其它节点很难侦听到所发送的信息。总结：从工作方式和带宽来看，集线器是一种广播模式，一个端口发送信息，所有的端口都可以接收到，容易发生广播风暴。同时集线器共享带宽，当两个端口间通信时，其它端口只能等待。交换机是一种交换方式，一个端口发送信息，只有目的端口可以接收到，能够有效的隔离冲突域，抑制广播风暴；同时每个端口都有自己的独立带宽，两个端口间的通信不影响其它端口间的通信。交换机每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时，并不影响其他端口的工作，因此，交换机的数据传送速率通常要比集线器快很多。交换机还有一个重要特点就是它不是像集线器一样每个端口共享带宽，它的每一端口都是独享交换机的一部分总带宽，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机对于因第一次发送到目的地址不成功的数据包会再次对所有节点同时发送，企图找到这个目的MAC地址，找到后就会把这个地址重新加入到自己的MAC地址列表中，这样下次再发送到这个节点时就不会发错。交换机的这种功能就称之为“MAC地址学习”功能。由于集线器中只能同时存在一个广播，所以同一时刻只能有1个数据包在传输，信道的利用率较低。而对于交换机而言，它能够“认识”连接到自己身上的每一台电脑，凭什么认识呢？就是凭每块网卡物理地址，俗称“MAC地址”。交换机还具有MAC地址学习功能，会把连接到自己身上的MAC地址记住，形成一个节点与MAC地址对应表。在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。同一时刻，结点A向D发送数据时，B也可以向C发送，E也可以向F发送。主要的优点：局域网交换机支持交换机端口之间的多个并发连接，实现多个结点之间数据的并发传输；以太网交换机可以有多个端口，每个端口可以单独与一个结点连接，也可以与一个以太网集线器连接；交换机的端口类型可以分为两类：半双工端口与全双工端口。局域网交换机的分类方法

简单的10Mbps局域网交换机10/100Mbps自适应的局域网交换机大型的局域网交换机典型的局域网交换机产品Cisco公司的Catalyst系列3Com公司的SuperStackII系列Nortel公司的BayStack300系列与EtherSpeed系列Intel公司的Express系列交换机Accton公司的Cheetack系列华为公司的Quidway系列第三节局域网的组网方法一、同轴电缆组网方法1、粗缆方式（总线型拓扑结构）小型网络一般不使用粗缆，粗缆主要用于主干网络。但如果距离要求超过200m，可以考虑用粗缆。使用的设备有：粗缆、粗缆收发器、收发器电缆、N系列桶型接头和N系列终端匹配器(75Ω，作用是阻止信号的流失)、AUI接口网卡（10Mbps）。采用粗缆连网的拓扑结构为总线型，如图所示。连接粗缆网络要点：①粗缆两端一定要用终端匹配器终结且一端接地；②任何网络节点都要通过收发器电缆连接粗缆收发器和AUI接口的网卡；③收发器电缆最长为50m；④粗缆每段不能超过500m。采用粗缆的优点：单个网段可达500m；可扩充成主干网络。采用粗缆的缺点：成本高；安装较难；维护不易。2、细缆方式（总线型拓扑结构）这是一种最便宜、最容易安装的网络方案。需要的设备有：细缆、BNC头、T型头、终端匹配器（50Ω）、BNC接口网卡（10Mbps）。采用细缆连网的拓扑结构为总线型，如图所示。连接细缆网络的要点：①细缆两端用终端匹配器终结，其中一端接地；②不允许细缆上的T型头再连出另一条细缆线，即不能出现三叉分路；③细缆每段不能超过185m。该方案的优点是：成本低；安装容易。该方案的缺点是：可靠性差，如果总线出了问题，则整个网络都不能工作；维护困难，断网后不易查找故障点。二、双绞线组网方法双绞线是目前最为流行并使用最广泛的局域网传输介质，以HUB或交换器为中心，工作站、服务器和其他网络设备都通过双绞线连接到HUB或交换器上。所需设备：双绞线、HUB或交换器、RJ45接头。采用双绞线连网的拓扑结构为星型，如图所示。连接双绞线网络的要点：①任何网络节点，不管是工作站还是服务器都必须用双绞线连接到HUB或交换器上；②即使一台工作站与服务器相连时也需要一台HUB，不能直接用双绞线将工作站和服务器连接起来（用交叉线将两台机器连接起来称为点对点连接，不是真正意义上的网络）；③从站点到HUB之间的最大距离不能超过100m；④HUB与HUB或交换器之间可以级联。优点：成本适中；可靠性高，某站点出现故障只会影响该站点，而不会影响其他节点。缺点：双绞线从HUB到站点间的距离不能超过100m。基本的硬件设备：带RJ-45接口的以太网卡集线器或局域网交换机3类或5类非屏蔽双绞线RJ-45连接头按使用集线器的不同方式分为：单一集线器结构多集线器级联结构堆叠式集线器结构单一集线器结构

