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1、第5章 局域网组网技术,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,5.1 局域网的传输介质,IEEE 802.3 物理层标准类型10 BASE-5（粗缆）10 BASE-2（细缆）10 BASE-T（非屏蔽双绞线）10 BASE-FP、10 BASE-FB与10 BASE-FL（光缆）IEEE 802.3 u物理层标准类型100 BASE-TX（5类非屏蔽双绞线）100 BASE-T4（3类非屏蔽双绞线）100 BASE-FX（光缆）,802.3物理层标准与MAC、LLC子层关系,10Bas
2、e5（粗缆以太网）连线,二台计算机连接到粗缆以太网上。A U I电缆连接着每台计算机的网卡与相应的收发器,10Base2以太网（细细缆以太网连线图）,四台计算机连接在细缆以太网上。介质是柔软的细缆，它从计算机的网卡直接连接到另一台计算机的网卡上,5.2 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,集线器HUB,交换机switch,路由器router,ATM 交换机,5.2.1 网卡,网卡(NIC，Network Interface Card)既连接局域网中的计算机，又连接局域网中的传输介质。网卡负责将计算机内部数据转换成适合在网络上传输的格式每块网卡
3、都有一个MAC地址,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(Personal Computer Memory Card International Association)网卡；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。,5.2.2 集线器,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
4、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。,12,工作于OSI的 物理层，属于物理层的数据通信设备。集线器只是一个标准共享式设备，不具备信号定向的能力,中继器和集线器,Repeater,Hub,14,HUB是如何工作的？,其基本工作原理：广播技术（broadcast）,Ethernet信息包：,15,HUB工作原理：HUB从某一端口A将收到的包发送到所有端口,广播包
5、时，所有用户都响应用户A,非广播包时，地址与包目的MAC地址相同的站响应用户A,16,在Windows 中，当用户A双击“网上邻居”时，相当于生成了一个Ethernet广播包，此包中的 目的MAC地址 为 全1，该包要求执行的命令是：“请告诉我你们的名字！”。,Hub不知道此命令是什么意思，也不做任何处理，只负责将此信息包广播到所有其他端口。与hub相连的网卡在收到广播包后，将包中的数据内容传送给上层软件即windows，上层软件根据广播包中源mac地址 向其返回自己在网络中的计算机名称 用户A在收到各个计算机回送的响应信息包后便得知网络上都有哪些用户，并显示在“网上邻居”窗口中。,查看“网上
6、邻居”是如何实现的？,17,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。,18,典型的集线器产品,Cisco公司的FastHub 400系列与Cisco 1528系列 3Com公司的Office Connect系列与SuperStack II系列 Accton公司的EtherHub系列与Fast EtherHub系列 Nortel公司的Netgear DS508系列与B
7、ayStack 250系列 Intel公司的InBusiness系列与Express 10/100系列 D-Link公司的DE-800TP系列,19,问：什么是10M以太网的5-4-3规则？,思考题：,答：在一个10M网络中，一共可以分为5个网段，其中用4个中继器连接，允许其中3个网段有设备，其他2个网段只是传输距离的延长。在10BASE-T网络中，只允许级连4个HUB,问：集线器堆叠和级联有什么区别？,答：堆叠方式采用厂家的堆叠电缆，堆叠在一起的集线器在逻辑上作为一个集线器，不受5-4-3规则的限制。级联方式采用cross-over电缆（1、2和3、6反接），受5-4-3限制，只能级联4个集
