局域网基础知识整理.docx
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局域网基础知识整理
前言
上一部分我们了解了网络、Internet的基本概念，知道网络是什么，我们利用网络能做什么。
那么我们利用的这个功能强大的网络是怎么连接的呢？
这一部分我们就来讲网络连接中的局域网连接的知识。
学习目标
通过本章的学习，使学员能认识到组成局域网所需要的构件以及这些构件的基本知识。
学习内容
☆ 了解局域网用的传输媒体以及这些媒体的特性。
☆ 认识网卡、集线器、交换机、路由器等网络设备的功能及作用。
☆ 了解局域网的类型：
以太网、FDDI、ATM等。
学习活动
自己动手构架小型局域网。
课时安排
章节
学时
局域网的传输媒体
1
网络适配器
0.5
局域网连接设备
1
局域网的类型
1
一共需要 3.5 学时
局域网连接
对于个人用户上网来说只要把自己的计算机、电话线、调制解调器连接并配置好（以下部分有详细介绍），到服务提供商申请自己的帐号和密码，就可以在Internet世界里遨游了，这是一个非常简单的事情。
而对于整个公司、企业、学校等来说就不那么简单了，上面说了，首先要建好自己单位部门的局域网才能连入Internet。
那么局域网是如何连接的呢？
下面我们就来说一说局域网连接所需的知识。
构成局域网的基本构件
要构成LAN,必须有其基本部件。
LAN既然是一种计算机网络,自然少不了计算机，特别是个人计算机（PC）。
几乎没有一种网络只由大型机或小型机构成。
因此,对于LAN而言，个人计算机是一种必不可少的构件。
计算机互联在一起,当然也不可能没有传输媒体，这种媒体可以是同轴电缆、双绞线、光缆或辐射性媒体。
第三个构件是任何一台独立计算机通常都不配备的网卡,也称为网络适配器,但在构成LAN时,则是不可少的部件。
第四个构件是将计算机与传输媒体相连的各种连接设备,如RJ-45插头座等。
具备了上述四种网络构件,便可将LAN工作的各种设备用媒体互联在一起搭成一个基本的LAN硬件平台,如图所示。
有了LAN硬件环境,还需要控制和管理LAN正常运行的软件,即谓NOS是在每个PC机原有操作系统上增加网络所需的功能。
例如,当需要在LAN上使用字处理程序时,用户的感觉犹如没有组成LAN一样,这正是LAN操作发挥了对字处理程序访问的管理。
在LAN情况下,字处理程序的一个拷贝通常保存在文件服务器中,并由LAN上的任何一个用户共享。
由上面介绍的情况可知,组成LAN需要下述5种基本结构:
①计算机（特别是PC机）;
②传输媒体;
③网络适配器;
④网络连接设备;
⑤网络操作系统。
计算机是我们最熟悉不过的了,就不在介绍了，其他部分我们将详细介绍。
局域网的传输媒体
ＬＡＮ常用的媒体有同轴电缆、双绞线和光缆，以及在无线ＬＡＮ情况下使用的辐射媒体。
ＬＡＮ技术在发展过程中，首先使用的是粗同轴电缆，其直径近似13mm（1/2英寸），特性阻抗为50欧姆。
由于这种电缆很重，缺乏挠性以及价格高等问题，随后出现了细缆，其直径为6.4mm（1/4英寸），特性阻抗也是５０欧姆。
使用粗缆构成的Ethernet称为粗缆Ethernet，使用细缆的Ethernet称为细缆Ethernet。
在80年代后期广泛采用了双绞线作为传输媒体的技术，既10Base-T以及其他ＬＡＮ实现技术。
为将ＬＡＮ的范围进一步扩大，随后又出现了10Base-F这种技术是使用光纤构成链路段，使用距离可延长到２km但速率仍为10Mbps。
FDDI则是与IEEE802.3、802.4和802.5完全不同的新技术,构成FDDI的媒体，不仅是光纤，而且访问媒体的机制有了新的提高,传输速率可达100Mbps。
下面就这些实现技术所用的媒体逐一进行讨论。
１.同轴电缆
同轴电缆可分为两类：
粗缆和细缆，这种电缆在实际应用中很广，比如有线电视网，就是使用同轴电缆。
不论是粗缆还是细缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层。
同轴电缆由内部导体环绕绝缘层以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的护套组成，如下图所示。
这种结构的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号。
细缆连接设备及技术参数
采用细缆组网，除需要电缆外，还需要BNC头、Ｔ型头及终端匹配器等。
如下图。
同轴电缆组网的网卡必须带有细缆连接接口（通常在网卡上标有"BNC"字样）。
下面是细缆组网的技术参数：
．最大的干线段长度；185米
．最大网络干线电缆长度：
925米
．每条干线段支持的最大结点数：
