走進小巨人的秘密花園——局域網概述華山二度亮劍——局域網的主要技術寶劍鋒從磨礪出——局域網組網設備小巨人的崛起——以太網技術第3章我的地盤我做主——局域網技術及應用以太網奠基禮——交換式以太網天馬行空——無線局域網大道若簡——局域網結構化布線技術3.1走進小巨人的秘密花園——局域網概述3.1.1局域網的特性目前常見的局域網類型包括以太網（Ethernet）、令牌環網（TokenRing）、光纖分布式數據接口（FDDI）、異步傳輸模式（ATM）等，它們在拓樸結構、傳輸介質、傳輸速率、數據格式等多方面都有許多不同。其中應用最廣泛的是以太網，這種網絡是目前發展最迅速、也最經濟的局域網。局域網（LocalAreaNetwork，縮寫為LAN）是20世紀70年代后迅速發展起來的計算機網絡，是將小區域內的各種通信設備互聯在一起的通信網絡，是一個高速通信系統。從這個定義我們可以引出局域網的三個屬性：將連接到局域網的數據通信設備加上高層協議和網絡軟件組成為計算機網絡，我們稱之為計算機局域網網絡。這里指的數據通信設備是廣義的，包括計算機、終端和各種外圍設備等。這里指的小區域可以是一座建筑物內、一個校園或者是大至幾十公里直徑的一個區域。3.1走進小巨人的秘密花園——局域網概述局域網的主要特性是：地理范圍有限。通信速率高，一般為基帶傳輸，傳輸速率為10～100Mbps，能支持計算機間高速通信。可采用多種通信介質。例如，價格低廉的雙絞線、同軸電纜或價格昂貴的光纖等，可根據不同需求進行選用。多采用分布式控制和廣播式通信。可靠性較高，誤碼率通常低于10-8～10-11。結點的增刪比較容易。3.1走進小巨人的秘密花園——局域網概述局域網主要由服務器、工作站、網絡通信系統、網絡操作系統等組成，其特點如下。3.1.2局域網的組成1．服務器（Server）服務器是用來管理網絡并為網絡用戶提供服務的計算機。與網絡中的工作站相比，服務器通常具有更快的速率、更強大的存儲容量和更高的可靠性。因此，為了便于對網絡進行管理，服務器中通常安裝相應的網絡操作系統，如Linux、Windows2000/2003/2008Server、UNIX等。2．工作站（Workstation）工作站指用戶使用的計算機，又稱用戶機或客戶機。從網絡構成的角度看，任何一臺計算機都可作為工作站。當工作站登錄到服務器后，可按規定權限存取服務器中的文件。此外，工作站通常還可以與網絡中的其他用戶進行通信或訪問Internet。3.1走進小巨人的秘密花園——局域網概述3．網絡通信系統（NetworkCommunicationsSystem）網絡通信系統是連接工作站和服務器的硬件設備。這些設備通常包括專用的網絡通信設備，如交換機、路由器、網卡等，以及用于傳輸數據的通信介質，如同軸電纜、雙絞線、光纖等。通信設備通過通信介質互相連接。4．網絡操作系統（NetworkOperatingSystem）對于稍大一點的網絡來說，為了充分發揮網絡的功能，以及更好地管理網絡，通常應在服務器中安裝網絡操作系統。例如，基于安全起見，企業的幾乎所有數據（如財務、銷售等）都被保存在服務器中，并非每個人都能訪問這些數據。通常情況下，只有企業負責人擁有最高權限，而其他人只能查看部分數據。因此，就必須借助網絡操作系統來對網絡中的資源和用戶進行管理，它可以賦予用戶一定的權限，并分配用戶所能訪問的網絡資源。而對于小型網絡（如對等網），如果沒有什么特殊要求，可以不安裝專用的網絡操作系統。也就是說，此時網絡中沒有專用的服務器。3.1走進小巨人的秘密花園——局域網概述3.1.3局域網的分類局域網的分類根據不同的角度有不同的分法。其中，根據局域網規模大小可以分為小型局域網和大型局域網。其中小型局域網的特點是地域小，計算機數量不多，因而網絡安裝、管理和配置都比較簡單。例如，家庭、辦公室、網吧以及計算機機房網絡等都屬于小型局域網。而大型局域網主要是指企業Intranet網絡、行政網絡等，這類網絡的特點是設備較多，管理和維護都比較復雜。按網絡使用的傳輸介質分類，可以分為有線網和無線網。根據網絡的工作原理劃分，目前的局域網大致可分為三類，即以太網、令牌環網和ARCnet網。其中以太網是目前局域網中采用最多的網絡類型，目前約80%的局域網都是以太網。上網查找一下其他的局域網分類方法。3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術3.2.1局域網體系結構及IEEE802標準決定局域網特征的主要技術有連接各種設備的拓撲結構、傳輸介質與傳輸形式以及介質訪問控制方法。這三種技術在很大程度上決定了傳輸數據類型、網絡的響應時間、吞吐量、利用率以及網絡應用等各種網絡特征。在前面已經介紹了一個基于七層協議的OSI開放系統互聯參考模型，這個模型對局域網來說大體適用。局域網絡協議從低層向上看，物理層是必需的，且與OSI所定義的功能類似。物理層負責確定機械、電氣和過程的特性，以建立、維持和拆除物理鏈路。數據鏈路層也同樣需要，它負責把不可靠的傳輸信道轉換成可靠的傳輸信道，傳輸帶有校驗的數據幀，采用差錯檢測和幀確認技術。由于局域網多采用廣播式傳輸，需要很好地解決多個設備對于信道的爭用問題，因此本層協議應具有介質訪問控制功能。由于局域網多共用一條信道，不存在路徑選擇和流量控制問題，故一般不單獨設置網絡層，網絡層中的分組尋址、排序、流量控制、差錯控制等功能可以合并到數據鏈路層中實現。當局限于一個局域網時，物理層和數據鏈路層就能完成報文分組轉接功能。當涉及網絡互聯時，報文分組就需經過多條鏈路才能達到目的地，此時就必須專門設置一個層次來完成網絡層的功能，這就是局域網協議中的網際層。3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術為了制定一個標準化的計算機局域網協議，1980年2月，IEEE802委員會（InstituteofElectricalandElctronicsEngineersINC，即電器和電子工程師協會）成立，該委員會制定了一系列局域網標準，稱為IEEE802標準，這個名稱表示的是該工程開始的年月（1980年2月）。按IEEE802標準，局域網體系結構由物理層、介質訪問控制子層（MAC-MediaAccessControl）和邏輯鏈路子層LLC（LogicalLinkControl）組成，如圖3-1所示。圖3-1IEEE802標準和OSI的對應關系3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術IEEE802標準定義局域網標準可以劃分為16個類別，這16個類別可以分別用它們的802編號來標識，如下所示：IEEE802.1—局域網概述、體系結構、網絡管理和網絡互聯。IEEE802.2—邏輯鏈路控制LLC。IEEE802.3—為使用CSMA/CD的總線網絡定義MAC層，這是以太網標準。IEEE802.4—TokenPassingBUS（令牌總線）。IEEE802.5—TokenRing（令牌環）訪問方法和物理層規范。IEEE802.6—城域網訪問方法和物理層規范。3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術IEEE802.7—寬帶技術咨詢組，提供有關寬帶聯網的技術咨詢。IEEE802.8—光纖技術咨詢組，提供有關光纖聯網的技術咨詢。IEEE802.9—綜合聲音／數據服務的訪問方法和物理層規范。