一、局域网组网基础知识

1.局域网的主要特征

覆盖范围较小,通常为一座建筑或一个建筑群。
通常由某个组织单独拥有。
内部的数据传输速率比广域网高很多。

2.局域网标准

目前在使用的标准主要有802.1、 802.3、 802.11以及802.16等。1EEE 802标准包含了局域网参考模型以及该模型与OSI参考模型(OSI/RM)的关系(见图) ,其局域网参考模型只对应OS1参考模型的物理层和数据链路层,并将数据链路层分为介质访问控制(Media Access Control,MAC)子层和逻辑链路控制(Logical Link Control,LLC）子层。

IEEE 802 与 OSI 参考模型的对应关系
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3.交换式局域网

交换式以太网中交换机的每个端口处于独立的冲突域中,端口下连接的终端主机独占端口的带宽,其转发技术有快捷交换方式和存储转发交换方式两种。交换式网络技术使局域网的发展进入了一个崭新的阶段,给局域网带来了新的生命。

4.虚拟局域网技术

虚拟局域网(VLAN)建立在交换技术的基本上,将局域网中的节点按工作性质与需要划分为若干个“逻辑工作组”,则一个逻辑工作组就是一个虚拟局域网。VLAN的实现原理非常简单,通过交换机的控制,与某一VLAN内的成员发出的数据包经过交换机时,该交换机只发给同一VLAN的其他成员,而不会发给该VLAN成员以外的计算机。

VLAN的优点主要有：

①广播域被限制在一个VLAN内,节省了带宽,提高了网络处理能力;

②VLAN间不能直接通信,即一个VLAN内的用户不能和其他VLAN内的用户直接通信,而需要通过路由器或三层交换机等设备,增强了局域网的安全性；

③用VLAN可以将不同的用户划分到不同的工作组中,而且同一工作组的用户也不必局限于某一固定的物理范围内,从而使网络构建和维护更方便灵活。

虚拟局域网的划分方法有以下几类。

（1）基于交换机端口划分。
这种划分是将交换机的端口划分成不同的VLAN,各VLAN子网相对独立,而且可以把多个交换机上的几个端口划分成一个逻辑子网。这种方法是最常用、最简单的划分方法。

（2）基于MAC地址划分。
MAC地址就是连接到网络中的每个网络设备的网卡的物理地址,全世界每块网卡的MAC地址都固化在网卡上且唯一。此种划分方法即是将不同的MAC地址进行划分,把符合要求的一个或多个MAC地址划分在一个逻辑子网中。
（3）基于网络层地址划分。
这种划分方法是根据每个主机的网络层地址进行划分，即将符合要求的网络层地址划分在一个逻辑子网中。

（4）基于IP广播组的划分。
即一个IP广播组就是一个VLAN,这种划分的方法将VLAN扩大到即一个IP广播组就是一个VLAN,这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网。

二、综合布线基本概念

1.综合布线系统的组成

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(1)工作区子系统。
一个独立的需要设置终端设备的区域宜划分为一个工作区,工作区子系统应由配线子系统的信息插座模块、延伸到终端设备处的连接缆线及适配器组成。一个工作区面积一般按不超过10m²计算,并根据用户需求设置电话机和计算机终端设备数目。

(2)水平(配线)子系统。
水平(配线)子系统应由工作区用的信息插座、信息插座模块至电信间配线设备的配线电缆和光缆、电信间的配线设备及设备缆线和跳线等组成。

(3)垂直(干线)子系统。
垂直(干线)子系统应由设备间的配线设备和跳线以及设备间至各楼层配线间的连接电缆组成。它是综合布线系统的神经中枢,其主要功能是将主配线架系统与各楼层配线架系统连接起来。

(4)建筑群子系统。
建筑群子系统应由连接多个建筑物之间的主干电缆和光缆、建筑群配线设备及设备缆线和跳线组成。

(5)设备间子系统。
设备间是在每幢建筑物的适当地点进行网络管理和信息交换的场所。设备间子系统主要包括建筑物进线设备、电话交换机、计算机主机等设备以及安保配线设备等。

(6)管理子系统。
管理子系统包括交接间的配线设备、输入输出设备等组成部分。它设置在每层配线设备的房间中,也可应用于设备间子系统。

2.综合布线的优点

(1)兼容性: 是综合布线的首要特点,是指它可以适用于多种应用系统,且自身是完全独立的,与应用系统相对无关。

(2)灵活性: 采用模块化设计,使用标准连接部件和传输线缆,因此所有通道都是通用的。

(3)经济性: 对各种网络线缆统一规划、统一安装施工,减少了不必要的重复布线、重复施工,节约了线材,使整个系统构成一个有机的整体,便于集中管理维护,并减少日后的维护费用。

