局域網組網原理(yuánlǐ)與技術精品資料1局域網的四大實現技術要設計和組建一個實用的局域網，通常要涉及下面(xiàmian)4項基本網絡技術：網絡拓撲結構傳輸介質和介質的訪問控制方式通信協議布線技術精品資料22.2局域網的拓撲結構選擇網絡的拓撲結構，是網絡設計的第一步。局域網和廣域網的最大區別就是：它覆蓋的地理范圍(fànwéi)有限。局域網的設計中，一旦選定某種拓撲結構，則同時還要選擇一種適合于該拓撲結構的局域工作方法和信息傳輸方式。精品資料3局域網拓撲結構的選擇原則價格：網絡的拓撲結構直接影響到網絡的安裝和維護費用。速率：網絡的拓撲結構直接關系到系統的數據傳輸速率和帶寬。規模：網絡的拓撲結構直接與網絡的規模相關。在設計一個網絡時，要考慮該網絡中包含多少(duōshǎo)個節點，節點的分布情況，節點間的流量，專用服務器的位置及數量等精品資料4目前，局域網設計中廣泛采用的幾種物理拓撲(tuòpū)結構是：總線型環型星型結構樹型結構精品資料52.2.1總線型拓撲結構總線型網絡(wǎngluò)的邏輯拓撲如下主要特點：①所有工作站和服務器共享一條公共信道。②是一種廣播式網絡。一個工作站發送的數據能被網絡上的任何節點接收到。③工作站接收信息的方式是：當它收到信息后會對該信息中的目的地址進行檢查，如果目的地址與本機地址一樣，就接收該信息，否則(fǒuzé)，拒絕接收該信息。（將網卡的工作模式設為混雜模式可以接收所有的數據包。精品資料6總線型拓撲結構的典型應用(yìngyòng)是以太網(Ethernet)，其中最典型的是，細纜以太網—10BASE2和粗纜以太網--10BASE5。精品資料7總線(zǒnɡxiàn)拓撲結構的優點結構簡單靈活可靠性高在低負荷時，網絡響應速度較快。硬件設備少，網絡的造價低。容易安裝和配置。共享能力強，適用于廣播式網絡。精品資料8總線型網絡的缺點故障(gùzhàng)診斷困難。一個鏈路故障(gùzhàng)，將會破壞網絡上所有節點的通信。當網絡電纜出現故障(gùzhàng)時，檢測工作要涉及整個網絡。網絡擴充不便。在總線型網絡上增加節點時，需要斷開相鄰節點，整個網絡都會停止工作。因此，這種網絡擴展性很差。信號隨距離的增加而衰減，因此，總線型網絡的傳輸距離受到限制?？偩€的帶寬成為網絡的瓶頸，總線上的節點共享、爭用一條公共信道，因此，當網絡中的節點數目較多時，網絡性能會急劇下降。精品資料9單個網段的長度受到嚴格的限制，因而負載能力有限。10BASE2的單網段最大節點數目為185個。適用場合小型(xiǎoxíng)辦公自動化系統實驗室游戲廳小型(xiǎoxíng)信息管理系統精品資料101.令牌環網的原理(yuánlǐ)令牌環是由許多環接口(干線耦合器)通過點到點線路連接而成的。在令牌網中，當所有站點都空閑時，一種特殊格式的幀---令牌，它總在繞環運行。其中，某個比特位叫令牌比特（0=閑，1=忙）。當一個站點要想發送一幀時，必須抓住空閑令牌，并將令牌比特置為1。每個比特到達接口后，先復制到1比特緩沖區中，然后再重新輸出到環上，在輸出到環上之前，比特將被檢查并可能被修改，這個(zhège)過程造成了每個接口處1比特延遲。

精品資料11令牌環路工作過程：

假設A站為發送數據站，C站為接收數據站。

①令牌環初始化后，只有空令牌在環上流動(liúdòng)。