30
．BNC、T型连接器之间的最小距离：
0.5米
粗缆连接设备
粗缆连接设备包括转换器、DIX连接器及电缆、N－系列插头、N－系列匹配器，如下图。
使用粗缆组网，网卡必须有DIX接口（一般标有DIX字样）。
下面是采用粗缆组网的技术参数：
.最大的干线长度：
500米
.最大网络干线电缆长度：
2500米
.每条干线段支持的最大结点数：
100
.收发器之间的最小距离：
2.5米
.收发器电缆的最大长度：
50米
２.双绞线
双绞线（TP:
TwistedPairwire）是布线工程中最常用的一种传输介质。
双绞线是由相互按一定扭距绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线加绝缘层并有色标来标记，如下图所示,左图为示意图，右图为实物图。
成对线的扭绞旨在使电磁辐射和外部电磁干扰减到最小。
目前,双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP:
UnshildedTwistedPair）和屏蔽双绞线（STP:
ShieldedTwistedPair）。
我们平时一般接触比较多的就是UTP线。
目前EIA/TIA（电气工业协会／电信工业协会）为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号。
这五种型号如下：
1、第一类：
主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），该类用于电话线，不用于数据传输。
2、第二类：
该类包括用于低速网络的电缆，这些电缆能够支持最高4Mbps的实施方案，这两类双绞线在LAN中很少使用。
3、第三类:
这种在以前的以太网中（10M）比较流行，最高支持16Mmbps的容量，但大多数通常用于10Mbps的以太网，主要用于10base-T。
4、第四类:
该类双绞线在性能上比第三类有一定改进,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输。
4类电缆用于比3类距离更长且速度更高的网络环境。
它可以支持最高20Mbps的容量。
主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。
这类双绞线可以是UTP，也可以是STP。
5、第五类:
该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，这种电缆用于高性能的数据通信。
它可以支持高达100Mbps的容量。
主要用于100base-T和10base-T网络，这是最常用的以太网电缆。
最近又出现了超5类线缆，它是一个非屏蔽双绞线（UTP）布线系统,通过对它的"链接"和"信道"性能的测试表明,它超过5类线标准TIA/EIA568的要求。
与普通的5类UTP比较,性能得到了很大提高。
如今市场上5类布线和超5类布线应用非常广泛，国际标准规定的5类双绞线的频率带宽是100MHz，在这样的带宽上可以实现100M的快速以太网和155M的ATM传输。
计算机网络综合布线使用第三、四、五类。
使用双绞线组网，双绞线和其他网络设备（例如网卡）连接必须是RJ45接头（也叫水晶头）。
下图是RJ45接头，左图为示意图，右图为实物图。
双绞线（10BASE-T）以太网技术规范可归结为5-4-3-2-1规则:
．允许5个网段，每网段最大长度100米
．在同一信道上允许连接4个中继器或集线器
．在其中的三个网段上可以增加节点
．在另外两个网段上，除做中继器链路外，不能接任何节点
．上述将组建一个大型的冲突域，最大站点数1024，网络直径达2500米
上述规则只是一个粗略的设计指南，实际的数据因厂家不同而异。
利用双绞线组网，可以获得良好的稳定性，在实际应用中越来越多。
尤其是近年来，快速以太网的发展，利用双绞线组建不须再增加其它设备，因此被业界人士看好。
３.光缆
光缆不仅是目前可用的媒体，而且是今后若干年后将会继续使用的媒体，其主要原因是这种媒体具有很大的带宽。
光缆是由许多细如发丝的塑胶或玻璃纤维外加绝缘护套组成，光束在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，质量高，适于高速网络和骨干网。
光纤与电导体构成的传输媒体最基本的差别是，它的传输信息是光束，而非电气信号。
因此，光纤传输的信号不受电磁的干扰。
利用光缆连接网络，每端必须连接光/电转换器，另外还需要一些其它辅助设备。
基于光缆的网络，国际标准化组织ISO制定了许多规范，具体如下：
．10BASE-FL
．10BASE-FB
