通信网络与综合布线 第2版 课件 3-3-1以太局域网

通信网络与综合布线

第三章计算机网络基础BuildingIntelligentEngineeringandTechnology第三章计算机网络基础3.1计算机网络概述3.2网络体系结构和协议3.3局域网组网技术

3.3.1局域网常见类型——以太网

3.3.2网络互联设备3.3.3互联网接入方式3.3.4网络操作系统3.3.5网络安全

思考与分析题BuildingIntelligentEngineeringandTechnology局域网具有其显著特点1）通常覆盖的地理范围比较小，不超过几十米，甚至在一个园区、一幢建筑或一个房间内；敷设专用的传输介质如双绞线、同轴电缆、光纤等。2）局域网数据传输的速率比较高，从最初的1Mbps到后来的10Mbps、100Mbps，近年来已达到1000Mbps、10Gbps；3）数字数据信号基带传输，局域网具有较低的延迟和误码率，其误码率一般为10-8

—10-11；4）共享介质访问控制技术，避免多个用户同时使用通道而产生冲突，是局域网的关键技术，CSMA/CD、Token。5）局域网的经营权和管理权属于某个机构单位所有，实现数据通信和资源共享，与广域网通常由服务商提供形成对照。4BuildingIntelligentEngineeringandTechnology局域网技术分类以太网（Ethernet）——最早产品为10base-5,10base-2,传 输速率10Mbit/s，后来10base-T；快速以太网：100BaseTX、100BaseT4和100BaseFX；千兆以太网：1000BaseLX、1000BaseSX、1000BaseCX、 1000BaseT令牌网（TokenRing）—20世纪70年代由美国IBM公司开发，传输速率16Mbit/s，时至今日仍然是IBM的主要局域网技术。FDDI（FiberDistributedDataInterface)光纤分布式数据接口——由美国国家标准学会制订协议，传输速率100Mbit/s

。ATM(AsynchronousTransferMode)网——采用基于信元的异步传输模式和虚电路结构。传输速率155Mbit/s。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology3.3.1以太局域网1、传统以太网（Ethernet)2、计算机网络设备3、以太网技术4、高速以太网BuildingIntelligentEngineeringandTechnology1、传统以太网（Ethernet）传统以太网——指最早进入市场的10Mbit/s速率的以太网。10Base以太网——最早的以太网，10-传输速率为10Mbit/s，Base-基带传输。包括 10base-5——粗同轴电缆网 10base-2——细同轴电缆网 10base-T——双绞线+HUB网以太网是1973年美国Xerox公司开发成功的，不久后由Xerox、DEC、Intel三家公司联合开发发布了以太网规范说明2.0，CSMA/CD介质访问控制方式。经修改后，1985年以IEEE802.3标准公布。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（1）10Base-5网络结构图10Base-5总线型网络结构粗同轴电缆MediumAttachmentUnitAttachmentUnitInterfaceBuildingIntelligentEngineeringandTechnology10Base-5网络特点最大网段长度500m。最大网段数5个，其中3个网段可以连接节点，其余被用作加长距离；最大网络长度2500m。工作站到收发器的最大距离50m，收发器最小间隙2.5m。最多使用4个中继器。每网段最多100个节点（设备）。最大网络节点数300个。干线段每一端均需有一个50Ω终结电阻，其中之一必须接地。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology具有三个网段的10BASE-5结构BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（2）10BASE-2网络结构图10Base-2总线型网络结构T型连接器BNC连接头50欧终端电阻BuildingIntelligentEngineeringandTechnology10Base-2网络特点最大网段长度185m。最大网段数5个，其中3个网段可以连接节点，其余被用作加长距离；最大网络长度925m。最多使用4个中继器。BNC-T型连接器间最小间隙2.5m。每网段最多30个节点（设备）。最大网络节点数90个。干线段每一端均需有一个50Ω终结电阻，其中之一必须接地。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（3）10BASE-T网络结构集线器HUB+双绞线星形结构（由此出现综合布线系统）。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology10Base-T网络特点传输速度10Mbps。通常使用RJ-45连接器，针1、2用于发送(TD)，针3、6用于 接收(RD)最大收发长度100m。最大网段数5个，其中3个网段可以连接节点。最大网络节点数1024个。568ABuildingIntelligentEngineeringandTechnologyRJ-45水晶头水晶头的选用4线对UTP双绞线活动场合采用多芯UTP——使用二叉RJ-45型水晶头。固定场合可使用单芯UTP——使用三叉RJ-45型水晶头，返回跳线BuildingIntelligentEngineeringandTechnology568A的RJ-45插座12345678Pair2,(Orange)Pair3,(Green)Pair1,(Blue)Pair4,(Brown)BuildingIntelligentEngineeringandTechnology568B的RJ-45插座12345678Pair2,(Orange)Pair3,(Green)Pair1,(Blue)Pair4,(Brown)对于模拟式语音终端，全行业的标准作法是将触点信号和振铃信号置入工作站4、5（线对1）的两个引针上。而引针3、6（RD）和1、2（TD）分配给数据信号（线对2和3）。引针7、8（线对4）留作备用。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology三级HUB的10BASE-T网BuildingIntelligentEngineeringandTechnology粗缆、细缆和双绞线混合网HUB有8、12、16或24个双绞线接口，一个BNC和DIX接口BuildingIntelligentEngineeringandTechnology三种以太网比较上述的三种以太网的主要指标的比较如表5-1所示。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology三种以太网布线BuildingIntelligentEngineeringandTechnology2、以太网技术——基于地址的广播通信当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据。这种通信方式是广播通信。为了在总线上实现一对一的通信——可以使每一台计算机拥有一个与其他计算机都不同的地址（网卡地址）。在发送数据帧时，在帧的首部写明目的站的地址。仅当数据帧中的目的地址与计算机的地址一致时，该计算机才能接收这个数据帧。网卡BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyCSMA/CD工作流程图BuildingIntelligentEngineeringandTechnology因为电磁波在总线上总是以有限的速率传播的。因此当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非是空闲的。碰撞——传输时延对载波监听影响BuildingIntelligentEngineeringandTechnology强化碰撞当发送数据站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号(jammingsignal)以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞.BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyCSMA/CD要点载波监听多路访问／冲突检测协议（CSMA/CD-CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）的要点是：“多点接入”“载波监听”“碰撞检测”

