计算机局域网实用组网技术.ppt

第5章 计算机局域网实用组网技术,5.1 局域网组网技术概述5.2 典型以太网组网技术 5.3 高速局域网 5.4 虚拟局域网 5.5 局域网与结构化布线,5.1 局域网组网技术概述,局域网是通过传输介质将多个空间内的各种计算机或其他外部设备（通信节点）连接起来，并具有相应软件支持的局部网络系统。基本组成硬件：服务器、工作站、传输介质、网卡、集线器解决网络瓶颈：网桥、交换机、路由器、网关、通信服务器,5.1.1 设计局域网的基本原则,1.局域网硬件结构设计时就考虑的因素网络拓扑结构传输介质2.设计网络拓扑时应考虑的基本原则分段能力诊断和故障检测能力带宽可管理性桥接能力扩展和维护能力,5.1.2 以太网,1.以太网的发展 由施乐公司创建,后来DEC、Intel和施乐共同开发，于20世80年代首次出版，称为DIX1.0，并提交给IEEE委员会，经IEEE成员修改通过，演变为IEEE的正式标准，编号为802.3，以太网和IEEE 802.3有些规定不同，但是兼容。2.以太网的拓扑结构 逻辑拓扑结构是总线型3.以太网的介质访问控制方式 采用CSMA/CD方式，传输二进制信号时，采用“曼彻斯特”及“差分曼彻斯特”纺码提高性能,4.低速以太网的产品标准与分类,（1）低速产品的常见标准（速率为10Mb/s）10BASE5：标准以太网，即粗缆以太网，基带传输，曼彻斯特数字信号10BASE2：廉价以太网，即细缆以太网，基带传输，曼彻斯特数字信号10BASET：双绞线传输，基带传输,（2）其他以太网变形标准10 BASE-FP、10 BASE-FB与10 BASE-FL（光缆）100 BASE-TX（5类非屏蔽双绞线）100 BASE-T4（3类非屏蔽双绞线）100 BASE-FX（光缆）以太网的标准和主要参数见书P97,（3）10Mb/s以太网小结,传输速度：10Mb/s介质访问控制方法：CSMA/CD拓扑结构：逻辑拓扑为总线型物理拓 扑为总线型或星型传输类型：帧交换,5.以太网的主要设计特点,简易性低成本兼容性扩展性均等性,5.2 典型以太网组网技术,5.2.1 标准以太网5.2.2 细缆以太网5.2.3 双绞线以太网,5.2.1 标准以太网,1.粗缆以太网（标准以太网10BASE 5）采用RG-11粗同轴电缆为传输介质，阻抗为50，直径0.4英寸，节点通过网卡（AUI接口，15针）、收发器电缆（786对屏蔽双绞线电缆）、和收发器与总线相连。,2.粗缆以太网小结,拓扑结构：总线介质访问控制方法：CSMA/CD网线类型：RG-11型50 粗同轴电缆传输速度：10Mb/s最大网络节点数目：300个每段最大节点数目：100个最大网段数目：5个，最多使用4个中继器，其中3个网段可以连接工作节点节点最小距离：2.5m最大网络长度：2500m最大网段长度：500m,5.2.2 细缆以太网,1.细缆以太网（10BASE 2）的结构 采用细同轴电缆作为传输介质，是10BASE 5的替代方案，能将收发器功能移植到网卡上，采用BNC接口、RG-58A/U型同轴电缆,2.细缆以太网小结,拓扑结构：总线介质访问控制方法：CSMA/CD网线类型：RG-58型50 细同轴电缆传输速度：10Mb/s最大网络节点数目：90个每段最大节点数目：30个最大网段数目：5个，最多使用4个中继器，其中3个网段可以连接工作节点节点最小距离：0.5m最大网络长度：925m最大网段长度：185m,5.2.3 双绞线以太网,10BASE T中的T是双绞线电缆（Twisted-pair）的英文缩写，10BASE T标准使有星型物理拓扑结构，使用接有RJ-45头的UTP非屏蔽双绞线电缆作为传输电缆。,1.双绞线以太网的硬件组成,集线器Hub 集线器是双绞线以太网的中心连接设备，其物理拓扑结构为星型，逻辑拓扑结构为总线型，集线器将服务器或其它节点发送的数据信息转发到所有与之相连的端口，介质访问控制采用CSMA/CD方式。Hub主要功能：组网功能向上接口的扩展功能信号强化功能自动检测，并强化“碰撞”信号自动判断有故障工作站，不影响其他节点,集线器的分类方法,(1)按照集线器支持的传输速率，可以分为以下三类：10 Mbps 集线器；100 Mbps集线器；10/100 Mbps自适应集线器。