第4章 局域网组网技术

第,4,章 局域网组网技术,局域网的组成,局域网传输介质,局域网硬件设备,局域网的组网方法,结构化布线,本章知识点,本章导读,在学习了局域网的基本工作原理后，我们就可以开始学习如何组建局域网，这是读者需要掌握的基本内容。本章将系统地讨论局域网组网需要的设备、方法与结构化布线技术。,4.1,计算机网络的形成与发展,局域网硬件,局域网软件,局域网硬件,服务器：网络服务器是连在局域网上的，为网络用户提供各种网络服务和共享资源的高性能计算机，即一个网络节点。在计算机网络上有许多不同类型的服务器，按照网络服务器所提供的服务进行分类，可分为：文件服务器、通信服务器、打印服务器、数据库服务器、,Web,服务器等。,网络工作站：在工作站上可以有自己的操作系统，能独立工作；通过运行工作站网络软件访问服务器共享资源。常见的有,DOS,工作站、,Windows,系列工作站等。,网络设备：网络设备是网间互联设备的统称，主要有网卡、集线器（,HUB,）、交换机（,Switch,）、网桥（,Bridge,）、路由器（,Router,）等。通过这些设备可以把计算机连接起来组成局域网，或将局域网与局域网互联起来，组成更大规模的互联网。,传输介质：传输介质用于两个网络站点之间原始比特流的实际传输，是通信双方交流信息的物理通道。目前常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤等。,局域网软件,网络操作系统：网络操作系统（,NOS,）是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统。它除了具有一般桌面操作系统的全面功能外，还应该满足用户使用网络的需要，尤其要提供数据在网上的安全传输，管理网络中的共享资源，实现用户通信以及方便用户使用网络，因而网络操作系统是作为网络用户与网络系统之间的接口。常见的网络操作系统有,NetWare,、,Windows NT 4.0 Server,、,Windows 2000 Server,、,Windows 2003 Server,、,UNIX,、,Linux,等。,网络协议：网络协议是网络通信的语言，是通信的规则和约定。它规定了通信双方相互交换的数据或控制信息的格式。常用的网络协议有,ARP,、,SNMP,、,SMTP,、,DHCP,、,IPX/SPX,、,NetBEUI,、,TCP/IP,等。有很多协议是不需要普通用户进行设置的，一般用户经常接触的就是,TCP/IP,协议。,4.2,局域网传输介质,同轴电缆,双绞线,光纤,无线传输介质,同轴电缆是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟纶材料的护套包住。如下图所示。,目前，常用的同轴电缆有两类：,50,和,75,的同轴电缆。,75,同轴电缆常用于有线电视（,CATV,）网，故称为,CATV,电缆，传输带宽可达,1GHz,。目前常用,CATV,电缆的传输带宽为,750MHz,。,50,同轴电缆主要用于基带信号传输，传输带宽为,1,20MHz,，总线型以太网就是使用,50,同轴电缆。在以太网中，,50,细同轴电缆的最大传输距离为,185,米，粗同轴电缆可达,500,米。,同轴电缆,同轴电缆,双绞线,1,双绞线的分类,双绞线主要分为非屏蔽双绞线（,UTP,）和屏蔽双绞线（,STP,）两种。非屏蔽双绞线价格比较便宜，容易安装，应用广泛。常用的非屏蔽双绞线有,3,类、,4,类、,5,类和超,5,类等。在一般局域网中常见的是,5,类、超,5,类非屏蔽双绞线。,2,RJ-45,插头,RJ-45,插头又称为水晶头，如右图所示。双绞线的两端必须都安装,RJ-45,插头，以便插在网卡、集线器（,Hub,）或交换机（,Switch,）的,RJ-45,接口上。,3,双绞线的制作,RJ-45,头的连接标准有,T568A,和,T568B,两种，二者只是颜色上的区别，本质的问题是要保证,1-2,线对是一个绕对、,3-6,线对是一个绕对、,4-5,线对是一个绕对、,7-8,线对是一个绕对。