第5章--局域网技术-四级网络工程师-课件.ppt

第5本章要点：本章要点：5.1 5.2 Ethernet组网技术 5.3 5.4 综合布线技术5.1 局域网的基本概念5.1.1 交换式局域网5.1.2 虚拟局域网5.1.3 OSI参考模型5.1.1 交换式局域网 交换式局域网的核心设备使局域网交换机，它的特点是低交换延迟；能支持不同的传输速率和工作模式以及支持虚拟局域服务。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。它主要采用两种转发方式：快捷交换方式与存储转发交换方式。典型的交换式局域网使交换式以太网，它的核心部件是以太网交换机。以太网交换机可以有多个端口，每个端口可以单独与一个结点连接，也可以与一个共享介质式的以太网集线器连接。5.1.2 虚拟局域网 1999年IEEE公布了关于VLAN的802.1Q标准。一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。可以根据功能或应用等因素将它们组织起来，相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样。局域网的组网方法一般以以下四种：（1）虚拟网络建立在局域网交换机之上（2）用MAC地址定义虚拟网（3）用网络层地址定义虚拟网（4）IP广播组虚拟局域网5.1.3 OSI参考模型 国际标准组织制定了OSI模型。这个模型把网络通信的工作分为7层，OSI参考模型的全称是开放系统互连参考模型，它是由国际标准化组织（International Standard Organization，ISO）提出的一个网络系统互连模型。各层的功能分别如下：（1）物理层 该层为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体。在这一层，数据的单位称为比特。（2）数据链路层 数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。这一层的数据的单位称为帧（frame）。（3）网络层 网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，还实现拥塞控制、网际互连等功能。这一层的数据的单位称为数据包。（4）传输层 传输层是第一个端到端，即主机到主机的层次，它将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。同时，该层还处理端到端的差错控制和流量控制问题。这一层的数据的单位称为数据段。（5）会话层 会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步。（6）表示层 表示层对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据的加密、压缩、格式转换等。（7）应用层应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。5.2 Ethernet组网技术 5.2.1 Ethernet的命名5.2.2 10BASE-T标准Ethernet组网技术5.2.3 快速Ethernet组网技术5.2.1 Ethernet的命名 通过Ethernet的各物理层标准对其进行命名，它的名称由三部分组成。表5-1 Ethernet的物理层标准命名格式IEEE802.3 x （Mb/s）Type-yName（局域网名称）x为该Ethernet数据传输的速率，单位是Mb/s；Type为传输的方式，基带或频带；y为网络的最大长度，单位是100m；Name是局域网的名称。图5-3 用集线器连接多个结点的Ethernet图5-5 为堆叠式集线器的Ethrenet 图5-6 多集线器级联的Ethernet5.2.3 快速Ethernet组网技术 1IEEE 802.3u协议 1995 年颁布的IEEE 802.3u，可支持100M 的数据传输速率，并且与100 BASE-T 一样可支持共享式与交换式两种使用环境，在交换式Ethernet环境中可以实现全双工通信。