第4章--计算机网络设计与系统集成

14.1初级网络设计4.2高级网络设计*4.3综合布线系统与设计*4.4网络工程设计简述4.5网络操作系统的选择4.6网络工程设计及施工实例4.7本章小结练习题第4章计算机网络设计与系统集成24.1初级网络设计4.1.1简单的以太网设计1．两台计算机的联网在一个办公室或部分家庭里，可能只有两台计算机，如果让这两台计算机联成网络相互共享文件，就构成了一个最简单的以太网。那么这样一个网络采用什么方法可以实现呢？根据两台计算机的距离、使用的通信介质和网络设备造价，有几种不同的设计方法。31)使用双绞线使用双绞线的方法为： 给每台计算机配置一块带RJ-45接口的网卡(两台计算机的网卡速率必须相同)，使用一根长度小于100m的双绞线连接。在制作双绞线时，要求双绞线的两端1、2线对和3、6线对必须交叉，具体如图4-1所示。该方法连接简单，且由于省掉了集线器，故所需费用最少，符合以太网10/100BASE-T标准，但要求两台计算机距离不能超过100m。4图4-1采用双绞线连接两台计算机主机主机36123612水晶头水晶头双绞线52)使用细同轴电缆使用50Ω(RG-58A/U标准)细同轴电缆联网时，需给每台计算机配置带BNC接头的网卡。同时，在制作同轴电缆时，需给电缆两端各安装一个BNC头，每个网卡通过T型头与同轴电缆的BNC头相连，总共两个T型头，未连接电缆的末端共连接一对50Ω终端电阻，如图4-2所示。使用这种方法时，两台计算机之间最远距离为185m，符合10BASE-2标准，但要求电缆在铺设时必须没有绞缠或绷紧弯曲，以免损坏电缆。6图4-2采用细同轴电缆连接两台计算机终端电阻细缆终端电阻主机主机73)采用粗同轴电缆或光纤采用粗缆或光纤连接两台计算机的造价高，这主要是因为使用粗缆和光纤成本高，同时也因为连接粗缆需要带AUI接口的网卡及收发器，而连接光纤所需的带有SC、ST接头的网卡都比较贵。因此，两台计算机互连一般不采用这种方法。82．简单以太网的设计1) 10BASE-2联网当办公室的计算机数量超过两台但又小于30台(包括服务器和工作站)时，可以采用廉价的50Ω(RG-58A/U)同轴电缆连接，如图4-3所示。9图4-3简单低廉的10BASE-2网络服务器工作站工作站工作站工作站工作站102)给10BASE-2网络增加一台打印服务器在以上的10BASE-2网络中没有打印机。由于10BASE-2网络非常简单，因此增加打印机并不困难。具体操作时需购买一个带BNC接头的打印服务器及一台打印机，打印服务器上的并口通过打印电缆接上打印机，BNC接口则通过T型头连接到电缆上，如图4-4所示，其接法与增加一台工作站的情况相同。11图4-4给办公室10BASE-2网络增加一台打印机服务器工作站工作站工作站工作站工作站打印机123)把两个10BASE-2网络连接起来假设图4-4所示的网络是联合大学信息学院软件实验室的WindowsNT网络。与其相邻的是网络实验室，网络实验室的一些计算机需要读取WindowsNT服务器上的数据。一种方法是将现有的电缆段扩展到网络实验室，但这样做的结果有可能使两个实验室电缆最远点的距离超过185m，计算机的数量可能超过30台。解决此问题的方案是在WindowsNT服务器上增加一块带BNC的网卡，这样，网络实验室通过服务器上新增加的网卡连接构成一个新的10BASE-2网段。如图4-5所示，服务器上插入两个网卡，构成内部网桥，将两个10BASE-2连接起来。13图4-5通过增加服务器网卡增加一个网段服务器工作站工作站工作站工作站工作站打印机打印机工作站工作站工作站工作站工作站软件实验室网络实验室14另一种方法是安装一个多路端口中继器。例如，带有四个BNC端口的中继器使网络发展为拥有四个网段的计算机网络，每个网段符合10BASE-2标准。图4-6所示的是使用中继器连接两个实验室的情形。