IEEE802.10—安全與加密訪問方法和物理層規范。IEEE802.11—無線局域網訪問方法和物理層規范，包括：IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11c、IEEE802.11p和IEEE802.11ac等標準。IEEE802.12—100VG-AnyLAN快速局域網訪問方法和物理層規范。3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術IEEE802.13—沒有使用。IEEE802.14—定義電纜調制解調器標準。IEEE802.15—定義無線個人區域網（WPAN）。IEEE802.16—定義寬帶無線標準。3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術IEEE802標準之間的關系如圖3-2所示。圖3-2IEEE802標準間的關系盡管所發布的IEEE802標準實際上在OSI標準之前開始著手，但是，這兩種標準差不多在同一時間內發展，并且這兩種標準共享許多信息，而這些信息導致了兩種相互兼容的模型的創建。IEEE802標準為網絡的物理部件（如網卡和電纜等）定義了網絡標準，這些物理部件組成了OSI模型中的數據鏈路層和物理層。數據鏈路層和物理層是OSI模型最下面的兩層，它們定義了多臺計算機同時使用網絡而不用彼此進行交互的方式。IEEE802標準把這兩層中的規范合并起來，創建了一套標準，這套標準定義了那些主要的局域網環境。3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術圖3-3所示的數據鏈路層包括LLC子層和MAC子層。其中，LLC子層管理數據鏈路通信，定義SAP邏輯接口點的使用方法，其他計算機可以引用并使用SAP來把信息從LLC子層傳輸到它上面的那些OSI層。802.2定義了這些標準，MAC子層是兩個子層中更低層次的一層，它為計算機的網卡提供對物理層的訪問。MAC子層直接和網卡進行通信，并負責在網絡上的兩臺計算機之間發送沒有錯誤的數據。圖3-3IEEE802標準中LLC和MAC標準3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術所謂半雙工與全雙工，是指通信雙方信息交換的方式。其中半雙工是指在同一時間通信雙方只能有一方發送或接收信息，另一方只能處于等待狀態。局域網中最早使用的就是這種方式。就目前來說，由于共享式局域網中的全部計算機都共享一條通信通道，在技術上無法實現同一時刻數據的雙向通行，因此，常規的共享式網絡只能工作在半雙工模式下。所謂全雙工是指在同一時間內，通信雙方都可以同時發送與接收信息。從理論上講，全雙工通信方式的數據傳輸速率要比半雙工通信方式提高一倍。就目前來說，很多交換機和網卡都采用了全雙工模式，從而使網絡速率得到了大幅度提高。3.2.2局域網中的半雙工和全雙工有人說，半雙工的通信方式過時了，你同意這個觀點嗎？3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術3.2.3局域網的介質訪問控制方式IEEE802標準規定了局域網中最常用的介質訪問控制方法，包括IEEE802.3載波監聽多路訪問/沖突檢測（即CSMA/CD）、令牌總線（TokenBus）和令牌環網（TokenRing）。1．CSMA/CD介質訪問控制方式在總線型局域網中，所有的結點都直接連接到同一物理信道上，并在該信道中發送和接收數據，因此對信道的訪問是以多路訪問方式進行的。任一結點都可以將數據幀發送到總線上，而所有連接在信道上的結點都能檢測到該幀。當目的結點檢測到該數據幀的目的地址（MAC地址）為本結點地址時，就繼續接收該幀中包含的數據，同時給源結點返回一個響應。當有兩個或更多的結點在同一時間都發送了數據，在信道上就造成了幀的重復，導致沖突出現。為了克服這種沖突，在總線型局域網中常采用CSMA/CD協議，即帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問協議，它是一種隨機爭用型的介質訪問控制方法。CSMA/CD協議的工作過程是：由于整個系統還是采用集中式控制，且總線上每個結點發送信息要自行控制，所以各結點在發送信息之前，首先要偵聽總線上是否有信息在傳送，如果有，則其他各結點不發送信息，以免破壞傳送；如果偵聽到總線上沒有信息傳送，則可以發送信息到總線上。當一個結點占用總線發送時，要一邊發送一邊檢測總線，看是否有沖突發生。發送結點檢測到沖突產生后，就立即停止發送信息，并發送強化沖突信號，然后采用某種算法等待一段時間后再重新偵聽線路，準備發送該信息。3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術CSMA/CD協議的工作流程如圖3-4所示。對CSMA/CD協議的工作過程通常可以概括為“先聽后發，邊聽邊發，沖突停發，隨機重發”。沖突產生的原因可能是在同一時刻兩個結點同時偵聽到線路“空閑”，又同時發送信息而產生沖突，使數據傳送失效可能是一個結點剛發送信息，還沒有傳送到目標結點，而另一個結點此時檢測到線路“空閑”便將數據發送到總線上，導致了沖突。如圖3-4所示，沖突檢測的過程為發送結點在發送數據的同時，將其發送信號與總線上接收的信號進行比較，判斷是否產生沖突。如果總線上同時出現兩個或兩個以上的發送信號，沖突就被檢測出來，與此同時，這些發送信號的結點就會發出強化沖突信號。強化沖突信號的作用是為了更快地通知其他結點信道出現沖突，以便讓信道盡快空閑下來。CSMA/CD曾經用于各種總線結構以太網（bustopologyEthernet）和雙絞線以太網（twisted-pairEthernet）的早期版本中。CSMA/CD網絡上進行傳輸時，必須按下列五個步驟來進行：（1）傳輸前偵聽；（2）如果忙則等待；（3）傳輸并檢測沖突；（4）如果沖突發生，重傳前等待；（5）重傳或夭折。3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術圖3-4CSMA/CD的工作流程圖3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術2．令牌環（TokenRing）這種介質訪問使用一個沿著環循環的令牌。網絡中的結點只有截獲令牌時才能發送數據，沒有獲取令牌的結點不能發送數據。因此，在使用令牌環的局域網中不會產生沖突。當各結點都沒有數據發送時，網絡中令牌在環路上循環傳遞。如果一個結點要發送數據，那么它首先要截獲令牌，然后再開始發送數據幀。在數據發送過程中，由于令牌已經被占用，因此其他結點為能發送數據幀，必須等待。當發送的數據在環路上循環一周后，又回到發送結點，發送結點確認數據傳輸無誤后，為了避免數據幀在環路里循環流動，要將該數據幀收回（從環路上移去）。當發送結點的數據發送完畢后，要產生一個新的令牌并發送到環路上，以便讓其他結點發送數據，該過程如圖3-5所示。圖3-5令牌環操作原理3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術由于令牌環中每個結點不是隨機地爭用信道，不會出現沖突，所以它是一種確定型的介質訪問控制方法，而且每個結點發送數據的延遲時間可以確定。在輕負載時，由于存在等待令牌的時間，因此效率較低，而在重負載時，對各結點公平，且效率高。