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第2章 局域网组网技术_图文

第2章 局域网组网技术
知识点: ? 局域网的概念 ? IEEE802系列标准 ? 局域网的拓朴结构 ? 共享式以太网 ? 交换式以太网 ? 数据信号的传输和信息的传输方式 ? 差错控制和数据交换方式 难点: ? 局域网的拓朴结构 ? 数据通信的差错控制

2.1 局域网的概念 2.1.1 局域网概述
局域网的概念 局域网的特点 局域网类型 决定局域网特性的主要技术 ? 局域网标准:IEEE802制定的局域网标准 IEEE802各个协议的含义: 1. IEEE802: 2. IEEE802.2: 3. IEEE802.3: 4.IEEE 802.4: 5. IEEE802.5: 6.IEEE802.6: 7.IEEE802.9: 8.IEEE802.10: 9.IEEE802.11: 11.IEEE802.14: 12.IEEE802.15: 13.IEEE802.16: 14.ISO9314:

2.1.2 局域网的拓朴结构
为什么要定义拓朴结构 局域网两种拓扑结构的作用 局域网的主要物理拓扑结构 ? 总线拓扑 ? 环型拓扑 ? 星型拓扑 ? 混合拓扑 1.总线拓扑(CommonBus Topology) 总线拓扑的优点 总线拓扑的缺点

1.下图为总线拓扑结构的示图
服务器

客户机

客户机

服务器

客户机

客户机

2.环型拓扑(Ring Topology):下图为环型拓朴的示图
客户机

客户机 服务器

服务器

客户机

客户机

环型拓扑的优点 环型拓扑的缺点

3.星型拓扑:下图为星型拓扑示图
客户机

客户机 服务器

服务器

客户机

客户机

4.混合拓扑结构 ⑴ 星型总线拓扑:下图为星型总线拓扑示图

客户机

客户机

服务器

客户机

服务器

客户机

客户机 服务器 服务器

客户机 客户机

客户机

星型总线拓扑的优点和缺点 ⑵ 星型总线拓扑菊花链形拓扑:如下图所示

⑶ 扩展星型拓扑:如下图所示

2.2 局域网组网技术

2.2.1 局域网组网技术简介
2.2.2 共享式以太网
1.10Base2(细缆以太网) 10Base2使用细同轴电缆和单根总线的拓扑结构, 如下图所示。

10Base2

10Base2的优缺点

2.10Base5(粗缆以太网) 10Base5是以太网最初的电缆标准。它使用粗同轴电 缆,而不是细同轴电缆。每台计算机可通过AUI电缆连接 到收发器上,收发器再连接到粗同轴电缆上。 如下图所示。
粗同轴电缆 收发器

AUI电缆

10Base5

10Base5的优缺点 3.10Base-T(双绞线以太网) 10Base-T的特点 在10Base-T网络上使用的连接器 10Base-T的不足 4.100Base-T共享以太网 100Base-T的特点 100Base-TX的优点 5.100BaseVG 100BaseVG的特点 100BaseVG缺点

2.2.3 交换式以太网
下图为一个交换式以太网网络
交换机

集线器

集线器

集线器

子网1

子网2

子网3

1.100Base-T(交换以太网) 2.千兆位以太网(Gigabit Ethernet) 千兆位以太网规范
千兆位以太网标 准 1000Base-CX 传输介质 屏蔽双绞线 62.5/125μm多模光 纤电缆 最大传输距离 25m 550m 550m 5000m 描 述