(2)按照集线器是否能够堆叠，可以分为以下两类：普通集线器与可堆叠式集线器。普通集线器不具备堆叠功能，当连网结点数超过单一集线器的端口数时，只能采用多集线器的级联方法来扩充；堆叠式集线器由一个基础集线器与多个扩展集线器组成，通过在基础集线器上堆叠多个扩展集线器，可以很方便地扩充连网的结点数。(3)按照集线器是否支持网管功能，可以分为以下两类：简单集线器；带网管功能的智能集线器。简单集线器不支持网管功能，无法从远程工作站进行管理；带网管功能的智能集线器支持网管功能，可以通过SNMP协议来远程监控与管理。,非屏蔽双绞线,10 BASE T网络标准原来规定使用3类4芯UTP，后来使用3类、5类8芯UTP，目前最常使用的是超5类双绞线。做线标准（568B）：UTP使用引脚：引脚1：接收（Rx+）引脚2：接收（Rx-）引脚3：发送（Tx+）引脚6：接收（Tx-）网卡使用引脚：引脚1：发送（Tx+）引脚2：接收（Tx-）引脚3：接收（Rx+）引脚6：接收（Rx-）,2.组建单集线器10BASE T 网络,所有节点通过非屏蔽双绞线与集线器连接，构成物理上的星型拓扑。从节点到集线器的非屏蔽双绞线最大长度为100 m。单一集线器结构适宜于小型工作组规模的局域网，典型的单一集线器一般支持824个RJ45端口与一个BNC、AUI或光纤连接端口。如图：,（1）组建10 BASE T网络所需工具,接线钳：RJ-45专用剥线/压线钳，用于接驳水晶头网线测试仪（测线器）或万用表：斜口钳剥线器,（2）标准线和交叉线制作和使用场合,标准线（直通线）：两头一致，都为568B标准，用于HUB、交换机、路由器与计算机节点相连交叉线（跳阶线）：两头不一致，一头为568B，一头为568A标准，用于双机（相同设备）互联,（3）10 BASE T网络的架设步骤,准备好双绞线布线制作双绞线测试双绞线同HUB、计算机相连用PING命令测通网络,3.双线以太网的扩展组网方案,当需要连网的结点数超过单一集线器的端口数时，通常需要采用多集线器的级联结构。普通的集线器一般都提供两类端口：一类是用于连接结点的RJ45端口；另一类端口是向上连接端口，包括连接粗缆的AUI端口、连接细缆的BNC端口或光纤连接端口。级联结构的10 BASE T网络遵循5-4-3规则，利用集线器向上连接端口级联可以扩大局域网覆盖范围。，在采用多集线器的级联结构时，通常采用以下两种方法：使用双绞线，通过集线器的RJ45端口实现级联。使用同轴电缆或光纤，通过集线器提供的向上连接端口实现级联。,堆叠式集线器（stackable hub）适用于中、小型企业网环境。堆叠式集线器由一个基础集线器与多个扩展集线器组成。基础集线器是一种具有网络管理功能的独立集线器。通过在基础集线器上堆叠多个扩展集线器，一方面可以增加Ethernet的结点数，另一方面可以实现对网中结点的网络管理功能。在实际应用中，人们常常将堆叠式集线器结构与多集线器结构结合起来，以适应不同网络结构的要求。,4.10 BASE T双绞线以太网的应用特点,（1）优点易检测故障、维护方便安装、管理和使用简单成本低扩展方便改变网络布局容易构建网络灵活、方便,（2）缺点,节点增加，冲突增加，网络性能下降网络中央节点负荷过重双绞线的抗干扰能力弱网络通信线路的利用率低,5.3 高速局域网,5.3.1高速局域网概述5.3.2共享式快速以太网5.3.3交换式以太网技术特点5.3.4从共享式以太网升组为交换式以太网的方法5.3.5共享式以太网与交换式以太网的实用组网方案5.3.6千兆位以太网5.3.7光纤分布式以太网,5.3.1高速局域网概述,概述1.局域网的性能指标2.高速局域网的基础知识,概述,高速局域网发展方向：高速、模块、交换、虚拟局域网流行的高速局域网类型：共享式快速以太网、交换式高速以太网、虚拟局域网、千兆位以太网、FDDI、ATM,1.局域网的性能指标,评价局域网性能的主要指标有三个:网络响应时间网络传输速率网络资源利用,2.