局域网组成与实践

计算机网络实用教程第5章局域网组成与实践5.1局域网使用的传输介质5.2局域网组网需要的设备5.3局域网的组网方法5.4局域网结构化布线技术5.5本章总结计算机网络实用教程•在学习局域网的基本工作原理后，就可以开始学习局域网组网技术了，这是读者需要掌握的基本内容。本章介绍局域网的传输介质、局域网组网需要的设备、局域网组网方法，以及局域网结构化布线技术。5.1局域网使用的传输介质1.IEEE802.3标准支持的传输介质•IEEE802.3标准为了能支持多种传输介质，在物理层为每种传输介质确定了相应的物理层标准。这些标准主要有以下几种：•10BASE—5（粗缆）；•10BASE—2（细缆）；计算机网络实用教程•10BASE—T（非屏蔽双绞线）；•10BASE—FP、10BASE—FB与10BASE—FL（光缆）。•IEEE802.3u标准为了能支持多种传输介质，在物理层为每种传输介质确定了相应的物理层标准。这些标准主要有以下几种：•100BASE—TX（5类非屏蔽双绞线）；•100BASE—T4（3类非屏蔽双绞线）；•100BASE—FX（光缆）。2.IEEE802.3物理层标准类型•IEEE802.3与IEEE802.3u的物理层标准与802.3的MAC子层、LLC子层的关系如图5.1所示。从图计算机网络实用教程中可以看出，Ethernet在逻辑链路控制LLC子层采用802.2标准，在介质访问控制MAC子层采用CSMA/CD方法。在物理层可以任意选用以上5类标准中的一种或多种的组合，这就构成了Ethernet的物理结构。•IEEE802.3物理层标准类型有以下几种：•(1)10BASE—5是IEEE802.3物理层标准中最基本的一种。它采用的传输介质是阻抗为50欧姆的基带粗同轴电缆。粗缆的最大长度为500m，数据传输速率为10Mbps。网卡与收发器采用标准的15针AUI连接器，收发器与网卡之间采用收发器电缆（或称AUI电缆）连接。计算机网络实用教程图5.1计算机网络实用教程•(2)10BASE—2是IEEE802.3补充的第一个物理层标准。它采用的传输介质是阻抗为50欧姆的基带细同轴电缆。细缆的最大长度为185m，数据传输速率为10Mbps。网卡上提供BNC连接插头，细同轴电缆通过BNC—T型连接器与网卡连接。•(3)10BASE—T是1990年补充的另一个物理层标准。10BASE—T采用以集线器（hub）为中心的物理星型拓扑结构，使用标准的RJ—45接插件与3类或5类非屏蔽双绞线UTP连接网卡与集线器。网卡与集线器之间的双绞线长度最大为100m。•(4)10BASE—FP、10BASE—FL与10BASE—FB是IEEE802.3物理层标准中新补充的三种光纤传输介质标准，传输速率为10Mbps。10BASE—FP标准计算机网络实用教程定义了利用无源集线器（passivehub）连接光纤的以太网，其基本结构与10BASE—T类似，采用物理星型拓扑结构，网卡与无源集线器之间用光纤连接起来，最大距离为500m。10BASE—FB标准将网卡与有源集线器（activehub）之间用光纤连接起来，最大距离可以达到2000m。10BASE—FL标准将以太网中继器的数目由最多4个扩展到6个，以便增加Ethernet主干电缆的长度。•(5)100BASE—TX支持5类非屏蔽双绞线UTP与1类屏蔽双绞线STP，100BASE—T4支持3类非屏蔽双绞线UTP，而100BASE—FX支持2芯的多模或单模光纤。•在千兆以太网出现之后，802.3物理层又相应增加了计算机网络实用教程支持5类非屏蔽双绞线的1000BASE—T标准以及支持单模和多模光纤的1000BASE—X与1000BASE—SX标准。5.2局域网组网需要的设备5.2.1网卡1.网卡的基本概念•网络接口卡（NIC，networkinterfacecard）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。典型的网卡结构如图5.2所示。