计算机网络教程第6章局域网组网技术

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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

Hwljxq@qhnu.edu.cn

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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

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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）

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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。

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802.3物理层标准与MAC、LLC子层关系

802.2LLC

802.3CSMA/CD

10BASE-FP,

10BASE-T100BASE-TX100BASE-T4

10BASE-510BASE-210BASE-FB,100BASE-FX

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10BASE-FL

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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

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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。

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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地址一MediaAccessControl）或硬件地

址（查看网卡的MAC地址：ipconfig/all命令。）。

M

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

M

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*典型的集线器产品

Cisco公司的FastHub400系歹1与Cisco1528系歹1

3com公司的OfficeConnect系歹1与SuperStackII系歹1

Accton公司的EtherHub系歹1与FastEtherHub系歹1

Nortel公司的NetgearDS508系歹1与BayStack250系歹1

Intel公司的InBusiness系列与Express10/100系列

D-Link公司的DE-800Tp系列

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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。

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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

O

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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。

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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

O

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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。

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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。

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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

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典型的局域网交换机产品

Cisco公司的Catalyst系列

3com公司的SuperStack3系列

Nortel公司的BayStack300系歹1与EtherSpeed系歹1

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

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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（75。，作用是一阻止信号的流失）、AUI接口网

卡（10Mbps）o

采用粗缆连网的拓扑结构为总线型，如图所示。

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工作站

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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。

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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。

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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（50。）、BNC接

口网卡（10Mbps）o

采用细缆连网的拓扑结构为总线型，如图所示。

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息工作站

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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。

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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。

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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。

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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。

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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

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单一集线器结构

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多集线器级联结构

钙器

计算机算机算机算机wmt博机

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堆叠式集线器结构

雌线器

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⑥粗缆以太网

办公宴1办公完2办公完3弁公克4

二T啰卷面

⑹使用双姣线

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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

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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

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典型的千兆以太网组网方法

千兆主干交换机

DDOOOODDDOCZ71000Mbps线路

00。。。。。。。。口

。口口口。口口

千兆支干交换机千兆支干交换机

/100Mbps线路

0000。。。。。。。

100Mbps100Mbps

钙交换机镀器/交换机

10Mbps网卡10Mbps网卡

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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,Premises

DistributionSystem)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。

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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，修建筑物中所有

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。

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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。

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(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。

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(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

o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。

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(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。

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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。

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光缆铜缆

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管理区子平子工作区子

建筑物顶层

系统系统系统

垂

直

子

系

统

建筑群子系统设备间子系

底层

统

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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。

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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。

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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62.5/125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。

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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。

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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。

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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

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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。

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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