计算机网络与Internet应用基础教程-第5章--局域网组网技术

第5章局域网组网技术5.1局域网的组成5.2局域网组网设备5.3网络操作系统5.4局域网组网方法举例5.5结构化布线与智能大楼5.6网络规划与设计方法习题5一个局域网主要由网络硬件和网络软件两部分组成。网络硬件主要涉及计算机系统、网络设备以及传输媒体，网络软件主要由网络操作系统、网络协议软件、网络通信软件和网络应用软件组成。不同的网络类型使用的网络适配器、传输媒体、拓扑结构以及网络连接器等都不相同。本章介绍的主要内容有：√局域网的组成√组网设备与网络操作系统√局域网组网方法举例√结构化布线√网络规划与设计局域网由网络硬件和网络软件两大部分组成。网络硬件用于实现局域网的物理连接，为连在局域网上的计算机之间的通信提供一条物理通道。网络软件用来控制并具体实现通信双方的信息传递和网络资源的分配与共享。网络硬件主要由计算机系统和通信系统组成。网络软件可大致分为网络系统软件和网络应用软件两种类型。5.1局域网的组成当要把两台以上的计算机连成局域网时，不仅需要为每台联网计算机安装网络接口卡，还需要一条通信电缆和介质连接器等附属部件，将计算机与电缆连接在一起。根据不同的联网技术，有时还需要使用集线器、交换机、路由器等网络设备，以实现局域网的物理连接。例如：用10Base-T以太网技术建立一个局域网，其硬件设备包括计算机系统、网络接口卡（网卡）、集线器（HUB）、无屏蔽双绞线（UTP）及标准接口部件RJ-45，如图5-1所示。5.1.1网络硬件图5-1局域网硬件系统（10Base-T）1.网络服务器为网络用户提供服务和共享资源的网络结点就称为网络服务器。网络服务器的主要功能有：○提供网络通信功能，有管理网络服务器与网络工作站之间通信的能力。○为网络用户提供各种软硬件资源，并能管理和分配这些资源，协调用户对资源的访问。○提供文件管理功能。○提供各种Internet信息服务。○提供各种网络应用服务。○提供网络管理功能。按照网络服务器所提供的服务进行分类，网络服务器有：文件服务器、通信服务器、打印服务器、终端服务器、磁盘服务器、数据库服务器、视频服务器、邮件服务器、名字服务器、Web服务器、目录服务器等。服务器应是一台高性能的计算机系统，它应具有高速的CPU、大容量磁盘和内存以及高速的网络接口卡、高档外部设备和多线程、多进程、多用户的系统管理功能等。在每台服务器上必须至少安装一块网络接口卡，使用传输介质和介质连接设备把网络服务器与网络设备连接起来，使其成为一个网络结点。同时，在网络服务器上安装并运行网络协议软件和相应的网络服务应用软件或网络操作系统。高性能的计算机系统、高速网卡和网络软件是构成网络服务器的基本条件。2.网络工作站网络工作站是指用户能够在网络环境中工作，访问网络共享资源的计算机系统，通常又被称为客户机（Client）。网络工作站是连接在局域网上的一台计算机，用户通过它来访问网络，共享资源。它的主要作用是为网络用户提供一个访问网络服务器，共享网络资源，与网上的其他结点交流信息的操作台和前端窗口，使用户能够在网上工作。在网络工作站上，必须安装一块网络接口卡，并通过传输介质及介质连接设备和网络设备把它连接到网络上，成为局域网上的一个站点。在网络工作站上，除运行自己的操作系统外，还必须运行有关的网络软件，包括：网络协议软件、网络应用软件或网络操作系统的客户端软件。用户在网络工作站上，使用网络软件提供的实用程序或操作命令向服务器申请网络服务，获取各种公共的网络资源，访问Internet信息服务等。网络工作站不仅能够访问本机的本地资源，同时也能访问网络上所有的远程资源（只要权限允许）。当网络工作站不在网上操作时，仍可以作为一台独立的计算机使用。3.网络接口卡网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC），又称网络适配器（NetworkInterfaceAdapter，NIA），简称网卡。网卡是安装在计算机中的一块电路板，它可以作为计算机的外部设备插在扩展槽中，用于实现计算机和传输介质之间的物理连接，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输。在局域网中，每一台联网计算机都需要安装一块或多块网卡，通过介质连接器将计算机接入网络电缆系统。4.网络设备网络设备是集线器（Hub）、中继器（Repeater）、交换机（Switch）等网络连接设备和网桥（Bridge）、路由器（Router）等网间互联设备的统称。通过这些设备可以把计算机连接起来组成局域网，或将局域网与局域网互联起来，组成更大规模的互联网。网络设备是组建计算机网络的关键设备。比如：将计算机通过以太网卡、无屏蔽双绞线、RJ-45连接器和网络设备HUB相连，就能把这些计算机连接在一起，组成一个10Base-T以太网。5.传输介质传输介质是通信双方交流信息的物理通道，用于两个网络站点之间原始比特流的实际传输。传输介质的品种繁多，每一种介质在带宽、延迟、信号衰减、抗干扰能力、传输距离、安装维护难度等方面都不相同。传输介质的选用是非常重要的，它对网络性能影响极大。在局域网中，常用的是有线传输介质，主要有非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、同轴电缆和光缆。网络软件是一种在网络环境下运行和使用，或者是控制与管理网络运行和通信双方交流信息的计算机软件。网络是在网络软件的控制下工作的。网络软件必须实现网络协议，并在协议的基础上管理网络、控制通信、提供网络功能和网络服务。网络软件可大致分为网络系统软件和网络应用软件。