另外，采用令牌環的局域網還可以對各結點設置不同的優先級，高優先級的結點可以先發送數據，例如某個結點需要傳輸實時性的數據，就可以申請高優先級。由于這種特性，許多用于工業控制的局域網多為令牌環局域網。3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術3．令牌總線令牌總線訪問控制是在物理總線上建立一個邏輯環，如圖3-6所示。從物理上看，這是一種總線結構的局域網；從邏輯上看，這是一種環型結構的局域網，接在總線上的結點組成一個邏輯環，每個結點被賦于一個順序的邏輯位置。圖3-6令牌總線訪問控制3.2華山二度亮劍——局域網的主要技術和令牌環一樣，結點只有取得令牌才能發送幀，令牌在邏輯環上依次傳遞，在正常運行時，當結點完成了它的發送時，就將令牌送給下一個結點。從邏輯上看，令牌是按地址的遞減順序傳送至下一個站點，但從物理上看，結點是將數據廣播到總線上，所有的結點都可以監測到數據，并對數據進行識別，但只有目的結點才可以接收并處理數據。令牌總線訪問控制也提供了對結點的優先級報務方式。令牌總線與令牌環有很多相似的特點，例如適用于重負載的網絡中、數據發送的延遲時間確定、適合實時性的數據傳輸等。但網絡管理較為復雜，網絡必須有初始化的功能，形成一個順序訪問的次序。另外，如果網絡中的令牌丟失，則會出現多個令牌將新結點加入環中以及從環中刪除不工作的結點等，這些附加功能大大增加了令牌總線訪問控制的復雜性。3.3寶劍鋒從磨礪出——局域網組網設備常用的局域網硬件除了連接用的電纜外，還有網卡、交換機、路由器等，它們均品牌繁多，因此，正確、合理、經濟地選擇網絡硬件是計算機網絡工程設計的重要一環。本節將介紹主要的網絡硬件及其應用選擇。3.3.1網卡網卡NIC（NetworkInterfaceCard），也稱網絡適配器，是計算機網絡系統中最基本的設備之一。它除起到物理接口作用外，還有控制數據傳送的功能，計算機通過它接收或發送網絡信息。網卡上有收發器、介質訪問控制邏輯和設備接口。網卡與計算機的數據交換采用總線方式，而與網絡進行信息交換則是通過接在網卡上的電纜來實現，因此，網卡的使用與計算機總線關系密切，同時也與傳輸介質有關。圖3-7所示為網卡。圖3-7網卡3.3寶劍鋒從磨礪出——局域網組網設備網卡最終是要與網絡進行連接，所以也必須有一個接口使網線通過它與其他計算機網絡設備連接起來。不同的網絡接口適用于不同的網絡類型，目前常見的接口主要有以太網的RJ-45接口、BNC接口、FDDI接口、ATM接口等。而且有的網卡為了適用于更廣泛的應用環境，提供了兩種或多種類型的接口，如有的網卡會同時提供RJ-45接口和BNC接口。3.3寶劍鋒從磨礪出——局域網組網設備交換機（Switch）是一種用于電信號轉發的網絡設備。它可以為接入交換機的任意兩個網絡結點提供獨享的電信號通路。交換機的主要功能包括物理編址、網絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。目前交換機還具備了一些新的功能，如對虛擬局域網、鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。根據交換機支持的傳輸速率與功能，交換機可以分為不同的類型。3.3.2交換機1．傳輸速率按交換機所支持的傳輸速率，主要分為以下三種類型：普通以太網交換機、快速以太網交換機與千兆位以太網交換機。其中，普通以太網交換機是指支持10Mbps傳輸速率的交換機；快速以太網交換機是指支持100Mbps傳輸速率的交換機；千兆位以太網交換機是指支持1000Mbps傳輸速率的交換機。3.3寶劍鋒從磨礪出——局域網組網設備一般來說，快速以太網交換機與千兆位以太網交換機都是自適應的，可以同時支持多種傳輸速率（如10Mbps、100Mbps與1000Mbps），并且能自動偵測出網絡的傳輸速率。圖3-8所示為提供RJ-45接口的以太網交換機。目前，使用非屏蔽雙絞線組網是很普遍的情況，以太網交換機多是在提供RJ-45接口的基礎上，提供少量的其他網絡接口（如AUI、BNC與光纖接口）。圖3-8RJ-45接口的交換機3.3寶劍鋒從磨礪出——局域網組網設備按交換機所應用的網絡規模大小，主要分為以下四種類型：企業級交換機、部門級交換機、工作組交換機與桌面級交換機。其中，企業級交換機屬于高端交換機，一般采用模塊化的結構，可作為企業網絡骨干構建高速局域網，因此它通常用于企業網絡的頂層。企業級交換機一般是千兆位以上以太網交換機，帶寬、傳輸速率與背板容量比一般交換機高很多，所采用的端口一般都為光纖接口。圖3-9給出了一種企業級交換機。2．網絡規模圖3-9企業級交換機3.3寶劍鋒從磨礪出——局域網組網設備3.3.3路由器路由器（Router）是連接多個網絡或網段的設備，它能將不同網絡或網段之間的數據信息進行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數據含義，并選擇最佳的網絡路徑進行傳輸。路由器的外形如圖3-10所示。路由器的一個作用是連通不同的網絡，另一個作用是選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的通路，能大大提高通信速度，減輕網絡系統通信負荷，節約網絡系統資源，提高網絡系統暢通率，從而讓網絡系統發揮出更大的效率。選擇路由器時應注意安全性、控制軟件、網絡擴展能力、網管系統、帶電插拔能力等。圖3-10路由器參觀一個局域網，畫出局域網的拓撲圖，標注出局域網的關鍵設備名稱、廠家、型號等信息。3.4小巨人的崛起——以太網技術3.4.1以太網的產生和發展以太網的核心思想是使用共享的公共傳輸信道，這一思想來源于夏威夷大學，20世紀末，該校的NormanAbramson及其同事研制了一個名為ALOHA系統的無線電網絡，這個地面無線電廣播系統，是為了把該校位于Oahu島上的校園內的IBM360主機與分布在其他島上和海洋船舶上的讀卡機和終端連接起來而開發的。我們今天所知道的以太網是Xerox公司創立的，1973年，Xerox公司的工程師Metcalfe將他們建立的局域網命名為以太網（Ethernet），其靈感來自“電磁輻射是可以通過發光的以太來傳播的”這一想法。1980年，DEC、Intel和Xerox三家公司公布了以太網藍皮書，也稱為DIX（三家公司名字的首字母）版以太網1.0規范。在DIX開展以太網標準化工作的同時，世界性專業組織IEEE組成了一個定義與促進工業LAN標準的委員會，并以辦公室環境為主要目標，該委員會名叫802工程。DIX集團雖已推出以太網規范，但還不是國際公認的標準，所以1981年6月IEEE802工程決定組成802.3分委員會，以產生基于DIX工作成果的國際公認標準。1982年12月19日，19個公司宣布了新的IEEE802.3草稿標準。1983年該草稿最終以IEEE10BASE-5而面世。802.3與DIX以太網2.0在技術上是有差別的，不過這種差別甚微，而今天的以太網和802.3可以認為是同義詞。緊接著出現的技術是細纜以太網，定為10BASE-2，它比10BASE-5所使用的粗纜技術有很多優點：不需要外加收發器和收發器電纜，價格便宜，且安裝和使用更為方便。3.4小巨人的崛起——以太網技術接著發生的兩件大事使得以太網再度掀起高潮：一是1985年Novell開始提交NetWare，這是一個專為IBM兼容個人計算機聯網用的高性能操作系統；二是10BASE-T，一個能在無屏蔽雙絞線上全速10Mbps運行的以太網，它使結構化布線成為可能。