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1、网络综合布线与施工实用教程,电子工业出版社,第七章 网络方案的设计,本章要点网络结构和标准概述网络拓扑结构的选择网络标准的选择网络介质的选择互联设备的选择,7.1网络结构和标准概述,计算机网络，是指通过网络连接设备将多台计算机及其外部设备连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机集合。按照地理范围分类，可以把网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种。,返回目录,1、局域网（Local Area Network，LAN）,局域网就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。一般来说在企业局域网中，工作站的数量在几十到两百台次左
2、右。在网络所涉及的地理距离上一般来说可以是几米至10公里以内。特点：连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高。,2.城域网（Metropolitan Area Network，MAN）,MAN与LAN相比扩展的距离更长，城域网的连接距离可以在10100公里，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是LAN网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个MAN网络通常连接着多个LAN网。城域网多采用ATM技术做骨干网。因为ATM的成本太高，所以一般在政府城域网中应用，如邮政、银行、医院等。,3.广域网（Wide Area Network，WAN）,广域网也称为远程网，所覆盖的范围比城域网（MAN）更
3、广，它一般是将不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，地理范围可从几百公里到几千公里。,4.互联网（Internet）,互联网因其英文单词“Internet”的谐音，又称为“英特网”，无论从地理范围，还是从网络规模来讲它都是最大的一种网络。从地理范围来说，它可以是全球计算机的互联。这种网络的最大的特点就是不定性，整个网络的计算机每时每刻随着人们网络的接入在不变的变化。但它的优点是信息量大，传播广，无论你身处何地，只要联上互联网你就可以对任何可以联网用户发出你的信函和广告。因为这种网络的复杂性，所以这种网络实现的技术也是非常复杂的。,5.无线网,无线网的特点是使用户可以在任何时间、任何地点接入计
4、算机网络。目前无线通信系统主要有：低功率的无绳电话系统、模拟蜂窝系统、数字蜂窝系统、移动卫星系统、无线LAN和无线WAN等。,7.2网络拓扑结构的选择,网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、环型结构、总线结构、分布式结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。,返回目录,7.2.1 星型拓扑结构,星型拓扑结构是最古老的一种连接方式，每一个节点都由一条点到点链路与中心节点设备（公用中心交换设备，如交换机、HUB等）相连，大家使用的电话就属于这种结构。,7.2.1 星
5、型拓扑结构,图7.1 星型拓扑结构,7.2.1 星型拓扑结构,星型拓扑结构的特点如下：1.可靠性强2.故障诊断和隔离容易3.所需电缆多4.可靠性依赖于中心节点总的来说星型拓扑结构相对简单，便于管理，建网容易，在目前的局域网中，星型拓扑结构是最流行的基本体系结构。,7.2.2 环型拓扑结构,在环型拓扑结构中，每个节点与两个最近的节点相连接以使整个网络形成一个环状。环型结构有两种类型：即单环结构和双环结构。令牌环（Token Ring）是单环结构的典型代表；光纤分布式数据接口（FDDI）是双环结构的典型代表。,7.2.2 环型拓扑结构,图7.2 单环拓扑结构,7.2.2 环型拓扑结构,环型拓扑结构
