第05章局域網技術

1、5.1.1 交換式局域網 交換式局域網的核心設備使局域網交換機，它的特點是低交換延遲；能支持不同的傳輸速率和工作模式以及支持虛擬局域服務。局域網交換機可以在它的多個端口之間建立多個并發(fā)連接。它主要采用兩種轉發(fā)方式：快捷交換方式與存儲轉發(fā)交換方式。 典型的交換式局域網使交換式以太網，它的核心部件是以太網交換機。以太網交換機可以有多個端口，每個端口可以單獨與一個結點連接，也可以與一個共享介質式的以太網集線器連接。 1999年IEEE公布了關于VLAN的802.1Q標準。一個邏輯工作組的結點可以分布在不同的物理網段上，但它們之間的通信就像在同一個物理網段上一樣?？梢愿鶕δ芑驊玫纫蛩貙⑺鼈兘M織起來

2、，相互之間的通信就好像它們在同一個網段中一樣。 局域網的組網方法一般以以下四種：（1）虛擬網絡建立在局域網交換機之上（2）用MAC地址定義虛擬網（3）用網絡層地址定義虛擬網（4）IP廣播組虛擬局域網 國際標準組織制定了OSI模型。這個模型把網絡通信的工作分為7層，OSI參考模型的全稱是開放系統(tǒng)互連參考模型，它是由國際標準化組織（International Standard Organization，ISO）提出的一個網絡系統(tǒng)互連模型。 各層的功能分別如下： （1）物理層 該層為上層協(xié)議提供了一個傳輸數據的物理媒體。在這一層，數據的單位稱為比特。（2）數據鏈路層 數據鏈路層在不可靠的物理介質上提

3、供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址尋址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發(fā)等。這一層的數據的單位稱為幀（frame）。（3）網絡層 網絡層負責對子網間的數據包進行路由選擇。此外，還實現擁塞控制、網際互連等功能。這一層的數據的單位稱為數據包。（4）傳輸層 傳輸層是第一個端到端，即主機到主機的層次，它將上層數據分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸。同時，該層還處理端到端的差錯控制和流量控制問題。這一層的數據的單位稱為數據段。（5）會話層會話層管理主機之間的會話進程，即負責建立、管理、終止進程之間的會話。會話層還利用在數據中插入校驗點來實現數據的同步。（6）表示層表示層對上層數據或信息進

4、行變換以保證一個主機應用層信息可以被另一個主機的應用程序理解。表示層的數據轉換包括數據的加密、壓縮、格式轉換等。（7）應用層應用層為操作系統(tǒng)或網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口。5.2.1 Ethernet的命名 因此通過Ethernet的各物理層標準對其進行命名，它的名稱由三部分組成。表5-1 Ethernet的物理層標準命名格式x為該Ethernet數據傳輸的速率，單位是Mb/s；Type為傳輸的方式，基帶或頻帶；y為網絡的最大長度，單位是100m；Name是局域網的名稱。 10BASE-T 的組網由網卡、集線器、交換機、雙絞線等設備組成。結點都通過雙絞線連接到一個集線器上，當其中一個結點

5、發(fā)送數據的時候，任何一個結點都可以收到消息，由于集線器工作在物理層，所以每次只能有一個結點能夠發(fā)送數據，而其他的結點都處于接收數據的狀態(tài)。 按照使用集線器的方式，雙絞線的組網方法可以有： 1. 單一集線器結構 2. 多集線器級聯結構 3. 堆疊式集線器結構。 與10BASE-5和10BASE-2相比，它有如下特點： （1）安裝簡單、擴展方便；網絡的建立靈活、方便，可以根據網絡的大小，選擇不同規(guī)格的交換機連接在一起，形成所需要的網絡拓撲結構。 （2）網絡的可擴展性強。因為擴充與減少工作站都不會影響或中斷整個網絡的工作。 （3）集線器或交換機具有很好的故障隔離作用。當某個工作站與中央節(jié)點之間的連接

