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第第2章章局域网组建技术局域网组建技术本章主要内容本章主要内容局域网拓朴结构局域网拓朴结构局域网硬件设备与传输介质局域网硬件设备与传输介质集线器与交换机工作原理集线器与交换机工作原理网络硬件设备组建局域网网络硬件设备组建局域网局域网的主要特点局域网的主要特点1.覆盖有限的地理范围2.传输速率高（通常在10Mb/s1000Mb/s之间）3.误码率低（通常低于10-8）误码率误码率是衡量信道传输质量的常用指标之一，它是接收端所收到的错误比特数与所收到的总比特数之比的统计平均值。4.单位自己建设和拥有，易于维护和管理按照传输介质分类有线局域网无线局域网按照拓扑结构分类按照拓扑结构分类总线型拓扑结构总线型拓扑结构环型拓扑结构环型拓扑结构星型拓扑结构星型拓扑结构蜂窝拓扑结构蜂窝拓扑结构总线型拓扑结构总线型拓扑结构所有节点都连接到一条作为公共传输介质的总线上信息的传输以“共享介质”方式进行总线型的优越性总线型的优越性一个节点失效不影响其他节点的工作节点的增删不影响全网的运行结构简单接入灵活扩展容易可靠性高总线型的优越性总线型的优越性一个节点失效不影响其他节点的工作节点的增删不影响全网的运行结构简单接入灵活扩展容易可靠性高环形拓扑结构环形拓扑结构特点：以共享介质方式进行数据传输每个节点都与两个相邻的节点相连节点之间采用点到点的链路网络中的所有节点构成一个闭合的环环中的数据沿着一个方向绕环逐站传输环形的主要问题环形的主要问题环中某一位置的断开将导致整个网络瘫痪星形拓扑结构星形拓扑结构特点存在一个中心节点每个节点通过点到点的链路与中心节点连接所有通信都通过中心节点进行交换局域网是一种典型的星形拓扑结构蜂窝拓扑结构蜂窝拓扑结构特点：基本在无线网络中使用点到点和点到多点传输特征（手机网络）局域网中数据传输局域网中数据传输传输数据单元在局域网中可以被看做是比特流的一个分组（数据帧）数据帧的传输识别主要靠计算机的MAC地址为协助确定以太网中的源地址和目的地址，创建了称为介质访问控制(MAC)地址的唯一标识符。MAC编址作为第2层PDU的一部分添加上去。以太网MAC地址是一种表示为12个十六进制数字的48位二进制值。IEEE要求厂商遵守两条简单的规定：分配给网卡或其它以太网设备的所有MAC地址都必须使用厂商分配的OUI作为前3个字节。OUI相同的所有MAC地址的最后3个字节必须是唯一的值（厂商代码或序列号）。MAC地址通常称为烧录地址(BIA)，因为它被烧录到网卡的ROM（只读存储器）中。局域网的硬件设备局域网的硬件设备网卡1.普通网卡2.服务器专用网卡3.笔记本专用网卡PCMCIA（PERSONALCOMPUTERMEMORYCARDINTERNATIONALASSOCIATION）4.无线网卡局域网传输介质局域网传输介质1.传输介质传输信号经过的各种物理环境物理上将计算机相互连接起来的介质2.传输介质的种类同轴电缆非屏蔽双绞线（UTP）屏蔽双绞线（STP）光缆传输介质的种类传输介质的种类同轴电缆同轴电缆同轴电缆的特点同轴电缆的特点1.优点传输距离较远，覆盖的地域范围较大技术非常成熟2.缺点电缆硬，折曲困难，重量重3.局域网常用同轴电缆粗同轴电缆：特征阻抗50，直径1cm细同轴电缆：特征阻抗50，直径0.5cm4.同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线非屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线和RJ-45连接器连接器非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线1.优点尺寸小、重量轻、容易弯曲价格便宜容易安装和维护RJ-45连接器牢固、可靠2.缺点抗干扰能力较弱传输距离比较短UTP分为：3类线、4类线、5类线和超5类线UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线屏蔽双绞线屏蔽双绞线1.优点传输质量较高电缆尺寸和重量与UTP相当2.缺点安装不合适有可能引入外界干扰光纤光纤1.光缆的特点(1)优点传输速率高传输距离远传输损耗低抗干扰能力强(2)缺点价格相对较高安装比较困难2.光纤的分类多模光纤单模光纤（传输质量比多模光纤好）3.光缆适合于楼宇内部的结构化布线光纤分类光纤分类光纤的种类很多，根据不同的标准有不同的分类。按在计算机网络中传输点模数的不同分类：1)单模光纤(SMF)只传输一种模式的光，没有色散，传输的频带宽，能载送的信息量比多模光纤大得多。