6、的特点如下：各工作站无主从关系，结构简单。信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性好。两个节点之间仅有惟一途径，简化了路径选择。可靠性差，容易引发故障，且故障检测困难。可扩充性差。参与令牌传递的工作站越多，响应时间也就越长。,7.2.3 总线型拓扑结构,总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式，也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，各工作站地位平等，无中心节点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。,7.2.3 总线型拓扑结构,图7.3 总线结构,7.2.3 总线型拓
7、扑结构,优点：易于安装；费用低；数据端用户入网灵活；站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信；所以是LAN技术中使用最普遍的一种。,7.2.3 总线型拓扑结构,缺点：一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权；媒体访问获取机制较复杂；维护难，分支节点故障查找难；具有较差的容错能力。,其他拓扑结构,1.分布式拓扑结构2.树型拓扑结构3.网状拓扑结构4.蜂窝拓扑结构,7.3 网络标准的选择,TIA/EIA-568-A布线规范几乎涵盖了在当前商业环境下的所有网络类型。这些网络类型包括了以太网、令牌环网、FDDI、ATM和100VGAnyLAN。,返回目录,7.3.1 以太网,以
8、太网是基于总线型的广播式网络，在已有的局域网标准中，是最成熟和常用的网络结构。根据IDC（国际数据公司）的技术分析，以太网占了全部网络的80%。以太网不是一种具体的网络结构，而是一种技术规范。以太网安装快速容易，使用可靠和价格低廉，使得以太网很受欢迎。以太网可以用于几乎所有类型的结构化布线系统。,7.3.1 以太网,1、以太网的分类（1）10Mbps以太网（2）100Mpbs以太网（3）千兆以太网（4）万兆以太网,7.3.1 以太网,2.以太网采用的拓扑结构以太网几乎可以采用任何拓扑结构。(1)总线型：所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高，不易隔离故障点、采用共享的访问机制，易造成网络拥塞。(
9、2)星型：管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设备的可靠性要求高，此种结构被绝大部分的以太网所采用。,7.3.1 以太网,3.接口的工作模式以太网卡可以工作在两种模式下：半双工和全双工。(1)半双工：半双工传输模式实现以太网载波监听多路访问冲突检测。在半双工下工作时，在同一时间只能传输单一方向的数据。当两个方向的数据同时传输时，就会产生冲突，这会降低以太网的效率。(2)全双工：全双工传输是采用点对点连接，这种安排没有冲突，因为它们使用双绞线中两个独立的线路。在双全工模式下，冲突检测电路不可用，因此每个双全工连接只用一个端口，用于点对点连接。,7.3.
10、1 以太网,以太网的技术特性（1）以太网是基带网，采用基带传输技术。（2）以太网的标准是IEEE802.3，它使用CSMA/CD介质访问控制方法。（3）以太网是广播式网络。（4）以太网是一种共享型网络，网上所有站点共享传输媒体和宽带。（5）以太网的拓扑结构主要是总线型和星型。（6）以太网可变长帧，长度为：64Bytes1514Bytes。（7）虽然简单，但是技术先进。（8）价格低廉，易于扩展，易维护，易管理。,7.3.2 令牌环网,令牌环网是IBM公司于70年代发展的，现在这种网络比较少见。在老式的令牌环网中，数据传输速度为4Mbps或16Mbps，新型的快速令牌环网速度可达100Mbps。令
11、牌环网的传输方法在物理上采用了星形拓扑结构，但逻辑上仍是环形拓扑结构。其通信传输介质可以是无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等。结点间采用多站访问部件（Multistation Access Unit，MAU）连接在一起。,7.3.2 令牌环网,1.令牌环内部机制在这种网络中，有一种专门的帧称为“令牌”，在环路上持续地传输来确定一个结点何时可以发送包。有这个令牌的才能有权利传送数据，如果一个节点（计算机）接到令牌但是没有数据传送，则把令牌传送到下一个节点。每个节点能够保留令牌的时间是有限制的。如果节点确实有数据要发送，它获得令牌，修改令牌中的一个标志位，把令牌作为一个帧的开始部分，然后把数据（和目