交换机之间的 连接

1000Base-LX

50/125μm多模光纤 电缆 10μm单模光纤电缆 62.5/125μm多模光 纤电缆 50/125μm多模光纤 电缆

长波激光主干

220m或275m
500m或550m

1000Base-SX

短波激光水平 电缆

2.2.4 不同以太网版本的特性
不同以太网版本的特性
标准
10Base2 10Base5 10BaseT 100BaseTX

速率(Mbps) 最大距离 (米)
10 10 10 100 185 500 100 100

物理介质 (通常)
细同轴电缆 粗同轴电缆 非屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线

拓扑结构 (通常)
总线形 总线形 星形总线形 星形总线形

100BaseT4 100BaseVG
1GB 1GB

100 100
1000 1000

100 100
500 3000

非屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线
多模光纤 单模光纤

星形总线形 星形总线形
可变 可变

2.3 网络设计基础 2.3.1网络工程设计的一般方法
网络工程系统设计工作的步骤如下: 1. 确定目标 ⑴ 确定用户需要的服务器容量,估算该部门的信息量。 ⑵ 确定网络操作系统。 ⑶ 确定网络服务软件。 ⑷ 了解地理布局 ? 用户数量及位置。 ? 任何两个用户之间的最大距离。 ? 在同一栋楼内,用户之间的从属关系。

? ? ? ? ⑸ ⑹ ? ? ? ? ? ?

楼与楼之间的布线走向及楼层内的布线走向。 有什么特殊要求或限制。 HUB供电问题及解决方式。 对工施工材料的要求。 了解用户的设备类型 了解网络服务范围 数据库、应用程序共享程度。 文件的传送存取。 用户设备之间的逻辑连接。 网络是否互连(连接Internet与否)。 电子邮件。 多媒体服务的要求。

⑺ 确定通信类型,是否包括数字,视频或语音(电话)信号 ⑻ 确定网络拓扑结构。选用星型结构、总线结构或其它网 络拓扑结构 ⑼ 网络工程经费预算,包括以下几项费用: ? 设备(软件及硬件)费用。 ? 网络工程材料费用。 ? 网络工程施工费用。 ? 安装、测试费用。 ? 培训与运行费用。 ? 维护费用。 2. 网络工程的分析与设计 ⑴ 选用成熟的产品。 ⑵ 选择厂家与施工单位 ? 制定功能需求说明书(供厂家、施工单位用)

? 厂家、施工单位投标竞选 ? 评议标书(投标单位进行答辩) ? 签订合同 ? 保证售后和施工后的服务支持 ⑶ 网络工程工作清单 ? 微机、服务器、UPS清单 ? 网络设备材料清单 ? 施工工程材料费清单 ? 网络工程施工费用清单 ? 网络工程施工进度表 在设计一个网络工程时,还必须考虑以下几个问题: ① 网络系统使用什么样的软件?

② 网络的用户个数。 ③ 设备的需求分析。 ? 选择Ethernet TokenRing还是Arcent网络产品? ? 原有设备(如PC286、PC386、PC486及打印机)需如何改 变? ? 需要新购什么样的设备? ? 网上需要共享的资源、服务器的选择和分布。 ? 局域网与远程网或其它网络怎样连接?需要购买什么设 备? ? 网络布线计划。布线配置必须有详细的网络节点图及设备 安装地点。 ? 经费预算。 ? 今后的扩展计划。

④ 信息安全性。 ⑤ 网络管理。 3.网络规划 在以下几方面做出决策: ⑴ 网络系统和硬件结构的评估和选择 ⑵ 网络操作系统的评估与选择 ⑶ 网络应用软件的评估与选择 4.安全设计 5.招标、施工和验收 在网络工程招标时,应慎重选择经验丰富、售后服务良 好的厂家。

现在各种各样的公司很多,选择厂家时主要看以下方面: ? 厂家的技术力量及技术支持水平 ? 做过的工程及效果,必要时可进行实地考察 ? 服务质量(包括维护服务) ? 价格 ? 厂家在理论研究和应用方面具有的特色 6.网络的使用和教育培训 网络系统建成后的首要任务是使用。一个网络系统建设 的成功与否。主要看用户的使用情况。使用前需经过教育 培训,培训一般分为四种情况: ⑴ 管理阶层的培训(领导层) ⑵ 管理人员的培训 ⑶ 网络软件开发人员的培训 ⑷ 一般用户的培训

2.3.2 网络性能评价
1.计算机网络的主要性能指标 ⑴ 对广域网的一些考虑 ⑵局域网络的主要性能指标 ① 响应时间 ② 吞吐率 ③ 资源利用率 2.网络性能评价的主要方法 性能评价方法:采用数学分析和程序模拟法 ? 数学分析法 ? 程序模拟法 构造网络模型并对网络性能进行评价的基本目的