“随机延迟后重发”

——不但先听后发，还边听边发，任何站点检测侦听到总线上的冲突，即停止发送帧，并向总线广播干扰阻塞信号。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology使用CSMA/CD协议时，以太网工作站只能进行半双工通信双向交替(不可能全双工通信——同时进行发送和接收)。每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性，即发送的不确定性。以太网的端到端往返时延2

称为——争用期(contentionperiod)。争用期又称为碰撞窗口(collisionwindow)。为了使每个站都能尽可能早地知道是否发生了碰撞，以太网还采取一种叫做强化碰撞的措施。*CSMA/CD控制特点BuildingIntelligentEngineeringandTechnology为了通信的简便，以太网采取了两种方法。采用无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据（载波监听，广播通信）。不要求收到数据的目的站发回确认。不要确认的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的，因此：以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付以太网通信服务特点BuildingIntelligentEngineeringandTechnology3.计算机网络设备（1）终端设备（2）传输介质（3）网卡（4）网络互联设备（5）网络安全设备（6）软件BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（1）网络终端设备网络终端设备——网络中的计算机、服务器以及打印机、绘图仪等各种硬件资源，可以说是用户直接使用和操作的设备。——功能各异，种类繁多，包括现在广泛应用的网络摄像机、网络控制器等。工作站（Client）——是每一台连到网络上的个人计算机（PC），广义上的用户，支持多种网络协议（如最广泛使用的TCP/IP协议）。服务器（Server）——是网络服务之核心，服务器实质上是一台或多台规模较大/配置较高的计算机（具备高速处理及快速存取功能的存储器），提供文件服务/打印服务/邮件服务等网络服务。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（2）传输介质无线传输介质无线电频率传输（RadioWave)微波传输（MicroWave）红外传输（InfraredLight)激光传输介质：用于连接网络间的设备，因每种传输介质的电气性质的差异，存在连接速率、效率差异。有线传输介质同轴电缆（CoaxialCable)双绞线（UTP-UnshieldedTwisted-Pair，STP)光纤（FiberOpticCable）

常用传输介质BuildingIntelligentEngineeringandTechnology1)双绞线（twistedwire）双绞线：具有绝缘保护层的铜导线（1对/两根，共4对/8根）对按一定螺旋节距互绞在一起的传输媒体。非屏蔽双绞线（UTP，UnshieldedTwisted-Pair）、

