第 5 章 局域网技术
计算机三级网络技术学习笔记
up在2020年疫情在家的时候看b站网课记的笔记，后来因为日程原因没有参加考试，把笔记分享出来，供大家参考和自己温习知识。
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第 5 章局域网技术
考点1： 以太网组网方法（快速以太网）
考点2： 局域网组网设备（集线器、交换机）
考点3： 综合布线子系统设计（水平子系统、建筑群子系统）
5.1 基础知识
5.1.1 局域网组网的基础知识
5.1.1 局域网组网的基础知识（了解）
局域网（LAN）是指分布在相对较小距离范围内的计算机网络。
一、局域网标准：IEEE802标准
IEEE802标准包括局域网参考模型与各层协议，其所描述的局域网参考模型与OSI参考模型的关系。
其局域网参考模型只对应OSI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。
二、交换式局域网的基本概念（了解）
交换式局域网是相对共享式局域网而言。
传统的共享介质局域网中，所有结点共享一条公用传输介质，因此不可避免地会发生冲突。
交换式局域网的核心是交换机。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。
三、虚拟局域网的基本概念
虚拟局域网（virtual LAN，VLAN）：是建立在交换技术的基础上，它是以软件的方法将网络中的结点按工作性质与需要划分成若干个“逻辑工作组”，每个逻辑工作组就是一个虚拟网络。
IEEE于1999年公布了VLAN的IEEE802.1Q标准。
虚拟局域网组网定义方法通常有四种：
1、基于端口的虚拟局域网
2、基于MAC地址的虚拟局域网
3、基于网络层地址定义的虚拟局域网
4、基于IP广播组的虚拟局域网。
5.1.2 综合布线的概念
综合布线是一种模块化的、灵活性极高的建筑物内或建筑群之间的信息传输通道。它既能使语音、数据、图像设备和交换设备与其它信息管理系统彼此相连,也能使这些设备与外部相连接。它还包括建筑物外部网络或电信线路的连接点与应用系统设备之间的所有线缆及相关的连接部件。综合布线由不同系列和规格的部件组成,其中包括：传输介质、相关连接硬件(如配线架、连接器、插座、插头、适配器)以及电气保护设备等。这些部件可用来构建各种子系统,它们都有各自的具体用途,不仅易于实施,而且能随需求的变化而平稳升级。
一、综合布线的特点：
综合布线的特点主要表现在它具有兼容性、开放性、灵活性、可靠性、先进性和经济性。而且在设计、施工和维护方面也给人们带来了许多方便。
二、综合布线系统的组成：【重点】
①工作区子系统；
②配线(水平)子系统；
③干线(垂直)子系统；
④设备间子系统；
⑤管理子系统；
⑥建筑群子系统。
三、综合布线系统设计等级【重点】
根据实际需要,可选择以下三种类型的综合布线系统：
基本型：适用于综合布线系统中配置标准较低的场合,用铜芯双绞线电缆组网。
增强型：适用于综合布线系统中中等配置标准的场合,用铜芯双绞线电缆组网。
综合型：适用于综合布线系统中配置标准较高的场合,用光缆和铜芯双绞电缆混合组网。
四、综合布线系统标准【重点】
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：美洲标准、欧洲标准、国际标准、应用标准。
北美标准ANSI/TIA/EIA 568-B；
ANSI/TIA/EIA 568-B.1、 ANSI/TIA/EIA 568-B.2、 ANSI/TIA/EIA 568-B.3
国际标准ISO/IEC 11801；
中国标准GB/T50311-2000和GB/T 50312-2000。
5.2 实训任务
5.2.1 实训任务一：以太网组网的基本方法
一、以太网的物理层标准的命名方法
传统以太网的物理层标准的命名方法是：
IEEE802.3 x (Mb/s)
Type-y
Name(局域网名称)
其中，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(Base)或频带；y为网络的最大长度，单位是100m；Name是局域网的名称。
例如10BASE-5：5传输距离500米
10BASE-T ：10 10Mbps，BASE基带信号，T双绞线（F为光缆）
二、10BASE-T标准以太网组网的设计方法（了解）
标准（传统）以太网可以选择10BASE-5、10BASE-2或10BASE-T中的任意一种或几种的组合。目前标准的设计方案都采用10BASE-T标准，使用集线器、非屏蔽双绞线和RJ-45接口。
集线器工作在物理层，所有连接在一个集线器上的结点都属于同一个“冲突域”。在任何一个时间段中，只能有一个结点可以发送数据帧，而其他结点只能处于接受状态。
拓展：集线器组成网络属于星型网络，但网络是共享型（总线型网络也是共享型，但集线器组成网络不是总线型）。物理连接是星型拓扑，逻辑连接是总线型拓扑
三、100BASE-T快速以太网组网的设计方法（了解）
1、快速以太网的基本特点：
①快速以太网协议标准为IEEE802.3u。基本特点如下：
②保持传统以太网帧结构与介质访问控制方法不变；