2.4 网络系统设计

2.4.1用户端系统网络协议
1.用户端媒体访问技术和交换技术 用户端最常用的媒体访问技术和交换技术主要包括: ⑴ IEEE 802.3/以太网 IEEE 802.3/以太网为目前世界上运用最广泛的媒体 访问技术。 ⑵ IEEE 802.5/令牌环网 ⑶ 交换以太网 交换以太网最大的优点在于: ① 与原有IEEE 802.3/以太网完全兼容。 ② 提供多个独占的10Mibt/s端口,速率总和为n*10Mibt/s

,克服了IEEE 802.3/共享10Mbit/s带宽所带来的问题,如站 点数增加,业务量扩大及多媒体应用造成网络效率下降的问题 。 ③ 价格适宜,利用交换技术可取代桥和部分本地路由器,但 价格更为便宜。 ⑷ 100BASE-T 快速以太网 ⑸ 100VG-ANYLAN ⑹ FDDI/CDDI ⑺ ATM 2. 网络传输协议 占主导地位的网络传输协议有TCP/IP、IPX/SPX及NETBIOS/NETBEUI

⑴ TCP/IP ⑵ IPX/SPX ⑶ NETBIOS/NETBEUI 高层协议 ⑴ 电子邮件服务 ⑵ 文件传输协议 ⑶ 虚拟终端访问协议 ⑷ 网络管理协议 ⑸ 分布处理和访问协议

用户端系统的网络协议体系结构如下图所示
SMTP FTP TELNET RFC SNMP TCP UDP IPX/SPX IP NETBIOS NETBEUI 以太网 TOKEN /IEEE RING FDDI ATM 100 100VG 802.3 /IEEE CDDI BASE-T -AMYLAN 媒体访问协 议/交换协议 传输协议 NFS XDR 高层协议

用户端系统的网络协议体系结构

2.4.2 网络拓朴结构分析
1. 总线结构 总线型结构是将各个计算机节点连接接到一条公共线 路上 它一般采用的是一点到多点的广播式通信方式 总线网路结构的优点是: ? 结构简单,建网容易 ? 无须专用的中心网络设备,便于控制与管理 ? 扩充简单,不会影响网络工作 ? 由于共用通信线路,通信线路的利用率高

总线网络结构的缺点: ? 共用通信线路一旦出故障,所有主机均受影响 ? 网上主机多时,网上平均延时大 ? 总线长度受限制 2. 星型结构 星型结构是以一个节点为中心处理系统以放射状向外延 伸若干条链路,每条链路单独连接着一台主机或终端。 星型网路结构的优点是: ① 结构简单,建网容易 ② 便于控制与管理

③ 从终端到中心处理机有直接通路,故网络平均延时小 ④ 利于采用结构化布线 星型网络的缺点是: ① 由于通信线路总长度大,因而建造成本较大 ② 可靠性主要取决于中心处理系统,若中心处理系统发 生故障,将造成全网瘫痪 3.树型结构 树型结构将原来用单独链路直接连接的接点通过多极处 理主机进行分极连接。 4.环形结构 环型结构是将各个连网计算机通信链路连接成一个封闭 环。

这种网络中信息流有一个固定方向,顺时针或逆时针。 环型网中一般有一台计算机作为主节点,由它来控制管理 网上其它接点对环路的使用,计算机在网上的访问方式一 般采用逐点轮流询问的方式,当节点被询问时才有权使用 环路,主节点在网络空闲时总可以使用网络环路。一个节 点机发出的信号将穿越环路中的各个节点,只有某个节点 机的地址与信息中的目的地址一致时,信息才会被该节点 接收。令牌环、FDDI均是常见的环型网络。在广域网中以 环型结构组网的例子也随处可见。 这种网路结构的优点是: ? 结构简单,建网容易 ? 信息流方向唯一,两节点间只有一条链路,故简化了路

