第3章 局域网实用组网技术

第3章局域网实用组网技术计算机网络技术本章学习要点：l了解：局域网的技术特点、拓扑结构类型与应用特点l掌握：局域网的基本组成l掌握：常用传输介质的分类和选型l掌握：局域网的模型、标准、访问控制方式和工作原理l了解：局域网设计的基本原则l掌握：典型以太网组网技术l掌握：共享式高速以太网组网技术l掌握：交换式以太网组网技术了解：局域网的结构化综合布线的基本概念和基本组成计算机网络技术3.1局域网概述3.2局域网的拓扑结构3.3局域网的基本组成3.4局域网的标准和模型3.5局域网中的访问控制方式3.6典型局域网组网技术3.7高速局域网3.8其他高速局域网3.9局域网与结构化布线技术计算机网络技术3.1局域网概述3.1.1局域网的定义局域网（localareanetwork，LAN）是一种小范围内（一般为几公里）的以实现资源共享、数据传递和彼此通信为基本目的，由计算机、网络连接设备和通信线路等硬件按照某种网络结构连接而成的，配有相应软件的高速计算机通信网络。计算机网络技术3.1.2局域网的主要特点和功能1.局域网的特征（1）共享传输信道在局域网中其传输信道由连入的多个计算机节点和网络设备共享。（2）传输速率高局域网是一种应用最广的、具有较高的数据传输速率的网络，应用最多的是10~100Mb/s。速率通常在100Mb/s左右，而主干线通常是1000Mb/s及以上。计算机网络技术（3）传输距离有限局域网的特点是所覆盖的地理范围较小，其距离被限定在几公里之内。即局域网中的所有物理设备分布在半径不超过几公里的一个较小的地理范围内。（4）误码率低局域网通常具有高可靠性。具有较好的传输质量，误码率通常在10-7~10-12之间。计算机网络技术（5）连接规范整齐局域网内的连接一般十分规范，都遵循着严格的标准。（6）局域网通常归属单一局域网的通信子网和资源子网通常规某个组织机构所有。因此，不受公共网络的束缚。（7）采用多种媒体的访问控制技术局域网可以支持粗缆、细缆、双绞线、光缆和无线传输等多种传输介质，因此，其采用的媒体访问控制技术可以有多种。计算机网络技术（8）一般采用分布式控制和广播式通信在局域网中各站点的地位平等，能够支持简单的“点对点”，或“点对多点”的通信方式。（9）简单的低层协议局域网多采用总线型、环型和星型等共享信道类型的拓扑结构，网内一般不需要中间转接，流量控制和路由选择等功能大为简化，其通信处理功能被固化在网卡上。计算机网络技术（10）易于安装、组建和维护局域网通常具有较好的灵活性。允许低速或高速的外部设备，以及不同型号和不同厂家的计算机和网络产品接入网络中。说明：以上所述的前6条为局域网的主要和基本特征，其他为辅助特征。计算机网络技术2.局域网的功能局域网的主要功能与计算机网络的基本功能类似。LAN通常可以提供以下主要功能：（1）资源共享资源共享主要指系统中的软件、硬件，以及数据和信息等资源的共享。（2）通信交往通信交往主要指各种形式的数据、文件等的传输。计算机网络技术局域网中常见的通信交往形式如下：①电子邮件。局域网、Internet、Intranet上的电子邮件服务系统可以提供局域网内和Internet上的电子邮件服务，它使得无纸办公成为可能。②视频会议。使用网络，可以召开在线视频会议。计算机网络技术3.局域网的典型分布区域①同一房间内的所有主机，覆盖距离为10m的数量级。②同一楼宇内的所有主机，覆盖距离为100m的数量级。同一校园、厂区、院落内的所有主机，覆盖距离为1000m的数量级，称为“校园网”。计算机网络技术3.1.3局域网的四大实现技术组建一个实用的局域网通常涉及到以下四项基本的网络技术：l网络拓扑结构l传输介质和介质的访问控制方式l通信协议布线技术计算机网络技术3.2局域网的拓扑结构网络拓扑结构是网络规划和设计的重要内容，也是网络设计的第一步。