多集线器级联结构

堆叠式集线器结构

三、快速以太网组网方法

基本的硬件设备：100Mbps集线器或100Mbps以太网交换机10Mbps集线器10Mbps以太网卡、100Mbps以太网卡或10/100Mbps以太网卡双绞线或光缆四、千兆以太网组网方法

基本的硬件设备：1000Mbps以太网交换机1000Mbps以太网卡100Mbps以太网交换机或100Mbps集线器10Mbps以太网卡、100Mbps以太网卡或10/100Mbps以太网卡双绞线或光缆典型的千兆以太网组网方法

第四节局域网结构化布线技术

一、结构化布线的基本概念也称为建筑物与建筑群综合布线系统(PDS,PremisesDistributionSystem)或建筑物结构化综合布线系统(SCS，StructuredCablingSystem)，是指建筑群内的一套标准的集成化分布式布线系统，它是建筑物内或建筑群之间具有统一标准且灵活性极高的模块化的信息传输通道，通过它可以使语音、数据、图像设备、交换设备与其他信息管理系统彼此相连，也能使这些设备与外部通信网相连接。结构化布线系统组成：室内子系统、水平子系统、管理区子系统、垂直子系统、设备子系统及室外子系统六大部分。结构化布线系统是使用一套标准的组网器件，按标准的连接方法实现的网络布线系统；一般情况下，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，将所有计算机及外部设备连接起来。结构化布线系统使用的组网器件包括：各类传输介质、各类介质的端接设备、连接器、适配器、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。综合布线是信息技术和信息产业化高速发展的产物，采用星型拓扑结构、模块化设计的综合布线系统，与传统的布线相比有许多特点：(1) 开放性综合布线系统采用开放式体系结构，符合国际标准，对现有著名厂商的产品开放，并支持所有的通信协议。这种开放性的特点使得设备的更换或网络结构的变化都不会导致综合布线系统的重新铺设，只需进行简单的跳线管理即可。(2) 灵活性综合布线系统采用星型物理拓扑结构，为了适应不同的网络结构，可以通过跳线，使系统连接成为总线型、环型、星型等不同的逻辑结构，灵活地实现不同拓扑结构网络的组网。(3) 兼容性综合布线系统将语音、数据信号的配线统一设计规划，采用统一的传输线、配线设备等，把不同信号综合到一套标准布线系统，不同厂家的产品仅需添加相关的适配器或连接器即可接入。(4) 可靠性综合布线系统中采用高品质的材料和组合压接方式，机械性能、电气性能等各种指标均应达到相关国际标准。而且，由于综合布线系统采用星型物理拓扑结构，任何一条线路有故障都不影响其他线路，同时，各系统可以互为备用，又提高了备用冗余。(5) 模块化综合布线系统中所有的接插件，如配线架、终端模块等都是积木式的标准件，方便使用、管理和扩充。(6) 经济性综合布线系统的前期投资可能会超过传统布线，但是由于综合布线系统有上述众多优点，而且，采用综合布线系统后的后期运行、维护及管理费会明显下降，所以，从长远的观点来看，综合布线系统整体投资会达到最少。二、结构化布线系统的组成与安装