高速局域网的基础知识,高速局域网:数据传输速率在100Mb/s以上的局域网改善网络性能的手段:提高数据传输速率采用网络分段的方法用交换机替代集线器,将共享式局域网升级为交换式局域网采用更先进技术,常见标准局域网的标准和主要参数,5.3.2共享式快速以太网,根据网络传输介质的不同,制定以下三个标准:100 BASE TX使用两对5类UTP或STP双绞线(网段长度100m)100 BASE T4使用四对35类UTP(网段长度100m)100 BASE FX使用S/MMF(单、多模)型光纤(网段长度4002000m，全双工时的传输速率达200Mb/s),1.100 BASE快速以太网技术标准,1995年7月获得IEEE认证，称为IEEE802.3u采用物理的星型拓扑结构支持全双工方式数据传输速率100Mb/s，实际达到200Mb/s,与10BASE的相同之处,采用CSMA/CD介质访问控制方式采用相同数据传输帧格式相同的组网方式法同样的低成本、易扩展性能强,与10BASE的相同之处,快速以太网将每个比特的发送时间由10BASE T时的100ns降到10ns工作频率不同，10BASE T为25MHz,100BASE TX和100BASE FX为125MHz物理层传输介质和信号编码不同，10BASE T采用曼彻斯特编码、100BASE TX采用4B/5B快速局域网采用介质独立接口（MII media independent interface）,也称介质无关接口,2.100 BASE TX组网的技术特点,100 BASE TX可以看成是10BASE T的直接升级MAC子层与物理层之间采用了与介质无关MII接口编码方法4B/5B介质访问控制为CSMA/CD,3.100 BASE T4组网的技术特点,100 BASE T4使用4对3类或3类以上的UTP作为传输介质，其中的3对线用来同时传输数据，第4对线作为冲突检测时的接收信道，没有专用的发送和接信道，不能实现全双工通信，组建此类网络应遵循以下规则：使用RJ45连接器使用8B/6T编码方式最大网段长度为100M最多使用两个中继器或集线器，两个设备间距离不超过5M,4.100 BASE FX组网的技术特点,使用多模/单模光纤做为传输介质多模光纤连接距离为400m，单模光纤连接距离为2000m编码方法为4B/5B-NRZI的编码方案与100 BASE TX 网络工作原理相同,5.3.3交换式以太网技术特点,1.“共享介质”式传统高速局域网2.“共享式以太网”与“交换式”局域网的主要区别3.交换式以太网的特点,1.“共享介质”式传统高速局域网,介质访问控制方法：CSMA/CD、Token-Ring、Token-BUS平分可用带宽在计算机数目较少时有很好的响应和性能，反之导致带宽减少，传输数据的速率和质量下降,2.“共享式以太网”与“交换式”局域网的主要区别,共享与交换的概念区别传输数据带宽计算方法：共享：除法或减法 交换：乘法或加法传输数据的传输方式：共享：同一时刻，一个节点独占共享信道 交换：同一时刻，多个节点并发通信,核心设备的区别,共享式：共享式集线器交换式：交换式集线器或交换机,核心设备的区别,共享式：共享模式，所有节点都能收到 发送信息交换式：并发式通信方式，允许全双工通信模式,3.交换式以太网的特点,充分保护原有10Mb/s 的投资可以实现多对用户之间的点对点通信，每对用户可以独占带宽可对原超载网络进行分割，并扩展新主干网可以提高网络的性能可以支持广泛的传输介质,5.3.4 从共享式以太网升级为交换式以太网的方法,1.设计交换式以太网的主要步骤2.共享式网络提升为交换式网络应做好的硬件条件:核心设备、网卡、传输介质3.消除原来的网络瓶颈 速度、带宽、容量,5.3.5 共享式与交换式以太网的实用组网方案,步骤:根据网络应用需求,做好组网规划兼容原有网络的基础上采购设备网络综合布线主干网络的实施各节点网卡的调整、安装与设置各网络服务器的设置与调试各节点操作系统和应用软件的安装与调试,5.3.6千兆位以太网,1.千兆位以太网标准的推出2.千兆位以太网的应用与技术特点3.千兆位以太网的组网特点4.千兆位以太网的应用领域,1.千兆位以太网标准的推出,经历了10Mb/s传统共享以太网、100Mb/s快速以太网、100Mb/s高速以太网多个发展阶段后，为信息技术发展的需要，1998年6月IEEE正式推出了1000Mb/s以太网的解决方案，是现有IEEE802.3 标准的扩展，采用IEEE802.3 z标准。,2.