12、的地址）放在令牌后面传送到下一个节点，下一个节点看到令牌上被标记的那一位就明白现在有人在用令牌，自己不能用。,7.3.2 令牌环网,2.优先级系统令牌环有一个复杂的优先级系统，可以让用户指定的节点经常发送数据。令牌环帧中有两个域用于控制优先级：优先级域和保留域。只有当节点的优先级大于或等于令牌中的优先级时，节点才能取得令牌并发送数据。在形成数据帧以后，只有高于令牌优先级的节点能够是令牌在下一个循环中回到自己的手中。,7.3.2 令牌环网,3.帧格式令牌环和IEEE802.5支持两种帧格式：令牌帧和数据/命令帧。令牌为3字节，包括开始标记，访问位和结束标记；数据/命令帧因信息域的不同而大小不一，
13、数据帧为上层协议传送数据，而命令帧则传送控制命令。,光纤分布式接口,光纤分布式数据接口（FDDI）是由美国国家标准化组织（ANSI）制定的在光缆上发送数字信号的一组协议。FDDI 使用双环令牌，传输速率可以达到 100Mbps。由于支持高宽带和远距离通信网络，FDDI 通常用作骨干网。,光纤分布式接口,1.FDDI组成实质上 FDDI由四个子部分组成，每部分具有各自特定功能。各部分合起来使得 FDDI 能够在上层协议（如 TCP/IP、IPX）和介质（如光缆）间提供高速连接。（1）介质访问控制（MAC）（2）物理层协议层（PHY）（3）物理介质相关层（PMD）（4）站管理（SMT）。,光纤分布
14、式接口,2.FDDI工作原理FDDI的工作原理主要体现在FDDI的三个主要过程中：（1）站点物理连接建立（2）环初始化（3）数据传输,光纤分布式接口,站点物理连接建立FDDI网络在正常运行时，站管理SMT一直监视着环的运行状况并管理着所有站点的活动。站管理SMT中的连接管理模块负责在站点的每对PHY/PMD之间的双向光缆上建立起端到端的物理连接。站点通过发送与接收某些特定的线路状态序列与相邻站点交换端口类型和连接规则等信息，并对物理连接的质量进行测试。在测试过程中，一旦检测到故障，就用跟踪诊断的方法来确定故障原因，对故障进行隔离，并对网络进行重新配置。,光纤分布式接口,环初始化在进行环的初始化
15、工作之前，首先要确定系统的目标令牌循环时间TTRT。确定TTRT值的过程通常叫做声明过程。在声明过程中，每个站点连续不断地发送声明帧。当某个站点接收到自己发出的声明帧，该站就赢得了对环进行初始化的权力。当某个站点接收到自己发出的声明帧，该站就赢得了对环进行初始化的权力，通过发送一个令牌来初始化环。环上的其他站点在接收到该令牌后，将重新设置自己的工作参数，使本站点从初始化状态转为正常工作状态。当该令牌回到源站点时，环初始化工作宣告结束，环路进入稳定工作状态，各站点便可以进行正常的数据传送。,光纤分布式接口,数据传输FDDI数据传输包括数据发送、接收和删除三个过程。,7.3.4 异步传输模式,异步
16、传输模式(ATM)，又叫信元中继。它以信元为单位进行传输，每个信元长53字节，其中报头占了5字节，数据占48个字节。ATM既能够支持有连接的业务，又能支持无连接的业务。是宽带ISDN（B-ISDN）技术的典范。,7.3.4 异步传输模式,图7.4 ATM终端入网方式,7.3.4 异步传输模式,ATM 参考模式分为三层：ATM 适配层（AAL）、ATM 层和物理层。AAL 连接更高层协议到 ATM 层，主要负责上层与 ATM 层交换 ATM 信元。当从上层收到信息后，AAL 将数据分割成 ATM 信元；当从 ATM 层收到信息后，AAL 必须重新组合数据形成一个上层能够辨识的格式，上述过程即称之
17、为分段与重组（SAR）。不同的 AAL 用于支持在 ATM 网络上使用的不同的流量或服务类型。,7.3.5 100VG-AnyLAN,100VG-AnyLAN结合了以太网和令牌环技术的优点，实现以下目标：（1）能利用现有的3、4、5类电缆。（2）能够顺利的从以太网和令牌环迁移。（3）支持2.5公里的级联星型拓扑，并可以有3级以上的级联。（4）使用UTP时网线最大距离200米，使用光纤时为2000米。（5）提供公平访问机会。（6）对多媒体应用提供优先访问，以实现低延迟服务。（7）提供2级访问级别：普通和优先。,7.3.5 100VG-AnyLAN,图7.5 100VG-AnyLAN连接的例子,7