②令牌經過D站，D站沒有數據發送，只是將其轉發；經過A站時，A站有數據發送，將令牌截獲，將其從環上移去。ADCBADCB精品資料12③A站轉為發送方式，發送數據(shùjù)到環上。數據(shùjù)經過B站，B站檢查地址與自己不符，只是轉發；到達C站后，與站點的地址相匹配，C站復制該幀，在幀內設置一些狀態位，并將該幀轉發給其鄰居，這個幀繼續在環內發送。ADCB精品資料13④該數據幀在環路上轉了一圈后，最后(zuìhòu)回到原站A，此時，A站不再對該幀進行轉發，而是對返回的數據進行檢查，判斷是否發送成功。⑤A站發送成功后，必須產生一個新的令牌，并將它發往下一站。這樣，環中又有令牌在流動，等待某個站截獲它。ADCBADCB精品資料142.2.3星型拓撲(tuòpū)1.星型拓撲的特點:①每個節點通過(tōngguò)中央設備收發數據.②中央設備在信號分發之前,對其放大和再生.精品資料15這是一種對前幾種拓撲結構的綜合。主要是對總線拓撲結構和星形拓撲結構的擴展，從而構成一個完整的、龐大的網絡系統(xìtǒng)。這種結構由于便于擴展，性能好，在大型網絡中廣泛應用。hubhubhubhub精品資料162.星型拓撲(tuòpū)的拓撲(tuòpū)結構問題邏輯拓撲(tuòpū)與物理拓撲(tuòpū)的關系問題邏輯拓撲(tuòpū):是指局域網節點間的信息流動形式,或者說是傳輸介質的訪問控制方式.物理拓撲(tuòpū):是指局域網中各部件的外部連接形式.因此,邏輯結構屬于總線型或環型拓撲(tuòpū)的局域網,其物理拓撲(tuòpū)結構也可以是星型或其他物理結構.精品資料17共享式集線器10BASET以太網IBMTokenBus網絡(wǎngluò)精品資料18目前,廣泛采用的以交換機為中心(zhōngxīn)的交換式局域網的物理拓撲結構和邏輯拓撲結構都是星型拓撲.在交換式局域網中,作為中心(zhōngxīn)節點的交換機可以為多對通信節點之間,建立并發的邏輯連接通道.交換式集線器交換式局域網精品資料19局域網的基本(jīběn)組成軟件系統網絡操作系統網絡管理軟件(ruǎnjiàn)網絡應用軟件網絡的核心軟件網絡服務器網絡工作站網絡適配器(網卡)網絡傳輸介質電纜雙絞線光纖其他配件網絡連接與互聯設備收發器、中繼器，集線器、網橋、交換機路由器、網關硬件系統精品資料20網絡(wǎngluò)服務器網絡主干服務器:這些服務器是網絡的管理服務器,能夠實現對計算機、用戶或資源等對象(duìxiàng)的控制和管理，并能提供各種網絡服務。網絡的功能服務器（應用服務器）打印服務器通信和遠程訪問服務器Web服務器DNS服務器DHCP服務器精品資料21網絡服務器物理設備的選擇與配備(1)集成的服務器主要應用在中小型網絡中。在一臺物理設備上，通過軟件的安裝與配置，使其同時(tóngshí)充當主控服務器和各種應用服務器的角色。（2）專用服務器在較大的網絡中，采用專用的服務器完成專門的工作。精品資料22精品資料23選購服務器時需要考慮的主要因素(yīnsù)價格因素(yīnsù)。在中小型網絡中，服務器的負荷一般會比其他的工作站的負荷要高得多，因此，不要使用一般的微機作為服務器，而應當選擇專業服務器生產廠家的產品。在網絡工程預算中，一般購買服務器的費用應占總投資的10%~20%。精品資料24系統的開放性、可擴展性、應用軟件的支持、生產廠商的技術支持等。服務器的總體性能。CPU的速度、內存容量、硬盤等。例如(lìrú)：主干服務器Web服務器CPU性能(xìngnéng)和個數內存容量和性能快速總線和熱插拔技術多CPU快速總線技術快速和大容量硬盤大容量內存精品資料25客戶機或工作站客戶機的功能用戶通過客戶機接受(jiēshòu)網絡服務，訪問網絡資源因此客戶機應具備接受(jiēshòu)網絡服務、訪問網絡資源、接受(jiēshòu)網絡管理的接口和功能?？