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第五章 局域网技术

基础知识

局域网组网的基础知识

从广义的角度看：

  • 接入局域网的数据通信设备包括<mark>计算机、终端和各种外部设备</mark>。

局域网标准
IEEE 802标准：局域网参考模型与各层协议

交换式局域网的基本概念

  • 交换式局域网的核心部件是交换机

两种转发交换技术：

快捷交换方式
存储转发交换方式

虚拟局域网(VLAN)的基本概念

  • 将局域网中的结点按工作性质与需要划分成若干个”逻辑工作组”。
  • 传统局域网中的逻辑工作组在同一网段上，工作组之间通过<mark>网桥或路由器</mark>来交换数据。当一个逻辑工作组中的结点要转移到另外一个逻辑工作组中，需要撤出网段连接到另外一个网段，甚至重新布线。
  • 虚拟局域网中结点组网的“逻辑工作组”，其结点不受物理位置限制用什么来划分虚拟局域网呢？
    • 交换机端口号
    • 用MAC地址
    • 用网络层地址
    • 基于IP广播组

综合布线的概念

  • 综合布线由不同系列和规格的部件组成，其中包括传输介质、相关连接硬件(如配线架、连接器、插座、适配器)以及电器保护设备等，组成一种模块化，灵活性极高的建筑物内或建筑物群之间的信息传输通道。它能使语音、数据、图像设备和交换设备与其他信息管理系统相连。
  • 综合布线的特点：
    • ①兼容性
    • ②开放性
    • ③灵活性
    • ④可靠性
    • ⑤先进性
    • ⑥经济性

综合布线系统的组成

  • 工作区子系统
  • 配线(水平)子系统
  • 干线(垂直)子系统
  • 设备间子系统
  • 管理子系统
  • 建筑群子系统

综合布线系统标准

  • ① 北美标准ANSI/TIA/EIA 568-A(商业建筑通信布线标准);
  • ② ANSI/TIA/EIA 568-B.1(一般要求的商业建筑通信布线标准)
    ANSI/TIA/EIA 568-B.2(平衡双绞线布线系统布线标准)
    ANSI/TIA/EIA 568-B.3(光纤布线标准)
  • ③ 国际标准ISO/IEC <mark>11801</mark>;
  • ④ 中国标准GB/T50311-2000和GB/T 50312-2000。

以太网组网的基本方法

以太网的物理层标准的命名方法

  • 传统以太网的物理标准的命名方法是：
IEEE802.3 X(Mb/s) Type-y Name(局域网名称)

其中，x为该Ethernet数据传输的速率，单位是Mb/s；Type为传输的方式，<mark>基带(base)或频带</mark>；y为网段的最大长度，单位是100m；Name是局域网的名称。
比如：IEEE802.3 10BASE-5

组建以太网局域网

  • 局域网参考模型中<mark>LLC子层</mark>应该采用IEEE802.2标准，<mark>MAC子层</mark>应该采用<mark>CSMA/CD</mark>方法。
  • 以太网局域网物理结构是怎样的呢？
    物理结构取决于它的物理层标准，而以太网局域网可以选用标准：
    • IEEE802.2 10BASE-2(粗同轴电缆)
    • IEEE802.2 10BASE-5(细同轴电缆)
    • IEEE802.2 10BASE-T(非屏蔽双绞线)

前两者造价高于后者，维护难度大，所以基本上组建以太网局域网采用IEEE802.2 10BASE-T标准，并且使用<mark>集线器、双绞线、RJ-45接口</mark>。

所有结点通过双绞线连接到一个集线器上，当一个结点发送数据时，所有结点都能接收到数据，但是在任何时间段中，只能有一个结点可以发送数据帧，而其他结点只能处于接收状态，所以所有连接到集线器上的结点都属于一个”<mark>冲突域</mark>”。

  • 用集线器连接多个结点的以太网

  • 按照使用集线器的方式，双绞线组网的方法可分为：

    • 单一集线器结构

    • 堆叠集线器结构

    • 多集线器级联结构

  • 单一集线器的以太网结构。所有结点通过非屏蔽双绞线与集线器连接，并且构成物理上的星型拓扑结构。从结点到集线器的非屏蔽双绞线最大长度为<mark>100m</mark>。