．10BASE-FP
其中10BASE-FL是使用最广泛的数据格式，下面是其组网规则：
最大段长：
2000M
每段最大节点（NODE）数：
2
每网络最大节点（NODE）数：
1024
每链的最大HUB数：
4
下表是三种传输媒介的比较。
同轴电缆、双绞线、光缆的性能比较
传输媒介
价格
电磁干扰
频带宽度
单段最大长度
UTP
最便宜
高
低
100米
STP
一般
低
中等
100米
同轴电缆
一般
低
高
185米/500米
光缆
最高
没有
极高
几十公里
4．无线媒体
上述三种传输媒体的有一个共同的缺点，那便是都需要一根线缆连接电脑，这在很多场合下是不方便的。
无线媒体不使用电子或光学导体。
大多数情况下地球的大气便是数据的物理性通路。
从理论上讲，无线媒体最好应用于难以布线的场合或远程通信。
无线媒体有三种主要类型：
无线电、微波及红外线。
下面我们主要介绍无线电传输介质。
无线电的频率范围在10KHz-16KHz之间。
在电磁频谱里，属于"对频"。
使用无线电的时候，需要考虑的一个重要问题是电磁波频率的范围（频谱）是相当有限的。
其中大部分都已被电视、广播以及重要的政府和军队系统占用。
因此，只有很少一部分留给网络电脑使用，而且这些频率也大部分都由国内"无线电管理委员会（无委会）"统一管制。
要使用一个受管制的频率必须向无委会申请许可证，这在一定程度上会相当不便。
如果设备使用的是未经管制的频率，则功率必须在1W以下，这种管制目的是限制设备的作用范围，从而限制对其它信号的干扰。
用网络术语来说，这相当于限制了未管制无线电的通信带宽。
下面这些频率是未受管制的：
902～925MHz
2.4GHz（全球通用）
5.72～5.85GHz
无线电波可以穿透墙壁，也可以到达普通网络线缆无法到达的地方。
针对无线电链路连接的网络，现在已有相当坚实的工业基础，在业界也得到迅速发展。
网络适配器
网络适配器又称网卡或网络接口卡（NIC），英文名NetworkInterfaceCard。
它是使计算机联网的设备。
平常所说的网卡就是将PC机和LAN连接的网络适配器。
网卡（NIC）插在计算机主板插槽中，负责将用户要传递的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，通过网络介质传输。
它的主要技术参数为带宽、总线方式、电气接口方式等。
它的基本功能为：
从并行到串行的数据转换，包的装配和拆装，网络存取控制，数据缓存和网络信号。
目前主要是8位和16位网卡。
网卡必须具备两大技术：
网卡驱动程序和I/O技术。
驱动程序使网卡和网络操作系统兼容，实现PC机与网络的通信。
I/O技术可以通过数据总线实现PC和网卡之间的通信。
网卡是计算机网络中最基本的元素。
在计算机局域网络中，如果有一台计算机没有网卡，那么这台计算机将不能和其他计算机通信，也就是说，这台计算机和网络是孤立的。
网卡的不同分类：
根据网络技术的不同，网卡的分类也有所不同，如大家所熟知的ATM网卡、令牌环网卡和以太网网卡等。
据统计，目前约有80％的局域网采用以太网技术。
根据工作对象的不同务器的工作特点而专门设计的，价格较贵，但性能很好。
就兼容网卡而言，目前，网卡一般分为普通工作站网卡和服务器专用网卡。
服务器专用网卡是为了适应网络服种类较多，性能也有差异，可按以下的标准进行分类：
按网卡所支持带宽的不同可分为10M网卡、100M网卡、10/100M自适应网卡、1000M网卡几种；根据网卡总线类型的不同，主要分为ISA网卡、EISA网卡和PCI网卡三大类，其中ISA网卡和PCI网卡较常使用。
ISA总线网卡的带宽一般为10M，PCI总线网卡的带宽从10M到1000M都有。
同样是10M网卡，因为ISA总线为16位，而PCI总线为32位，所以PCI网卡要比ISA网卡快。
网卡的接口类型：
根据传输介质的不同，网卡出现了AUI接口（粗缆接口）、BNC接口（细缆接口）和RJ-45接口（双绞线接口）三种接口类型。
所以在选用网卡时，应注意网卡所支持的接口类型，否则可能不适用于你的网络。
市面上常见的10M网卡主要有单口网卡（RJ-45接口或BNC接口）和双口网卡（RJ-45和BNC两种接口），带有AUI粗缆接口的网卡较少。
而100M和1000M网卡一般为单口卡（RJ-45接口）。
除网卡的接口外，我们在选用网卡时还常常要注意网卡是否支持无盘启动。
必要时还要考虑网卡是否支持光纤连接。
网卡的选购：
据统计，目前绝大多数的局域网采用以太网技术，因而重点以以太网网卡为例，讲一些选购网卡时应注意的问题。
购买时应注意以下几个重点：
网卡的应用领域----目前，以太网网卡有10M、100M、10M/100M及千兆网卡。