IEEE 802.3u 在MAC 子层仍采用CSMA/CD 作为介质访问控制协议，并保留了IEEE 802.3 的帧格式。但是，为了实现100M 的传输速率，在物理层作了一些重要的改进。图5-7 IEEE 802.3u的体系结构2MII接口 为了屏蔽下层不同的物理细节，100BASE-T为MAC 和高层协议提供了一个100M 传输速率的公共透明接口，其功能与Ethernet的AUI接口相同。MII接口向上通过MAC子层的接口提供载波侦听与冲突检测的信号，向下支持10Mb/s与100Mb/s的接口，同时集线器可与其交换控制信息。3100BASE-TX、100BASE-T4与100BASE-FX 100BASE-T一般包括：100BASE-TX、100BASE-T4与100BASE-FX 3种传输介质标准。表5-2 三种物理层标准的对比 物理层协议线缆线缆对数最大分段长度编码优点100BASE-T43类4类 5类UTP4对3对：数据传输1对：检测冲突100m8B/6T3类UTP100BASE-TX5类UTP/RJ45接头1类UTP/DB-9接头2对2对100m4B/5B全双工100BASE-FX62.5UM单模/12UM多模光纤ST或SC光纤连接器2对415m4B/5B-NRZI全双工长距离4全双工与半双工 全双工是指接收与发送采用两个相互独立的通道，可同时进行，互不干扰。而半双工则是接收与发送共用一个通道，同一时刻只能发送或只能接收，所以半双工可能会产生冲突。5100Mb/s与10Mb/s速率的自动协商 在100Base-T问世以后，在Ethernet的连接器上出现的信号可能是多种不同的Ethernet信号包括10Base-T半双工、10base-T全双工、100base-TX半双工、100Base-TX全双工或100Base-FX全双工等工作模式中的任一种。为了简化管理，推出了10Mb/s与100Mb/s的自动协商模式。5.3 局域网设备选型5.3.1 中继器5.3.2 集线器5.3.3 网桥5.3.4 交换机5.3.1 中继器 中继器工作于物理层，它对高层协议是透明的。其一，它只能对传输介质上的信号进行信号增强与转发；其二，他的作用只是增加传输距离，它不改变帧的内容；其三，它所连接的几个网络段仍属于这个局域网，只要该局域网中任一结点发送了数据，其他的结点都可以接收到这个数据，它们共享了一个冲突域。因此，中继器不属于网络互联设备。图5-8 Ethernet中用中继器连接两个结点 理论上说，中继器是可以把网络延长到任意的传输距离，但一般网络都有限制一对工作站之间所加入的中继器的最大数量。Ethernet中限制最多只能使用4 个中继器，即最多由5 个网段组成。5.3.2 集线器 集线器的英文称为“Hub”，即是“中心”的意思，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，把所有结点集中在以它为中心的节点上，建立起一个物理上的星型网络结构。它工作于物理层并采用CSMA/CD介质访问控制方式。集线器在工作时具有以下两个特点。（1）集线器只是一个多端口的信号放大设备，它在网络中只起到信号放大和发送作用。（2）集线器只与它的上连设备进行通信，而同层的各端口之间不会直接进行通信，而是通过上连设备再将信息广播到所有端口上。5.3.3 网桥1网桥的功能及工作原理 网络类似于中继器，也是用于连接两个网络段，但它工作在数据链路层。网络在工作时要先分析帧的地址字段，再决定是否把收到的帧转发到另一个网络段上去。即网桥接收到数据帧后，先检查帧的源地址与目的地址，如果两个地址在同一个网络段上，就不转发；如果两个地址在不同的网络段上，就把帧转发到目的地址所在的网络段上。（5）在一个单独的局域网中，一个有缺陷的结点不断地输出无用的信息，这将破坏局域网的正常运行。网桥可以设置在局域网中的关键部位，用于防止因单个结点失常而破坏整个系统。保证网络运行的可靠性。（6）大多数局域网接口都有一种混杂工作方式，在这种方式下，计算机接收所有的帧。如果网中多处设置网桥并谨慎地拦截无须转发的重要信息。3网桥的协议标准 IEEE 802.1与IEEE 802.5分别制定了透明网桥与源路由网桥的协议标准。