15图4-6通过安装中继器增加一个网段服务器工作站工作站工作站工作站工作站打印机打印机工作站工作站工作站工作站工作站软件实验室网络实验室中继器164)连接多个实验室在同一楼层中相邻有多个实验室，距离不算太远，这时可采用多端口中继器连接，让每个实验室各构成一个网段，且与中继器的一个端口连接起来，考虑到网络的可靠性，让服务器单独占用一个网段。如图4-7所示的网络中，从中继器引出五个网段，服务器占有一个网段，其他四个网段分别连接计算机软件实验室、网络实验室、硬件实验室和单片机实验室。17图4-7通过一台多端口中继器构造多个网段服务器打印机打印机软件实验室网络实验室中继器工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站打印机打印机硬件实验室单片机实验室工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站185)扩展10BASE-2网段的距离在图4-8中，一个网段的长度用来连接计算机网络实验室。连接第一个中继器与第二个中继器的网段没有连接任何站点，这样做的好处是减少网段产生故障的可能性，该网段的长度可达185m。在这个例子中，第二个中继器也可以是多端口中继器，用来连接多个办公室或实验室，如图4-9所示。19图4-8增加中继器以扩展网络的距离服务器打印机软件实验室中继器工作站工作站工作站工作站工作站打印机打印机硬件实验室单片机实验室工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站教室打印机网络实验室工作站工作站工作站工作站工作站教室中继器20图4-9在第二个中继器上增加两个办公室服务器打印机软件实验室中继器工作站工作站工作站工作站工作站打印机打印机硬件实验室单片机实验室工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站教室打印机网络实验室工作站工作站工作站工作站工作站教室中继器工作站工作站办公室办公室216)细同轴电缆网络的局限性采用细同轴电缆建造网络价格低廉，网络功能及建造相对简单。早期的网络模型基本上是采用细同轴电缆和BNC连接器构造的。如前所述，这种网络中同轴电缆被绞缠或弯曲，容易受到损害。当网络站点移动时，BNC连接器容易松动和损坏。由于同轴电缆任何地方的损坏将导致整个网段的瘫痪。因此，在建造设计网络时，应像图4-5～图4-9一样，尽可能使用多个网段，使网络出问题时易于跟踪和隔离。224.1.2改进的以太网设计1．单间办公室网络的改进模型如前所述，采用细同轴电缆连接网络不太可靠。办公室的计算机联网可改用一种新的采用双绞线的网络模型，这种网络符合10/100BASE-T标准。对于图4-3、图4-4的网络可以使用一个集线器连接站点和打印机，这时，网络成了一个在逻辑上是总线拓扑，物理上是星型配置的以太网，图4-10所示为单间办公室的10/100BASE-T网络。23图4-10单间办公室的10/100BASE-T网络服务器工作站工作站工作站工作站工作站集线器打印机工作站工作站电话24在10/100BASE-T网络中，使用的物理介质为双绞线。使用双绞线的好处是：(1)在施工中弯曲或踩踏时不易损坏；(2)电气性能较好，与未来技术兼容；(3)电缆的成本费较低；(4)连接双绞线的连接器水晶头(RJ-45头)不贵，且便于连接电缆。252．单层楼的网络设计模型同一层楼的计算机联网，如楼层范围较小(小于100m)、站点数少，仍可采用单间办公室的网络模式，只需对网络布线稍作调整，如图4-11所示。26图4-11范围较小的单楼层网络模型集线器服务器苹果机打印机IBM兼容机绘图仪工作站27对于图4-12的网络模型，有一个中心网络交换机，用来提升网络的带宽，交换机和一些相关的网络设备放置在配线房中。在计算机数量较多的办公室中，可安装一个或多个集线器(如办公室二)，办公室里的设计可参照图4-12。28图4-12范围较大的单楼层网络模型集线器服务器苹果机打印机绘图仪网络交换机集线器工作站苹果机办公室一办公室二办公室三办公室四集线器IBM兼容机工作站集线器IBM兼容机IBM兼容机293．