蛻魴C的類型各種類型的計算機：都可以成為網絡客戶機。無盤工作站：是一種特殊的客戶機。精品資料26客戶機的配置(pèizhì)要求硬件軟件網卡內存(nèicún)其他配置操作系統（Windows系列/UNIX/MacOS/Linux)網絡連接軟件(Microsoft網絡客戶端、TCP/IP協議等)精品資料27網絡適配器網絡適配器是網絡的通信接口，一般安裝(ānzhuāng)在服務器或客戶機的擴展插槽中。網卡是網絡通信的主要瓶頸之一。它的質量的好壞直接影響到網絡的性能。因此，正確選用、連接和設置網卡是能否正確連通網絡的前提和必要條件。網卡的基本功能網卡工作在OSI參考模型的第２層。精品資料28對于接收端的計算機上的網卡，它接收傳遞過來的信號，并將其轉換為計算機能夠處理的信息(xìnxī)。選購網卡時應考慮的因素速率（10Mb/s、100/1000Mb/s)總線接口類型精品資料29選購的網卡必須(bìxū)與計算機內部可使用的總線插槽類型一致。常見的總線插槽有：ISA、EISA、VESA、PCI、PCMCIA。ISA卡：使用8位或16位總線插槽，目前較少使用。PCI卡：目前最流行的網卡。工作站一般使用32位的PCI網卡；服務器上常用64位或增強型（PCI-X）的PCI網卡。精品資料30精品資料31PCMCIA網卡：主要用于筆記本電腦，一般分為(fēnwéi)16位和32位兩種總線類型。精品資料32無線網卡和USB網卡NETGEAR無線網卡

TP-LINK無線網卡精品資料33網卡的接口(jiēkǒu)類型：AUI接口(jiēkǒu)（粗纜接口(jiēkǒu)）、BNC接口(jiēkǒu)（細纜接口(jiēkǒu)）和RJ-45接口(jiēkǒu)（雙絞線接口(jiēkǒu)）等。精品資料34最常見(chánɡjiàn)的PCI接口的網卡BootROM槽晶振主芯片(xīnpiàn)數據泵指示燈RJ-45接口總線接口精品資料35支持的網絡(wǎngluò)類型和電纜接口支持的網絡(wǎngluò)類型電纜接口以太網卡令牌環網卡FDDI網卡ATM網卡RJ45BNCAUI精品資料362.3.4傳輸介質(jièzhì)雙絞線雙絞線的物理結構雙絞線的結構(jiégòu)示意圖4對8根超5類雙絞線精品資料37無屏蔽雙絞線（UTP）無屏蔽雙絞線的分類(fēnlèi)與性能參數市面上常見的有3、4、5和超5類4種雙絞線它們的主要特性參數如下：UTP類別型號最高工作頻率/MHZ最高數據傳輸速率Mb/s主要用途3類AT&T1010161010Mb/s網絡5類AT&T1061100100100Mb/s網絡超5類AT&T1061C125和20015510/100/1000Mb/s、ATM網絡6類200>155適用于上述各種網絡，特別適合10000Mb/s精品資料38UTP的應用特性成本低易于(yìyú)安裝高速傳輸能力100m以內的短距離傳輸抗干擾能力差有屏蔽雙絞線（STP）有屏蔽雙絞線的分類與性能參數STP與UTP的區別是，在雙絞線和外層保護精品資料39套中間增加(zēngjiā)了一層金屬保護膜，用來減少信號傳送過程中所產生的電磁干擾，并具有減小輻射，防止信息被竊聽的功能。理論傳輸速率：500Mb/s。實際傳輸速率：10~155Mb/s。在100m以內的傳輸速率：155Mb/s。STP的類型：1、2、5、6、7、9。STP的應用特性中等成本。安裝難易程度中等。精品資料40比UTP有更高的速率。適應于100m以內(yǐnèi)的短距離傳輸?？