屏蔽双绞线（STP，ShieldedTwisted-Pair）。特点：

成本低，速度快，可靠性高。适合近距离数据传输，广泛应用于语音和100Mb/s网络数据传输。用于网络的双绞线和用于电话系统的双绞线是有差别的。每一对线作为一条通信链路，双绞——可降低传输过程中辐射的电磁波（被另一根导线产生的电磁波抵消）BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyUTP类型及其应用UTP类型性能（Hz）用途CAT-1NoneNoneCAT-21MTelephonewiringCAT-316M10BaseT，TokenRing4M，ISDNlowspeedCAT-420MTokenRing16MHZEIA/TIA为非屏蔽双绞线制定了布线标准BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyUTP类型及其应用UTP类型性能用途CAT-5100M100BaseTX，100VG-AnyLAN，TokenRing20M，CAT-5e100M基本取代了CAT5，可达125Mb/s数据传输速率CAT-6250M主要用于100Base-T网络传输CAT-7600M线缆的一个新标准，预计带宽可达600Mb/sBuildingIntelligentEngineeringandTechnology2)同轴电缆（CoaxialCable）同轴电缆——同轴电缆由内部导体环绕绝缘层以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的护套组成。内导体为实芯或多芯硬质铜线电缆，外导体为硬金属或金属网。内外导体之间有绝缘材料隔离，外导体外还有外皮套或屏蔽物。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology同轴电缆类型同轴电缆目前主要用于本地网（LAN）——基带同轴电缆有线电视（CATV，75欧：RG-59

）——宽带同轴电缆海底电缆通信中。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology同轴电缆特点有很好的保密性和抗干扰性。同轴电缆的频带宽度要比双绞线宽得多，其上限频率一般可达到几百兆赫兹以上。衰减与频率的平方根成正比；因此在远距离传输和宽带工作时仍需要用到均衡器。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology3)光纤（FiberOpticCable）外层芯层光导纤维结构与光的传播原理光纤是由细如发丝的塑胶或玻璃纤维，外加护套的组成。阶跃折射率型光纤结构如图示，芯层是由较高折射率的材料制成，外包层是折射率较低的材料，只要光的人射角足够小，光信号就能沿着芯层传播，并且在两层之间产生全反射。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology光纤的规格8/125μm单模光纤62.5/125μm多模光纤单模8.3/125um

多模62.5/125um、50/125um、100/140um（IBM）BuildingIntelligentEngineeringandTechnology光纤通信系统光纤通信系统的基本构成如图所示:在1000Base-LX中，当使用62.5微米多模光纤时，最大无中继传输距离为550m，当使用单模光纤时为3000m。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology光纤传输特点光纤的很多优点使得它在远距离通信中起着重要作用。光纤与电缆相比有如下优点：（1）光纤有较大的带宽，通信容量大。（2）光纤的传输速率高，能超过1000Mbit/s。（3）光纤的传输衰减小，连接的范围更广。（4）光纤不受外界电磁波的干扰，因而电磁绝缘性能好，适宜在电气干扰严重的环境中应用。（5）光纤无串音干扰，不易被窃听和截取数据，因而安全保密性好。