千兆位以太网的应用与技术特点,千兆位以太网的重点应用 发展以光纤为传输介质的高速网络，单模最大传输距离为3000米，多模最大传输距离为550米，UTP连接网络设备最大25米千兆位以太网的典型应用结构 校园网或企业网，其应用结构：企业级采用速率为1000Mb/s千兆（万兆）以太网做为主干，部门采用100Mb/s到桌面,3.千兆位以太网的组网特点,与10/100 BASE T的相同之处采用CSMA/CD的介质访问控制方式相同的组网方法低成本、易扩展性强与10/100 BASE T的不同之处每个比特发送时间为1ns采用GMII（千兆位介质专用）接口使用的物理层标准不同,千兆位以太网中使用的主要网络产品,千兆位以太网交换机：吞吐率、延迟、丢包率、VLAN、多层交换技术、背板带宽千兆位以太网网卡：具有智能处理器、全双工、即插即用、2GB/S（全双工）传输速率、符合千兆位以太网标准千兆位中使用的传输介质：光纤、铜缆、UTP千兆位以太网支持802.1Q VLAN，提供灵活的网络分段功能，提高网络性能、效率、安全性能,4.千兆位以太网的应用领域,多媒体通信视频应用电子商务教育和考试数据仓库,5.3.7光纤分布式数据接口网络,1.FDDI网络的主要标准和应用特点2.FDDI网络的主要应用场合3.FDDI网络的站点连接方式与站点类型4.FDDI网络中使用的主要网络产品5.FDDI网络的典型应用,1.FDDI网络的主要标准和应用特点,上层使用IEEE802.2协议,与符合IEEE802标准的局域网兼容使用的IEEE802.8标准基于IEEE802.5的令牌环的介质访问控制方式和物理层规范利用光纤做为传输介质高速率多节点:连网节点=1000个长距离:最大站间距离为2KM,环路最大为100KM高可靠性:采用双环结构和自动光纤旁路开关技术具有动态分配带宽的能力,支持同步和异步传输,2.FDDI网络的主要应用场合,主要用于对可靠性、传输速度、系统容错技术要求较高的场合：后端网络数据中心环境:站点数目不超50前端网络中的单连站校园网主干网多个校园网主干网:最大距离60m,3.FDDI网络的站点连接方式与站点类型,在FDDI网络中，工作站、集中器、FDDI互联设备都称为站点，连接站点的类型：DAS和SAS，相应的集中器类型：DAC（双连集中器）和SAC（单连集中器）双连站点（dual attachment station DAS）可同时连接到两个环上的站点，这类站点可以是计算机，也可以是具有双环接入功能的DAC。双环具有两个方向相反的旋转环，正常情况只有一个方向的环路工作，此环路叫主环，当网络出现故障，原来的双环可以自动配置，启动次环，使网络按单环方式工作单连站点（single attachment station SAS）只能连到一个环上的站点，需要集中器，一但环路出现故障，该类站点只能通过旁路功能将其从网中旁路掉，以保证网络继续工作，SAS一般通过集中器接入FDDI中。,4.FDDI网络中使用的主要网络产品,FDDI网卡：主要类型有32位PCI或ESIA总 线类型，单连网卡和双连网卡FDDI集中器：主要作用是站点的接入与拆除、站点旁路和网络管理,5.FDDI网络的典型应用,可靠性高、速度快、成本高，多作为园区主干网对靠性高要求极高的网络，如ISP 与快以太网混合使用,5.4 虚拟局域网,5.4.1 虚拟局域网概述5.4.2 虚拟局域网实现的基本原则5.4.3 虚拟局域网划分的基本方法,5.4.1 虚拟局域网概述,1.虚拟局域网的基本概念2.虚拟局域网的功能特点,1.虚拟局域网（VLAN）的基本概念,定义:是建立在交换式局域网基础上,通过网络管理软件构建的、可以跨越不同网段、不同网络的逻辑网络。VLAN使用的技术标准：1996年3月发布的IEEE802.1Q标准就是VLAN的标准。VLAN的分类与技术基础：根据交换技术不同的分为基于LAN交换机的帧交换和基于异步传输模式（ATM）机的信元交换VLAN适合的场合：对私有性和安全性有要求的网络，对大中型（几百、上千）的网络，可以有效地隔离广播风暴建立VLAN的技术条件：硬件条件：具有VLAN功能的局域网交换机 软件条件：交换机应具有相应的管理软件支持。,2.