而单模光纤却比多模光纤还要细得多，直径只有0.01毫米，只有头发丝粗细的110。单模光纤使用的则是激单模光纤使用的则是激光二极管（光二极管（LD）。）。2)多模光纤多模光纤光纤的直径大约为0.1毫米，与头发丝的粗细差不多，射入这种光纤的光在传输时有多种不同的传输模式，所以叫做多模光纤。不同模式的传输速度不同，使传输的频带变窄，载送的信息量也相对少些。多模光纤使用发。多模光纤使用发光二极管（光二极管（LED）作为发光设备）作为发光设备.非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线1.非屏蔽双绞线由4对导线组成2.常用的颜色与线号的对应关系橙（2）和橙白（1）绿（6）和绿白（3）蓝（4）和蓝白（5）棕（8）和棕白（7）双绞线互相缠绕互相缠绕的目的就是利用铜线中电流产生的电磁场互相作用抵消邻近线路的干扰并减少来自外界的干扰。每对线在每英寸长度上相互缠绕的次数决定了抗干扰的能力和通讯的质量，缠绕得越紧密其通讯质量越高，就可以支持更高的网络数据传送速率，当然它的成本也就越高。10M/100M以太网中的非屏蔽双绞线以太网中的非屏蔽双绞线1.10Mbps/100Mbps以太网利用非屏蔽双绞线中的两对线进行信息传输2.10Mbps/100Mbps以太网使用的线对发送：1（橙白）、2（橙）接收：3（绿白）、6（绿）RJ-45接头和接口接头和接口基本连接规则基本连接规则自己的发线要与对方的的收线相连自己的发线要与对方的的收线相连自己的收线要与对方的的发线相连自己的收线要与对方的的发线相连正线，即直通线直通线，标准568B）：两端线序一样，从左至右线序是：白橙，橙，白绿，白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕。蓝，白蓝，绿，白棕，棕。反线，即交叉线交叉线，（568A）：一端为正线的线序，另一端为从左至右：白绿，绿，白绿，绿，白橙，蓝，白蓝，橙，白棕，棕。白橙，蓝，白蓝，橙，白棕，棕。直通直通UTP电缆电缆直通直通UTP电缆的使用环境（电缆的使用环境（1）1.计算机与集线器相连直通直通UTP电缆的使用环境（电缆的使用环境（2）2.利用集线器的直通级联端口与另一集线器的普通交叉端口级联交叉交叉UTP电缆电缆交叉交叉UTP电缆的使用环境电缆的使用环境利用集线器的普通交叉端口与另一集线器的普通交叉端口级联局域网协议和模型局域网协议和模型1.局域网通信建立在物理层和数据链路层2.局域网通信大多数共享通信信道3.以太网主要使用CSMA/CD的介质访问控制方法（协议）处理局域网中计算机之间的数据通信介质访问控制方法（介质访问控制方法（1）1.问题的提出传统的局域网是“共享”式局域网共享式局域网的传输介质是共享的数据传输应该按照“半双工”方式进行两个或多个节点同时发送将产生“冲突”冲突管理传统的以太网-半双工基于共享的介质，每次只有一个站点能够成功发送。随着更多的设备加入以太网，帧的冲突量大幅增加。当前的以太网-全双工交换机可以隔离每个端口，只将帧发送到正确的目的地（如果目的地已知），而不是发送每个帧到每台设备，数据的流动因而得到了有效的控制。介质访问控制方法（介质访问控制方法（2）2.主要任务尽量避免“冲突”的发生解决“冲突”发生时产生的问题3.对传输介质进行控制通常采用分散方式网络中的所有节点都参与对共享介质的访问控制4.常用的介质访问控制方法带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法以太网的发送以太网的发送先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发以太网的接收以太网的接收以太网以太网采用分布式介质访问控制方法，没有集中控制中心采用竞争机制，网中的所有节点具有相同的优先级发送等待延迟不固定比较适宜于低负载和中负载应用环境实现容易，组网方便最常使用的一种局域网以太网-标准和实施1980年，DigitalEquipmentCorporation、Intel和Xerox(DIX)协会发布了第一个以太网标准。1985年，本地和城域网的电气电子工程师协会(IEEE)标准委员会发布了LAN标准。以太网在OSI模型的下两层，也就是数据链路层数据链路层和物理层物理层上运行。太网-第1层和第2层以太网在第1层上涉及信号、在介质中传输的比特流、将信号放到介质上的物理组件以及各种拓扑，它在设备之间的通信中扮演主要角色。数据链路子层极大地促进了技术兼容性和计算机通信。MAC子层子层负责将要用于传送信息的物理组件，并且准备通过介质传输的数据。逻辑链路控制逻辑链路控制(LLC)子层子层保持通信过程所用物理设备的相对独立性。