多层楼网络模型一个组织机构遍布一个大楼时，我们会考虑把整个大楼联网。楼的结构不复杂或网络范围不大时，可在图4-12的网络模型上进行改造。网络站点数目及范围与单层楼相差不大时，整个楼用一个配线房，走线由一层楼方式改成多层楼方式，网络拓扑结构不变，只是施工具体细节有所变化，如图4-13所示。30图4-13简单的多层楼网络模型苹果机打印机绘图仪集线器工作站楼层一楼层二楼层三配线房集线器IBM兼容机IBM兼容机IBM兼容机集线器工作站服务器网络交换机苹果机31图4-14中，规划的多层楼网络模型采用结构化设计，整个大楼有四层，安装一个主干智能交换机，将各楼层分成几个独立的网段。这样设置的好处是某楼层节点的故障不影响其他楼层网络的运行。整个网络设置多台服务器和网络打印机，由于这些关键的网络设备被网络上所有的站点共享，故直接连接到主干交换机上，并各自独占一个网段。四楼的站点数较多，因此有中心交换机，其网段模型由图4-12所示的网络扩展而来；三楼有两个集线器级联；二楼计算机的数量较少，只有一个集线器；一楼安放主干智能交换机，将大楼服务器、打印机、二楼和三楼的集线器、四楼的交换机连接起来。32图4-14复杂的多层楼网络模型楼层一楼层二楼层三楼层四服务器打印机绘图仪工作站网络交换机集线器集线器IBM兼容机苹果机大楼中心配线房服务器集线器打印机IBM兼容机打印机主干智能交换机服务器IBM兼容机工作站集线器集线器工作站IBM兼容机334．跨楼宇网络模型需要注意的是，对两座大楼间的通信介质要进行一些特殊处理，如防雷击、防潮、防静电和防虫咬等措施；此外，还应注意不要试图在大楼外面安装网络节点。图4-15所示是典型的跨楼宇网络设计。34图4-15跨楼宇网络模型大楼一服务器打印机绘图仪工作站网络交换机集线器IBM兼容机苹果机服务器服务器打印机打印机主干交换机集线器集线器大楼二服务器打印机绘图仪工作站网络交换机集线器IBM兼容机苹果机服务器IBM兼容机打印机主干交换机集线器集线器工作站IBM兼容机服务器IBM兼容机集线器集线器工作站打印机IBM兼容机工作站IBM兼容机IBM兼容机工作站集线器集线器354.2高级网络设计4.2.1扩展的以太网设计1．混合式以太网一种方法是新建10BASE-T网络时，考虑购买带有细缆BNC接头和双绞线RJ-45接头的多介质端口集线器(一般集线器带有BNC、AUI和RJ-45接口)，集线器通过BNC接到10BASE-2网络上，通过双绞线RJ-45接头连接10BASE-T网络，这样就组成了混合式以太网，如图4-16所示。36图4-16采用多介质端口连接的混合式以太网工作站工作站文件服务器工作站工作站文件服务器10BASE-T10BASE-2多介质端口集线器37另一种方法是通过一种收发器设备，将一种网络介质信号转换成另一种网络介质信号。比如将BNC接口转换成RJ-45接口，这种收发器能将10BASE-2网络接入10BASE-T，如图4-17所示。一般来说，不同介质之间都相应有类似的收发器设备。38图4-17采用收发器连接的混合式以太网392．以太网带宽的提升图4-18所示是一个由四个8口集线器级联26台计算机的网络，其中有2台服务器，共享10Mb/s带宽，分配给每台计算机的带宽平均约为250kb/s(10Mb/s除以26)。现在如购买一个带有6口10Mb/s的网络交换机，让网络交换机接上原有的集线器和服务器，这样将网络分成了6个网段，两台服务器各占有10Mb/s带宽，每个集线器上的6台工作站占有10Mb/s，则整个网络为60Mb/s带宽，每台工作站平均为1.67Mb/s(10Mb/s除以6)的带宽，为原来网络的7倍，如图4-19所示。在改造后的网络中，原有的设备和通信介质及主要布线方式不做任何改变。40图4-18四个集线器级联的10BASE-T集线器工作站工作站文件服务器集线器工作站工作站文件服务器集线器集线器工作站工作站41图4-19增加一个交换机提升成10Mb/s交换式以太网集线器工作站工作站文件服务器集线器工作站工作站文件服务器集线器集线器工作站工作站