6、出現故障時，也不會影響其他節(jié)點的正常運行；甚至當網絡中某一個集線器或交換機出現故障時，也只會影響到與該集線器或交換機直接相連的節(jié)點。 1IEEE 802.3u協(xié)議 1995 年頒布的IEEE 802.3u，可支持100M 的數據傳輸速率，并且與100 BASE-T 一樣可支持共享式與交換式兩種使用環(huán)境，在交換式Ethernet環(huán)境中可以實現全雙工通信。IEEE 802.3u 在MAC 子層仍采用CSMA/CD 作為介質訪問控制協(xié)議，并保留了IEEE 802.3 的幀格式。但是，為了實現100M 的傳輸速率，在物理層作了一些重要的改進。 2MII接口 為了屏蔽下層不同的物理細節(jié)，100BASE-

7、T為MAC 和高層協(xié)議提供了一個100M 傳輸速率的公共透明接口，其功能與Ethernet的AUI接口相同。MII接口向上通過MAC子層的接口提供載波偵聽與沖突檢測的信號，向下支持10Mb/s與100Mb/s的接口，同時集線器可與其交換控制信息。 3100BASE-TX、100BASE-T4與100BASE-FX 100BASE-T一般包括：100BASE-TX、100BASE-T4與100BASE-FX 3種傳輸介質標準。 物理層協(xié)議線纜線纜對數最大分段長度編碼優(yōu)點100BASE-T43類4類 5類UTP4對3對：數據傳輸1對：檢測沖突100m8B/6T3類UTP100BASE-TX5類UT

8、P/RJ45接頭1類UTP/DB-9接頭2對2對100m4B/5B全雙工100BASE-FX62.5UM單模/12UM多模光纖ST或SC光纖連接器2對415m4B/5B-NRZI全雙工長距離4全雙工與半雙工 全雙工是指接收與發(fā)送采用兩個相互獨立的通道，可同時進行，互不干擾。而半雙工則是接收與發(fā)送共用一個通道，同一時刻只能發(fā)送或只能接收，所以半雙工可能會產生沖突。 5100Mb/s與10Mb/s速率的自動協(xié)商 在100Base-T問世以后，在Ethernet的連接器上出現的信號可能是多種不同的Ethernet信號包括10Base-T半雙工、10base-T全雙工、100base-TX半雙工、10

9、0Base-TX全雙工或100Base-FX全雙工等工作模式中的任一種。為了簡化管理，推出了10Mb/s與100Mb/s的自動協(xié)商模式。 （1）100BASE-TX或100BASE-FX全雙工模式 （2）100BASE-T4 （3）100BASE-TX半雙工模式 （4）100BASE-T全雙工模式 （5）100BASE-T半雙工模式 100Mb/s與10Mb/s速率的自動協(xié)議一般來說，具有以下功能： （1）確定雙絞線的遠端設備使用的是何種工作模式 （2）向其他結點發(fā)布這個遠端設備的工作模式 （3）協(xié)調并確定雙方的工作模式 （4）選擇兩方最高性能的工作模式 重點提示：重點提示：快速Etherne

10、t在保持傳統(tǒng)的Ethernet幀結構與介質訪問控制方法不變的基礎上，將數據傳速率提高到了100Mb/s, IEEE 802委員會于1995正式批準快速Ethernetr的標準協(xié)議是IEEE 802.3u。5.3.1 中繼器 中繼器工作于物理層，它對高層協(xié)議是透明的。其一，它只能對傳輸介質上的信號進行信號增強與轉發(fā)；其二，他的作用只是增加傳輸距離，它不改變幀的內容；其三，它所連接的幾個網絡段仍屬于這個局域網，只要該局域網中任一結點發(fā)送了數據，其他的結點都可以接收到這個數據，它們共享了一個沖突域。因此，中繼器不屬于網絡互聯設備。 理論上說，中繼器是可以把網絡延長到任意的傳輸距離，但一般網絡都有限制

11、一對工作站之間所加入的中繼器的最大數量。Ethernet中限制最多只能使用4 個中繼器，即最多由5 個網段組成。 重點提示：重點提示：中繼器工作在物理層，它的作用是將衰減后的信號經過接收、放大、整形后再向與它相連的另一個纜段發(fā)送出去。中繼器使用的目的是增傳輸介質的長度，它所連接的結點仍然共享一個沖突域，所以中繼器不屬于網絡互聯設備。 集線器的英文稱為“Hub”，即是“中心”的意思，集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網絡的傳輸距離，同時，把所有結點集中在以它為中心的節(jié)點上，建立起一個物理上的星型網絡結構。它工作于物理層并采用CSMA/CD介質訪問控制方式。 集線器在工作時具