对于大数据量网络来说，服务器应该采用千兆以太网网卡，这种网卡多用于服务器与交换机之间的连接，以提高整体系统的响应速率。
而10M、100M和10M/100M网卡则属人们经常购买且常用的网络设备，这三种产品的价格相差不大。
所谓10M/100M自适应是指网卡可以与远端网络设备（集线器或交换机）自动协商，确定当前的可用速率是10M还是100M。
对于通常的文件共享等应用来说，10M网卡就已经足够了，但对于将来可能的语音和视频等应用来说，100M网卡将更利于实时应用的传输。
鉴于10M技术已经拥有的基础（如以前的集线器和交换机等），通常的变通方法是购买10M/100M网卡，这样既有利于保护已有的投资，又有利于网络的进一步扩展。
就整体价格和技术发展而言，千兆以太网到桌面机尚需时日，但10M的时代已经逐渐远去。
因而对中小企业来说，10M/100M网卡应该是采购时的首选。
注意总线接口方式----当前台式机和笔记本电脑中常见的总线接口方式都可以从主流网卡厂商那里找到适用的产品。
但值得注意的是，市场上很难找到ISA接口的100M网卡。
1994年以来，PCI总线架构日益成为网卡的首选总线，目前已牢固地确立了在服务器和高端桌面机中的地位。
即将到来的转变是这种网卡将推广到所有的桌面机中。
PCI以太网网卡的高性能、易用性和增强了的可靠性使其被标准以太网网络所广泛采用，并得到了PC业界的支持。
网卡兼容性和运用的技术----快速以太网在桌面一级普遍采用100BaseTX技术，以UTP为传输介质，因此，快速以太网的网卡设一个RJ45接口。
由于小办公室网络普遍采用双绞线作为网络的传输介质，并进行结构化布线，因此，选择单一RJ45接口的网卡就可以了。
适用性好的网卡应通过各主流操作系统的认证，至少具备如下操作系统的驱动程序：
Windows、Netware、Unix和OS/2。
智能网卡上自带处理器或带有专门设计的AISC芯片，可承担使用非智能网卡时由计算机处理器承担的一部分任务，因而即使在网络信息流量很大时，也极少占用计算机的内存和CPU时间。
智能网卡性能好，价格也较高，主要用在服务器上。
另外，有的网卡在BootROM上做文章，加入防病毒功能；有的网卡则与主机板配合，借助一定的软件，实现WakeonLAN（远程唤醒）功能，可以通过网络远程启动计算机；还有的计算机则干脆将网卡集成到了主机板上。
网卡生产商----由于网卡技术的成熟性，目前生产以太网网卡的厂商除了国外的3Com、英特尔和IBM等公司之外，台湾的厂商以生产能力强且多在内地设厂等优势，其价格相对比较便宜。
网卡实物图
局域网连接设备
集线器
集线器（HUB）是对网络进行集中管理的最小单元，像树的主干一样，它是各分枝的汇集点。
HUB是一个共享设备，其实质是一个中继器，而中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。
正是因为HUB只是一个信号放大和中转的设备，所以它不具备自动寻址能力，即不具备交换作用。
所有传到HUB的数据均被广播到之相连的各个端口，容易形成数据堵塞，因此有人称集线器为“傻HUB”。
HUB在网络中所处的位置。
HUB主要用于共享网络的组建，是解决从服务器直接到桌面的最佳，最经济的方案。
在交换式网络中，HUB直接与交换机相连，将交换机端口的数据送到桌面。
使用HUB组网灵活，它处于网络的一个星型结点，对结点相连的工作站进行集中管理，不让出问题的工作站影响整个网络的正常运行，并且用户的加入和退出也很自由。
HUB的分类。
依据总线带宽的不同，HUB分为10M，100M和10/100M自适应三种；若按配置形式的不同可分为独立型HUB，模块化HUB和堆叠式HUB三种；根据管理方式可分为智能型HUB和非智能型HUB两种。
目前所使用的HUB基本是以上三种分类的组合，例如我们经常所讲的10/100M自适应智能型可堆叠式HUB等。
HUB根据端口数目的不同主要有8口，16口和24口等。
HUB在组网中的应用。
由于10M非智能型HUB的价格已经接近于款网卡的价格，并且10M的网络对传输介质及布线的要求也不高，所以许多喜欢“DIY”的网友完全可以自己动手，组建自己的家庭局域网或办公局域网。
在前些年组建的网络中，10M网络几乎成为网络的标准配置，有相当数量的10MHUB作为分散式布线中为用户提供长距离信息传输的中继，或作为小型办公室的网络核心。
但这种应用在今天已不再是主流，尤其是随着100M网络的日益普及，10M网络及其设备将会越来越少。
虽然纯100M的HUB给桌面提供了100M的传输速度，但当网络升级到100M后，原来众多的10M设备将无法再使用，所以只有在近期才开始组建的网络，才会无任何顾虑地考虑100M的HUB。