透明网桥的MAC地址表在网桥刚刚连接到局域网的时候是空的，但是透明网桥有一种有效的地址学习机制，可以使MAC地址表内容从无到有，逐渐地建立起来。网桥互联时难免会出现环状结构，如图5-10所示，这样可能使网桥反复转发同一个帧，给网络增加了不必要的负担，为了解决这个问题，透明网桥使用了生成树算法，而由该算法所制定的协议即称为生成树协议。生成树协议的核心思想是让网桥能够自动发现一个没有环路的拓扑结构的子网，也就是一个生成树。图5-10 网桥互联的环状结构 这种算法是从根网桥的选择开始的。根网桥是整个拓扑结构的核心，所有的数据实际上都要通过根网桥。根网桥的选择即是从网络中选择一个作为属性拓扑的树根；再让每一个网桥决定通向该根网桥的最短路径，这样，各网桥就可以知道如何到达这个“中心”；接下来，每个局域网选择其指定的网桥，或者与根网桥最接近的网桥。指定的网桥将把数据从局域网发送到根网桥；最后，是每个网段要选择一个根端口，所谓根端口也即“用来向根网桥发送数据的端口”，它一般是该网段距离根网桥最近的端口，网段上的每一个端口，甚至连接到终端系统的端口，都将参加这个根端口选择，除非你将一个端口设置为“忽略”。一个网段只能有一个根端口，其它的端口都处于阻塞状态，称为阻塞端口。生成树协议有以下几个特点：（1）生成树协议提供一种控制环路的方法 采用这种控制环路的方法，在连接发生问题的时候，Ethernet能够绕过出现故障的连接。（2）生成树中的根网桥是一个逻辑的中心 生成树协议监视整个网络的通信。最好不要依赖设备的自动选择去挑选哪一个网桥会成为根网桥。（3）生成树协议重新计算的开销很大 恰当地设置主机连接端口并推荐使用快速生成树协议。4网桥的分类 网桥多种有分类方式：（1）从网桥的帧转发策略来分 可以将网桥分为透明网桥和源路由网桥。（2）从网桥的端口数来分 可以将网桥分为双端口网桥与多端口网络。（3）从网桥的连接线路来分 可以将网桥分为普通局域网网桥、无线网桥与远程网桥。5.3.4 交换机 交换机可以在它的多个端口之间建立并发连接，交换式Ethernet是典型的交换式局域网，它的核心部件就是Ethernet交换机。5.4 综合布线技术5.4.1 综合布线系统的概念5.4.2 综合布线技术5.4.3 综合布线系统的子系统设计5.4.1 综合布线系统的概念 综合布线系统（Premises Distributed System，PDS），它是一种集成化通用传输系统，在建筑物和园区范围内，利用双绞线或光缆来传输信息，同时可以连接电话、计算机、会议电视和监视电视等设备的结构化信息传输系统。综合布线系统使用标准的双绞线和光纤，支持高速率的数据传输。它一般使用物理分层星型拓扑结构。综合布线系统是针对计算机与通信的配线系统而设计的，它可以满足各种不同的计算机与通信的要求，其中包括：（1）模拟、数字语音系统。（2）高、低速数据系统。（3）需要传输的如传真机、图形终端、绘图仪图像信息。（4）电视会议与安全监视系统等视频信号。（5）28个VHF宽带视频信号。（6）建筑物的安全报警和空调控制系统的传感器信号。5.4.2 综合布线技术 1系统的网络拓扑 图5-11 一个星型拓扑结构的综合布线系统2子系统组成 综合布线系统是由6个独立的子系统所组成，这6个子系统为：（1）工作区子系统（2）配线子系统（3）干线子系统（4）设备间子系统（5）管理子系统（6）建筑群子系统3系统的主要部件 （1）传输介质 综合布线系统中常用的传输介质为双绞线和光缆 （2）连接部件 建筑群配线架（CD）。建筑群干线电缆、建筑群干线光缆。建筑物配线架（BD）。建筑物干线电缆、建筑物干线光缆。楼层配线架（FD）。水平电缆、水平光缆。转接点（TP）。信息插座（IO）。通信引出端（TO）。图5-12 综合布线系统的子系统组成 图5-13 综合布线主要连接部件4设备配置 综合布线系统的设备配置主要是指各种配线架、布线子系统、传输介质以及通信引出端等的配置。图5-14 中小型单栋建筑的综合布线系统网络结构 5设计等级 综合布线可以分为以下3个等级：（1）基本型综合布线系统 基本型综合布线系统是一个经济有效的布线方案。其特点为：每个工作区有1个信息插座；每个工作区有1条水平布线4对非屏蔽双绞线。