网络系统软件是控制和管理网络运行、提供网络通信和网络资源分配与共享功能的网络软件，它为用户提供了访问网络和操作网络的友好界面。网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网络软件，它为用户提供一些实际的应用。网络应用软件既可用于管理和维护网络本身，也可用于某个业务领域。5.1.2网络软件在局域网组网时必须用到的设备是网卡。进行网络连接时，根据实际情况可能用到中继器、集线器或网络交换机。5.2局域网组网设备网卡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。图5-2网卡结构示意图5.2.1网卡网卡完成物理层和数据链路层的大部分功能，包括网卡与传输介质的物理连接、介质访问控制（如CSMA/CD）、数据帧的拆装、帧的发送与接收、错误校验、数据信号的编/解码（如曼彻斯特代码的转换）、数据的串、并行转换等功能。网卡是局域网通信接口的关键设备，它是决定计算机网络性能指标的重要因素之一。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。（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。（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。（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。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。集线器是以太网的中心连接设备，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构上是星型结构，但它在逻辑上仍然是总线型结构，并且在MAC层仍然采用的是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5.2.2集线器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。如果需要联网的结点数超过单一集线器的端口数时，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。1.集线器的分类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。（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；○可堆叠式集线器。（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。2.组网时集线器的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？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？○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？3.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。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。交换机的端口类型也可以分为两类：半双工端口与全双工端口。对于10Mbps的端口，半双工端口带宽为10Mbps，而全双工端口带宽为20Mbps；对于100Mbps的端口，半双工端口带宽为100Mbps，而全双工端口带宽为200Mbps。所谓全双工端口，是指该端口允许连接的计算机同时发送与接收数据。在网络结构与网络连线不变的情况下，采用全双工工作方式，可以使网络结点的数据吞吐量增加一倍。对于局域网服务器应用来说，采用全双工技术是很有价值的。5.2.3局域网交换机1.局域网交换机的分类（1）简单的10Mbps局域网交换机（2）10/100Mbps自适应局域网交换机（3）大型局域网交换机2.典型的局域网交换机目前，应用最广泛的局域网交换机主要有：Cisco公司的Catalyst系列交换机，3Com公司的SuperStackⅡ系列交换机，Nortel公司的BayStack300系列与EtherSpeed系列交换机，Intel公司的Express系列交换机，以及Accton公司的CheetackSwitchWorkgroup系列交换机等。仅有网络硬件而不安装网络软件就构不成网络系统。网络软件包括网络操作系统、编程语言和数据库管理系统、网络通信软件和用户程序。计算机网络像计算机一样，也需要网络操作系统来支持。计算机网络操作系统目前有三大系列：UNIX（Linux）、NetWare和WindowsNT操作系统。5.3网络操作系统从OSI参考模型角度看，完整的计算机网络由七层构成，而初期的局域网标准只定义了低层（物理层、数据链路层）协议。例如，IEEE802协议只涵盖了OSI参考模型的物理层与数据链路层的内容。实现局域网协议的硬件与驱动程序只能为高层用户提供数据传输功能，因此人们将早期的局域网定义为通信网络。一个局域网要能实现分布式进程通信，为用户提供完备的网络服务功能，就必须具备局域网高层软件。所谓网络操作系统，就是能利用局域网低层提供的数据传输功能，为高层网络用户提供共享资源管理服务以及其他网络服务功能的网络操作系统软件。5.3.1网络操作系统的基本概念○客户网络操作系统——用于局域网中客户机上的网络操作系统，主要功能是获取服务器上所提供的网络服务，同时还可以为网