很多网络设备生产商正是瞄准了10M与100M之间的转换的这个时机，纷纷推出了既兼容10M的10/100M自适应HUB。
10/100M自适应HUB在工作中的端口速度可根据工作站网卡的实际速度进行调整：
当工作站网卡的速度为10M时，与之相连的端口的速度也将自动调整为10M；当工作站网卡的速度为100M时，对应端口的速度也将自动调整到100M。
10/100M自适应HUB也叫做“双速HUB”。
从技术角度来看，双速HUB有内置交换模块与无交换模块两类，前者一般作为小型局域网的主干设备，后者一般处于吕中型网络应用的边缘。
在实际应用中，有些用户为减少交换机的负载，提高网络的速度，在选用与交换机相连的HUB时，也选择具有交换模块的双速HUB，因此内置交换模块的双速HUB将是从10M升级到100M时的最佳选择。
在选用HUB时，还要注意信号输入口的接口类型，与双绞线连接时需要具有RJ-45接口；如果与细缆相连，需要具有BNC接口；与粗缆相连需要有AUI接口；当局域网长距离连接时，还需要具有与光纤连接的光纤接口。
早期的10MHUB一般具有RJ-45，BNC和AUI三种接口。
100MHUB和10/100MHUB一般只有RJ-45接口，有些还具有光纤接口。
4，常用的HUB品牌。
像网卡一样，目前市面上的HUB基本由美国品牌和台湾品牌占据。
其中高档HUB主要由美国品牌占领，如3COM，INTEL等；台湾的D-LINK和ACCTON占有了中低端HUB的主要份额。
下面是集线器的实例图：
交换机
交换机工作原理
一、概述
1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。
其实，交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。
与桥接器一样，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。
而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。
与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。
交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。
现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。
类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。
交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。
协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。
利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。
如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包，可提供14880bps的传输速率。
这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的总体吞吐率（6道信息流Ｘ14880bps／道信息流）。
专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。
二、三种交换技术
1．端口交换
端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域），不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。
以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。
根据支持的程度，端口交换还可细分为：
模块交换：
将整个模块进行网段迁移。
端口组交换：
通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。
端口级交换：
支持每个端口在不同网段之间进行迁移。
这种交换技术是基于OSI第一层上完成的，具有灵活性和负载平衡能力等优点。
如果配置得当，那么还可以在一定程度进行客错，但没有改变共享传输介质的特点，自而未能称之为真正的交换。
2．帧交换
帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提
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