完全采用夹接式交接硬件。每个工作区的干线电缆至少有1对双绞线。（2）增强型综合布线系统 增强型综合布线系统不仅支持语音和数据的应用,还支持图像,影像,影视,视频会议等，它的特点为：每个工作区有2个以上信息插座。每个工作区的配线电缆为2条4对非屏蔽双绞线。采用夹接式或插接式交接硬件。每个工作区的干线电缆至少有2对双绞线。（3）综合型布线系统 综合型布线系统是将双绞线和光缆纳入建筑物布线的系统，其特点为：在基本型和增强型综合布线系统的基础上增设光缆系统。在每个基本型工作区的干线中至少配有2对双绞线。在每个增强型工作区的干线电缆中至少有3对双绞线。6系统标准 现在，综合布线在参考系统布线的标准时，一般从以下几个标准体系入手：（1）国际标准ISO/IEC 11801；（2）北美标准ANSI/TIA/EIA 568-B；（3）欧洲标准CELENEC EN50173；（4）中国标准GB/T50311-2000和GB/T 50312-2000。我们在对布线的标准进行选择时，主要考虑下面两方面的因素：（1）用户指定，比如一些在华的欧洲公司，比较倾向于采用欧洲标准。（2）根据综合布线的性质和功能由布线系统集成商推荐选定。7特点（1）兼容性（2）开放性（3）灵活性（4）可靠性（5）先进性（6）经济性5.4.3 综合布线系统的子系统设计1工作区子系统设计 工作区子系统由终端设备连接到信息插座之间的设备组成。包括：信息插座、插座盒、连接跳线和适配器组成。图5-15 工作区子系统 工作区子系统的设计主要考虑信息插座和适配器两方面：（1）信息插座（2）适配器 工作区适配器的选用应符合下列要求：在设备连接器处采用不同信息插座的连接器时，可以用专用电缆或适配器。当在单一信息插座上进行两项服务时，应用“Y”型适配器。在配线子系统中选用的电缆类型不同于设备所需的电缆类型时以及在连接使用不同信号的数模转换时，应采用适配器。根据工作区内不同的电信终端设备可配备相应的终端匹配器2配线子系统设计 配线子系统是将干线子系统线路延伸到用户的工作区。该系统是从各个子配线间出发连向各个工作区的信息插座。3干线子系统设计 干线子系统是综合布线系统的主干，它包括供干线电缆走线用的垂直或水平通道；连接设备间与网络接口、连接设备间与建筑群子系统、连接干线接线间与各卫星接线间以连接主设备间和计算机中心间的电缆。图5-16 干线子系统干线子系统设计要遵守以下4点原则：（1）确定所需的电缆对数与和主干电缆时要考虑语音和数据信号的共享原则。（2）最短、最安全、最经济等方面来进行路由选择。（3）干线电缆可采用点对点端接，也可采用分去递减端接或电缆直接连接的方法。（4）若设备间与计算机中心机房处于不同地点，则应把语音电缆接入设备间，数据电缆接入计算机中心机房，选择干线电缆的不同部分来分别满足语音和数据的需要，也可在必要时采用光缆。4设备间子系统设计 设备间子系统是在每一幢大楼的适当地点设置电信设备和计算机网络设备，以及建筑物配线设备，进行网络管理的场所。设备间内的所有总配线设备应用色标区别各类用途的配线区。5管理子系统设计 管理子系统对综合布线系统中的布线电缆进行端接和配线管理。如图5-17所示它常设置在大楼的中央设备机房和各个楼层的分配线间。管理子系统还应该注意以下6点：（1）配线间的进出线路以及跳线应采用色表或者标签等进行明确标识。（2）交换区应有良好的标记系统。（3）配线架采用光配线盒和铜配线架组成。（4）供电、接地、通风良好，机械承重合适.（5）有Hub、交换机的地方要配有专用稳压电源。（6）采取防尘、防静电、防火和防雷击措施。图5-17 管理子系统 6建筑群子系统设计 建筑群子系统是综合布线系统中由连接楼群的通信传输介质与各种支持设备组成的系统，它包括有传输介质、各种有线设备和微波、无线电通信等无线通信方式。建筑群子系统布线有以下3种方式：（1）地下管道敷设方式（2）直埋沟内敷设方式（3）架空方式 建筑群子系统设计的步骤如下：（1）了解敷设现场并确定电缆系统的一般参数。（2）确定建筑物的电缆入口、明显障碍物的位置。（3）确定主电缆路由和另选电缆路由。（4）选择所需电缆类型（5）确定每种选择方案所需成本（6）选择最经济、最实用的设计方案。