  • 如果说联网的结点数超过单一集线器端口，那怎么办呢？
    那就需要利用集线器向上连接端口级联

  • 堆叠式集线器由一个基础集线器与多个扩展集线器组成。
    ①基础集线器具有网络管理功能；
    ②多个扩展集线器增加以太网局域网中的结点数。

  • 多集线器级联结构
    ①扩大以太网局域网覆盖范围
    ②增加结点数

<mark>三种集线器结构中的所有节点都处于一个冲突域</mark>

快速以太网组网的设计方法

快速以太网的基本特点

快速以太网保持传统的<mark>以太网结构</mark>与<mark>介质访问控制方法</mark>，IEEE 802 委员会批准快速以太网局域网协议标准为IEEE802.3u。

  • IEEE 802.3u标准内容：
    ①逻辑链路(LLC)控制子层使用IEEE 802 .2标准
    ②介质访问(MAC)控制子层使用CSMA/CD方法

  • 100BASE-T定义了介质专用接口MII
    • 目的：将MAC子层与物理分隔开来为什么要分隔开来？
      物理层的传输介质和信号编码会影响MAC子层。
    • MII接口，向上通过MAC子层的接口物理层提供载波侦听信号与冲突检测信号
      向下支持10Mbps与100Mbps的接口以及集线器控制信息的功能。
      这样更换传输介质和信号编码就不会影响MAC子层。

快速以太网物理层标准

  • 100BASE-TX:
    使用<mark>2对5类</mark>非屏蔽双绞线(UTP)或屏蔽双绞线(STP)，一对发送，一对接收，最大长度100m，数据传输使用4B/5B编码方式。采用全双工方式工作。
  • 100BASE-T4：
    使用<mark>4对3类</mark>非屏蔽双绞线(UTP) ，三对数据传输，一对冲突检测，最大长度
    100m，数据传输使用8B/6T编码方式。采用半双工方式工作。
  • 100BASE-FX：
    使用<mark>2对</mark>光纤，一对发送，一对接收，最大长度415m，数据传输使用4B/5B-NRZI编码方式。采用全双工方式工作。

100BASE-TX也有半双工模式；
100BASE-T全和半双工模式都有；
半双工：发送数据不能同时接受；
全双工：发送数据能同时接受。

局域网互联设备类型

中继器

<mark>10BASE-5协议</mark>

单根同轴电缆的最大长度500m
接入点理论值1024，但结点之间至少5m
接入点不超过100个
信号超过500m会衰减和变形。

<mark>那怎么办呢？</mark>
在之间添加一个中继器，将衰减和变形的信号，经过<mark>接收、放大、整形</mark>以达到协议规定的信号波形和幅度，再向另外一个缆段发送。

一个局域网中增加的中继器数量有限制。最多4个中继器链接3个缆段。

集线器

  • 将多条以太网双绞线或光纤<mark>集合连接</mark>在同一段物理层传输介质下的设备。

  • 集线器的工作内容：
    所有结点结点通过双绞线链接到一个集线器上，采用CSMA-CD介质访问控制方法，当一个结点发送数据，所有结点都能接收到，但是同时只有一个结点能发送数据，因为连接到集线器的所有结点共享一个冲突域，其他结点需要发送数据，需要采用CSMA-CD介质访问控制方法获取发送数据的权限，然后在集线器的内部总线上广播出去。

网桥

<mark>为什么要有网桥？</mark>

比如一栋办公楼，有很多个内部局域网，这些局域网需要互联来支持整个单位的管理信息系统网络，比如大型企业或校园内部划分了很多子网，每一个子网为一个局域网，需要将这些局域网互联起来构成一个企业为或校园网。那我们用什么互联呢？

网桥的作用？

  • 装入以太网网卡和令牌环网网卡，并装入网卡程序，各网卡独立完成各自的帧发送和帧接收。网桥软件完成不同数据帧接收、转发与地址过滤，网卡和网桥软件在一个CPU控制下，实现不同帧结构、不同介质访问控制方法与不同速率网络的互联。