(4)开放性: 使用开放式系统结构,符合国际上流行的标准,支持ISO/IEC 8802-3、ISO/IEC 8802-5在内的所有通信协议,可以将不同厂家的不同传输介质和不同设备集成在一个系统内。

(5)先进性: 所有布线链路均按八芯双绞线配置,并采用最新通信标准。语音干线部分采用铜缆,数据部分采用光缆,为同时传输多路多媒体信息提供足够的带宽容量

(6)可靠性: 采用高品质的材料和组合压接的方式构成一套高标准的信息传输通道。建筑物综合布线系统全部采用星型物理拓扑结构,点到点的连接,任何一条线路故障都不影响其他线路的运行,同时也为线路维护和故障抢修提供极大的方便,从而保证了系统的可靠运行。

3.综合布线的设计等级

(1)基本型综合布线系统。
基本型综合布线系统方案,是一个经济有效的布线方案。 它支持语音或综合型语音/数据产品, 并能够全面过渡到数据的异步传输或综合型布线系统。它的基本配置为: 每一个工作区有一个信息插座;每个工作区的配线电缆为一条4对双绞线电缆;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。

它的特性为: 能够支持所有语音和数据传输应用;便于维护人员维护、管理;能够支持众多厂家的产品设备和特殊信息的传输。

(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。它的基本配置为: 每个工作区至少有2个信息插座;每个工作区的配线电缆为2条4对双绞线电缆;采用夹接式或插接交接硬件;每个工作区的电缆至少有2对双绞线。

它的特点为： 每个工作区有两个信息插座,灵活方便、功能齐全;任何一个插座都可以提供语音和高速数据传输；便于管理与维护。

(3)综合型综合布线系统。
综合型布线系统是将双绞线和光缆纳入建筑物的布线系统。它的基本配置为: 在建筑群的干线或水平布线子系统中配置62.5um的光缆;在每个工作区的电缆内配有4对双绞线;每个工作区的干线电缆中应有2对以上的双绞线。

它的特点为: 引入光缆,适用于规模较大的智能大厦,其余特点与基本型或增强型相同。

4综合布线系统标准

(1) ANSI/TIA/ΕΙA-568-A
(2) TIA/EIA-568-B.1、 TIA/EIA-568-B.2和TIA/EIA-568-B.3标准。
(3)国际标准ISO/IEC 11801。
(4)国内标准

三、局域网互联设备

1.中继器

中继器是一种最简单的网络互联设备,主要完成物理层的功能,负责在两个节点的物理层上按位传递信息,完成信号的复制、调整和放大功能。
中继器的特点如下:

只能对传输介质上的信号进行接收、放大、整形和转发。
作用只是增加传输距离,不会改变帧的结构和内容。
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节点发送了数据,其他节点都可以接收到这个数据,它们共享1个冲突域。

2.集线器

集线器是局域网中使用的连接设备,它具有多个端口,可连接多台计算机。在局域网中常以集线器为中心,将所有分散的工作站与服务器连接在一起,形成星型结构的局域网系统。集线器的优点除了它能够互联多个终端以外,还有在星型结构中当其中一个节点的线路发生故障时不会影响其他节点。

集线器分为:有源集线器(Active Hub)和无源集线器(PassiveHub)。 有源集线器能够从电源那里获取再生信号的能量。无源集线器仅能为若干个用户将一个信号进行分离,它不会再生信号,因此它不会扩展电缆的长度,只是允许两台或更多台主机与同一个电缆网段进行连接,且会对信号造成衰减。

集线器的主要特点有如下：
(1)集线器工作在物理层。 所有节点通过双绞线连接到一个集线器上时,它们仍然执行CSMA/CD介质访问控制方法,从一个节点发送数据所有节点都能接受,因此连接在一个集线器上的所有节点共享一个冲突域。
(2)一个集线器有多个端口， 每个端口通过RJ-45插头，用两对双绞线与一个工作站上的适配器相连。

3.网桥（Bridge）

（1）网桥定义
网桥是连接两个局域网的设备,工作在数据链路层, 准确地说,它工作在MAC子层上,并且它可以完成具有相同或相似体系结构的网络系统的连接。网桥是为各种局域网存储转发数据而设计的， 它可以将不同的局域网连在一起,组成一个扩展的局域网。
（2）工作原理
网桥的工作原理较为简单,一般在一个计算机中插入两种连接不同类型局域网的网卡,如一块以太网卡与一块令牌环网卡,并分别安装对应网卡的驱动程序,完成后此计算机就成为一台用于连接以太网与令牌环网的网桥。因为不同类型局域网的帧结构、介质访问控制方法与传输速率都不同。因此,用作网桥的计算机上的网卡能独立完成各自的帧发送与接收功能,而网桥软件可以完成接收、转发与地址过滤的功能。网卡与网桥软件在一个CPU的控制下完成网桥的基本功能,这样网桥就实现不同的帧结构、介质访问控制方法与速率的网络的互联。目前,用于异型局域网互联的网桥已不重要,因为局域网主流技术基本都采用以太网标准。网桥还承担着重要的维护工作,即构建和维护MAC地址表。MAC地址表中记录了不同节点的物理地址与网桥转发端口的关系。网桥正是依靠MAC地址表来确定帧是否需要转发,以及向何处转发。