计算机网络实用教程2.网卡的分类方法•根据网卡所支持的物理层标准与主机接口的不同，网卡可以分为不同的类型。•(1)按照网卡支持的计算机种类分类，主要分为以下两类：•标准以太网卡；•PCMCIA网卡。•标准以太网卡用于台式计算机连网，而PCMCIA网卡用于便携式计算机连网。•图5.2网卡结构示意图PCMCIA是个人计算机内存卡国际协会（PersonalComputerMemoryCardInterna—tionalAssociation）制定的一种便携机插卡计算机网络实用教程图5.2计算机网络实用教程标准，符合这种标准的网卡和信用卡大小相似，它仅适用于将便携机连入局域网。•(2)按照网卡支持的传输速率分类，主要分为以下四类：•10Mbps网卡；•100Mbps网卡；•10/100Mbps自适应网卡；•1000Mbps网卡。•根据传输速率的要求，网卡可以仅支持10Mbps或100Mbps传输速率，也可以同时支持10Mbps与100Mbps的传输速率，并能自动侦测出网络的传输速率。随着千兆以太网交换机的使用，1000Mbps网卡也开始出现。计算机网络实用教程(3)按网卡所支持的传输介质类型分类，主要分为以下四类：•双绞线网卡；•粗缆网卡；•细缆网卡；•光纤网卡。•针对不同的传输介质，网卡提供了相应的接口。适用粗缆的网卡应提供AUI接口，适用细缆的网卡应提供BNC接口，适用于非屏蔽双绞线的网卡应提供RJ—45接口，适用于光纤的网卡应提供光纤的F/O接口。计算机网络实用教程•目前，多数以太网卡通常是将几种类型的接口集成在一块网卡上，如AUI/BNC、AUI/RJ—45、BNC/RJ—45等二合一网卡，以及AUI/BNC/RJ—45的三合一网卡。这些具有多种接口的网卡，一方面可以适用不同类型传输介质的连接要求；另一方面也为冗余连接提供条件，以提高网络连接的可靠性。同时，也有些简易以太网卡只提供AUI、BNC、RJ—45接口中的一种。例如，只支持提供RJ—45接口的10BASE—T以太网卡。•(4)按网卡所支持的总线类型分类，主要分为以下两类：•ISA网卡；•PCI网卡。计算机网络实用教程•网卡必须与它所连接的计算机总线类型相适应。目前，典型的微型机总线主要有16位的ISA总线与32位的PCI总线。因此，网卡也应设计成能适应不同总线类型的ISA网卡与PCI网卡。同时，不同厂家生产的以太网卡，在集成度、处理芯片、数据缓冲区及配置方法上都有较大的区别。5.2.2集线器1.集线器(hub)的定义•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改进。用集线器作为以太网中的中心连接设备时，所有的结点通过非屏蔽双绞线与集线器连接。这样的以太网在物理结计算机网络实用教程构看是星型结构，但它在逻辑上仍然是总线型结构，并且在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，它立即将数据帧通过广播方式转发到其他的连接端口。•一般来说，普通的集线器都提供两类端口：一类是用于连接结点的RJ—45端口，这类端口数可以是8、12、16、24等；另一类端口可以是用于连接粗缆的AUI端口，用于连接细缆的BNC端口，也可以是光纤连接端口，这类端口称为向上连接端口。•从结点到集线器的非屏蔽双绞线最大长度为100m，利用集线器向上连接端口级联可以扩大局域网覆盖范围。单一集线器结构适宜于小型工作组规模的局域网。如果需要连网的结点数超过单一集线器的端计算机网络实用教程口数时，通常需要采用多集线器的级联结构，或者是采用可堆叠式集线器。2.集线器的分类方法•按照不同的分类方法，集线器可以分为不同的类型。•(1)按照集线器支持的传输速率，可以分为以下三类：10Mbps集线器；100Mbps集线器；10/100Mbps自适应集线器。•最简单的集线器是支持10BASE—T的以太网集线器，它的每个端口的传输速率都是10Mbps；目前，大多数的集线器开始支持100BASE—T标准，也就是说端口的传输速率可以达到100Mbps；而10/100Mbps自适应集线器能自动侦测出网络的传输速率。