8、线器。,20,5.2.3 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；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；站点间沿指定的路径转发报文，使争夺式“共享性”信道，转变为“分享式”信道，最大限度地减少了网络帧的碰撞和转发延迟，使带宽和效率成倍的增加。,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,22,交换机与集线器的比较：,交换机具有集线器的功能，能进行数据的转发，但二者
9、的区别在于：,交换机以交换方式处理端口数据，接收到数据帧，将直接将数据帧转发至目的端口（或目的地址网段），从而提高效率。,集线器以共享方式处理端口接收的数据，然后以广播的方式发送给全网中的所有端口，从而增加了网络的流量，容易引起网络风暴。,另外：集线器是物理层设备；交换机是数据链路层设备 从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条 带宽；对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽,23,如果一个具有节点A的NIC目标地址的帧进入交换机（交换机内存图中的MAC A），交换机就把该帧发送到端口1。如果一个具有节点E的NIC目标地址的帧进入交换机，交换机就把该帧发送到端口3。,当一个交
10、换机接收到一个帧时，如果帧中的目标地址不在交换机的内存中，交换机就像集线器一样把这个帧发送给所有的端口。如果交换机接收到一个带有广播（或多播）地址的帧时，也会把帧发送给所有端口（或所有属于这个帧对应的多播组的端口）。,交换机内存图,二、局域网交换机的工作原理,交换机结构与工作过程示意图,典型的局域网交换机产品,Cisco公司的Catalyst系列3Com公司的SuperStack II系列Nortel公司的BayStack 300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,5.3 局域网的组网方法,5
11、.3.1 同轴电缆组网方法 粗缆方式 带AUI接口的以太网卡、粗缆外部收发器、收发器电缆、粗同轴电缆与中继器；细缆方式 带BNC接口的以太网卡、BNC T型连接器、细同轴电缆与中继器；粗缆与细缆混用方式,5.3.2 双绞线组网方法,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,常见的IEEE802.3类型的网络是以太网。以太网采用CSMA/CD方法访问传输介质，它是基带系统，采用曼彻斯特编码。以太网常见的有四种类型，即10Base2，10Base5，10
12、BaseT和100BaseX。一、10Base2网络 10Base2网络采用总线拓扑。总线使用RG-58A/U同轴电缆，这是一种较细的电缆，所以又称它为细缆网络和廉价网络。速率为10Mbit/s。下图是10Base2网络的示意图。,5.3.3 以太网组网配置,10Base2网络的物理拓扑,同轴电缆,10base5 粗同轴电缆,10base2 细同轴电缆,10Base2的接线图,BNC网卡收发器集成在网卡之中,BNC T型接头,连接网卡来的同轴电缆,总线从这里穿过,BNC终接器,连接总线的一端,接地,110Base2网络的组成部件（1）网卡：网卡背面应连接一个BNC型插座，BNC T型插头接在该
13、卡背面的BNC插座上，以连接电缆。（2）细以太网电缆：用于细以太网的电缆是50，直径0.2英寸的RG-58A/U同轴电缆。BNC插座必须安装在电缆断面的端头上。（3）BNC T型插头：该插头连接到网卡背面的BNC插座上，T型插头为信号输入和输出提供了电缆连接。每个工作站都需要T型插头。（4）BNC桶型插头：它用来将两段电缆连接在一起。（5）BNC终端连接器：每个电缆段都必须使用50的BNC终端连接器接在两个端头上。每个电缆段都需要一个接地终端连接器和一个不接地终端连接器。（6）中继器：可选。,210Base2网络的一些物理限制（1）一个网段（中继线段）的最大长度为185米。（2）网站之间的最小
14、距离为0.5米。（3）可使用4个中继器连接5段中继线。只有3段允许连有工作站，其余用于扩展距离的远程连接。（4）网络最大长度为925（185x5）米。（5）每个网段上最多可有30个结点。中继器也算作一个结点。（6）每个干线段的一端必须装有终端连接器，另一端的终端连接器必须接地。,二、10Base5网络 10Base5网络也采用总线拓扑和基带传输，速率为10Mbit/s，也称为标准以太网。10Base5网络并不是将结点直接连接到网络公用电缆上，而是使用短电缆从结点连接到公用电缆。这些短电缆称为附加装置接口（AUI）电缆或收发电缆。收发电缆通过一个线路分接头（AUI）与网络公用电缆相连接。图5-8
