四级网络工程师5.ppt

第5章局域网技术 本章要点 5 1局域网的基本概念5 2Ethernet组网技术5 3局域网设备选型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 图5 1典型虚拟网的物理结构与逻辑结构 5 1 3OSI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 InternationalStandardOrganization 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 图5 2OSI参考模型的分层结构 5 2Ethernet组网技术 5 2 1Ethernet的命名因此通过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 1Ethernet的物理层标准命名格式 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 5 2 210BASE T标准Ethernet组网技术 10BASE T的组网由网卡 集线器 交换机 双绞线等设备组成 结点都通过双绞线连接到一个集线器上 当其中一个结点发送数据的时候 任何一个结点都可以收到消息 由于集线器工作在物理层 所以每次只能有一个结点能够发送数据 而其他的结点都处于接收数据的状态 按照使用集线器的方式 双绞线的组网方法可以有 1 单一集线器结构2 多集线器级联结构3 堆叠式集线器结构 图5 3用集线器连接多个结点的Ethernet 图5 4单一集线器组建的10BASE T网络 图5 6为堆叠式集线器的Ethrenet 图5 6多集线器级联的Ethernet 与10BASE 5和10BASE 2相比 它有如下特点 1 安装简单 扩展方便 网络的建立灵活 方便 可以根据网络的大小 选择不同规格的交换机连接在一起 形成所需要的网络拓扑结构 2 网络的可扩展性强 因为扩充与减少工作站都不会影响或中断整个网络的工作 3 集线器或交换机具有很好的故障隔离作用 当某个工作站与中央节点之间的连接出现故障时 也不会影响其他节点的正常运行 甚至当网络中某一个集线器或交换机出现故障时 也只会影响到与该集线器或交换机直接相连的节点 5 2 3快速Ethernet组网技术 1 IEEE802 3u协议1995年颁布的IEEE802 3u 可支持100M的数据传输速率 并且与100BASE 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 IEEE802 3u在MAC子层仍采用CSMA CD作为介质访问控制协议 并保留了IEEE802 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 7IEEE802 3u的体系结构 2 MII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 3 100BASE TX 100BASE T4与100BASE FX100BASE T一般包括 100BASE TX 100BASE T4与100BASE FX3种传输介质标准 表5 2三种物理层标准的对比 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 5 100Mb 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 1 100BASE TX或100BASE FX全双工模式 2 100BASE T4 3 100BASE TX半双工模式 4 100BASE T全双工模式 5 100BASE T半双工模式100Mb s与10Mb s速率的自动协议一般来说 具有以下功能 1 确定双绞线的远端设备使用的是何种工作模式 2 向其他结点发布这个远端设备的工作模式 3 协调并确定双方的工作模式 4 选择两方最高性能的工作模式 重点提示 快速Ethernet在保持传统的Ethernet帧结构与介质访问控制方法不变的基础上 将数据传速率提高到了100Mb s IEEE802委员会于1995正式批准快速Ethernetr的标准协议是IEEE802 3u 5 3局域网设备选型 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 8Ethernet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 图5 9中继器的工作原理 重点提示 中继器工作在物理层 它的作用是将衰减后的信号经过接收 放大 整形后再向与它相连的另一个缆段发送出去 中继器使用的目的是增传输介质的长度 它所连接的结点仍然共享一个冲突域 所以中继器不属于网络互联设备 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 2 网桥使用的原因 1 许多大学的院系或公司的部门都有各自的局域网 主要用于连接他们自己的个人计算机 工作站以及服务器 由于各院系或部门的工作性质不同 因此选用了不同的局域网 而它们之间又需要进行数据的相互交流 因而需要网桥 2 一个单位的建筑楼在地理位置上较分散 并且相距较远 在各个地点建立一个局域网 再用网桥连接起来 可以节省开销 3 有时需要将一个逻辑上单一的局域网分成多个局域网 4 在有些情况下 相距较远的两台主机之间的物理距离太远 来回时延过长 网络仍将不能正常工作 唯一的办法是将局域网分段 在各段之间放置网桥 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IEEE802 1与IEEE802 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综合布线系统 PremisesDistributedSystem 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 图5 11一个星型拓扑结构的综合布线系统 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 IEC11801 2 北美标准ANSI TIA EIA568 B 3 欧洲标准CELENECEN50173 4 中国标准GB T50311 2000和GB T50312 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 重点提示 综合布线系统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 它的特点是兼容性 开放性 灵活性 可靠性 先进性与经济性 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 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