18、.4 网络介质的选择,在计算机之间连网时，首先遇到的是通信线路和通道传输问题。目前，计算机通信分为有线通信和无线通信两种。网络通信线路的选择必须考虑网络的性能、价格、使用规则、安装难易性、可扩展性及其他一些因素。目前，在通信线路上使用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、大对数线、光导纤维。,返回目录,7.4.1 选择传输介质的几个主要因素,如何选择传输介质，使之最能满足用户的需要并适合网络应用，有如下几个需要考虑的因素：（1）用户应用的带宽要求 如果用户数量不大，不要求共享较多的系统资源，比如只需要共享打印机或只交换几个电子表格文件，则选择传输相对慢点的通信介质即可，如CAT3铜缆。但是，如果用户
19、数量较大，需共享图形文件或编译通用源代码，则必须选择能支持较快传输率的介质，如光缆。（2）计算机系统间距 所有传输介质都有一些距离上的限制。所以，大多数大型网络会组合使用各种类型的传输介质。一般情况下，距离较短的采用铜缆即可，而距离长的则需要使用光缆或卫星通信。,7.4.1 选择传输介质的几个主要因素,（3）地理环境 位置也是一个限制因素。（4）成本限制 选择何种传输介质受支付能力的限制。在选择传输介质时，需认真权衡一次到位与逐次升级的利与弊再做决定。（5）未来发展 尽管未来发展是一件较难确定的事情，但是应尽可能地考虑到将来的拓展，避免当网络需要更大带宽时由于传输介质跟不上而需要重新布线。,7
20、.4.2 网络传输介质的比较,常见的传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆和大气。表1、表2 是对每种介质的线缆性质、优缺点、应用环境等方面所作的比较。,7.4.2 网络传输介质的比较,表1 网络传输介质的比较,7.4.2 网络传输介质的比较,表2 传输介质大气的比较,7.4.3 应用实例,为了更好地让读者理解计算机组网中如何选择网络传输介质，下面以大、中、小网络的设计为例，介绍选择哪种传输介质最适合它的网络布线（在此，仅讨论单纯的传输介质的选择，不受网络拓扑结构和网络操作系统的影响）。,7.4.3 应用实例,1.小型办公室联网.假设为某系主任办和系办联网，两间办公室紧连在一起，主任办公室成员4人，
21、系办公室成员3人，近几年内这种格局将不会发生改变。网络的作用是办公自动化，带宽要求不高。根据上述情况，列出3个关键问题：（1）用户数量小，7 个；（2）预计未来不再扩展；（3）带宽要求不高。根据这些条件，确定为小区域网，最佳选择就是细缆以太网。按总线拓扑结构进行布线。因为所有用户距离很近，跟踪计算机之间的连接不成问题。好处是安装容易且费用低。,7.4.3 应用实例,2.计算机实验中心联网假设为某计算机实验中心联网设计网络布线方案。该中心现有计算机250台，为全院学生开放。鉴于该院是工科院校，常进行路桥、建筑、工程机械方面的图形设计，他们需要利用网络传递大量的图画，带宽要求高。根据上述情况，有2
22、个关键问题：（1）250个用户，用户数量居中；（2）带宽要求高。很显然，对于这种情况，细缆以太网不是很好的选择。它容易导致网络停机，影响许多用户，而且它仅能支持不超过10Mbps的速度。,7.4.3 应用实例,3.校园网为某学院设计跨越多建筑物的校园网。设计网络布线之前需考虑以下的实际问题：该院现有系（部）、处室二级机构28个，分布在一栋楼中，楼宇之间的位置及楼层高度如图7.6所示。,7.4.3 应用实例,图7.6,7.4.3 应用实例,根据布局，归结出以下关键问题：（1）连接最终用户；（2）连接每个楼宇的各层；（3）楼宇之间的连接。如图7.6所示，用双绞线以星型拓扑结构连接各层用户。,7.4