15、是10Base5网络示意图。,图5-8 10Base5网络的物理拓扑,10Base-5组网示意图,10Base5接线图,网卡,收发器线缆,粗同轴电缆,终接器：吸收总线上传播过来的电磁波能量，避免电磁波到达总线的端点后产生反射,110Base5网络的组成部件（1）网卡：网卡背面应带有AUI型插座，以连接收发电缆。（2）收发器：收发器是粗以太网电缆上的接线盒，工作站可与之连接。（3）收发电缆：收发电缆通常与收发器在一起。（4）粗以太网电缆：用于粗以太网的电缆是50，直径0.4英寸的RG-8或RG-11型的较粗的同轴电缆。（5）终端连接器：每个电缆段都必须使用50的终端连接器接在两个端头上。每个电缆
16、段都需要一个接地终端连接器和一个不接地终端连接器。（6）中继器：可选。中继器通过收发电缆与每条电缆中继线上的收发器相连。,210Base5网络的一些物理限制（1）一个网段（中继线段）的最大长度为500米。（2）收发电缆最大长度为50米。（3）两站收发器之间的最小距离为2.5米。（4）可使用4个中继器连接5段中继线。只有3段允许连有工作站，其余用于扩展距离的远程连接。（5）网络最大长度为2500（500 x5）米。（6）每个网段上最多可有100个结点。中继器也算作一个结点。（7）每个网段的一端必须装有终端连接器，另一端的终端连接器必须接地。,三、10BaseT网络 10BaseT网络不采用总线拓
17、扑，而是采用星状拓扑。10BaseT网络也采用基带传输，速率为10Mbit/s，T表示使用双绞线作为传输介质。,10BaseT网络的物理拓扑,1.10BaseT网络的部分组成部件（1）网卡：网卡背面应带有双绞线接口（RJ-45接口），以连接双绞线。（2）集线器：集线器（HUB）实际上起着中继器的作用。它可有多个RJ-45端口，如8、12、16、24个端口，用于连接双绞线，还可以有一个用于连接同轴电缆或光纤的端口。（3）双绞线电缆：10BaseT网络可使用屏蔽双绞线（STP）或非屏蔽双绞线（UTP）电缆作为传输介质。（4）RJ-45接头：用于连接在一段双绞线的两个端头。要使用专门的压接工具才能将
18、RJ-45接头接在双绞线上。,2.10BaseT网络的一些物理限制,（1）工作站到集线器和集线器之间双绞线的最大长度为100米。（2）一般使用RJ-45连接器。引线1、2用于传送，引线3、6用于接收。（3）集线器相互级连时，最多只允许有4级。（4）不使用网桥，网络总共可有1024个工作站。,单一集线器结构,多集线器级联结构,堆叠式集线器结构,级联（Uplink）和堆叠（Stack）,堆叠就是为了扩展端口数目，而级联是为了分配端口和扩展传输距离。级联：可利用直通跳线的双绞线将Uplink端口连接至其他集线器上除“Uplink端口”外的任意端口。可使用反转线（交叉线）通过集线器的普通端口进行级联,
19、网络互连设备,不能无限制级联，超过一定数量的交换机进行级联，最终会引起广播风暴，网络性能严重下降,级联（Uplink）和堆叠（Stack）,10Base-T HUB虽然可以借助层层级联的方式来扩充网络，但是缺点是每级联一层，带宽会相对降低。比如，第一层hub带宽10Mbps（2端口），则第二层5Mbps（2端口），第三层2.5Mbps。为了解决这个问题，网络厂商设计了“堆叠式”的HUB，用连接电缆将HUB背部的堆叠模块连通，这样的做法使各台HUB均处在同一管理层次（即他们的带宽均一致）。堆叠式集线器的好处除了更适合网络的扩充之外，也相对降低了端口成本，另外，它放置的位置集中非常方便管理。,菊花
20、链式堆叠和星型堆叠,网络互连设备,菊花链堆叠方式,星型堆叠方式,网桥,网桥也叫桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，工作在OSI的数据链路层。网桥可以截获所有的网络信息，并读取每个帧的目标地址（MAC地址），以确定帧是否应该转发到某一个网段。网桥最主要的优点是它可以限制传输到某些网段的通信量，这一优点被用在10Base5以太网中，用来给工作节点数目较多的网络分段。,网络互连设备,P8,冲突域和广播域,1冲突域 由于采用CSMA/CD访问控制技术，共享以太网上的一台主机发送数据时，将导致与同时也向共享总线或共享设备上发送数据的主机争用线路而发生冲突，潜在共享线路的所有主机范围构成一个冲突域。例