進入20世紀90年代以后，PC普及范圍越來越廣，且加入網絡的PC越來越多，導致人們對網絡的需求及數據傳輸速率的要求大大提高，從而導致了快速型以太網和交換式以太網的產生。100BASE-T以太網已列為IEEE802標準，千兆以太網也已有產品陸續上市。表3-1展示了近十幾年以來以太網標準的發展情況。表3-1以太網標準的發展3.4小巨人的崛起——以太網技術3.4.2粗纜以太網粗電纜以太網（10Base-5）的網絡結構如圖3-11所示，它使用阻抗為75Ω、RG值為8（RG是射頻電纜系列的號碼，它源自于美國軍用標準，后來美國生產的射頻電纜用RG加不同的數字來表示不同結構和性能的射頻電纜）的同軸電纜，并使用外部收發器連接計算機上的網卡和分接器。圖3-11粗電纜Ethernet拓撲和規格參數3.4小巨人的崛起——以太網技術收發器不但能夠建立與同軸電纜的物理連接和電氣連接，也可以執行CSMA/CD的沖突檢測和強化沖突。收發器電纜采用AUI電纜。AUI是指連接單元接口（AttachmentUnitInterface），它是一個DB-15針的接口。粗纜以太網的網卡和收發器都帶有AUI接口，AUI接口之間采用AUI電纜相連。在粗纜以太網的電纜尾端必須各使用一個50Ω的終接器（也稱終端電阻），它的主要作用是當信號達到電纜尾端時，可以把信號全部吸收進去，避免信號的反射造成干擾。對于使用粗纜的以太網，每個干線段的長度不超過500米，可以用中繼器連接兩個干線段，以擴充主干電纜的長度。每個以太網中最多可以使用四個中繼器，連接五段干線段電纜。3.4小巨人的崛起——以太網技術10BASE-5這種記號的含義如下：10表示信號在電纜上的傳輸速率為10Mbps。BASE表示電纜上的信號是基帶信號。5表示每一段電纜的最大長度為500m。目前粗纜以太網和細纜以太網在實際應用中已經被淘汰，而廣泛使用的是雙絞線以太網。3.4小巨人的崛起——以太網技術3.4.3細電纜以太網細電纜以太網（10Base-2）的結構如圖3-12所示，它使用阻抗為50Ω、RG值為58的同軸電纜。細覽以太網的網卡已經與收發器集成在一起，因此細覽以太網無須使用收發器。細電纜以太網中每個電纜段的兩端也必須接有50Ω的終接器。圖3-12細電纜Ethernet拓撲和規格參數3.4小巨人的崛起——以太網技術3.4.4雙絞線以太網IEEE10Mbps基帶雙絞線的標準稱為10BASE-T。該標準提供了Ethernet的優越性而無需使用昂貴的同軸電纜。一個基本的10BASE-T連接見圖3-13所示。工作站連至一個中心集線器（CentralHub）或集中器（Concentrator），其作用相當于一個轉發器。工作站能夠用一根長度不超過100m的非屏蔽雙絞線與集線器相連，也可以將集線器連接到靠近工作站的收發器上，該收發器則用一根最長可達50m的15線電纜連接到工作站上去。當來自工作站的信號到達時，該集線器將在它的所有輸出線路上廣播。集線器能以級聯方式連接到其他集線器上。圖3-13雙絞線Ethernet拓撲和規格參數3.4小巨人的崛起——以太網技術（1）網卡需要一塊具有一個RJ-45接口的網卡。（2）集線器（Hub）集線器（也稱為集中器）可能有12個端口，有些則具有8、10或24個，它應包括與同軸電纜或光纖主干相連的端口。（3）雙絞線電纜能夠使用具有RJ-45連接器的、長度不超過100m的雙絞線。購買時應同時購買一個RJ夾具。（4）收發器該收發器在一側有一個RJ-45連接器，在另一側有一個DB-15連接器。3.4小巨人的崛起——以太網技術（5）收發器電纜該電纜將收發器和網卡連接起來。（6）分線模塊連接器電纜如果使用現存的電話電纜，用該電纜將集中器與電話分線模塊連接。（7）墻板能使用帶有RJ連接器的墻板以將雙絞線安裝到墻上。如果還需要一個電話連接器，可購買雙板。3.4小巨人的崛起——以太網技術（1）使用非屏蔽雙絞線（20～24AWGUTP）。（2）通常使用RJ-45連接器。針1和2用于傳輸，針3和6用于接受。（3）從收發器到集線器的距離不能超過100m。（4）一個集線器能夠連接多達24個工作站。10BASE-T規格參數列出如下。（5）一個中心集線器能夠連接多達12個以上集線器以擴展網絡工作站的數目。（6）集線器能與其他電纜或光纖相連，以成為較大Ethernet網絡的一部分。（7）無需使用網橋即可在網絡上連接多達1023個工作站。3.4小巨人的崛起——以太網技術3.4.5百兆位、千兆位和萬兆位以太網隨著網絡應用的深入，傳統的10Mbps速率的以太網已不能滿足用戶對網絡日益提高的需求，所以需要開發傳輸速率更高的局域網。快速以太網是指數據傳輸速率為100Mbps的以太網。與傳統以太網最為接近的快速以太網標準是IEEE802.3u標準。IEEE802.3u標準的LLC子層使用IEEE802.2標準，MAC子層仍使用IEEE802.3的幀格式和CSMA/CD，但物理層采用了新的標準，即100Base-T標準。所以這種以太網也被稱為100Base-T以太網。1．百兆位以太網（快速以太網）3.4小巨人的崛起——以太網技術100Base-T標準允許使用多種傳輸介質，它定義了介質專用接口（MII，MediaIndependentInterface），用來隔離MAC子層與物理層，使得物理層中介質的變化和編碼的變化不會影響到MAC子層。100Base-T支持的傳輸介質的標準如圖3-14所示。圖3-14100Base-T支持的傳輸介質的標準3.4小巨人的崛起——以太網技術100Base-TX標準使用兩對5類非屏蔽雙絞線或兩隊屏蔽雙絞線，雙絞線的最大長度為100m，其中一對雙絞線用于發送數據，另一對雙絞線用于接收數據。100Base-FX標準使用兩芯的多模光纖或單模光纖，一條用于發送，另一條用于接收，最大長度為2000m，主要用作高速主干網。100Base-T4標準使用4對3、4或5類非屏蔽雙絞線。其中的3對雙絞線用于傳輸數據，另一對雙絞線用于監聽沖突，使總體速率達到100Mbps。組建100Base-T以太網時，必須使用100Base-T集線器/交換機和100Mbps網卡或10Mbps/100Mbps自適應網卡。3.4小巨人的崛起——以太網技術千兆位以太網提供更高的帶寬，可以滿足局域網在數據倉庫、桌面電視會議、三維圖形，以及高清晰度圖像等方面的應用，是企業級局域網的一種可行的解決方案。千兆位以太網的標準是IEEE802.3z和IEEE802.3ab。千兆位以太網保留了10BASE-T的幀格式，半雙工千兆位以太網仍然采用CSMA/CD訪問方式，但定義了新的物理層標準1000Base-T。千兆位以太網可以使用多種傳輸介質，通過新定義的千兆位介質專用接口（GMII，GigabitMediaIndependentInterface）來屏蔽物理層中傳輸介質的不同和編碼方式的不同，使得傳輸介質和編碼方式的變化不會影響MAC子層。在千兆位以太網中可以使用的傳輸介質標準有以下幾種。2．千兆位以太網1000Base-T標準（802.3ab）：使用5類非屏蔽雙絞線，長度不超過100m；1000Base-CX標準（802.3z）：使用屏蔽雙絞線，長度不超過25m；1000Base-LX標準（802.3z）：使用單模光纖，長度不超過3000m；1000Base-LX標準（802.3z）：使用單模光纖，長度不超過3000m；3.4小巨人的崛起——以太網技術千兆位以太網可以工作在半雙工模式下，也可以工作在全雙工模式下。