目前，光缆通常用高速的主干网络。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology单模光纤--多模光纤单模光纤——石英光纤，如果光纤导芯的直径小到只有一个光的波长，光纤就成了一种波导管，光线则不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播，这种光纤称为单模光纤。广泛用于通信主干网。多模光纤——当光纤的直径远大于光的波长时，只要到达光纤表面的光线入射角大于临界角，便产生全反射。因此可以由多条入射角度不同的光线同时在一条光纤中传播，这种光纤称为多模光纤。主要用于接入网和短距离信号传输。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology无线传输介质——简称无线（自由或无形）介质或空间介质。通常无线传输介质通过空气进行信号传输。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，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。无线电波可以穿透墙壁，也可以到达普通网络线缆无法到达的地方。4)无线传输介质BuildingIntelligentEngineeringandTechnology电磁频谱及其用途名称频率范围波长主要传播方式用途超低频VLF3～30kHz电话长波30～300kHz1～10km地表面波传播导航广播（远距离）中波300～3000kHz0.1～1km地表面波传播AM广播（船舶、飞行通信）短波3～30MHz10～100m地表波、电离层反射传播（Citizen’sBand）调幅广播超短波VHF30～300MHz1～10m直射波传播对流层散射传播TVandFM广播UltraHighFreq.30～3000MHz1m直射波传播TVSuperHF3～30GHzTerrestrialandsatellite微波ExtremeHF30～300GHz实验红外infrared〉300GHzTVRemoteControlLasersLasersurgeryBuildingIntelligentEngineeringandTechnology评价传输介质的性能带宽—传输介质带宽以Hz为单位，不同编码方式， 可得到不同网络带宽（以bit/s为单位）。衰减性抗干扰性（电磁干扰）成本安装难易程度BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（3）网络接口部件(NIC-网卡)NIC——NetworkInterfaceCardBuildingIntelligentEngineeringandTechnology网卡的作用当与网卡连接的计算机或其他设备作好接受信息的准备后，网卡便将从外部接收的信息提交给这些设备；当与网卡连接的计算机或其他设备需要向外界发送信息时，网卡会在信道信息流中寻找间隙，并将信息送上信道。提供计算机到网络的物理连接。它同时将PC机的总线系统中并行数据转换成网络介质要求的串行数据，及反转换。提供基本的寻址功能（网卡只读存储器ROM上烧存有唯一地址—硬件地址、MAC地址）。网卡能够对信道中的信息进行侦听，并根据自身的MAC地址识别自己应该接收的信息。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（4）网络互联设备实现一个网络与另一个网络的互访与通信。包括中继器（Repeater）——信号放大器集线器（Hub）——多口放大器交换机（Switch）——网络开关,具备自动寻址和网段内 数据转发功能路由器（Rout）——在不同网络或网段之间转发数据无线接入设备（AccessPoint）调制解调器（Modem）等。网络外设—UPS不间断电源BuildingIntelligentEngineeringandTechnology交换机与路由器交换机——又称网络开关，交换机通过对信息进行重新生成；并经过内部处理后转发至指定端口，交换机具备自动寻址能力和交换作用。路由器——是一种连接多个网络（局域网和广域网）或网段的网络设备，它能在不同网络或网段之间进行数据信息的“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（5）网络安全设备网络中应用的典型安全设备——是防火墙（Firewall），用来保护和维护网络安全。防火墙对网络中流经它的所有通信数据包进行扫描，以期过滤掉一些非法的数据包，免其在目标计算机上被执行，干扰网络安全。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（6）计算机网络软件操作系统——是计算机系统用来管理各种软、硬件资源， 提供人机交互使用的重要软件，如Windows-xp。网络操作系统—具有操作系统功能，同时具有网络运行管 理、网络资源管理、文件管理、用户管理和系统管 理等功能。如：Win-server,Unix,linux网络安全系统—软硬件防火墙、软硬件加密产品。网络管理系统—监视网络运行状态、控制网络运行参数， 从而提高网络性能。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology知识点CAT（category：种类，类目）计算机网络普遍使用电缆主要为双绞线：CAT5e、CAT6。双绞线跳线：使用RJ-45接头连接计算机的网卡或集线器等通信设备。RJ-45插头（水晶头）：由金属片与塑料构成，是双绞线的接头。 一般连接在网卡、交换机接口或信息插座模块上。信息插座：由信息模块与面板组成。主要为方便工作站的移动以及 保持整个布局的美观。分为墙上型、桌面型和地面型等。568A、568B标准：信息插座模块引脚标准.BuildingIntelligentEngineeringandTechnology知识点中继器（Repeater）：信号放大器，放大还原信号。集线器（Hub）：多口放大器，通过双绞线连接工作站构成星形网络交换机（Switch）:对信息进行重生,转发至指定端口(具备自动寻址能力和交换作用)。路由器（Rout）:连接多个网络（LAN/WAN）或多个网段，在不同网络或网段之间进行数据信息的“翻译”。网卡（NIC）-提供计算机到网络的物理连接，转换PC机并行数据与网络串行数据，寻址和信道侦听。CSMA/CD：载波监听多路访问／冲突检测协议（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）的要点是：

多点接入、载波监听、碰撞检测、随机延迟后重发。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology知识点以太网标准：NBase-T/TX/FX/SX/LX10Base-T100Base-TX/FX1000Base-T/SX/LX： N－10\100\1000,数据传输速率Mbit/s， Base－基带信号（线路中传输的是经过编码的数字基带信号）， T/TX-双绞线。

FX/SX/LX-不同模式光纤。传输速率单位：bit/s，如：Kbps=1024bit/s，Mbps=106bps，Gbps=109bpsBuildingIntelligentEngineeringandTechnology知识点带宽（频率范围：MHZ）。信号带宽（信号的频率范围）；信道带 宽（信道上能够传输的信号的最大频率范围）。

带宽与传输速率的关系：成正比（带宽越高，传输速率可越快）， 因信号之传输和编码方式不同，相同带宽可达到不同传输速率。基带信号：从直流低频直至几兆赫兹有限高频的原始模拟与数字信号 （未经调制信号）。如电话机（0.3－4kHz）、计算机发出的原始 信号。频带信号：基带信号经过频率变换而形成的信号为频带信号。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology信道信源编码——将信息（如文字、符号、数据）或信号（语音、图像）接一定的规则进行数字化。信道编码——为了让数字基带信号能够适应传输信道的特性 所进行的码型转换。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology信道编码—非归零码(NRZ)不归零码(NRZ，Non-ReturntoZero)二进制数字0、1分别用两种电平来表示。常常用－5V表示1，＋5V表示0（与常识高电平1，低0相反）。缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology曼彻斯特编码(ManchesterCode)用电压的变化表示二