21、如连接在同轴电缆上的所有主机，连接在共享集线器上的主机等都构成一个冲突域。,网络互连设备,P9,网络分段（物理）,在一个冲突域中的主机数目过多时，通常要进行分段（图1-3），分段的方法是使用网桥、交换机、路由器等存储转发设备隔离冲突域。,网络互连设备,P10,冲突域和广播域,2广播域 广播域指的是能接收到广播数据包的主机范围。广播数据包通常采用广播地址发送，即主机位全为1的地址。很多原因都会导致网络中产生大量的广播数据包，如视频点播服务、有故障的网卡、路由更新等。由于IP广播发生在网络层，所以工作于第二层的交换机对广播数据包无能为力。大量的无用广播数据包即广播风暴会消耗大量的带宽，使网络效率急
22、剧降低直至瘫痪。,网络互连设备,P10,网络分段（逻辑）,因此必须对广播域加以隔离，通常一个广播域内的主机数在100台到150台之间，降低了广播风暴的影响范围。能隔离广播域的设备是工作在网络层的路由器，它能够将收集到的广播数据包丢弃，而不影响到其它网络（图1-4）。,网络互连设备,P10,3各种网络设备隔离冲突域和广播域的能力,网络互连设备,P11,冲突域：,广播域：,图1-5 集线器、网桥、交换机、路由器四种设备对冲突域和广播域的划分,1 1 1 4,1 4 4 4,5.3.3 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
23、以太网卡、100Mbps以太网卡或10/100Mbps以太网卡双绞线或光缆,符合100Base-T标准的Ethernet组网方法 符合100Base-T标准的100Mbps Ethernet组网方法与10Base-T的Ethernet组网方法基本相同。构成100Mbps Ethernet需要使用的基本硬件设备为：100Base-T网卡、100Base-T HUB以及双绞线或光缆。,在组建100Base-T标准的Fast Ethernet时需要注意以下两个问题：1符合100Base-T标准的Fast Ethernet一般是作为局域网的主干网；2很多公司开发出了100Base-T标准的Fast E
24、thernet交换机；交换机的端口有三种类型，即支持100Mbps端口、支持10Mbps端口以及10/100Mbps自适应端口，因此它的组网方法与交换以太网的组网方法是相同的。,网络组件设计,P69,10M/100M交换式应用,交换Ethernet组网方法 交换式局域网的核心是局域网交换机，交换式Ethernet的交换机可以分为以下几类：简单的10Mbps Ethernet交换机、10/100Mbps Ethernet交换机以及大型Ethernet交换机。Ethernet局域网交换机是一种箱式结构，机箱中可以插入各种模块，例如10Mbps快速Ethernet模块、l00Mbps Etherne
25、t模块、路由器模块、网桥模块、中继器模块、ATM模块以及FDDI模块，可以构成一个大型局域网的主干网。,典型局域网结构,双绞线的种类 如何选用？,R类：计算机、服务器、路由器、防火墙、无线网桥。S类：集线器、交换机（含三层交换机）。R类中的任何设备和S类中的任何设备相连使用直通线，而同属R类或同属S类的设备之间相连用交叉线。,5.3.6 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,5.4 局域网结构化布线技术,PDS
26、（Premise Distribution System）建筑物综合布线系统。它是建筑技术与信息技术结合的产物，是计算机网络工程的基础。,结构化综合布线系统的结构,所谓结构化布线，就是采用标准化、简洁化、结构化的方式在建筑群中进行线路布置。通常是将建筑群内的若干线路系统电话系统、数据通信系统、报警系统、监控系统合为一种布线系统。理想的布线系统是：支持语音应用、数据传输、影像影视等综合型的应用。,典型的建筑物综合布线系统结构,用户端子区平面楼层系统布线配线系统垂直竖井系统机房子系统户外系统,结构化综合布线系统分为6个子系统：,工作区子系统；水平布线子系统；管理子系统；垂直干线子系统；设备间子系统
27、；建筑群子系统；,用户端子区平面楼层系统布线配线系统垂直竖井系统机房子系统户外系统,1.用户端子区(工作区子系统设计),由工作区墙壁到信息插座所连接的设备。,2.平面楼层系统(水平布线子系统与设计),从墙壁到RJ45信息插座开始到管理子系统的配线架，结构一般为星型拓扑。,3.布线配线系统(管理子系统),管理子系统由各种各样的跳线和跳线板组成。主要设备是：配线架、集线器和交换机。,4.垂直竖井系统(垂直子系统),5.机房子系统(设备间子系统,通常位于主机房内，它把各种公共系统设备的多种不同设备互连起来，其中包括电信部门的光缆、同轴光缆和程控交换机等。,6.户外系统(建筑群子系统),是一个建筑物中