在半雙工模式下仍使用CSMA/CD來控制站點對介質的訪問，但由于傳輸速率很高，如果最小幀長度不變，則傳輸距離很短。為此，引入了“載波擴展”的概念，用來增加最小幀長度，保證在CSMA/CD方式下具有一定的傳輸距離。采用半雙工模式的千兆位以太網的優點是成本低。但隨著硬件技術的發展，這一優點已不太明顯，所以，千兆位以太網一般使用交換機組網，采用全雙工模式，很少采用半雙工模式。千兆位以太網也具有“自動協商”功能。工作于全雙工模式時，采用全雙工/流量控制協議，以避免出現擁塞和過載。全雙工千兆位以太網不使用CSMA/CD。3.4小巨人的崛起——以太網技術萬兆位以太網（10Gbps以太網）的標準是IEEE802.3ae，使用光纖作為傳輸介質，工作在全雙工模式下，不使用CSMA/CD，但仍采用以太網的幀結構和幀長度，與10Mbps、100Mbps、1000Mbps以太網兼容，其傳輸距離為300m～40km。萬兆位以太網的目標不僅是把千兆位以太網的帶寬擴展10倍，而是在于擴展以太網技術，使之進入城域網和廣域網領域。萬兆位以太網有以下技術特點。3．萬兆位以太網使用光纖作為傳輸介質，不再支持非屏蔽雙絞線，避免了雙絞線對傳輸距離的限制，使之可以滿足城域網的距離要求，并且保證了較大的帶寬。采用全雙工傳輸模式，不支持半雙工，不使用CSMA/CD。不存在介質訪問控制方式對傳輸距離的限制。相對于半雙工模式而言，進一步提高了帶寬。在物理層采用兩種編碼技術，一種是基于波分多路復用技術，另一種是新的高效編碼技術。3.4小巨人的崛起——以太網技術仍采用以太網的幀結構和幀長度，與以前的以太網兼容，使得從以前的以太網升級到萬兆位以太網比較容易，且升級后的技術培訓、技術支持等的費用較低。網絡的傳輸速率達到了目前較為廣泛使用的城域網SDH（SynchronousDigitalHierarchy即同步數字系列）技術的頻率，傳輸距離也滿足城域網的要求，又與主流局域網技術兼容，是一種有競爭力的城域網技術。以DWDM（密集波分多路復用）為基礎，支持SDH技術，可以以SDH為基礎達到局域網、城域網、廣域網的無縫集成。3.5以太網奠基禮——交換式以太網3.5.1交換式以太網的工作原理1．交換的概念交換式局域網的核心是局域網交換機。目前，使用最廣泛的是Ethernet交換機。交換式局域網從根本上改變“共享介質”工作方式，通過交換機支持多個結點之間的并發連接，實現多結點之間數據的并發傳輸。因此，交換式局域網可以增加網絡帶寬，改善局域網的性能與服務質量。以太網用戶的廣播式信道，在任一時刻只有一個節點發送信息，其他節點接收信息并通過對信息頭的分析來判定是不是發給自己的。同時每個終端都在爭取得到發送信息的機會，使整個網絡的信道始終處于大家“分享”和“共享”的狀態。在這種方式下網絡上各節點共享信道的帶寬，如以太網帶寬為10Mbps，則對于100個節點的以太網，理論上每個節點分享的帶寬只有0.1Mbps，這就使得網絡規模擴大時，整體效率下降，延遲增加。與共享局域網不同，局域網中的交換技術是為每一個終端用戶提供點到點的連接，為每個要發送信息的結點提供一條獨享的通道。交換以太網中的核心設備是交換機，交換機可以根據某個端口輸入數據中的目標地址，在連接具有該目標地址結點的端口上轉發數據，而且可以把多個端口的輸入數據同時轉發到相應的正確端口上輸出。這就實現了多對結點之間的并發通信，提高了局域網的整體傳輸能力。3.5以太網奠基禮——交換式以太網2．以太網交換機的交換方式（1）直接交換方式采用直接交換方式時，交換機在收到MAC幀頭端的部分內容并從中檢測出目的地址后，就查閱MAC地址與端口對照表，在一個幀還沒有傳輸完畢時，就按照對照表立即進行轉發。直接交換方式的特點是延遲小、交換速度快，但可能把有差錯的幀也傳到了目的結點，也不能連接傳輸速率不同的設備。（2）存儲轉發交換方式在存儲轉發交換方式中，交換機首先完整地接收數據幀并進行檢測。如果接收的幀是正確的，則根據目的地址將其轉發出去。這種交換方式的優點是具有數據幀的差錯檢測能力，并支持不同傳輸速率的端口之間的數據幀轉發；缺點是交換延遲時間將會增加。有的局域網交換機同時支持這兩種方式，在差錯率較低的情況下，采用直接交換方式，當差錯率高于一個指定值時，就轉為存儲轉發交換方式。3.5以太網奠基禮——交換式以太網3．交換式以太網交換式以太網使用以太網交換機構成星型結構。交換機的普通端口連接客戶端計算機，上行端口連接數據傳輸量很大的服務器，如圖3-15所示。圖3-15單交換機結構3.5以太網奠基禮——交換式以太網在多交換機的應用環境下，要根據應用的需要，設計交換機的連接結構。如圖3-16所示的結構中，服務器集中管理，連接在交換機的上行端口上，兩個交換機也用上行端口連接。圖3-16多個交換機的結構3.5以太網奠基禮——交換式以太網4．交換式以太網的優點交換式以太網具有以下幾個優點：第一，它保留現有以太網的基礎設施，而不必把還能工作的設備扔掉。交換式以太網使用大多數或全部的現有基礎設施，當需要時可追加更多性能。第二，以太網交換機有著各類廣泛的應用——與現行的中繼器結合，網絡交換機可以用來將超載的網絡分段，或者加進網絡交換機或者建立新的主干網，所有這些應用都維持現有的設備不變。第三，以太網交換技術是基于以太網的。因為以太網已成為常規技術，工業界人人都對它了如指掌，交換技術也只需進行少量培訓。3.5以太網奠基禮——交換式以太網3.5.2三層交換技術前面介紹的交換機屬于二層交換機，它主要根據MAC地址來傳送數據幀，并將每個數據幀從正確的端口轉發出去。但是，當有一個廣播數據包進入某個端口后，交換機同樣會將它轉發給所有的端口。二層交換機對組建一個大規模的局域網來說還不夠用，還需要使用路由器來完成相應的路由功能。實際上，交換和路由選擇是互補性的技術，路由器處理延時大、速度慢，用交換機又不能有效地進行控制廣播。因此，在交換機不斷發展的過程中，就有了將第二層交換和第三層轉發技術結合的設備，即三層交換機，也被稱做“路由交換機”。3.5以太網奠基禮——交換式以太網1．三層交換技術原理三層交換技術是在OSI參考模型中的第三層實現了數據包的高速轉發，實際上就是第二層交換技術與第三層轉發技術的結合。假設有兩個采用TCP/CP的網絡1和網絡2（網絡1和2可以是兩個虛擬局域網），其中計算機A、C在網絡1中，計算機B在網絡2中。當計算機A要發送數據給計算機B時，A把自己的IP地址與B的IP地址進行比較，判斷B與自己是否在同一個網絡內，由于不在一個網絡，A要向“默認網關”發出ARP（地址解析）數據包，而“默認網關”的IP地址其實就是三層交換機的第三層交換模塊。當A對“默認網關”的IP地址廣播一個ARP請求時，如果第三層交換模塊在以前的通信過程中已經知道B的MACA地址，則向A回復B的MAC地址；否則第三層交換模塊根據路由信息向B廣播一個ARP請求，B得到此ARP請求后向第三層交換模塊回復其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復給A，A向B發送的數據包便全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換。當A和C通信時，A與C處于同一個網絡中，則直接采用MAC端口表進行轉發。A與B的通信，由于僅僅在路由過程中才需要第三層處理，絕大部分數據都通過第二層交換轉發，因此三層交換機速度很快，接近二層交換機速度，同時相比路由器的價格低很多。