12、有以下兩個特點。 （1） 集線器只是一個多端口的信號放大設備，它在網絡中只起到信號放大和發(fā)送作用。 （2） 集線器只與它的上連設備進行通信，而同層的各端口之間不會直接進行通信，而是通過上連設備再將信息廣播到所有端口上。 1網橋的功能及工作原理 網絡類似于中繼器，也是用于連接兩個網絡段，但它工作在數據鏈路層。網絡在工作時要先分析幀的地址字段，再決定是否把收到的幀轉發(fā)到另一個網絡段上去。即網橋接收到數據幀后，先檢查幀的源地址與目的地址，如果兩個地址在同一個網絡段上，就不轉發(fā)；如果兩個地址在不同的網絡段上，就把幀轉發(fā)到目的地址所在的網絡段上。 2網橋使用的原因 （1）許多大學的院系或公司的部門都有各

13、自的局域網，主要用于連接他們自己的個人計算機、工作站以及服務器。由于各院系或部門的工作性質不同，因此選用了不同的局域網，而它們之間又需要進行數據的相互交流，因而需要網橋。 （2）一個單位的建筑樓在地理位置上較分散，并且相距較遠，在各個地點建立一個局域網，再用網橋連接起來，可以節(jié)省開銷。 （3）有時需要將一個邏輯上單一的局域網分成多個局域網。（4）在有些情況下，相距較遠的兩臺主機之間的物理距離太遠，來回時延過長，網絡仍將不能正常工作。唯一的辦法是將局域網分段，在各段之間放置網橋。 （5）在一個單獨的局域網中，一個有缺陷的結點不斷地輸出無用的信息，這將破壞局域網的正常運行。網橋可以設置在局域網中的

14、關鍵部位，用于防止因單個結點失常而破壞整個系統(tǒng)。保證網絡運行的可靠性。 （6）大多數局域網接口都有一種混雜工作方式，在這種方式下，計算機接收所有的幀。如果網中多處設置網橋并謹慎地攔截無須轉發(fā)的重要信息。 3網橋的協(xié)議標準 IEEE 802.1與IEEE 802.5分別制定了透明網橋與源路由網橋的協(xié)議標準。 透明網橋的MAC地址表在網橋剛剛連接到局域網的時候是空的，但是透明網橋有一種有效的地址學習機制，可以使MAC地址表內容從無到有，逐漸地建立起來。 網橋互聯時難免會出現環(huán)狀結構，如圖5-10所示，這樣可能使網橋反復轉發(fā)同一個幀，給網絡增加了不必要的負擔，為了解決這個問題，透明網橋使用了生成樹算

15、法，而由該算法所制定的協(xié)議即稱為生成樹協(xié)議。生成樹協(xié)議的核心思想是讓網橋能夠自動發(fā)現一個沒有環(huán)路的拓撲結構的子網，也就是一個生成樹。 這種算法是從根網橋的選擇開始的。根網橋是整個拓撲結構的核心，所有的數據實際上都要通過根網橋。根網橋的選擇即是從網絡中選擇一個作為屬性拓撲的樹根；再讓每一個網橋決定通向該根網橋的最短路徑，這樣，各網橋就可以知道如何到達這個“中心”；接下來，每個局域網選擇其指定的網橋，或者與根網橋最接近的網橋。指定的網橋將把數據從局域網發(fā)送到根網橋；最后，是每個網段要選擇一個根端口，所謂根端口也即“用來向根網橋發(fā)送數據的端口”，它一般是該網段距離根網橋最近的端口，網段上的每一個端口

16、，甚至連接到終端系統(tǒng)的端口，都將參加這個根端口選擇，除非你將一個端口設置為“忽略”。一個網段只能有一個根端口，其它的端口都處于阻塞狀態(tài)，稱為阻塞端口。 生成樹協(xié)議有以下幾個特點： （1）生成樹協(xié)議提供一種控制環(huán)路的方法 采用這種控制環(huán)路的方法，在連接發(fā)生問題的時候，Ethernet能夠繞過出現故障的連接。 （2）生成樹中的根網橋是一個邏輯的中心 生成樹協(xié)議監(jiān)視整個網絡的通信。最好不要依賴設備的自動選擇去挑選哪一個網橋會成為根網橋。 （3）生成樹協(xié)議重新計算的開銷很大 恰當地設置主機連接端口并推薦使用快速生成樹協(xié)議。 4網橋的分類 網橋多種有分類方式： （1）從網橋的幀轉發(fā)策略來分 可以將網橋分