23、.3 应用实例,传输介质有多种选择，每一种都有内在的缺点和优点，都有它最适用的领域。目前，还没有一种传输介质能将低成本、高抗噪、长线缆线路和高带宽集于一身。因此在选择传输介质时，最重要的是分析环境及用户的需要，选择最合适的介质。,7.5 互联设备的选择,7.5.1 中继器中继器（RP repeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制调整和放大功能，以此来延长网络的长度。例如，假设你需要把位于学校体育馆的一台个人计算机连接上网络。最近的数据接口在2 0
24、 0米开外。网络采用的是1 0 B a s e 2以太网，而这种网络的线缆的最大传输距离是1 8 5米。,返回目录,7.5.2 集线器,集线器（H u b）是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。集线器工作在O S I/R M中的物理层。怎样才能选择适当的集线器呢？首先，要根据所用的网络模型、传输速率和传输介质来缩小集线器的选用范围。然后根据下表列出的各种参数来决定哪此特性是要特别考虑的，并要注意能否接受它们的价格。,7.5.2 集线器,性能：如果你很关心性能，你也许可以考虑使用交换机，而不是使用集线器。成本：如果预算经费不足，并且系统对灵活性、可靠性和安全性要
25、求不高的话，被动的独立式或堆叠式集线器也许是比较理想的选择。规模和增长率：需要考虑每个电信机框内有多少设备要与集线器相连接。安全性：如果网络系统传输的是较机密的数据，就要考虑是否要选用更复杂的连接性设备，如交换器、路由器或网络防火墙。,7.5.2 集线器,管理的便利性：如果你管理的是一个庞大的企业网络，而且，该网络中使用了多种不同类型的设备并有可能出现很多故障，那么你就应该考虑选用智能型集线器了。可靠性：如果网络不允许死机，就应该考虑选用模块式集线器。这是因为它不仅具有冗余电源，而且与主干网的连接也有冗余。,7.5.3 网桥,网桥(Bridge)是一种在数据链路层实现局域网互联的存储转发设备。
26、网桥有以下特点：（1）可以完成更大范围的LAN 互联，扩大网络地理范围。（2）可以完成不同类型的LAN 互联。（3）对帧有检测和过滤功能，能隔离错误，提高网络性能。（4）提高LAN 的安全性。,7.5.3 网桥,网桥的问题是：网桥对接收的帧要先存储和查找站表，决定是否转发，增加了时延；网桥在MAC 子层没有流量控制功能，若同时有大量需转发的通信量，容易造成广播风暴。,7.5.4 交换机,交换机是基于硬件结构的，对帧的转发处理过程非常简单，可以达到很高的吞吐量。于是，一个让交换机既保持高性能，又具有路由能力的设想出现了。这种思想导致了三层路由交换机的出现。三层路由交换机能够实现路由器的全部功能，
27、根据网络层信息对包含网络。交换机具有造价低、交换速度快、易于管理、配置方便等特点，在局域网中得到了广泛的使用。,7.5.5 路由器,路由器是一种多端口设备，它可以连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。路由器的稳固性在于它的智能性。路由器使用起来非常灵活。,7.5.5 路由器,路由器的优点在于：适用于大规模的网络；复杂的网络拓扑结构，负载共享和最优路径；能更好地处理多媒体；安全性高；隔离不需要的通信量；节省局域网的频宽；减少主机负责。缺点是：它不支持非路由协议；安装复杂；价格高。,7.5.6 网关,网关（
28、G a t e w a y）是连接两个协议差别很大的计算机网络时使用的设备。它可以将具有不同体系结构的计算机网络连接在一起。在O S I/R M中，网关属于最高层（应用层）的设备。在O S I中网关有两种：一种是面向连接的网关，一种是无连接的网关。当两个子网之间有一定距离时，往往将一个网关分成两半，中间用一条链路连接起来，我们称之为半网关。,本章小结,1.网络拓扑结构的选择目前大多数LAN使用的拓扑结构有3种：星型拓扑结构、环型拓扑结构、总线型拓扑结构。2.网络逻辑结构的选择TIAEIA-568-A布线规范几乎涵盖了在当前商业环境下使用的网络布线标准。这些网络包括了以太网、令牌网、ATM、FDDI和100VG.AnyLAN。,本章小结,3.网络介质的选择常用的介质有：双绞线(Twisted-Pair)、同轴电缆(Coaxial)和光导纤维(Fiber Optic)；另外还有微波传输和卫星传输。4.各种网络连接设备的选择1)中继器 2)集线器3)桥接器(网桥)4)交换机5)路由器6)网关,