虚拟局域网的功能特点,使用VLAN技术的优点能够简化网络管理，使网络管理简单直观能够控制广播风暴能够提高网络的整体安全性使用VLAN技术的缺点在使用MAC地址定义VLAN技术中，必须进行初始配置使用交换端口划分VLAN，当用户从端口转移时，必须重新配置需要有专业管理员和技术支持,5.4.2 虚拟局域网实现的基本原则,考虚网络设备的兼容性为实现网络统一管理，尽量使用交换机尽量使用三层交换机，即也实现路由功能，又可实现VLAN管理网络树型结构，保证网络的层次性，及VLAN的物理连通性根据应用的需要选择交换机,5.4.3 虚拟局域网划分的基本方法,1.基于交换机端口划分VLAN2.基于MAC地址划分VLAN3.基于网络层协议或地址划分VLAN4.基于IP广播组划分VLAN5.基于策略划分VLAN,1.基于交换机端口划分VLAN,第一代端口VLAN技术：不能使广播域跨越多个交换机第二代端口VLAN技术：能使广播域跨越多个交换机，但交换机必须连通优点：最简单、最有效的的划分方法缺点：不允许多个VLAN共享一个物理网段或交换机端口,2.基于MAC地址划分VLAN,MAC地址：使网卡的标识符，12位16进制数表，前8位为厂商标识，后4位为网卡标识，固化在网卡的ROM里。优点：允许用从一个物理位置移动到另一个物理位置，并自动保留其所属虚拟网段的成员身份，独立于网络的高层协议，是一种基于用户的网络划分方法。缺点：初始工作比较困难,3.基于网络层协议或地址划分VLAN,优点：可以按传输协议划分网段；用户可以在网内自由移动，而不用重新配置；减少由于协议转换而造成的网络延迟；既允许一个VLAN跨越多个交换机，也允许一个端口位于多个VLAN中；适合TCP/IP用户群缺点：分析各种协议格式，网速较慢；不适合IPX、DECnet、Apple Talk注意：网络层定义的VLAN与网络层路由不等同；交换机不参与路由器工作，并没有路由计算产生；交换机只作为一个高速网桥，利用扩展树算法将包转发给下一个节点上的交换机。,4.基于IP广播组划分VLAN,以动态方式建立多点广播来确定虚拟网每个站点通过对不同虚拟网的广播信息来确认是否加入利用代理的设备对虚拟网络的成员进行管理具有巨大的灵活性、良好的扩充性和面向应用的特点安全性降低,5.基于策略划分VLAN,前边所述的每一种方法都可以看作是一种策略，并可以组合为一种新策略，目前可采用的策略有：基于MAC地址基于IP地址基于路由协议基于以太网协议基于应用,5.5 局域网与结构化布线技术,概述1.结构化综合布线系统的基本概念2.结构化综合布线系统的标标准3.结构化综合布线系统的设计要点,概述,结构化布线与传统布线的区别:结构化布线设计时只考虑需要安装的计算机或通信设备的位置和性能,而不考虑设备本身和具体安装的时间。智能大厦：办公自动化（OA）系统 通信自动动（CA）系统 楼宇自动化（BA）系统 计算机网络（CN）系统,1.结构化综合布线系统（PDS）的基本概念,结构化综合布线系统的定义综合布线：所谓综合是指把电话、计算机、多媒体数据、安全保卫信息，以及监控信息等统一考虑和统一布置。结构化方式：采用层次星型结构，根据模块化的思想，采用各种配线设备，按照统一的、标准的和简单的方式，实现各种传输介质的连接。结构化综合布线系统的优点结构清晰，标准统一，便于维护材料统一、先进，适应日后发展的需要灵活性强，可以适应各种不同的需求节约费用，便于扩充，提高了系统的可靠性,2.结构化综合布线系统的标标准,ANSI/EIA/TIA 568-A标准：美国的商用建筑特电信布线标准，包括TSB-36、TSB-40、TSB-53和EIA/TIA 568（最常用的网络布线标准）ISO/IEC 11801标准：建筑物通用布线的国标标准EN50173标准：综合布线系统的欧洲标准民用EIA/TIA 标准：EIA/TIA-568:民用建筑线缆标准EIA/TIA-569:民用建筑通信通道和空间标准EIA/TIA-606:民用建筑通信管理标准EIA/TIA-xxx:民用建筑中有关通信接地的标准,3.结构化综合布线系统的设计要点,结构化综合布线系统的设计要点尽量满足用户的通信要求了解楼宇间的通信环境确定拓扑结构选取合适的传输介质开放式设计，选择与多数厂商兼容的设备将初步设计规划和费用预算告知用户结构化综合布线系统的设计时应注意的问题带宽和速率新型电缆系统质量保证合理选择各种布线子系统合理选择电缆系统网络分布的地理范围,