,双绞线,RJ-45,头制作的排线方法如下：,568B,：白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕,568A,：白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕,RJ,45,水晶头,光纤,因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。,光纤是网络传输介质中性能最好、应用最广泛的一种。它是一种纤细、柔韧，能够传导光线的媒体。它利用了光的全反射原理来把光信号从一地传输到另一地。光纤的结构如下图所示。,光纤,无线传输介质,无线通信是指利用红外线、激光或微波等为介质的通信，其具有通信量大、可移动性、数据传输率高等优点。,激光主要利用相干光源对激光进行调制，来实现数据的传输，但激光收发器的硬件会造成少量的辐射，因此需要经过国家许可才能安装。,红外线主要利用红外光在两台计算机之间进行通信，通信带宽大、容量大、传输速度快，可实现点到点的传输，但传输距离短，很容易受其他光的干扰。,微波与卫星通信可以覆盖很广的地域，传输距离较远，其缺点是保密性差，因此需要对传输的数据进行加密，这样会增加系统的开销。,4.3,局域网硬件设备,网卡,中继器,集线器,局域网交换机,网卡,网卡,网络接口卡（,NIC,，,network interface card,）又称为网卡，它是构成网络的基本部件。网卡一方面连接局域网中的计算机；另一方面连接局域网中的传输介质。典型的网卡如右图所示。,网卡的分类方法如下：,（,1,）按总线接口类型划分,按网卡的总线接口类型来分一般可分为,ISA,接口网卡、,PCI,接口网卡以及在服务器上使用的,PCI-X,总线接口类型的网卡，笔记本电脑所使用的网卡是,PCMCIA,接口类型的。,（,2,）按网络接口划分,网卡最终是要与网络进行连接，所以也就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。,（,3,）按传输速度划分,随着网络技术的发展，网络带宽也在不断提高，但是不同带宽的网卡所应用的环境也有所不同，目前主流的网卡主要有,10Mbps,网卡、,100Mbps,以太网卡、,10Mbps/100Mbps,自适应网卡、,1000Mbps,千兆以太网卡四种。,（,4,）按网卡应用领域来划分,如果根据网卡所应用的计算机类型来分，我们可以将网卡分为应用于工作站的网卡和应用于服务器的网卡。前面所介绍的基本上都是工作站网卡，其实通常也应用于普通的服务器上。但是在大型网络中，服务器通常采用专门的网卡。它相对于工作站所用的普通网卡来说在带宽（通常在,100Mbps,以上，主流的服务器网卡都为,64,位千兆网卡）、接口数量、稳定性、纠错等方面都有比较明显的提高。还有的服务器网卡支持冗余备份、热拔插等服务器专用功能。,中继器,中继器（,Repeater,）是最简单也是较常用的连接设备，是一种数字信号放大器。它的作用是将网络中的一个电缆段上传输的数据信号进行放大和整形，然后再发送到另一个电缆段上，以克服信号经过较长距离传输后引起的衰减。它不解释也不改变接受到的数字信号，只是从接受信号中分离出数字资料，存储起来，然后转发出去。再生的信号与接受的信号完全相同并可以沿着另外的网络段传送到远程，如下图所示。,中继器也可以用来改变网络的拓扑结构，形成多分支的树型结构，以适应不同环境的布线要求。通过中继器连接起来的各种网络仍属于一个网络系统。它只是将一个网络的作用范围扩大，而不是网络互联。,中继器,集线器,集线器是以太网中的中心连接设备，它是对“共享介质”总线型局域网结构的一种变革。所有的节点通过非屏蔽双绞线与集线器连接，构成物理上的星型拓扑结构，但是在逻辑上它仍然是总线型结构，并且在,MAC,层仍采用,CSMA/CD,介质访问控制方法。当集线器接收到某个节点发送来的广播信息后，它立即将接收到的数据转发到其他的连接端口。,按照集线器的不同性能，有不同的分类方法。,（,1,）按照集线器支持的传输速率，可以分为,10Mbps,集线器、,100Mbps,集线器、,10/100Mbps,自适应集线器。