28、的电缆延伸到另一个建筑物的通信设备和装置，通常是由光缆和相应设备组成。室外布线一般用以下三种：架空电缆、直埋电缆、地下管道电缆。,5.5 小结,IEEE 802标准在物理层为不同的传输介质制定了相应的物理层标准；网卡是构成网络的基本部件。按网卡所支持的物理层标准与主机接口，网卡可以分为不同类型；集线器是共享介质以太网的中心连接设备。使用集线器与双绞线的以太网基本组网方法可分为：单一集线器、多集线器级联、堆叠式集线器结构；,5.5 小结,在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、3类或5类非屏蔽双绞线、RJ-45连
29、接头；快速以太网与普通以太网组网方法基本相同，组建快速以太网使用的基本硬件设备：100 BASE-T集线器或交换机、10/100 BASE-T网卡、双绞线或光缆；,在千兆以太网组网方法中，网络带宽合理分配很重要，要根据网络的规模与布局，选择合适的两级或三级结构，在网络主干部分一般使用千兆以太网交换机；双绞线的广泛应用导致了结构化布线技术出现。结构化布线系统是指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。,第6章 网络操作系统,6.1 网络操作系统的基本概念,6.1.1 网络操作系
30、统的概念 网络操作系统是指能利用局域网低层提供的数据传输功能，为高层网络用户提供共享资源管理服务，以及其他网络服务的操作系统软件。网络操作系统的基本任务：屏蔽本地资源与网络资源的差异性，为用户提供各种基本网络服务功能，完成网络共享系统资源的管理，并提供网络系统的安全性服务。,6.1.2 网络操作系统的发展,对等结构网络操作系统,非对等结构网络操作系统,非对等结构网络操作系统软件分为协同工作的两部分，一部分运行在服务器上，另一部分运行在工作站上；网络服务器集中管理网络资源与服务，因此网络服务器是局域网的逻辑中心；网络服务器上运行的网络操作系统的功能与性能，直接决定网络服务功能强弱以及系统性能与安
31、全性。,6.1.3 网络操作系统的基本功能,流行的网络操作系统主要有以下几种：Microsoft公司的Windows 2000 Server Novell公司的NetWare UNIX Linux,主流WINDOWS 2000,WINDOWS 2000 ProfessionalWINDOWS 2000 ServerWINDOWS 2000 Advance ServerWINDOWS 2000 Datacenter Server,曾经的霸主Netware,在一个Netware允许多个服务器用一般的PC机可作服务器可同时支持多种拓扑结构具有较强的容错能力但工作站的资源无法直接共享，安装管理维护复杂
32、。,老牌的UNIX,UNIX由贝尔实验室开发的一种多用户、多任务操作系统，是当前使用普遍、影响深远的工业界主流的操作系统。并被广泛应用于大型机、中型机、小型机、工作站与微型机上；UNIX操作系统作为工业标准已经被很多计算机厂商所接受，TCP/IP协议作为UNIX的核心协议，使得UNIX与TCP/IP共同得到普及与发展；,自由软件Linux,开放性既可作客户端也可以作为服务器版本有百余种，不同版本不兼容，影响了他的流行,典型的局域网系统结构,网络操作系统的基本功能,文件服务（file service）打印服务（print service）数据库服务（database service）通信服务（c
33、ommunication service）信息服务（message service）分布式服务（distributed service）网络管理服务（network management service）Internet/Intranet服务（Internet/Intranet service）,小结,网络操作系统利用局域网低层提供的数据传输功能，为高层网络用户提供共享资源管理服务，以及其他网络服务功能的网络操作系统软件；非对等结构网络操作系统将连网结点分为两类：网络服务器与网络工作站。网络服务器采用高配置、高性能的计算机，以集中方式管理局域网的共享资源，并为网络工作站提供各类服务。网络工作站一般是配置比较低的微型机系统，主要为本地用户访问本地资源与访问网络资源提供服务；网络操作系统的基本功能可以有：文件服务、打印服务、数据库服务、通信服务、网络管理服务等。,