（4）主要特征
①网桥能够互联两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络。
②网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互联的网络之间的通信。

(5)网桥分类
①按照网桥的连接线路不同，分为普通局域网网桥、远程网桥和无线网桥。
②按照端口数不同,分为双端口网桥和多端口网桥。
③按照帧转发策略不同，分为透明网桥和源路由网桥。

（6）生成树。
当拓扑结构改变时,网桥应该能够发现它的改变,并自动生成一棵新的生成树。生成树算法为每个桥分配一个唯一的标识,而且这个标识由桥的MAC地址和一个优先级组成。每个网桥的端口都分配一个该网桥中的唯一标识,称之为“端口标识”。

生成树算法中需用到以下概念。

路径花费:每个网桥的每个端口都有一个路径花费,它是通过该端口在一个LAN上传输帧的花费。
根端口:每个网桥都有一条到根网桥的具有最少花费的路径,该路径上面第一个跳段所使用的端口就是根端口。
根路径花费:对于每个网桥,到根桥的具有最少花费的路径(该路径由网桥的根端口开始)花费就是网桥的根路径花费。
指定网桥,指定端口:在每个LAN中都有一个网桥被选为指定网桥。指定网桥的那个用于把网桥连接到该LAN上的端口称为指定端口。每个网段只有一个指定端口,其他端口均处于阻塞状态，也叫阻塞端口。
帧转发速率低与广播凤暴是网桥存在的两个主要问题；帧转发速率和帧过滤速率是评价网桥性能的主要参数。

4.交换机

交换机是一种基于MAC地址识别,能完成封装转发数据包功能的网络设备。 交换机的主要功能包括物理编址、支持网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制。目前交换机还具备了一些新的功能,如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持,甚至有的还具有防火墙功能。

交换机与网桥的主要区别:网桥的端口数量相对较少,一般不超过24个,交换机的硬件系统经过专门设计,可以实现多个端口并发连接,支持多达128个端口; 网桥通常在一台计算机上配置而成,内部结构一般只有一个CPU,通过软件完成帧的接收、存储、地址过滤与转发等功能,其性能受结构限制,交换机一般使用为帧转发专门设计的ASIC芯片,或采用多CPU并发工作的结构,因而交换机的帧过滤和转发速率要高于网桥;网桥在发送数据帧前,通常要接收到完整的数据帧并执行帧检测序列FCS后,才开始转发该数据帧,交换机具有存储转发和直接转发两种帧转发方式。

四、以太网组网

1.以太网标准介绍

IEEE 802.3定义了以太网物理层和介质访问控制子层的协议标准。 虽然以太网的介质访问控制子层采用相同的帧结构和统一的CSMA/CD方法,但物理层技术可以不同。标准以太网的物理层采用IEEE 802.3 x Type-y-Name命名规则。其中x表示传输速率，单位为Mbit/s；y表示网段的最大长度，单位为100m， Type表示传输方式是基带还是频带, Name表示局域网的名称。

2.10BASE-T标准以太网组网

10BASE-T以太网中,计算机通过非屏蔽双绞线、RJ-45接口和集线器可以很方便地连接成一个局域网。 这种以集线器为中心进行设备连接的组网方式,是对传统的总线型共享以太网在结构上的一个突破,但其介质访问控制仍采用CSMA/CD方式。 由于集线器是物理层互联设备,因而其连接的节点仍在一个“冲突域"中,同一时间只能有一个节点能够发送数据帧,其他站点则只能进行数据帧的接收。

3.快速以太网组网

（1）快速以太网概述。
快速以太网协议标准IEEE 802.3u由IEEE 802委员会于1995年发布。该标准在LLC子层和MAC子层分别使用IEEE 802.2标准和CSMA/CD方法, 但它重新定义了物理层标准,在保持传统以太网帧结构和介质访问控制方式不变的基础上,将传输速率提升至100Mbit/s,并提供10Mbit/s与100Mbit/s自动协商机制。

(2)快速以太网介质专用接口MI。
100BASE-T标准定义了一个介质无关接口(Media Indepandent Interface,MII) , 如图5-9所示, MIL将MAC子层和物理层分开,这样物理层在实现100Mbit/s传输速率时,传输介质和信号编码方法方式不会影响到MAC子层。MI功能包括: 向上通过MAC子层的接口提供载波侦听信号与冲突检测信号;向下与集线器交换控制信息并支持10Mbit/s与100Mbit/s速率的接