,（,2,）按照集线器是否能够堆叠，可以分为普通集线器和可堆叠式集线器。,（,3,）按照集线器是否支持网络管理功能，可以分为简单集线器和带网管功能的智能集线器。,局域网交换机,交换式局域网的核心是局域网交换机，也有人把它叫做交换式集线器。典型的交换机如下图所示。目前，使用最广泛的是以太网交换机。对于传统的以太网来说，当连接集线器中的一个节点发送数据时，它将用广播方式将数据传送到集线器的每个端口。因此，以太网的每个时间内只允许有一个节点占用公共通信信道。,24,口交换机,局域网交换机一般可以分为以下,3,类：,（,1,）简单的,10Mbps,局域网交换机,（,2,）,10/100Mbps,自适应的局域网交换机,（,3,）大型局域网交换机,4.4,局域网的组网方法,同轴电缆组网方法,双绞线组网方法,快速以太网组网方法,千兆以太网组网方法,同轴电缆组网方法,使用同轴电缆组建以太网是最传统的组网方式，现在仍有不少用户在使用。同轴电缆有两种：粗同轴电缆与细同轴电缆。因此，使用同轴电缆组建以太网主要有以下三种方式：,1,粗缆方式,在使用粗缆组建以太网时，需要使用以下基本硬件设备：,带有,AUI,接口的以太网卡,粗缆的外部收发器,收发器电缆,粗同轴电缆,有了以上这些硬件设备，可能还需要有一个中继器（,repeater,）来扩展作为总线的同轴电缆的长度。中继器作为物理层连接设备，起接收、放大、整形与转发同轴电缆中数据信号的作用。它可以分为以下三类：两端口相同介质中继器、两端口不同介质中继器、多端口多介质集中式中继器。,2,细缆方式,在使用细缆组建以太网时，需要使用以下基本硬件设备：,带有,BNC,接口的以太网卡,BNC T,型连接器,细同轴电缆,在典型的细缆以太网中，如果不使用中继器，最长细缆长度不超过,185m,。如果实际需要的细缆长度超过,185m,，可使用支持,BNC,接口的连接器。在细缆以太网中，最多允许使用,4,个连接器，连接,5,条最长长度为,185m,的细缆缆段，那么最长细缆长度不超过,925m,。两个相邻的,BNC T,型连接器之间的距离应是,0.5m,的整数倍，并且最短距离为,0.5m,。,3,粗缆与细缆混用方式,在使用粗缆与细缆共同组建以太网时，除了需要使用与构成粗缆、细缆以太网相同的基本硬件设备外，还必须使用粗缆与细缆之间的连接器件。粗缆与细缆混合结构的电缆缆段最长长度为,500m,，如果粗缆长度为,L(m),，细缆长度为,t(m),，则,L,，,t,之间的关系为：,L+3.28t500,粗缆与细缆混用方式的优点是造价合理，粗缆段用于室外，细缆段用于室内；缺点是结构复杂、维护困难。,双绞线组网方法,使用双绞线组建以太网是目前流行的组网方式。由于使用非屏蔽双绞线组建局域网有易于安装与管理，造价低、系统可靠性好等优点，这种方式得到了广泛的应用。,1,基本硬件设备,使用非屏蔽双绞线组建符合,10 Base-T,标准的以太网时，需要使用以下基本硬件设备：,带有,RJ-45,接口的以太网卡,集线器或交换机,3,类、,5,类或超,5,类非屏蔽双绞线,RJ-45,连接头,2,双绞线组网方法,按照使用集线器的方式，双绞线组网方法可以分为以下几种：,（,1,）单一集线器结构,在上面的这几种组网方法中，使用单一集线器的以太网结构最简单，如右图所示。,单一集线器结构,（,2,）多集线器级联结构,如果需要连网的节点数超过单一集线器的端口数时，通常采用多集线器的级联结构。普通的集线器一般都提供两类端口：一类是用于连接节点的,RJ-45,端口；另一类端口是向上连接端口，包括连接粗缆的,AUI,端口、连接细缆的,BNC,端口或光纤连接端口。,（,3,）堆叠式集线器结构,堆叠式集线器（,stackable hub,）适用于中、小型企业网环境。堆叠式集线器由一个基础集线器与多个扩展集线器组成。基础集线器是一种具有网络管理功能的独立集线器。通过基础集线器上堆叠多个扩展集线器，一方面可以增加以太网的节点数；另一方面可以实现对网中节点的网络管理功能。,快速以太网组网方法,快速以太网组网方法与普通的以太网组网方法基本相同，只是需要的基本硬件设备不同。