《局域网组建技术》PPT课件.ppt

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1、第3章局域网组建技术 本章主要讨论局域网的概念 传输介质 拓扑结构 以及介质共享式和交换式两类局域网 局域网协议与常用的局域网操作系统 对网线的制作 对等网和简单以太网的组建 局域网结构化布线进行了重点介绍 并用实例说明局域网的组建及其配置 本章内容 局域网 顾名思义就是局部区域范围内的计算机网络 可以理解为一组物理位置上彼此相隔不远的计算机和相关设备的互连集合 该集合允许用户相互通信和共享软硬件资源 局域网一般局限在几千米的距离范围内 并可包含一个或多个子网 局域网起源的最初目的是在用户计算机终端设备之间共享资源 正是由于这种共享特性 出现并发展了很多更加完善的技术 1 1局域网技术基础 早

2、期人们将局域网的主要特点归纳为以下几点 局域网是一种数据通信网络 连入局域网的数据通信设备是广义的 包括计算机 终端与各种外部设备 局域网覆盖一个较小的地理范围 从一个办公室 一幢大楼到几平方公里的区域 局域网的主要特征 局域网覆盖有限的地理范围 它适用于公司 机关 校园 工厂等有限范围内的计算机 终端与各类信息处理设备连网的需求 局域网提供高数据传输速率 10M 1000Mbps 低误码率的高质量数据传输环境 局域网一般属于一个单位所有 易于建立 维护与扩展 决定局域网特性的主要技术要素为网络拓扑 传输介质与介质访问控制方法 从介质访问控制方法的角度 局域网可分为共享介质局域网和交换式局域网

3、 局域网技术基础 局域网与广域网一个重要的区别是它们覆盖的地理范围 由于局域网设计的主要目标是覆盖一个公司 一所大学 一幢办公大楼的 有限的地理范围 因此它从基本通信机上选择了与广域网完全不同的方式 从 存储转发 方式改变为 共享介质 方式与 交换方式 局域网在传输介质 介质存取控制方法上形成了自己的特点 局域网在网络拓扑结构上主要分为总线型 环型与星型结构三种 在网络传输介质上主要采用双绞线 同轴电缆与光纤等 局域网的基本组成 服务器 server 从硬件角度来看 服务器是一台功能强大及硬件配置很高的计算机 具有运行速度快 存储量大 性能稳定等特点 从整体硬件结构上看 服务器与普通主机的构造

4、非常相似 其区别在于服务器上安装的是网络操作系统 通过软件的支持 可以完成网络管理及服务的功能 工作站 WorkStation 工作站也称主机是接入网络的用户设备 在典型的客户机 服务器 Client Server 结构中 用户就是通过客户机登录进入网络后 再使用网络中各种共享资源的 同时 用户也可通过主机与其他用户进行相互通信 主机与服务器的主要区别就在于所安装的操作系统不同 服务器安装及使用的是网络操作系统 而主机所安装的大多数均是简单的个人 PC 操作系统 客户机 服务器 Client Server 网络接口卡 NetworkInterfaceCard NIC 又称为网卡 它一方面连接局

5、域网中的计算机 另一方面连接局域网中的传输介质 按照网卡支持的计算机种类分类 主要分为标准以太网卡 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 按照网卡支持的传输速率分类 主要分为10Mbps 100Mbps 10 100Mbps 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网卡开始出现 网卡 网卡结构示意图 三种端口的外形对比 提供RJ 45和BNC端口 网卡 传输介质主

6、要完成网络中各个网络结点的连接及网络数据的传输 传输介质 同轴电缆同轴电缆内部的铜芯主要用于实现信号的传输 屏蔽层通常由金属丝编织网构成 以实现与外界电磁干扰的隔离 同时防止外界电磁场对铜芯上传输信号的干扰 内部绝缘层主要隔离铜芯与屏蔽层 外部绝缘层较厚并具有较好的弹性 以保护内部材料 双绞线双绞线主要由两根具有绝缘保护层的铜导线组成 把两根绝缘的铜导线按照一定密度互相缠绕 可降低导线上所传输的信号由于近距离辐射所形成的干扰 如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中 便形成了双绞线电缆 传输介质 双绞线是组建局域网最常用的一种传输材料 具体应用中 在双绞线的两端应安装RJ 45接头 分别连接到

7、主机网卡和交换机对应接口上 连接网卡与交换机时 网线长度不得超过100m 根据双绞线是否加有屏蔽 可将双绞线分为两种 非屏蔽双绞线 UTP 和屏蔽双绞线 STP 目前 局域网中常用到的双绞线一般都是使用非屏蔽的五类四对电缆线 其传输速率可达到100Mbps 各种双绞线的实际产品均在其外套胶皮上标注 CATEGORY5 字样 其中数字5表示该双绞线属于五类双绞线 超五类双绞线也属于非屏蔽双绞线 但与五类双绞线比较 它在传送信号时衰减更小 抗干扰能力更强 STP比UTP多了一个屏蔽套 其具体安装比UTP更加困难 涉及到具有屏蔽功能的特殊连接器的安装技术 STP有更高的数据传输速率 100m内数据传

8、输速率可达到155Mbps 传输介质 光纤由一组光导纤维组成的用来传播光束的传输介质 其材料以玻璃或有机玻璃为主 由纤芯和保护层组成 根据制造工艺的不同 光纤可分为跳变式光纤和渐变式光纤 对于跳变式光纤而言 其折射率为常数 而渐变式光纤的折射率随着光纤半径的增大而减小 根据光纤所能传输点模数的不同 光纤还可分为单模光纤和多模光纤 单模光纤常采用激光二极管作为光源 传输速率快 容量大 而多模光纤常采用发光二极管LED作为光源 传输速率较慢 容量较小 传输介质 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