垢蓴_能力中等。保密性比UTP高。雙絞線的傳輸距離在局域網中，最大距離為100m。精品資料412．同軸電纜物理(wùlǐ)結構分類和性能參數同軸電纜可分為基帶和寬帶兩種，在小型局域網中，常使用基帶同軸電纜，而在電視網中，使用寬帶同軸電纜．這里主要介紹基帶同軸電纜的情況．精品資料42RG-58A/U500.18英寸10BASE-2細同軸電纜-細纜，BNC頭RG-11500.4英寸10BASE-5粗纜RG-59U750.25英寸電視網,寬帶網同軸電纜(tónɡzhóudiànlǎn)的分類及性能參數表精品資料43基帶同軸電纜的應用特點同軸電纜的傳輸距離基帶同軸電纜---幾千米寬帶同軸電纜---幾十千米3.光導纖維電纜光纜的物理(wùlǐ)結構精品資料44光纜(ɡuānɡlǎn)的分類與性能參數電纜線類型頻率/MHz衰減(dB/km)無中繼距離電纜0.18英寸3028.7185m0.4英寸3018.77500m光纖200~1000<34km10~100000<3100km>1000<130km精品資料45單模光纖與多模光纖的物理(wùlǐ)尺寸表精品資料46光纜的接口(jiēkǒu)與常用設備①光纖的接口(jiēkǒu)標準精品資料47精品資料48光纜(ɡuānɡlǎn)的主要應用特點(1)優點通信容量大，傳輸信號的頻帶寬。傳輸損耗小，傳輸距離長。誤碼率低，傳輸可靠性高。抗干擾能力強。保密性好。體積小，重量輕?？够瘜W腐蝕能力強。精品資料49(2)缺點價格昂貴。安裝十分困難，需要專業的技術人員進行安裝。質地脆、機械強度低。(3)光纖的應用場合長距離、布線條件(tiáojiàn)特殊的情況。在較大規模的計算機局域網中，作為外界數據傳輸的干線。常用于交換機到服務器，交換機到交換機的連接，很少用于交換機到工作站的連接精品資料502.4局域網的訪問控制方式1．局域網的訪問控制方式及分類介質訪問控制方式的定義：網絡中各節點使用傳輸介質進行安全可靠數據傳輸的通信規則。介質存取控制與網絡傳輸介質存取控制有關的協議是：MAC協議。如：CSMA/CD，Token-Ring。在共享介質的網絡中，每次只有(zhǐyǒu)一臺計算機可以在介質上傳輸數據，介質存取控制協議規定了哪一臺計算機有權使用介質傳送數據。精品資料51介質存取控制訪問方式的分類集中控制方式分布式控制方式①CSMA/CD：主要(zhǔyào)用于邏輯拓撲為總線結構的局域網。是一種隨機爭用型的訪問控制協議。②Token-Ring：主要(zhǔyào)用于邏輯拓撲為環型結構的局域網。是一種有序的訪問控制協議。精品資料522.CSMA/CD訪問控制協議載波偵聽與多路訪問（CSMA）載波偵聽：當一個節點要發送數據(shùjù)時，先監聽信道上有沒有信號在傳輸，這個過程稱為載波偵聽。多路訪問：同時有多個節點在監聽信道和發送數據(shùjù)的情況稱為多路訪問。當一個要發送數據(shùjù)的節點監聽到信道空閑時，它就可以發送數據(shùjù)了，那么當它監聽到信道忙時，它該怎么辦呢？精品資料53通常采用以下兩種辦法(bànfǎ)：①繼續監聽下去，一直到發現信道空閑時，立即發送數據。這種方法稱為堅持型的載波偵聽多路訪問。②延遲一個隨機時間，然后再監聽，不斷重復上述過程，直到發現信道空閑，立即發送數據。這種方法稱為非堅持型的載波偵聽多路訪問。精品資料54沖突(chōngtū)檢測①沖突(chōngtū)發生的兩種情況：當監聽到信道空閑時，有兩個以上的節點向信道發送數據。