组建快速以太网需要以下基本硬件设备：,100 Base-T,集线器,/,交换机,10 Base-T,集线器,10 Base-T,网卡、,100 Base-T,网卡、,10/100 Base-T,网卡,双绞线或光缆,100 BASE-T,集线器的功能以及网络连接方法与普通的,10 BASE-T,集线器基本相同。因此，以共享,100 BASE-T,集线器为中心的快速以太网结构，与传统的以太网结构基本上是相同的。,千兆以太网组网方法,千兆以太网的组网方法与普通以太网组网方法有一定的区别。组建千兆以太网需要使用以下基本硬件设备：,1000 Mbps,以太网交换机,100 Mbps,集线器,/,交换机,10/100 Mbps,以太网卡,双绞线或光缆,100 BASE-T,集线器的功能以及网络连接方法与普通的,10 BASE-T,集线器基本相同。因此，以共享,100 BASE-T,集线器为中心的快速以太网结构，与传统的以太网结构基本上是相同的。,在千兆以太网组网方法中，网络带宽分配合理是很重要的，需要根据网络的规模与布局来选择合适的两级或三级结构。一般来说，在网络主干部分使用,1000Mbps,以太网交换机，以解决应用中的网络瓶颈问题；在楼层或部门一级，根据实际需要选择,100Mbps,集线器或交换机；最后，使用,10Mbps,或,100Mbps,以太网卡，将工作站连接到,100Mbps,集线器或交换机上。如下图所示给出了典型的千兆以太网结构示意图。,典型的千兆以太网结构,4.5,结构化布线,结构化布线的概念与基本特点,结构化布线的构成,结构化布线的概念与基本特点,结构化布线系统是一个能够支持任何用户选择话音、数据、图形、图像应用的电信布线系统。就是指在一座办公大楼或楼群中安装的传输路线。它能支持话音、图形、图像、数据多媒体、安全监控、传感等各种信息的传输，支持,UTP,、光纤、,STP,、同轴电缆等各种传输介质,支持多用户多类型产品的应用，支持高速网络的应用。它的网络组件包括：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、光点转化与多路复用等电器设备、电气保护设备、各类安装工具。从用户的角度来看，它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。,结构化布线系统与传统的布线系统的最大区别在于：过去的布线方法是将各种各样设施的布线分别进行设计和施工，如电话系统、消防、安全报警系统、能源管理系统等都是独立进行的。,结构化布线系统具有以下特点,:,（,1,）实用性。能支持多种数据通信、多媒体技术及信息管理系统等，能够适应现代和未来技术的发展。,（,2,）灵活性。任意信息点能够连接不同类型的设备，如微机、打印机、终端、服务器、监视器等。,（,3,）开放性。能够支持任何厂家的任意网络产品，支持任意网络结构，如总线型、星型、环型等。,（,4,）模块化。所有的接插件都是积木式的标准件，方便室用、管理和扩充。,（,5,）扩展性。实施后的结构化布线系统是可扩充的，以便将来有更大需求时，很容易将设备安装接入。,（,6,）经济性。一次性投资，长期受益，维护费用低，使整体投资达到最少。,结构化布线的构成,建筑群主干子系统：建筑群主干子系统是户外信息进入楼内的信息通道，提供外部建筑物与大楼内布线的连接点。,设备子系统：,EIA/TIA569,标准规定了设备间的设备布线。它是布线系统最主要的管理区域，所有楼层的资料都由电缆或光纤电缆传送至此。,垂直主干子系统：它连接通讯室、设备间和入口设备，包括主干电缆、中间交换和主交接、机械终端和用于主干到主干交换的接插线或插头。,管理子系统：此部分放置电信布线系统设备，包括水平和主干布线系统的机械终端及交换。,水平支干线子系统：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。指定的拓扑结构为星型拓扑。,工作区子系统：工作区由信息插座延伸至工作站设备终端。工作区布线要求相对简单，这样就容易移动、添加和变更设备。,