③在LLC子层使用IEEE802.2标准，在MAC子层使用CSMA/CD方法；
④数据传输速率提高到100Mbps；
⑤提供10Mbps与100Mbps速率自动协商功能。
2、快速以太网介质专用接口MII （了解）
MII将MAC子层和物理层分隔开来。
MII向上通过与MAC子层得接口提供载波侦听信号与冲突检测（CSMA/CD）信号，向下支持10Mbps与100Mbps速率的接口，以及与集线器交换控制信息的功能。
3、快速以太网的物理层标准【掌握】
100BASE-TX：使用5类非屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术，（8芯4对）它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。在传输中使用4B/5B编码方式。他的最大网段长度为100m。它支持全双工的数据传输。
100BASE-FX：使用2条光纤，最大长度为415m，一条光纤用于发送，另一条光纤用于接收；数据传输采用4B/5B-NRZI编码方法；采用全双工方式工作。
③100BASE-T4：它使用4对3类非屏蔽双绞线，3对用于传送数据，1对用于检测冲突信号。在传输中使用8B/6T编码方式，它使用与10BASE-T相同的RJ-45连接器，最大网段长度为100m；采用半双工方式工作。
4、全双工与半双工工作模式(了解)
全双工（Full Duplex Communication）是指在通信的任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输。在全双工方式下，通信系统的每一段都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。
半双工（Half Duplex Communication）是指在通信过程的任意时刻，信息既可以有A传到B，又能由B传到A，但只能有一个方向上的传输存在。
与传统以太网的连接方式不同，全双工工作是一种点-点连接方式，支持全双工模式的快速以太网的拓扑构型一定是星形。
传统以太网将很多个主机连接在一条共享的同轴电缆上，主机之间需要争用共享的传输介质，因此就出现了CSMA/CD介质访问控制方法。点-点连接方式不存在争用问题，因此不需要采用CSMA/CD介质访问控制方法。
5、10Mbps与100Mbps速率自动协商功能
速率自动协商应具有以下功能：
自动确定非屏蔽双绞线的远端连接设备使用的是半双工（CSMA/CD）的10Mpbs工作模式，还是全双工的100Mbps工作模式；
向其他节点发布远端连接设备的工作模式；
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；
自动协商功能自动选择共有的最高性能的工作模式。
自动协商过程只能用于使用双绞线的以太网，并且规定自动协商过程需要在500ms内完成。
按工作性能从高到底，网络协议的优先等级从高到低排列为：
100BASE-TX或100BASE-FX全双工模式；
100BASE-T4半双工模式；
100BASE-TX半双工模式；
10BASE-T全双工模式；
10BASE-T半双工模式。
5.2.2 实训任务二：局域网互联设备类型 【掌握·】
一、中继器（了解）
中继器(Repeater)中继器是网络物理层上面的连接设备。适用于完全相同的两类网络的互联，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。
中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是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，以此来延长网络的长度。
543规则：是以太网标准中规定了以太网只允许出现5个网段，最多使用4个中继器，而且其中只有3个网段可以连接计算机终端。所以才称做543规则的。
二、集线器【重点】
就是一种多端口中继器，其区别仅在于中继器只是连接两个网段，而集线器能够提供更多的端口服务。仍然采用CSMA/CD介质访问控制方法。连接到一个集线器的所有节点共享一个冲突域。
补充知识点： 通过在网络链路中串接一个集线器可以监听该链路中的数据包。
连接到一个集线器的多个结点不能同时发送数据帧，可以同时接收数据帧。
集线器工作在物理层。不是基于MAC地址或者IP地址来转发
三、网桥
局域网互联的应用环境主要有以下几种环境：
一个单位的不同部门都有各自的局域网，这些部门之间需交换信息和共享资源，因而需要局域网互联。
办公楼间的局域网互联。
将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子网的互联。
超过单个局域网最大覆盖范围的几个局域网互联。
单位中部门的信息对安全、保密方面要求不同的局域网互联。
网桥在数据链路层上实现局域网互联的设备，具有以下特征：
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；
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。
网桥的分类：
根据网桥的帧转发策略分：透明网桥和源路由网桥