1.局域网拓扑结构的分类（1）逻辑拓扑结构逻辑拓扑结构用来描述网络中各节点间的信息流动形式，即由网络中的介质访问控制方法决定的拓扑结构。（2）物理拓扑结构物理拓扑结构用来描述网络硬件的布局，即网络中各部件的物理连接形状。计算机网络技术2.局域网拓扑结构的选择原则在局域网中，一旦选定某种拓扑结构，则同时还需要选择一种适合于该拓扑结构的局域网工作方法和信息的传输方式。在我们选择时，一般会考虑如下一些因素：①价格：网络拓扑结构直接决定了网络的安装和维护费用。②速率：拓扑结构直接关系到系统的数据传输速率和带宽。计算机网络技术③规模：网络的拓扑结构直接与网络的规模相关。网络的拓扑的选择，将直接影响网络的投资、运行速率、安装、维护和诊断等各种性能。局域网上广泛使用总线型、环型拓扑、星型拓扑和树型拓扑。计算机网络技术3.2.1总线拓扑1.总线拓扑结构的特点总线结构的实际连接结构如图3-1所示，网络上所有节点共享这条公用通信线路。线性总线上的工作站以两个方向发送或接收数据，并且能被网络上的任何一个节点接收到。工作时，每当有计算机将数据信号传送到公共干线上时，所有的工作站均可以收到此信息。每个工作站收到信息后都会核对该信息中的目的地址是否与本工作站的地址一样，然后，决定是否接收这个信息。“总线”拓扑结构的典型应用是“细缆以太网（10BASE2）”和“粗缆以太网（10BASE5）”。计算机网络技术图3-1总线拓扑结构的应用（10BASE2以太网）计算机网络技术2.“总线”拓扑结构的应用特点（1）优点①结构简单灵活。②在轻负荷时，网络响应速度较快。③硬件设备量和电缆量少，造价低。④易于安装、配置，使用和维护方便。⑤共享能力强，适合于一点发送，多点接收的场合。计算机网络技术（2）缺点①故障诊断困难。一个链路故障，检测工作需要涉及整个网络。②网络扩充不便。在“总线”网络上，增加节点时，需要断开相邻节点，整个网络将停止工作。因此，此类网络的扩展性较差。③信号随距离的增加而衰减，因此，总线网络的传输距离受到限制。计算机网络技术④总线的带宽成为网络的瓶颈。一般总线结构上的N个节点共享，并“争用”公用总线（即传输介质），因此，当网络中的节点数目较多时，网络性能下降。⑤由于单个网段的距离长度受到严格的限制，因而负载能力有限计算机网络技术3.适用场合适用于小型办公自动化系统和小型信息管理系统等低负荷，实时性要求4.网络范例10BASE5和10BASE2（粗缆和细缆以太网）。计算机网络技术3.2.2环型拓扑“环型”拓扑（ringtopology）结构如图1-3（b）所示；其实际连接如图3-2所示。1.“环型”拓扑结构的特点在环型拓扑上，只有得到“令牌”的节点，才有权发送信息；在这样的系统上，“令牌”沿环路不断单向传递，每个节点都有机会传输信息，因此，可以建立高速、有序的网络。使用环型拓扑的大型网络的数据信号在每个节点都会被重传，因此信号可以传输很长的距离而不会衰减。计算机网络技术Token-ring令牌环计算机计算机计算机服务器图3-2环型拓扑应用（Token-Ring）计算机网络技术2.“环型”拓扑结构的应用特点（1）优点①由于两个节点之间只有唯一的通路，因此大大简化了路径选择的控制。②当有旁路电路时，某个节点发生故障可以自动旁路，这样可以提高可靠性。③传输时间固定，适用于对数据传输实时性要求较高的应用场合。④在重负荷的场合，比“争用”信道的总线式网络有更高的传输速率。⑤由于光纤适合于信号单方向传递和点-点式连接，因此“环型”结构最适合使用光纤。计算机网络技术（2）缺点①传输效率低。当节点过多时，传输效率较低，网络响应时间变长。②灵活性差。单环时，由于环路封闭，因此扩展不便。③可靠性差，管理不易。单环时，只要有一个工作站出现故障，整个网络都将瘫痪。④环路维护复杂，实现困难，维护费用和造价高。计算机网络技术3.