3.5以太網奠基禮——交換式以太網除了三層交換外，多層交換技術中還包括第四層交換。第四層交換是一種功能，在傳輸數據時，除了可以識別并分析第二層的MAC地址和第三層的IP地址外，還可以判斷出該數據應用服務類型。也就是說，依據第四層的應用端口號（如TCP/UDP端口號）對數據包進行查詢，獲取相應的信息。TCP/UDP端口號可以告訴交換機所傳輸數據流的應用服務類型，如WWW應用、FTP應用等，然后交換機可以將數據包分類映射到不同的應用主機上，保證了服務質量。3.5以太網奠基禮——交換式以太網2．三層交換的應用三層交換的主要用途是代替傳統路由器作為網絡的核心，在企業網和校園網中，一般會將三層交換用在網絡的核心層，用第三層交換機上的千兆端口或百兆端口連接不同的子網或虛擬局域網（VLAN）。這樣網絡結構相對簡單，結點相對較少。另外，其不需要較多的控制功能，并且成本較低。提供三層交換的交換機在應用方面具有以下特點：（1）作為主干交換機三層交換機一般用于網絡的主干交換機和服務器群交換機，也可作為網絡結點交換機。在網絡中，同其他以太網交換機配合使用，可以組建整個10/100/1000Mbps以太網交換系統，為整個信息系統提供統一的網絡服務。這樣的網絡系統結構簡單，同時還具有可伸縮性和基于策略的QoS服務等功能。三層交換機為網絡提供QoS服務的內容包括優先級管理、帶寬管理和VLAN交換等。3.5以太網奠基禮——交換式以太網（2）支持Trunk協議在應用中，經常有以太網交換機相互連接或以太網交換機與服務器互聯的情況，其中互聯的單條鏈路往往會成為網絡的瓶頸。采用Trunk技術能將若干條相同的源交換機與目的交換機之間的以太網鏈路從邏輯上看成一條鏈路，不但提高了帶寬，也增強了系統的安全性。有人說，三層交換機就是二層交換機加路由器。你認為這句話對嗎？為什么？3.6天馬行空——無線局域網無線局域網WLAN（WirelessLocalAreaNetwork）是一種較新的技術，一般情況下指利用微波擴頻技術進行聯網，可以說是在各主機和設備之間采用無線連接和通信方式的一種局域網。WLAN省卻了一般局域網中布線和變更線路費時、費力的麻煩，為用戶提供了方便。3.6.1無線局域網的相關標準1998年，IEEE制訂出無線局域網的協議標準802.11，其射頻傳輸標準采用跳頻擴頻（FH-SS）和直接序列擴頻（DSSS），工作在2.4000FHz～2.4835GHz，在MAC層則使用載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）協議。802.11標準主要用于辦公室局域網和校園網中用戶與用戶終端無線接入，業務主要限于數據存取，傳輸速率最高只能達到2Mbps。由于802.11在傳輸速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，此后IEEE又推出了802.11b、802.11a、802.11g和802.11n等，作為802.11標準的擴充，其主要差別在于MAC子層和物理層。3.6天馬行空——無線局域網802.11b采用2.4GHz頻帶，調制方法采用補償碼鍵控（CKK），共有3個不同的傳輸信道。傳輸速率能夠從11Mbps自動降到5.5Mbps，或者根據直接序列擴頻技術調整到2Mbps和1Mbps，以保證設備的正常運行與穩定。802.11a擴充了802.11標準的物理層，規定該層使用5GHz的頻帶。該標準采用OFDM（正交頻分）調制技術，傳輸速率可達到54Mbps，共有12個不重疊的傳輸信道。802.11g共有3個不重疊的傳輸信道，與802.11a一樣，也運行于2.4GHz，調制方式為OFDM，但網絡的傳輸速率可以達到54Mbps。802.11n是Wi－Fi聯盟在802.11a/b/g后推出的一個無線傳輸標準協議，其目的是為了使無線局域網達到以太網的性能水平。在傳輸速率方面，802.11n將無線局域網的傳輸速率由802.11a提供的54Mbps提高到300Mbps甚至高達600Mbps；在覆蓋范圍方面，802.11n采用智能天線技術，可以讓無線局域網用戶接收到穩定的信號，并可以減少其它信號的干擾，因此其覆蓋范圍可以擴大到好幾平方公里。3.6天馬行空——無線局域網802.11標準規定無線局域網的最小構件是基本服務集（BasicServiceSet，BSS）。一個BSS包括一個基站和若干個移動站，所有的站均運行同樣的MAC協議并以爭用方式共享同樣的無線傳輸媒體。基本服務集類似于零線移動通信的蜂窩小區。在802.11標準中，基本服務集中的基站稱為接入點（AccessPoint，AP）。一個基本服務集可以是孤立的，也可以通過接入點AP接入一個主干分配系統（distributionsystem，DS），然后再接入另一個基本服務集，這樣就構成了一個擴展的服務集ESS。主干分配系統可采用常用的有線以太網或其他的無線連接。接入點AP的作用與網橋相似，使擴展的服務集ESS成為一個在LLC子層上的邏輯局域網。802.11標準還定義了3種類型的站，一種是僅在一個BSS內移動，另一種是在BSS之間移動但仍在一個ESS之內，還有一種是在不同的ESS之間移動。3.6天馬行空——無線局域網3.6.2無線局域網的應用領域無線局域網與有線局域網一樣，可用于教學、管理、生產、商業及生活等各個方面，其最常用的領域如下：（1）接入Internet：通過無線局域網接入Internet，對于使用便攜終端的人員來說，就可以在被無線局域網覆蓋的任何地方上網學習、看新聞、聊天、下載資源……（2）辦公室環境：用于實現各種辦公自動化系統，利于辦公室環境的整潔。現在許多網絡應用較多的辦公室常常是線纜密布，使辦公環境顯得雜亂，無線局域網的應用將會改變這種局面。（3）商業環境：構成無線的POS系統和MIS系統，利于購物環境的布局和管理。（4）工業現場：用于工業自動化的管理，可減少對現場的改造，適應車間的布局等。3.6天馬行空——無線局域網3.6.3無線局域網實現技術無線局域網依其輸出的形式可分為兩大類，一類是用微波的方式，其原理即無線廣播方式，另一類是光通信，利用各類超短波的光通信系統，如紅外光通信、激光通信等，該類在克服光干擾錯誤檢查及糾正等方面技術尚不很成熟，故無線局域網目前多用無線廣播技術，具體地說就是擴頻技術。1．擴頻技術擴頻技術即擴展頻譜，簡稱泛SS（SpreadSpectrum）技術。它是通過對傳送數據的特殊編碼，使其擴展為頻帶很寬的信號，其帶寬遠大于傳輸信號所需的帶寬（約數千倍），并將待傳信號與擴頻編碼信號一起調制載波，這樣數據信號就均勻地分布于整個帶寬上，對于每一個頻段而言，其分配的功率極小，故干擾小，不會影響各種無線電信號的傳播，且數據保密性好，是目前國際上無線通信領域中倍受矚目的技術。有兩種方法可實現擴頻：直接序列擴頻（簡稱直序）技術和跳頻擴頻技術。3.6天馬行空——無線局域網（1）直接序列擴頻技術（DirectSequenceSpreadSpectrum，DSSS）：就是用高速率的擴頻序列在發射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展開的擴頻信號還原成原來的信號。（2）跳頻擴頻技術（Frequency-HoppingSpreadSpectrum，FHSS）：跳頻技術屬頻率調制，是一種可避免干擾的技術，擴展的編碼不斷地改變載波頻率，載波頻率每秒改變的次數稱跳頻。跳頻可用任一窄帶信號實現，其載頻根據擴頻跳頻序列隨時間變化。