快速以太网的 MII 接口
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(3)快速以太网的物理层标准。

100BASE-TX：使用2对5类非屏蔽双绞线， 一对用于数据发送，另一对用于接收;采用4B/5B编码方式,采用全双工方式工作;最大网段长度为100m。
100BASE-FX：使用两条光纤， 一条用于数据发送，另一对用于接收；数据传输采用4B/5B-NRZI编码方式;采用全双工方式工作;最大网段长度为415m。·
100BASE-T4:使用4对3类非屏蔽双绞线， 3对用于传送数据，一对用于检测冲突信号,数据传输采用8B/5T编码方式;采用半双工方式工作;最大网段长度为100m。

(4)工作模式。
快速以太网的工作模式有半双工和全双工两种, 快速以太网由于采用了全双工模式和点到点连接的方式, 其传输介质覆盖距离只受传输信号强弱限制,不受冲突窗口的大小限制。 另外,支持全双工的交换机可以实现不同速率间的交互和不同速率网卡的混插。

(5)自动协商。
快速以太网自动协商的功能包括:自动确定非屏蔽双绞线的对端设备使用的是全双工的100Mbit/s工作模式还是半双工的10Mbit/s工作模式;将远端连接设备的工作模式发布给其他节点;与远端连接设备交换工作模式相关参数,协调和确定双方的工作模式; 自动选择共有的性能最高的工作模式。如当一台主机的网卡以及用于连接这台主机的交换机都支持100BASE-TX和100BASE-T4时，则会自动协商成最高性能的100BASE-TX模式。自动协商的功能只能在使用双绞线的以太网中应用,并通过链路两端设备交换100BASE-T定义的"基本链路代码字”来实现,协商过程所需时间要在500ms以内。 需要注意的是,在100BASE-T半双工模式下,由于仍然采用CSMA/CD机制,冲突窗口大小不变,而发送速率却提高了10倍,因而线缆最大长度应减少为10BASE-T时的1/10;但是在100BASE-T全双工模式下,由于采用独占线缆、点到点连接方式,不再受CSMA/CD机制的限制,因此支持的组网范围可以更大。

**自动协商的优先级顺序为: ** 100BASE-TX或100BASE-FX全双工模式、100BASE-T4、 100BASE-TX半双工模式、10BASE-T全双工模式、10BASE-T半双工模式。

五、综合布线系统网络结构设计

1.综合布线系统的网络拓扑结构

所谓综合布线系统的网络拓扑结构是指综合布线系统网络布局的一种实际逻辑表示,表述的是该结构中所使用的各种单元,如布线部件、传输介质、导线、连接硬件,以及它们之间的连接关系图。综合布线系统的网络拓扑结构包含各种网络单元,并按经济合理原则和技术性能要求对这些网络单元进行组合和配置。

2.综合布线系统的主要部件

(1)连接设备。
综合布线系统的连接设备主要有: 通信引出端(TO)、转接点(TP)、楼层配线架(FD)、楼内主配线架(BD)、建筑群配线架(CD) ,其中TP为可选部件。

(2)传输介质。
综合布线系统常用的传输介质有双绞线、光缆二大类, 应用中应根据实际需求进行选用。

①双绞线。
双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质,可以传输模拟信号和数字信号,特别适用于较短距离的信息传输。 双绞线一般由两根直径为0.40-0.65mm (常用为0.5mm)的铜芯导线按照规定的绞矩相互扭绞而成。其中,扭绞的目的是使对外的电磁辐射和遭受的外部电磁干扰减少到最小。

双绞线分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线两种。非屏蔽(UTP)双绞线电缆的线对外没有金属屏蔽层,这使得它抗电磁干扰能力较差,使用时受外力弯曲和牵拉, 易导致均衡绞距受破坏,同时该种电缆在传输信息时易向外辐射泄漏,安全性较差;但由于其体积小、重量轻、弹性好且价格低,故是结构化布线系统中最常用的通信介质。屏蔽(STP)双绞线电缆的线对外包有一层金属箔,具有较好的抗干扰性,但存在价格高, 体积、重量大,不易施工等不足,主要用于外界电磁干扰较大或对数据传输安全性要求较高的环境中,是否使用屏蔽双绞线应综合考虑建筑物所处环境、使用性质以及未来发展等多种因素。

②光纤(缆)。
光纤是指使用玻璃纤维传输光脉冲形式的网络数据的网络传输介质。 综合布线系统中常采用工作波长为0.85um (0.8-0.9um)和1.30um(1.25-1.30um)两种。