适用场合在高速主干网中，环型网络通常使用光纤作为传输介质，它适用于企业的自动化系统、对数据传输实时性要求较高的应用场合以及负荷较重的大型网络和信息管理系统。4.网络范例IBM令牌环网（Token-Ring）和FDDI环型网络。计算机网络技术3.2.3星型拓扑星型拓扑（startopology）的结构如图1-3（c）所示；其实际结构如图3-3所示。中央设备（指交换机或集线器）在分发信号之前，对其进行放大和再生。1.“星型”拓扑结构的特点计算机网络技术图3-3星型拓扑应用（10BASET交换式或共享式以太网）计算机网络技术2.星型拓扑的拓扑结构问题在使用集线器的以太网中，其介质访问控制方式为争用的“CSMA/CD”规则，因此其逻辑拓扑为“总线型”；而该网络的物理拓扑结构却是个“星型”。在交换机为核心的交换式网络中其物理拓扑结构为“星型”；其逻辑拓扑结构为“星型”。计算机网络技术3.“星型”拓扑结构的应用特点（1）优点①网络结构简单。星型网络的组建、安装、使用、维护与管理都很方便。②易于检查故障。通常可以利用交换机或集线器上LED灯的状况，来判断计算机是否出现故障。③扩展性好。在交换机或集线器上可以在不影响网络运行的情况下删除或增加节点。④集线器或交换机上的多种类型接口，可以连接多种传输介质。⑤每个节点与中心节点使用单独的连线，单个边节点的故障不会影响整个网络，易于节点故障的处理。⑥造价和维护费用低。计算机网络技术（2）缺点①中心节点出故障时，才会导致整个网络的瘫痪。②对于使用集线器结构的网络的最大缺点是当负荷激增时，中央节点的负荷过重。此时，作为中心节点的集线器也就成为了网络的瓶颈。③需要较多的传输介质，通信线路利用率低，投资成本较高。④使用集线器的网络在轻负荷时，系统响应较快；但在重负荷时，系统的响应和性能会急剧下降。计算机网络技术4.适用场合星型结构适用性很广，可以应用于各种中小型网络系统。常见的有以下3种场合。（1）工作间网络工作间网络通常指办公室、实验室和网吧类的小型网络。（2）智能大厦在智能大厦中，通常设有整个建筑的总交换机，在每层安装与总交换机相连接的分交换机或集线器，各工作节点与每层的交换机或集线器连接，从而将整个建筑连接起来。（3）交换式网络交换式网络是指使用网络交换机或集线器组成的10/100/1000BASET以太网。计算机网络技术5.网络范例10BASET、100BASET或1000BASE（共享式或交换式以太网）。计算机网络技术3.2.4树型拓扑1.“树型”拓扑的结构树型拓扑（TreeTopology）结构如图1-3（d）所示，它可以看成是星型拓扑的扩展，其应用结构如图3-4所示。计算机网络技术图3-4树型拓扑应用（交换机和集线器组成的以太网）计算机网络技术2.“树型”拓扑结构的应用特点“树型”拓扑的应用特点与“星型”拓扑结构类似，不同之处简述如下。（1）优点“树型”拓扑结构具有易于扩展、故障隔离容易、网络层次清楚等优点。（2）缺点树型拓扑结构比星型更为复杂，因此时延较大。计算机网络技术3.适用场合树型拓扑适用于分级管理的场合，或者是控制型的网络。常在智能大厦中使用。4.网络范例百兆、千兆或万兆以太网组成的多级网络，以及使用ATM交换机组成的分层网络等。计算机网络技术3.3局域网的基本组成1.局域网的软件系统局域网的软件系统主要包括：网卡驱动程序、网络操作系统、网络应用软件和网络管理软件等4类软件。2.局域网的硬件件系统局域网的硬件从逻辑上看，由网络服务器、网络客户机或工作站、网卡、网络传输介质和网络互连设备等5个部分组成。计算机网络技术①网络服务器（Server）：是局域网中的网络控制和服务的中心。局域网内至少配置一台网络服务器；也可以设置多台网络服务器。②网络工作站（workstation）：连接到网络上的各种用户计算机，都可以称为网络工作站，它是网络的前端，用户（客