计算机网络实用教程•(2)按照集线器是否能够堆叠，可以分为以下两类：普通集线器与可堆叠式集线器。•普通集线器不具备堆叠功能，当连网结点数超过单一集线器的端口数时，只能采用多集线器的级联方法来扩充；堆叠式集线器由一个基础集线器与多个扩展集线器组成，通过在基础集线器上堆叠多个扩展集线器，可以很方便地扩充连网的结点数。•(3)按照集线器是否支持网管功能，可以分为以下两类：•简单集线器；•带网管功能的智能集线器。•简单集线器不支持网管功能，无法从远程工作站进行管理；带网管功能的智能集线器支持网管功能，计算机网络实用教程可以通过SNMP协议来远程监控与管理。3.组网时集线器的选型•在设计局域网时，首先需要对集线器进行选型。集线器选型时应该注意以下几个问题：•是普通集线器，还是堆叠式集线器？•是非智能集线器，还是智能集线器？•是否支持网管功能？•端口数量是多少?端口支持哪几种接口类型？•普通集线器只能连接有限的端口数，一旦系统需要扩展时，就只能采取多集线器级联的方法解决；堆叠式集线器具有很好的系统开展性。普通集线器只能支持小型局域网，堆叠式集线器可以支持规模较计算机网络实用教程大的局域网。•非智能集线器不具备内部的CPU，不能进行网络工作状态的监测与管理，不能支持网络管理软件，因此不能用于大型的局域网系统。•以太网传输介质可以是非屏蔽双绞线、粗同轴电缆与细同轴电缆，因此设计局域网结构与所使用的传输介质类型时，一定要考虑到集线器所提供的端口类型，看它是否支持RJ—45、AUI或BNC接口。•在对堆叠式集线器进行选型时，需要注意以下几个问题：•支持堆叠的集线器数量最多是多少？•集线器的背板带宽是多少？计算机网络实用教程•是否支持网络管理功能？•最多可支持的端口数量是多少？•支持哪几种局域网协议？•堆叠式集线器的背板带宽是指多个集线器之间交换数据的内部总线数据传输速率。它决定了堆叠式集线器对数据帧的过滤与转发能力。背板带宽较宽的堆叠式集线器对减少通信拥塞与数据丢失有利。•堆叠式集线器是否支持多种局域网协议，例如10BASE—T、100BASE—T、100BASE—FL、1000BASE—T与FDDI等，是用户在选型时要注意的一个重要问题。计算机网络实用教程4.典型的集线器产品目前，应用比较广泛的集线器产品主要有：Cisco公司的FastHub400系列与Cisco1528系列集线器、3Com公司的OfficeConnect系列与SuperStackⅡ系列集线器、Accton公司的EtherHub系列与FastEtherHub系列集线器、Nortel公司的NetgearDS508系列与BayStack250系列集线器、Intel公司的InBusiness系列与Express10/100系列集线器，以及D—Link公司的DE—800TP系列集线器。计算机网络实用教程5.2.3局域网交换机1.局域网交换机的定义•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。典型的交换机结构如图5.3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，当连接在集线器中的一个结点发送数据时，它将用广播方式将数据传送到集线器的每个端口。因此，以太网的每个时间片内只允许有一个结点占用公用通信信道。•图5.3交换机结构示意图交换式局域网从根本上改变了“共享介质”的工作方式，它可以通过局域网交换机支持交换机端口结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输。因此，交换式局域网可以增加网络带宽，改善局域网的性能与服务质量。计算机网络实用教程图5.3计算机网络实用教程•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。例如，如果一个10Mbps端口只连接一个结点，这个结点就可以独占10Mbps的带宽，这类端口