節點甲監聽(jiāntīnɡ)到信道空閑時，節點乙已經發送了數據，只是該數據信號還沒有到達節點甲，此時，如果甲又發送了數據，則會發生沖突。精品資料55②解決沖突的方法當節點檢測到沖突發生后，便停止發送數據，延遲一段時間后再去搶占信道。為了盡量減少沖突，每個節點都采用了“隨機數時間延遲控制的方法”，也就是說，在沖突發生時，每個節點使用不同(bùtónɡ)的隨機數產生延遲時間，由產生延遲時間最小的節點先搶占信道，如果再次發生沖突，則照此辦法重復處理，直到最后搶占成功。這種方法稱為沖突控制算法或延遲退避算法。精品資料56CSMA/CD的工作原理CSMA/CD的工作原理可以概括為以下四點：先聽后發——在發送數據前先對信道進行監聽，只有在監聽到信道空閑時，才能發送數據。邊聽邊發——在發送數據的同時，進行沖突檢測。沖突停止——一旦發現沖突，立刻(lìkè)停止發送數據。隨機延遲重發——停止發送數據后，隨機延遲一段時間再去搶占信道發送數據。精品資料57沖突檢測的進一步討論發送數據的節點是如何檢測沖突發生的呢？①當沖突發生的時候，至少有兩個(liǎnɡɡè)以上的信號疊加，這樣線路上的電平就和節點發送數據時的電平不一致，當這個疊加信號傳送到發送端時，發送端就可以檢測出發生了沖突。②一種情況是，由于傳輸距離的關系，這個疊加信號可能沒有辦法被發送節點檢測到，那么為了使每個發送方都能確定沖突精品資料58在發生，當適配器檢測出自己的幀與其他幀沖突時，它首先要確保傳輸32比特的干擾序列，然后才停止傳輸數據。根據以太網的幀格式，32b+64b(前綴）=96b，也就是說當沖突發生時，傳輸方將最少發送96b的干擾序列。而且傳輸方只發送96b的殘缺幀的情況是，兩個主機彼此很接近。當兩個主機相距較遠時，為了確切知道剛剛(gānggāng)發送的幀沒有與其他幀發生沖突，傳輸方可能需要發送至少512b的幀。精品資料59那么為什么是512b呢？現在考慮一種最壞的情況：A和B位于網絡的兩個端點，假設A在t時刻開始傳輸一幀，該幀到達主機B的鏈路延遲用d表示，這樣A的這個幀的第一個(yīɡè)比特在時刻t+d到達主機B，假設A的幀到達前的一個(yīɡè)時刻（即B仍看到一個(yīɡè)空閑線路），主機B開始傳輸它自己的幀，那么B的幀將立刻與A的幀發生沖突，并且B馬上將檢測到這個沖突，這時B馬上發送一個(yīɡè)32比特的干擾序列。精品資料60現在的問題是：主機A直到B的殘缺幀到達時才知道發生了沖突，這一時刻將在一個鏈路延遲之后，即在時刻t+2×d發生。也就是說，主機A的數據傳輸必須持續2×d的時間才能確保檢測到所有的沖突?？紤]以太網的如下配置指標：①最大長度(chángdù)：2500m②往返延遲：③傳輸速率：10Mbps51.2×10s×10Mbps×10=512b-63精品資料61CSMA/CD方式的特點①采用爭用型介質訪問控制方式，各節點地位平等，因此，無法設置介質訪問的優先權。②總線結構的網絡結構簡單、易于實現、價格低廉、適于廣播通信方式。③在高負荷（節點數目增多）時，隨著沖突(chōngtū)的增加，傳輸的延時也會急劇增加，導致網絡性能的急劇下降。精品資料622.5典型(diǎnxíng)局域網組網技術本節主要(zhǔyào)內容：典型以太網組網技術高速局域網組網技術結構化綜合布線技術網間互聯設備與互聯技術虛擬局域網技術精品資料63低速產品的常見標準符合IEEE802.3標準的以太網低端產品的傳輸速率通常(tōngcháng)為10Mb/s，常用的正式標準有以下3種。10BASE5：標準以太網－粗纜以太網。10BASE2：廉價以太網－細纜以太網。