跳頻有快慢兩種，一般慢跳頻率每秒4～10次；如果網絡數據傳輸速率為1Mbps，則意味著每一跳頻，就會有幾千位的數據發送出去。IEEE委員會已把FHSS和DSSS技術寫入802.11無線介質存取控制和物理規范草案。3.6天馬行空——無線局域網2．擴頻技術特點（1）與窄帶微波數據通信相比，總造價低、組網簡單靈活，建造周期短。（2）與短波、超短波數據通信比較，其傳輸速率、抗干擾能力、保密性及頻率許可證等方面性能高。（3）與紅外、激光通信相比，其可靠性、抗干擾能力強。綜上所述，擴頻技術具有速度快、保密性好、傳輸距離長（可達幾十千米）、抗干擾性強，誤碼率低、可與窄帶無線通信共享以及安裝方便、成本低等優點。適用于數字語音和數據的傳輸，對高速文件傳輸、圖像傳輸等也都適用。3.6天馬行空——無線局域網什么是藍牙“藍牙”（Bluetooth）原是一位在10世紀統一丹麥的國王，他將當時的瑞典、芬蘭與丹麥統一起來。用他的名字來命名這種新的無線通信技術標準，含有將四分五裂的局面統一起來的意思。藍牙是由東芝、IBM、Intel、愛立信和諾基亞于1998年5月共同提出的近距離無線數字通信的技術標準。利用藍牙技術可以在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、手機、平板電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。藍牙的標準是IEEE802.15，工作在2.4GHz頻帶，帶寬為1Mbps（有效傳輸速度為721Kbps），最大傳輸距離為10m。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術隨著通信技術和信息產業的飛速發展，智能建筑中越來越多地借助于計算機、控制設備和通訊設備，對建筑物的所有設備、語音交換、數據終端、網絡設備、視頻設備、暖通空調、消防系統、保安監控、電力系統等進行智能化管理和控制，達到互通信息、共享資源的目的。這樣多的系統和設備，其信息種類和信息分布復雜而多變，因此必須建立一套有效的布線系統，把不同的控制設備、交換設備、網絡設備和計算機設備等相互連接起來。3.7.1結構化布線概述在完成局域網的結構設計后，如何完成網絡布線成為一個重要問題。據統計，在局域網所出現的網絡故障中，有75%以上是由網絡傳輸介質引起的。因此，解決好網絡布線問題對提高網絡系統的可靠性有重要作用。1．結構化布線的發展3.7大道若簡——局域網結構化布線技術20世紀90年代以來，支持非屏蔽雙絞線得到廣泛的應用。采用雙絞線作為網絡傳輸介質的優點是連接方便、可靠性高與擴展靈活。同時，雙絞線不僅能用于計算機通信，而且能完成電話通信與控制信息傳輸。電話通信比計算機通信出現得早，在鋪設電話線路方面早有各種方法與標準，人們很自然地想到將電話線路的連接方法用于網絡布線中，這樣就產生了專用于計算機網絡的結構化布線系統。從某種意義上來說，結構化布線系統并非什么新的概念，它只是將傳統的電話、供電等系統所用的方法借鑒到計算機網絡布線中，并使之適應計算機網絡與控制信息傳輸的要求。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術結構化布線系統是指在一座辦公大樓或樓群中安裝的傳輸線路，它能將所有的語音、數字設備與電話交換系統相連接。結構化布線系統包括布置在辦公大樓中的所有電纜與各種配件，例如轉接設備、各類用戶端設備接口以及外部網絡接口，但是它并不包括各種交換設備。從用戶的角度來看，結構化布線系統是使用一套標準的組網器件，按照標準的連接方法來實現的網絡布線系統。結構化布線系統使用的組網器件包括以下幾種類型。2．結構化布線的概念各類傳輸介質各類介質的端接設備連接器適配器3.7大道若簡——局域網結構化布線技術各類插座、插頭及跳線光電轉換與多路復用器等電器設備電氣保護設備各類安裝工具結構化布線系統與傳統的布線系統的最大區別在于：結構化布線系統的結構與當前所連接的設備位置無關。在傳統的網絡布線系統中，設備安裝在哪里，傳輸介質就要鋪設到哪里。結構化網絡布線系統則是預先按建筑物的結構，將建筑物中所有可能放置計算機及外部設備的位置都預先布好線，然后根據實際所連接的設備情況，通過調整內部跳線裝置將所有計算機與外部設備連接起來。同一條線路的接口可以連接不同的設備，例如電話機、計算機、終端、工作站及打印機等外部設備。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術3．智能大樓概念的提出智能大樓是隨著計算機與現代通信技術的迅速發展，以及人們對信息共享的強烈需求而產生的。智能大樓將計算機通信、信息服務與安全監控集成在一個系統中。智能大樓的定義有很多種。美國的一個智能大樓研究機構認為：智能大樓是通過對建筑物的結構、系統、服務與管理四個要素采用最優組合，為用戶提供一個投資合理、高效、安全與便利的工作環境。另一種定義則認為：智能大樓是在大樓建設中建立一個獨立的局域網，在樓外與樓內的交匯處安裝配線架，利用樓內垂直電纜豎井作為布線系統的主軸管道；在每個樓層建立分線點，通過分線點在每個樓層的平面方向布置分支管道，并通過這些分支管道將傳輸介質連接到用戶所在位置。最終用戶的位置可以連接計算機、電話機、傳真機、報警器、供熱與空調設備，甚至可以是生產設備。這種集成環境能為用戶提供全面的信息服務功能，同時能隨時對大樓發生的任何事情自動采取相應處理措施。美國EIA與TIA組織共同提出了一套智能大樓布線系統標準。該標準將所有的語音、數字、視頻信號及監控系統的配線，經過統一規劃綜合在一套標準系統中。這套系統不僅能為用戶提供電信服務，而且能為用戶提供網絡通信、安全報警與監控管理服務。這個系統具有很大的靈活性，在各種設備位置改變或局域網結構變化時，不需要進行重新布線，只要在配線間做適當的布線調整即可。這樣的系統可以滿足不同用戶的需要，能夠適應用戶需求變化的需要。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術4．智能大樓的組成部分完善的智能大樓系統除了結構化布線系統外，還應該包括以下幾種系統：（1）辦公自動化系統（OA）辦公自動化系統是智能大樓的基本功能之一。它是由高性能的傳真機、終端、微型計算機、大中型計算機，以及聲像裝置等現代辦公設備與相應軟件組成的。辦公自動化系統能為用戶提供各種高效的辦公手段，包括文字處理、文件管理、電子郵件、數據共享與電視會議等服務。（2）通信自動化系統（CA）通信自動化系統主要包括以下幾個部分：以程控交換機為中心，以電話、傳真為主的通信網；用于將樓內的各種終端、微型計算機、工作站、大中型計算機聯網的局域網；遠程數據通信網。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術（3）樓宇自動化系統（BA）樓宇自動化系統采用傳感器、監控設備與計算機等設備，對大樓的電力、空調、電梯、供水與排水、防火與防盜等設施實行自動監控與管理。它包括樓宇自動化管理、出入管理、身份卡識別、防盜保安、防火及各種設備監控系統。樓宇自動化系統一般采用分散控制、集中管理的方法，其中的關鍵技術是傳感器與接口控制。例如，大型商場內的煙霧感應報警裝置，就是常見的樓宇自動化系統的一部分。（4）計算機網絡（CN）要實現辦公自動化、通信自動化與樓宇自動化系統，除了結構化布線系統外，計算機網絡系統也是一個重要的基礎設施。計算機網絡系統處于智能大樓的核心地位。