根据网桥的端口数分：双端口网桥和多端口网桥
根据网桥的连接线路分：普通局域网网桥、无线网桥和远程网桥。
网桥最重要的维护工作是构建和维护MAC地址表。MAC地址表中记录不同节点的物理地址与网桥转发端口的关系。如果没有MAC地址表，网桥无法确定帧是否需要转发，以及如何进行转发。(08上、12上)
网桥可能具有“学习”功能，应该能够动态地了解别的局域网或网桥的状态，帮助其进行自我配置工作。
网桥互联时难免会出现环状结构，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(spanning tree)算法。
根据该算法所制定的协议即称为生成树协议(spanning tree protocol, STP) 。生成树协议能够逻辑地阻断网络中存在的冗余链路，以消除路径中的环路，并可以在活动路径出现故障时，重新激活冗余链路来恢复网络的连通，保证网络的正常工作。（08下）
四、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。
交换机与网桥的主要区别：网桥一般只有一个CPU，通过软件方法完成网桥的接收、存储、地址过滤与转发等功能。交换机使用为帧转发设计的专用集成电路芯片ASIC，或采取多个CPU并发工作的计算机结构（硬件）。
拓展：二层交换机维护MAC地址与交换机端口(转发端口)的对应关系。
5.2.3 实训任务三：综合布线系统网络结构设计 【了解】
一、综合布线系统网络结构
综合布线系统的组合配置包含组合逻辑和配置形式。组合逻辑描述网络功能的体系结构；配置形式描述网络单元的邻接关系，即说明交换中心(或节点)和传输链路的连接情况。
常见的网络拓扑结构有星型、环形、总线型和网状型。
二、 主要部件：
综合布线系统中采用的主要布线部件可以大体分为传输介质和连接设备两大类。
1、综合布线系统常见的传输介质有双绞线和光缆。
2、综合布线系统采用的主要连接部件分为建筑群配线架(CD)、大楼主配线架(BD)、楼层配线架(FD)、转接点(TP)和通信引出端(TO)等。
3、综合布线系统工程的设备配置是指各种配线架、布线子系统、传输介质和通信引出端(即信息插座)等的配置。
5.2.4 实训任务四：综合布线系统子系统设计 【掌握】
一、工作区子系统设计
工作区子系统指从设备出线到信息插座的整个区域，可以支持电话机、数据终端、计算机、监视器及传感器等终端设备 。
工作区子系统的设计主要分为以下两部分：
1、确定信息插座的数量和类型：P111(08上、09上、11下、12下、13上)
信息插座分为嵌入式安装插座（暗盒）、表面安装插座和多介质信息插座（光纤和铜缆(铜缆指同轴电缆,并不是双绞线)）。
2、适配器的选用：P111 （09下）
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或数据速率转换时，应采用适配器。
二、水平子系统设计
水平布线子系统由建筑物各层的配线间至各工作区所配置的线缆构成。水平布线子系统都采用5类(或超5类，或6类)4对非屏蔽双绞线。双绞线电缆长度应该在90m以内，信息插座应在内部作固定线连接。
设计过程主要包括如下几个步骤：
1、确定导线的类型
2、确定导线的长度
3、确定布线方式
三、管理子系统设计
管理子系统包括干线间或卫星接收间内的交叉互联设备。
管理子系统设置在楼层配线间是水平子系统电缆端接场所，也是主干系统电缆端接场所。
管理子系统有三种应用：水平、干线连接、主干线系统相互连接、入楼设备的连接。
四、干线子系统的设计：
干线子系统即建筑物主馈电缆。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。
1. 设计的4点原则：
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。
最短、最安全、最经济等方面来进行路由选择。
干线电缆可采用点对点端接，也可采用分去递减端接或电缆直接连接的方法。
若设备间与计算机中心机房处于不同地点，则应把语音电缆接入设备间，数据电缆接入计算机中心机房，选择干线电缆的不同部分来分别满足语音和数据的需要，也可在必要时采用光缆。
2. 干线线缆敷设经常采用的两种结合方式：
点对点结合
分支结合
确定用哪种结合方式要根据建筑物的结构特点及经济性来总和考虑。
五、 设备间子系统设计
设备间子系统是在每一幢大楼的适当地点设置电信设备和计算机网络设备，以及建筑物配线设备，进行网络管理的场所。一般设置在建筑物的中部或在一、二层，并为以后的扩展留有余地，不应设在顶层和地下室。设备间室温应保持在10℃-27 ℃之间，相对湿度应保持在30%-80%,照明满足标准，并有良好的防尘措施。
六、建筑群子系统的设计（08下、10上、11上）【重点】
建筑群子系统是指由两个或两个以上建筑物的电话、数据、电视系统组成的一个建筑群综合布线系统，由电缆、光缆和入楼处线缆上过流过压的电气保护设备等相关硬件组成。建筑群子系统布线有以下4种方式：
①架空布线法——成本低，但不美观，保密性差，不是理想的布线方式。
②巷道布线法——利用原有管道，造价低
③直埋布线法——地下60cm以下
④管道内布线法（又称地下管道布线法）——对电缆提供了最好的机械保护