MAC地址表

MAC地址表记录不同结点的<mark>物理地址</mark>与<mark>网桥转发端口</mark>的关系。

<mark>网桥出现环路反复转发一个数据帧怎么办？</mark>

根据算法所制定的协议既称为生成树协议(spanning tree protocol,STP)。生成树协议能够逻辑的阻断网络中存在的冗余链路，以消除路径中的环路，并可以在活动路径出现故障时，重新激活冗余链路来恢复网络的连通，保证网络的正常工作。

交换机

  • 交换机可以在它的多个端口之间建立<mark>并发连接</mark>
  • 交换机与网桥的<mark>主要区别</mark>：
    • ①网桥一般只有一个CPU，交换机使用为帧转发设计的专用集成电路芯片<mark>ASIC</mark>，或采用多个CPU<mark>并发</mark>工作的计算机结构。
    • ②网桥端口数量不多，最多不超过24个，交换机最多可达128个，多个端口并发连接。

综合布线系统子系统设计

主要部件

  • 传输介质 综合布线系统的网络拓扑结构是由各种网络单元组成的。

  • 双绞线
    双绞线是两根铜芯导线，各自包在彩色绝缘层内，按照<mark>规定的绞距互相扭绞成一对</mark>。目的：对外的电磁辐射和遭受外部的电磁干扰减少到最小。

    • UTP(非屏蔽双绞线)
    • 优点：重量轻、体积小、弹性好、价格便宜；
    • 缺点：抗外界电磁干扰的性能差、安装受牵拉和弯曲破坏绞距。
    • STP/FTP/SFTP(屏蔽双绞线)
    • 优点：抗电磁干扰性能好、防止向外辐射；
    • 缺点：重量重、体积大、价格贵、不易施工。
    • 光缆：综合布线系统中非常好的传输介质。

  • 链接设备

连接硬件是综合布线系统中各种连接设备的总称。
连接硬件<mark>包括</mark>：连接器(又称适配器)、成对连接器、接插软线等。
连接硬件<mark>不包括</mark>：某些应用系统对综合布线系统用的连接硬件、有源或无源电子线路的中间转接器或其他器件。

工作区子系统设计

  • ①三种信息插座
    • 嵌入式安装插座(暗座)用来连接<mark>双绞线</mark>的。
    • 表面安装插座
    • 多介质信息插座(<mark>光纤和铜缆</mark>)：
      用来连接铜缆和光纤，用以解决用户对“光纤到桌面”的需求。
  • ②适配器的选用
    工作区的适配器应符合以下要求：
    • 在设备连接器采用不同信息插座的连接器时,可选用<mark>专用电缆或适配器</mark>。
    • 当在单一信息插座上进行<mark>两项服务</mark>时,宜采用“Y”型适配器或者一线两用器。
    • 在配线(水平)子系统中选用的电缆类别(介质)不同于设备所需的电缆类别(介质)时,宜采用<mark>适配器</mark>。
    • 在连接使用<mark>不同信号的数模转换或数据速率转换装置</mark>时,宜采用适配器。

水平子系统设计

  • 如果对于用户有高速率终端要求的场合，可采用光纤直接布设桌面的方案。
  • 水平布线子系统电缆长度应该在90m以内，信息插座应在内部作固定线链接。

管理子系统设计

  • 用户可以在管理子系统中更改、增加、交换、扩展线缆用于改变线缆路由。
  • 管理子系统提供了与其他子系统连接的手段。

干线子系统设计

  • 干线线缆铺设经常采用两种方式：
    • 点对点结合
    • 分支结合

建筑群子系统设计

  • 一个建筑物群综合布线系统由电缆、光缆和入楼处线缆上过流过压电器保护设备等相关硬件组成，形成建筑群综合布线系统，其连接各建筑物之间的缆线组成建筑群子系统。
  • 建筑物布线子系统铺设方式：
    • 架空布线
    • 巷道布线
    • 直埋布线
    • 地下管道布线

课后真题(6)

1、下列关于集线器的描述中，正确的是（C ）。

A) 连接到一个集线器的每个结点构成 <mark>不构成</mark>独立的冲突域
B) 集线器 <mark>网桥</mark>是基于MAC地址识别完成数据转发的
C) 通过在网络链路中串接一个集线器可以监听该链路中的数据包
D) 连接到集线器的结点发送数据时执行CSMA/CA<mark>方法</mark>。