由选择,管理也较为简单 ? 由于信息环绕一圈的时间一定,故信息的最大传输延时是 固定的 这种网络的缺点是: 环上任何一台节点机出故障,会影响整个网络;由于环 的封闭型,因此,网络的扩充较为困难,往往要影响网络的 正常工作。 虽然从理论上而言,环型网的可靠性和扩充性较差,但 今后的另牌网和FDDI已可以在物理布线上采用星型结构(逻 辑上仍是环型),以利于网的扩充,而且FDDI还可以利用双 环节点旁路开关等机制来保证网络的可靠性。

5.网状结构 网状结构是一种无规则的连接方式。网状结构一般用于广 域网的组网。 这种网络结构的优点是: ① 节点间路径较多,碰撞问题、阻塞问题大为减少 ② 信息流呈动态分配和路由呈动态选择,可优化信息的传输 ③ 不会因某一局部的网络故障而影响整个网络的正常工作, 可靠性高 ④ 结构优化,能通过流量分析,利用图的连通性理论,达到以 最小的通信线路代价,获得最高的连通度

这种网络的缺点是: ① 网络关系复杂,建网不易; ② 路由选择、网络管理等技术复杂。 6.混合结构 在一个实际网络中,可能是上述多种网络结构的混合。 在大型网络中,更有可能是混合网络结构。 7.网络节点规模设计 网络节点的规模设计时,可采用排队论等数学工具进行 设计。 应主要考虑下列因素: ⑴ 根据网络协议体系结构,确定节点应实现的协议。

⑵ 根据网络通信线路上的数据流量传输速率,确定节点 的通信处理能力和存储转发能力。 ⑶ 根据网络拓扑,确定节点的通信端口数目。 ⑷ 根据通信媒体的种类和接口标准,确定节点通信端口 物理接口标准。 ⑸ 根据网络管理的需要,在节点中加载符合国际标准的 网管模块,以实现对全国的监视和动态控制。 ⑹ 根据网络的可靠性要求,确定节点是否应配备双电源、 双控制模块,双管理模块及备用节点,并确定节点是否 应具有VLAN的功能,是否支持防火墙等。 ⑺ 根据网络的扩充要求,确定节点是否应具有一定的扩 充能力或手段。

2.5 小结
本章的知识是建立局域网的理论基础。局域网(LAN, Local area network)是将地理范围较小的各种通信设备, 通过通信线路连接起来的通信网络,是局部区域的计算机 网络。本章讲解的是局域网的结构、连接网络的传输介质、 网络互联的设备等。 建立一个局域网时,首先要了解局域网的标准和网络 的结构。IEEE制定了以太网标准,国际标准化组织(ISO) 已经采纳了IEEE802局域网标准。要了解IEEE802标准中各 个协议的具体含义;各个计算机只有进行了连接,网络设 备之间才能相互通信,拓扑定义了网络的结构。局域网的

拓扑结构可以分为两种类型:物理拓扑和逻辑拓扑。物理拓 扑描述了实际的线路布局,而逻辑拓扑描述介质访问控制方 式。 物理拓朴结构主要有:总线拓朴、环形拓朴、星形拓朴 和混合拓朴。 以太网系统目前最通用局域网,要掌握各种以太网的组 网技术,了解不同以太网的优势和局限性。 以太网可大致分为两种类型:共享以太网和交换以太网。 在网络施工前,要进行网络工程系统设计,以确保工程 的顺利进行。网络工程系统设计工作的步骤如下:确定目标、 网络工程的分析与设计、网络规划、安全设计、招标、施工 和验收、网络的使用和教育培训。

学习计算机网络的主要性能指标,和网络性能评价的 主要方法,有助于我们更好的进行网络设计和规划。 网络系统设计包括:用户端媒体访问技术和交换技术、 网络传输协议两项内容。主要是对各种以太网的特性进行 分析,以便在用户端系统的局域网中,正确采用网络协议。 即根据用户的计算机及网络的应用水平、业务需求、技术 条件而采用不同的媒体访问技术或交换技术、网络传输协 议和高层协议。 网络拓朴结构这一节对各种常用到的网络拓扑结构进 行细致的分析,以便在网络设计时,运用图论的相关知识, 分析、设计出最可靠、最经济的网络拓扑。


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