一般來說，一座大樓內應該有一個高速的主干網，用來連接大樓內多個計算機與每個樓層的局域網。大樓內部網絡與外部通信網通過高速主干網互聯。主干網需要具有很高的通信容量，因此應采用快速以太網、ATM與FDDI等。從以上討論中可以看出，智能大樓是伴隨著人們對信息共享的迫切需求而產生的，是一種將建筑與通信、計算機網絡及控制技術相結合的產物，其基礎是結構化布線系統。目前，大的結構化布線系統供應商包括：AT&T公司、AMP公司、Nortel公司、Siemons公司等。隨著經濟飛速發展與各種辦公大樓的興建，智能大樓在我國有廣闊的發展前景。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術世界上第一幢“智能大廈”1984年1月，美國康涅狄格（Connecticut）州哈特福特（Hartford）市，將一幢舊金融大廈進行改建，定名為“都市辦公大樓”（CityPlaceBuilding）。該大樓有38層，總建筑面積十萬多平米。當初改建時，該大樓的設計與投資者，并未意識到這是形成“智能大廈”的創舉，主要功績應歸于該大樓住戶之一的聯合技術建筑系統公司（UnitedTechnologiesBuildingSystemCo，UTBS）UTBS公司當初承包了該大樓的空調、電梯及防災設備等工程，并且將計算機與通信設施連接，廉價地向大樓中其他住戶提供計算機服務和通信服務，這就是公認的世界上第一幢“智能大廈”3.7大道若簡——局域網結構化布線技術3.7.2結構化布線系統的應用環境結構化布線系統主要應用在以下3種環境中：1．建筑物綜合布線系統建筑物綜合布線系統一般采用開放式、模塊化結構，具有良好的可擴展性、靈活性等特點。傳輸介質采用非屏蔽雙絞線與光纖混合結構，可以連接建筑物或樓群中的各種設備與網絡系統。建筑物綜合布線系統的主要應用范圍是：商務環境，例如商業銀行、股票市場、飯店和零售商店。辦公室環境，例如公司、律師事務所和小型商務中心。建筑群環境，例如大學校園、公司建筑物群和政府機構。交通運輸環境，例如航空港、火車站、交通運輸中心和出租車調度中心。衛生保健環境，例如醫院、急救中心。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術最初，建筑物綜合布線系統采用非屏蔽雙絞線來支持低速語音與數據信號。但是，隨著局域網技術的發展，目前采用光纜與非屏蔽雙絞線混合的連接方式。在設計建筑物綜合布線系統時，應根據建筑物的結構、對傳輸速度的要求與結點數量，來選擇適當的網絡結構與傳輸介質。圖3-17給出了典型的建筑物綜合布線系統結構示意圖。圖3-17典型的建筑物綜合布線系統結構示意圖3.7大道若簡——局域網結構化布線技術建筑物綜合布線系統的主要特點是：（1）由于建筑物綜合布線系統支持各種系統與設備，能夠與現有的語音、數據系統一起工作，這樣可以保護用戶在硬件、軟件及培訓方面的投資。（2）建筑物綜合布線系統的結構化設計使用戶自己能夠很容易地排除故障，使用網管軟件能準確跟蹤設備的遷移與變化，并能對某些故障進行監測與顯示。（3）采用非屏蔽雙絞線與光纜的建筑物綜合布線系統，能夠支持100Mbps甚至更高的數據傳輸速率。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術2．智能大樓布線系統智能大樓布線系統一般采用開放式、模塊化結構，具有良好的可擴展性、靈活性等特點，能連接語音、數據、圖像，以及各種樓宇控制與管理裝置，從而為用戶提供一個高效、可靠的應用環境。智能大樓布線系統是構筑在大樓中的基本運行系統，用于大樓內的各種操作與控制系統中的信息共享。建造智能大樓布線系統需要使用一整套產品，包括雙絞線、光纜、匹配器、接線箱、電子裝置、保安設備、安裝維護工具、管理軟件等。模塊化設計使得用戶在系統擴充、更新設備時，布線系統可以不變或只做很小的變化，從而大大降低用戶對大樓的維護費用。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術3．工業布線系統工業布線系統是專門為工業環境設計的布線標準。現代化工廠必須有一套先進的工業通信網絡，才能夠適應生產、管理現代化與計算機集成制造系統（CIMS）的通信需求。一套先進的工業網絡系統可以將工廠的自動控制設備、企業管理系統、通信與數據處理相結合，以便有效提高生產效率與產品質量，提高工廠的設計、生產、銷售與管理水平，這樣才有可能產生明顯的經濟效益。工業布線系統用來解決工業廠房中信息傳輸的特殊要求，可以滿足工業環境中數據傳輸的需要。針對工廠環境中存在強干擾的特點，這類系統一般采用雙層網絡結構來提高系統穩定性。工業布線系統的主要特點是：采用光纜作為連接各種通信設備的傳輸介質，提高了數據傳輸速率與抗干擾能力，確保在復雜的工廠環境中的數據傳輸要求；模塊化結構使網絡設備與結構變化對結構化布線系統帶來的影響最低，可以將聲音、數據、視頻與網絡管理有機組合，以適應未來工業發展對數據傳輸的要求；使用戶可以容易地進行故障診斷與恢復，以提高系統的可維護性與可靠性。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術3.7.3結構化布線系統的組建一般來說，完整的結構化布線系統由6個部分組成：戶外系統、垂直豎井系統、平面樓層系統、用戶端子區、機房子系統和布線配線系統。對于上述6個部分，不同的結構化布線系統有不同的叫法。例如，有的系統將用戶端子區稱為工作區子系統，將平面樓層系統稱為水平支干線子系統，將布線配線子系統稱為管理子系統。但是，無論采用什么名稱，完整的結構化布線系統都由這6部分組成。1．用戶端子用戶端子用于將用戶設備連接到結構化布線系統中。用戶端子主要包括與用戶設備連接的各種信息插座與相關配件。目前，最常用的是雙絞線的RJ-45插座與連接電話的RJ-11插座，前者廣泛應用于局域網設備（例如微型計算機、工作站、服務器等），后者廣泛應用于電信系統（例如電話機、傳真機等）。用戶端子的安裝部位可以在墻上或辦公桌上，但要避免安裝在人們經常走動或易損壞的地方，以免因為人為原因而造成線路損壞。3.7大道若簡——局域網結構化布線技術2．戶外系統戶外系統主要用于連接樓群之間的通信設備，將樓內與樓外系統連接起來，使戶外信息進入樓內的信息通道。戶外系統包括用于樓群之間通信的傳輸介質與各種支持設備，例如電纜、光纜與電氣保護設備。由于戶外系統安全性直接影響整個布線系統的安全，因此必須安裝各種電氣保護裝置。為了避免雷電等強電流進入樓群破壞設備，必須安裝避雷和過流保護裝置，以保證樓內系統處于絕對安全的環境中。為了適應各種信息交換的要求，戶外系統除了使用各種有線連接手段，還可以使用微波、無線電等無線連接手段。戶外系統通常在入口處經過一次轉接再接入樓內系統，這是由于樓內與樓外的通信介質通常具有不同規格，并且在轉接處可以安裝電氣保護裝置。戶外系統進入大樓時的處理方法主要有兩種：戶外系統通過地下管道進入大樓；戶外系統通過架空方式進入大樓。戶外系統與樓內系統的轉接處需要有專門的房間或墻面，這要視建筑物的規模與安裝設備的多少而決定。一般來說，大型建筑物至少要留有一間專用的房間，小型建筑物只需留有一面安裝設備的墻面。在房間或墻面安裝的設備主要是跳接線系統、分線系統、電氣保護裝置與專用傳輸設備，如多路復用器、光端機等。大多數建筑物經常將與戶外的所有連接集中起來，這樣就有可能彼此之間產生干擾，因此要考慮如何屏蔽設備之間的干擾。尚未施工的建筑物應