2、下列关于集线器的描述中，错误的是（ D）。

A) 连接到集线器的结点发送数据时，所有结点都能收到
B) 连接到集线器的结点发送数据时，将执行CSMA/CD介质访问控制方法
C) 通过在网络链路中串接一个集线器可以监听该链路中的数据包
D) 集线器 <mark>网桥</mark>是基于MAC地址识别完成数据转发的

3、下列关于集线器的描述中，正确的是（B ）。

A) 集线器工作在网络层 <mark>物理层</mark>
B) 连接到集线器的一个结点发送数据时，所有结点能够收到
C) 在网络链路中串接一个集线器或交换机 都可以监听该链路中的数据包
D) 连接到一个集线器的每个 <mark>所有</mark>结点构成一个独立的冲突域

4、下列关于局域网设备的描述中，错误的是（D ）。

A) 中继器只能起到对传输介质上信号波形的接收、放大、整形与转发的作用
B) 连接到一个集线器的所有结点共享一个冲突域
C) 透明网桥一般用在两个MAC层协议相同的网段之间的互联
D) 二层交换机 <mark>网桥</mark>维护一个表示MAC地址与IP地址对应关系的交换表

5、下列关于综合布线系统的描述中，错误的是( B )。

A) 双绞线扭绞可以减少电磁干扰
B) 嵌入式安装插座用来连接楼层配线架 <mark>双绞线</mark>
C) 多介质插座是用来连接铜缆和光纤
D) 对于建筑群子系统来说，管道内布线是最理想的方式

6、下列关于综合布线系统的描述中，错误的是( C )。

A) STP比UTP的成本高
B) 对高速率终端可采用光纤直接到桌面的方案
C) 建筑群子系统之间一般用双绞线 <mark>电缆、光缆</mark>等连接
D) 多介质插座用来连接铜缆和光纤

7、下列关于综合布线系统的描述中，错误的是(C)。

A) STP比UTP的抗电磁干扰能力强
B) 管理子系统提供与其他子系统连接的手段
C) 对于建筑群子系统来说，架空布线<mark>不</mark>是最理想的方式
D) 对高速率终端用户可直接铺设光纤到桌面

8、下列关于综合布线系统的描述中，错误的是( D )。

A) 双绞线扭绞可以减少电磁干扰
B) 管理子系统设置在楼层配线间内
C) 多介质插座是用来连接铜缆和光纤的
D) 对于建筑群子系统直埋布线<mark>不</mark>是最理想的方式

9、下列关于综合布线的描述中，错误的是( C)。

A) 双绞线扭绞可以减少电磁干扰
B) 与UTP相比，STP对外电磁辐射较小
C) 多介质插座是用来连接UTP和STP <mark>铜缆和光纤</mark>的
D) 作为水平布线系统电缆时，UTP电缆长度通常应该在90米以内

10、下列关于综合布线的描述中，错误的是( B)。

A) 终端有高速率要求时，水平子系统可采用光纤直接铺设到桌面
B) 多介质信息插座是用于连接双绞线铜缆和光纤
C) 干线线缆铺设经常采用点对点结合和分支结合两种方式
D) 采用在管理子系统中更改、增加、交换、扩展线缆的方式来改变线缆路由

11、下列关于综合布线系统（PDS）的描述中，错误的是(D )。

A) PDS工程的设备配置是指各种配线架、布线子系统、传输介质和信息插座等的配置
B) 当在单一信息插座上进行两项服务时，宜采用Y形适配器
C) 水平布线子系统双绞线电缆长度应该在90m以内
D) 网络拓扑结构的组合逻辑描述了网络单元的邻接关系 <mark>功能的结构</mark>

网络拓扑结构的组合配置：组合逻辑和配置形式
组合逻辑描述网络功能的结构；配置形式描述网络单元的邻接结构

12、下列关于工作区子系统适配器的描述中，错误的是（D ）。

A) 在设备连接器与不同的信息插座连接时，可选用专用电缆或适配器
B) 在单一信息插座上提供两项服务时，可采用"Y"型适配器
C) 在水平子系统中选用电缆类别不同于设备所需的设备类别时，宜采用适配器
D) 适配器不具有 <mark>具有</mark>转换不同数据速率的功能