10BASET：雙絞線以太網。精品資料64其他(qítā)以太網變形標準100BASET：快速以太網。1000BASE系列：千兆以太網。10/100/1000BASE交換式以太網。精品資料65標準(biāozhǔn)以太網-粗纜以太網規范：拓撲結構總線型介質訪問控制方法CSMA/CD網線類型RG-11型粗同軸電纜傳輸速度10Mb/s最大網絡節點數目300個每段最大節點數100個最大網段數目5個，最多4個中繼器，3個網段可以連接工作節點節點間最小距離2.5m最大網絡長度2500m最大網段長度500m精品資料66兩站點間最小距離2.5米網絡最大跨度2.5公里

最大段長度500米每段最多站點數100收發器

粗纜BNC端子AUI電纜NIC精品資料67如果使用中繼設備(shèbèi)，應遵循5-4-3規則。5-4-3規則①網絡總長度不得超過5個區段。②最多使用4個中繼器。③其中只有3個網段可以連接工作節點。中繼器中繼器中繼器中繼器混合電纜段精品資料68細纜(xìlǎn)以太網細纜(xìlǎn)以太網的規范：拓撲結構總線型介質訪問控制方法CSMA/CD網線類型RG-58型細同軸電纜傳輸速度10Mb/s最大網絡節點數目90個每個網段最大節點數目30個最大網段數目5個,4個中繼器,3個網段可以連接工作節點.節點間最小距離0.5m最大網絡長度925m最大網段長度185m精品資料69細纜BNC接頭NIC段最大長度185m每段最多站點數30兩站點間最短距離0.5m網絡最大跨度925m

精品資料70雙絞線以太網雙絞線以太網又稱10BASET。使用星型物理(wùlǐ)拓撲結構和RJ-45頭的UTP電纜作為傳輸介質，工作站等網絡設備到集線器的連接電纜不超過100m。共享式雙絞線以太網的硬件組成（1）集線器－HubHub的特點精品資料71網絡設備利用3、5或超5類的非屏蔽雙絞線（UTP）和RJ-45頭與集線器相連。用集線器（共享式）組成的網絡，其物理拓撲為星型結構，而邏輯拓撲為總線結構。其工作方式與10BASE2和10BASE5完全相同，即在一個時刻只能有一個節點發送信息，其介質訪問控制方式仍然采用CSMA/CD協議(xiéyì)規定的方式。精品資料72集線器的主要功能①Hub的組網功能。在集線器上有多個RJ-45接口，能支持多個工作站的入網需求，同時(tóngshí)，Hub上的級聯接口還可以與其他集線器相連，從而達到擴展網絡的目的。②集線器的向上接口的擴展功能。BNC接口：與BNC-T型連接器相連接，支持與細纜以太網的連接。精品資料73AUI接口：與粗纜以太網的收發器電纜相連，從而達到連接粗纜以太網的目的。光纖接口：支持光纖主干線的接入。③Hub的信號強化(qiánghuà)功能。集線器能對工作站發來的信號進行放大整形，并傳播信號到網絡的所有接口。精品資料74④Hub能自動檢測，并強化“沖突”信號。在檢測到“沖突”信號后，Hub會立即(lìjí)發送一個阻塞信號，以強化“沖突”信號，避免由于介質上的信號衰減，使其他工作站無法偵聽到沖突的情況。⑤Hub能自動指示有故障的工作站，并切除其與網絡的通信。精品資料75（2）非屏蔽(píngbì)雙絞線目前常用的UTP線是5類或超5類的，5類或超5類的雙絞線有8個芯，但是在使用時，只用了其中的4個芯，其中的一對用來發送信號(xìnhào)，另一對用來接收信號(xìnhào)。RJ-45接頭（水晶頭）和接口精品資料76網卡上的RJ-45接口(jiēkǒu)網卡上的RJ-45接口(jiēkǒu)共有8個引腳，但是，只使用了1、2、3、6號引腳，其余的沒有用