主要内容集线器工作原理交换机工作原理集线器简介集线器的英文名称就是我们通常见到的“HUB”，英文“HUB”是“中心”意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。集线器的主要功能和特性集线器的主要功能和特性以太网的集中连接点放大接收到的信号以广播方式传输数据无过滤功能、无路经检测或交换功能不同速率的集线器不能级联利用集线器组成的大型共享式以太网利用集线器组成的大型共享式以太网共享式以太网存在的主要问题共享式以太网存在的主要问题1.覆盖的地理范围有限CSMA/CD规定：以太网覆盖的地理范围随网络速度的增加而减小2.网络总带宽容量固定以太网的固定带宽被网络中的所有节点共同拥有节点增加，冲突概率增大，带宽浪费也越严重3.不能支持多种速率以太网的传输介质是共享的交换的提出交换的提出1.共享以太网存在的问题的解决方法：分段2.何谓分段？将大型以太网分割成两个或多个小型以太网每个段使用CSMA/CD介质访问控制方法维持段内用户的通信段与段之间通过“交换”设备沟通交换设备在一段接收信息，经处理后转发给另一段利用集线器组成的大型共享式以太网利用集线器组成的大型共享式以太网交换机交换机1.交换机(Switch)也叫交换式集线器，是一种工作在OSI第二层(数据链路层)上的、基于MAC(网卡的介质访问控制地址)识别、能完成封装转发数据包功能的网络设备。2.它通过对信息进行重新生成,并经过内部处理后转发至指定端口,具备自动寻址能力和交换作用。3.交换机不懂得IP地址，但它可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。4.交换机上的所有端口均有独享的信道带宽,以保证每个端口上数据的快速有效传输。5.由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，而不会向所有端口发送，避免了和其它端口发生冲突，因此，交换机可以同时互不影响的传送这些信息包，并防止传输冲突，提高了网络的实际吞吐量。以太网交换机组网以太网交换机组网将一台计算机直接连到交换机端口该计算机独享该端口提供的带宽将一个网段连到交换机端口该网段上的所有计算机共享该端口提供的带宽以太网交换机的工作过程以太网交换机的工作过程数据转发方式数据转发方式直接交换测到目的地址字段，立即转发存储转发交换完整地接收整个数据，对数据进行差错检测改进的直接交换接收数据头部，判断头部字段是否正确地址学习地址学习1.建立端口/MAC地址映射表需要解决的问题交换机怎样知道哪台计算机连接哪个端口交换机怎样维护地址映射表以保持其“新鲜”2.地址学习读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口（节点只要发送信息，交换机就能建立该表项）利用计时器维护表项的“新鲜”性建立地址表交换机在刚打开电源时，其MAC地址表是一片空白。交换机将根据帧中的源MAC地址更新地址表。当一台计算机打开电源后，安装在该系统中的网卡会定期发出空闲包或信号，交换机即可据此得知它的存在及其MAC地址，这就是所谓自动地址学习。由于交换机能够自动根据收到的以太网帧中的源MAC地址更新地址表的内容，所以交换机使用的时间越长，学到的MAC地址就越多，未知的MAC地址就越少，因而广播的包也越少，速度也越快。更新地址表交换机不会永久性地记住所有的端口号-MAC地址关系。由于交换机中的内存有限，它能够记忆的MAC地址的数量也是有限的。因此，就必须赋予其相应的忘却机制，从而吐故纳新。事实上，工程师为交换机设定了一个自动老化时间，若某MAC地址在一定时间内(以太网默认为300秒)不再出现，那么，交换机将自动把地址从地址表中清除。而当该MAC地址重新出现时，将被当作新地址处理。并发传递数据交换机与集线器最大差别在于交换机能够记忆站点连接的端口，因此，除广播包和未知MAC地址的数据包外，无需广播即可将该包直接转发至目的端口。由于不必广播，所以，不同端口间的转发可以并行操作，也就是说交换机的每个端口都是一个独立的冲突域。即在各端口间建立起了一座立交桥，使得不同流向的数据各行其道，每个端口均能够独享固定带宽，传输速率几乎不受计算机数量增加的影响。通信过滤通信过滤1.目的：隔离本地信息，避免不必要的数据流动2.方法：利用端口/MAC地址映射表和帧的目的地址决定是否转发或转发到何处如果地址表中不存在帧的目的地址，交换机则需要向除接收端口以外的所有端口转发通信过滤举例通信过滤举例案例一：办公局域网计算机4台、打印机1台、交换机1台、网线若干米。案例二：网吧计算机100台、5台24口交换机、网线若干米。