综合布线系统包括六个子系统：工作区子系统、水平区子系统、管理区子系统、垂直子系统（干线子系统）、设备区子系统和建筑群子系统，如图所示。建筑物建筑群子系统管理区子系统设备间子系统水平子系统工作区子系统垂直子系统底层顶层1.工作区子系统工作区子系统位于每间办公室之内，由终端设备、房间墙上的信息插座和它们之间的连线组成。解决房间内计算机与信息插座的连接问题。相对简单。2.水平区子系统水平子系统通常位于每层楼道的立墙上，它的作用将电缆从楼层配线架到各用户工作区上的信息插座上，一般处在同一层上。连接管理子系统至工作区，包括水平布线、信息插座、电缆终端及交换设备。指定的拓扑结构为星型拓扑。水平区子系统的范围从信息插座延伸到管理区子系统的配线架(IDF)。水平区子系统总是处在同一楼层上，通常使用4对非屏蔽双绞线。对于数据和图像的传输，采用CAT5类双绞线，部分对传输频宽及高速数据传输有更高要求的信息点，可采用光纤到桌面(FTTD)方式设置。水平布线可选择的介质有三种：100欧姆UTP电缆、150欧姆STP电缆及微米光缆。最远的延伸距离为90米，除了90米水平电缆外，工作区与管理子系统的接插线和跨接电缆的总长可达10米。3.管理区子系统管理区子系统位于配线间或设备间，主要由配线架、跳线设备和光纤配线架、理线器、机柜等组成，用于将垂直主干线缆与各楼层水平布线子系统连接起来，实现配线管理。位于楼层配线间内，它由交连、互连和I/O设备等组成，如图所示。交连和互连允许用户将通信线路定位或重定位到建筑物的不同部分，以便能更容易地管理通信线路。在设备移动时能方便地进行跳接。管理子系统的作用是把水平子系统的网线汇集起来，便于干线子系统与水平子系统的连接。4.垂直干线子系统位于楼层之间，它的作用是把楼层配线间管理子系统的信息插座连接到设备间的配线架。由连接主配线间至各楼层配线间之间的线缆构成，其功能主要是把各分配线架与主配线架相连。通常用光缆、铜缆、大对数双绞线提供楼层之间及与外界通信的通道，使整个布线系统组成一个有机的整体。在设备间与楼层配线间距离较近时（小于100m），干线子系统可以直接由各层楼的水平子系统的网线延伸构成，即水平子系统的网线直达设备间。这种做法施工简单，成本低，经常在低层建筑的结构化布线时采用。说明：对于大型高层建筑或水平子系统走线不规则的布线场合，要设置楼层配线间，以便于干线子系统与水平子系统的连接。而且，当配线间与设备间之间距离大于100m时，要在配线间设置管理子系统，通过增加中继设备实现干线子系统与水平子系统的互联。5.设备区子系统设备区子系统是布线系统最主要的管理区域，所有楼层的信息都由电缆或光纤传送至这里。通常，此系统安装在计算机系统、网络系统和程控机系统的主机房内。设备间是在每一幢大楼的适当地点设置进出线设备、网络互联设备的场所。为便于布线，节省投资，设备间最好位于每一幢大楼的中间。6.建筑群子系统建筑群子系统实现建筑之间的相互连接，提供楼群之间通信设施所需的硬件。是外部建筑物与大楼内布线的连接点。它包括铜线、光纤，以及避免铜线漏电的保护设备。EIA/TIA569标准规定了网络接口的物理规格，其主要功能是实现建筑群之间的连接。建筑群子系统将一幢建筑物内的电缆延伸到建筑群中的另外一些建筑物内的通信设备和装置上。它提供楼群之间通信设施所需的硬件，其中有铜电缆、光缆和防止电缆的