17、為透明網橋和源路由網橋。 （2）從網橋的端口數來分 可以將網橋分為雙端口網橋與多端口網絡。 （3）從網橋的連接線路來分 可以將網橋分為普通局域網網橋、無線網橋與遠程網橋。 5.3.4 交換機 交換機可以在它的多個端口之間建立并發(fā)連接，交換式Ethernet是典型的交換式局域網，它的核心部件就是Ethernet交換機。5.4.1 綜合布線系統(tǒng)的概念 綜合布線系統(tǒng)（Premises Distributed System，PDS），它是一種集成化通用傳輸系統(tǒng)，在建筑物和園區(qū)范圍內，利用雙絞線或光纜來傳輸信息，同時可以連接電話、計算機、會議電視和監(jiān)視電視等設備的結構化信息傳輸系統(tǒng)。 綜合布線系統(tǒng)使用標

18、準的雙絞線和光纖，支持高速率的數據傳輸。它一般使用物理分層星型拓撲結構。1系統(tǒng)的網絡拓撲 2子系統(tǒng)組成 綜合布線系統(tǒng)是由6個獨立的子系統(tǒng)所組成，這6個子系統(tǒng)為： （1）工作區(qū)子系統(tǒng) （2）配線子系統(tǒng) （3）干線子系統(tǒng) （4）設備間子系統(tǒng) （5）管理子系統(tǒng) （6）建筑群子系統(tǒng)3系統(tǒng)的主要部件（1）傳輸介質綜合布線系統(tǒng)中常用的傳輸介質為雙絞線和光纜 （2）連接部件 建筑群配線架（CD）。 建筑群干線電纜、建筑群干線光纜。 建筑物配線架（BD）。 建筑物干線電纜、建筑物干線光纜。 樓層配線架（FD）。 水平電纜、水平光纜。 轉接點（TP）。 信息插座（IO）。 通信引出端（TO）。4設備配置 綜合布

19、線系統(tǒng)的設備配置主要是指各種配線架、布線子系統(tǒng)、傳輸介質以及通信引出端等的配置。圖5-14 中小型單棟建筑的綜合布線系統(tǒng)網絡結構 在每個基本型工作區(qū)的干線中至少配有2對雙絞線。 在每個增強型工作區(qū)的干線電纜中至少有3對雙絞線。6系統(tǒng)標準 現在，綜合布線在參考系統(tǒng)布線的標準時，一般從以下幾個標準體系入手： （1）國際標準ISO/IEC 11801； （2）北美標準ANSI/TIA/EIA 568-B； （3）歐洲標準CELENEC EN50173； （4）中國標準GB/T50311-2000和GB/T 50312-2000。 我們在對布線的標準進行選擇時，主要考慮下面兩方面的因素： （1）用戶指

20、定，比如一些在華的歐洲公司，比較傾向于采用歐洲標準。 （2）根據綜合布線的性質和功能由布線系統(tǒng)集成商推薦選定。 7特點（1）兼容性 （2）開放性 （3）靈活性 2配線子系統(tǒng)設計 配線子系統(tǒng)是將干線子系統(tǒng)線路延伸到用戶的工作區(qū)。該系統(tǒng)是從各個子配線間出發(fā)連向各個工作區(qū)的信息插座。3干線子系統(tǒng)設計 干線子系統(tǒng)是綜合布線系統(tǒng)的主干，它包括供干線電纜走線用的垂直或水平通道；連接設備間與網絡接口、連接設備間與建筑群子系統(tǒng)、連接干線接線間與各衛(wèi)星接線間以連接主設備間和計算機中心間的電纜。 干線子系統(tǒng)設計要遵守以下4點原則：（1）確定所需的電纜對數與和主干電纜時要考慮語音和數據信號的共享原則。（2）最短、最安全、最經濟等方面來進行路由選擇。（3）干線電纜可采用點對點端接，也可采用分去遞減端接或電纜直接連接的方法。（4）若設備間與計算機中心機房處于不同地點，則應把語音電纜接入設備間，數據電纜