9、绞线与集线器连接 这样的以太网在物理结构看是星型结构 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 集线器 集线器提供两类端口 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

10、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 集线器 网桥在各种传输介质中转发数据信号 扩展网络的距离 保持异种网络 但运行相同的网络协议 的兼容性 交换机交换机和网桥一样 也属于第二层设备 有时也称其为多端口网桥 交换机与集线器的区别在于 它可以根据所要传递数据中包含的目的物理地址做出转发的操作 而集线器根本不作任何决定 而直接对所有端口进行 广播 交换机的运行机制使得局域网的运行效率更高 由于只把数据交换到正确主机的连接端口 所以大大提高了局域网的数据传输效率 杜绝了由于 广播 效应而造成的数据传输效率低的现象 其他网络互连设备 路由器路由器属于第三

11、层互连设备 支持多种协议 多种结构局域网的互连 具有很强的路由选择运算能力 由于路由器能够在第三层上对分组数据进行路由选择 因而其已成为Internet的骨干设备 也可以运行IP协议 路由器的工作原理是对进入的第三层分组数据进行检查 为它们选择通过网络的最佳途径 然后将它们交换到合适的输出端口上 网关网关可以实现两个具有不同网络协议且在物理上相互独立的网络互连 网关具有对不兼容的高层协议进行转换的能力 为了实现异构设备之间的通信 网关需要对不同的高低层协议进行翻译及转换 其他网络互连设备 总线型拓扑结构总线型拓扑结构是局域网主要的拓扑结构之一 总线型局域网的拓扑结构如图1 7所示 其中 图1

12、7 a 给出了实际的总线型局域网的计算机连接情况 图1 7 b 给出了总线型拓扑结构 总线型局域网的介质访问控制方法采用的是 共享介质 方式 总线型拓扑结构的优点是 结构简单 实现容易 易于扩展 可靠性较好 拓朴结构 环型拓扑结构环型拓扑结构是共享介质局域网主要的拓扑结构之一 环型局域网的拓扑结构如图所示 其中 图 a 给出了实际的环型局域网中计算机连接方式 图 b 给出了环型拓扑结构 在环型拓扑结构中 结点通过相应的网卡 使用点 点线路连接 构成闭合的环型 环中数据沿着一个方向绕环逐站传输 拓朴结构 以中央结点为中心 经传输线路将它分别同外围的结点机连接而成 其中央结点一般采用交换机 由于采

13、用点到点通信 所以通信协议简单 因为网上信息全部要通过中心转发 中央结点失效可导致全网瘫痪 交换局域网的中心结点是一种局域网交换机 在典型的交换局域网中 结点可以通过点 点线路与局域网交换机连接 星型拓朴结构 共享式局域网是指介质共享 局域网内的传输介质可供各个结点共同享用 介质用于在局域网内各个结点之间传送数据 1 介质访问控制防止各结点在同一时间向公用的介质发送信息时相互干扰 有两种常用的MAC方法 CSMA CD方法 一种基于竞争的方法 当任何结点有数据发送时 须首先侦听是否有其他结点已经向总线发送数据 令牌传递 方法 只允许截获了令牌的结点向网络发送信息 共享式局域网 共享式局域网 2

14、 传统局域网传统的共享介质局域网主要有以太网 令牌总线与令牌环 而目前应用最广泛的是以太网 以太网以太网采用总线型结构 基带传输 最高传输速率为10Mbps 它的技术是带有冲突检测的载波侦听多路访问方法 令牌环网令牌总线局域网中 任何一个结点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据 令牌是一种特殊结构的控制帧 用来控制结点对总线的访问权 令牌传递MAC方法通常采用环型结构 基带传输 最高传输速率为10Mbps 3 高速局域网1980年 PC处理速度为0 3MIPS 以太网传输速率为10Mbps 90年代中期 PC速度达到300MIPS 而局域网的速度却增长缓慢 成为网络系统的 瓶颈 为了克服

15、网络规模与网络性能之间的矛盾 人们提出了以下几种解决方案 提高Ethernet的数据传输速率 从10Mbps提高到100Mbps 甚至1Gbps 10Gbps 这就导致了高速局域网的研究与产品的开发 在这个方案中 无论局域网的数据传输速率提高到100Mbps 还是1Gbps 10Gbps 它的介质访问控制仍采用CSMA CD方法 共享式局域网 将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网 这就导致了局域网互连技术的发展 网桥与路由器可以隔离子网之间的交通量 使每个子网作为一个独立的小型局域网 通过减少每个子网内部结点数n的方法 使每个子网的网络性能得到改善 而每个子网的介质访问控制仍采用

16、CSMA CD的方法 将 共享介质方式 改为 交换方式 这就导致了 交换局域网 技术的发展 交换局域网的核心设备是局域网交换机 局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接 从目前的发展情况来看 局域网可以分为以下两类 共享式局域网 SharedLAN 交换式局域网 SwitchedLAN 共享式局域网 4 快速以太网 百兆以太网百兆以太网的传输速率比普通以太网快10倍 数据传输速率达到了100Mbps 百兆以太网保留着传统以太网的所有特征 包括相同的数据帧格式 介质访问控制方法与组网方法 只是将每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns 1995年9月 IEEE802委员会正式批准了快速以太网标准 IEEE802 3u 千兆以太网桌面系统采用传输速率为10Mbps的以太网 部门级系统采用传输速率为100Mbps的快速以太网 企业级系统采用传输速率为1000Mbps的千兆以太网 共享式局域网 在共享介质局域网中 所有结点共享一条公共通信传输介质 不可避免将会有冲突发生 随着规模的扩大 结点数的不断增加 每个结点平均能分配到的带宽越来越少 因此 当网络通信负荷加重时 冲突与重发