组网与网络管理技术第三讲.docx
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组网与网络管理技术第三讲
组网与网络管理技术 第三讲
第2章组网实践（下）
2．3常用网络设备介绍
2．3．1集线器
集线器，也称为Hub。
用网络术语来说，Hub或Concentrator，是基于星形拓扑的接线点。
Arcnet、10Base-T、10Base-F及许多其他专用网络都依靠集线器来连接各段电缆及把数据分发到各个网段。
集线器的基本功能是信息分发，它把一个端口接收的所有信号向所有端口分发出去。
一些集线器在分发之前将弱信号重新生成，一些集线器整理信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。
图2－6是基本的10Base-2网络，注意机器间连接的方式和数据在源设备和目的设备间的各个设备的处理及传递。
图2－7是与图2-6相同的网络，不过是lOBase-T，可以看到拓扑的不同和集线器是如何嵌到此网中。
图2－610Base-2网络
图2－710Base-T网络
图2－8是个较复杂的10Base-T网络示意图，注意主干是怎样连接多个集线器和服务器的。
主干应该是高速连接，如快速以太网或FDDI等。
令牌环网中也有可以称作集线器的设备，MSAU（Multi-StationAccessUnit）就可以看做一种集线器，因为它的功能与以太网的集线器很类似，但是MSAU把包串行地路由到各个设备，不像以太网集线器是并行的。
为了不发生混淆，令牌环网MSAU不作为集线器讨论。
一、谁需要集线器?
判断你的局域网是否需要集线器的方法很简单：
如果你想建立星形网络且有不少于两台主机，那么就需要集线器。
这个规则只有一个例外，那就是只有两台主机的10Base-T网络，可以直接将之相连，但是需要一条特殊发送端与接收端交叉连接的线缆。
图2－8较复杂的10Base－T网络
表2－3电缆引脚
RJ－45接头1
RJ－45接头2
针号
功能
针号
功能
1
发送+
←→
3
接收
2
发送－
←→
6
接收
3
接收+
←→
1
发送
6
接收－
←→
2
发送
二、集线器的类型
1．基本规范
必须遵从IEEE（电器和电子工程师协会）对介质的规定。
多数集线器主要的连接是RJ－45插座，这是基于双绞线的多种以太网的标准接头类型。
RJ-45头主要用于以太网，但也可用于令牌环网。
集线器是电子设备，因此需要电源，多数集线器还有指示多种状态的LED指示灯，常见的两种指示灯是电源和端口状态指示灯，有的集线器还有监视端口通信状态和冲突的指示灯。
2．被动集线器
简单地从一个端口接收数据并通过所有端口分发，不提高网络性能，也不检测硬件错误或性能瓶颈。
被动集线器通常有一个lOBase－2端口和一些RJ-45接口。
lOBase－2接头可以用于连接主干。
有些集线器还有可连到收发器的AUI端口以建立主干。
3．主动集线器
主动集线器拥有被动集线器的所有性能，此外还能监视数据。
它们是在以太网实现存贮转发技术的重要角色，它们在转发之前检查数据，它们并不区分优先次序，而是纠正损坏的分组并调整时序。
如果信号比较弱但仍然可读，主动集线器在转发前将其恢复到较强的状态。
此外，主动集线器还可以报知哪些设备失效，从而提供了一定的诊断功能。
主动集线器可以将转发的分组重新同步。
主动集线器通过在单个端口重发分组来弥补数据的丢失。
主动集线器可以调整时序以适应较慢的、错误率较高的连接。
主动集线器提供一定的优化性能和一些诊断能力，它们比简单的被动集线器贵，可以配以多个、多种端口。
4．智能集线器
智能集线器比前两种提供更多的好处，可以使用户更有效地共享资源。
除了主动集线器的特性外，智能集线器提供了集中管理功能。
如果连接到智能集线器上的设备出了问题，你可以很容易地识别、诊断和修补。
智能集线器的另一个出色的特性是可以为不同设备提供灵活的传输速率。
5．高级特性
高端集线器还提供其他一些特性，如冗余交流电源、内置直流电源、冗余风扇，还有线缆连接的自动中断、模块的热插拔、自动调整10Base－T接头的极性，再如冗余配置存贮、冗余时钟，有些集线器还集成了路由和桥接功能。
2．3．2交换式集线器
交换式集线器（SwitchingHub）是一个能在共享网络拓扑结构中减少竞争访问的设备，其采用的技术是用微分段的方法来减少一个段上的节点数。
交换技术不同于端口交换，端口交换实质上是一个管理功能。
有了交换技术，LAN可被分段，类似于一个桥接器，交换式集线器处理段之间的数据传送，但交换式集线器的吞吐率不会低于桥接器的吞吐率。
交换式Hub的特性是使用内部网桥或交换机，对流经该设备的通信进行下述三种交换：
端口交换；网段交换；企业交换。
争用背板上的可用带宽是交换式Hub出现的第一个原因。
此外，从使用一般Hub升级到交换式Hub，原来使用的网卡、缆线、工作站和服务器都不必进行任何变动，惟一改变的是用交换式Hub代替一般Hub，因而付出的代价很小。
这是交换式Hub出现的第二个原因。
一、端口交换式Hub
能动态地同时实现点对点会话，能对与之相连的每一工作站的通信量进行检查，并对包的源端口和终点端口地址进行标识，随后将接通从源端口到终点端口的专用电路。
专用电路的建立和断开是按照需要进行的。
图2－9示出了端口交换的概念。
图2-9端口交换式Hub
端口交换式Hub对所连接的工作站可同时建立多条专用电路。
二、网段交换Hub
网段交换Hub对其每个端口分配一个以上的MAC地址，借此将端口按需连接到某一网段上。
网段交换类似于网桥和路由器，但网段交换Hub比网桥和路由器具有更多的优势，主要表现在下述四个方面：
1．网段交换Hub每个端口的费用大约为网桥或路由器每个端口的2/5；
2．交换式Hub比路由器易于调谐和管理，其原因是交换式Hub插入即工作，而路由器由于操作在OSI网络层，需要复杂的网络管理；
3．由于交换式Hub只检查包的标头部分的MAC地址，所以速度快，时延很小。
例如，网桥的时延大约为400μs，路由器的时延可能高达1500ps，而交换式Hub通常在lOOps数量级上；
4．基于交换式的Hub易于升级到ATM模式。
三、企业交换式Hub
企业交换式Hub是构成的规模最大、档次最高的模块化设备。
机箱内可插入Ethernet10Base-T模块、100Base-T模块、令牌环模块和FDDI模块。
通过机箱内的互连背板将其模块互连在一起。
交换式Hub，switch与一般的Hub的不同和特点：
Hub的特点如下：
1．它是以集中器为基本功能在星型结构中，它是连接的中间结点，它起放大信号的作用；
2．10M，连结了10个设备，每个设备就是1M；
3．Hub所有端口共享一个MAC地址。
Switch的特点如下：
1．用于星型结构时，它作为中心结点起放大信号的作用；
2．端口不共享带宽，如果是一个10M的switch，那么每个端口的带宽就是10M；
3，每个端口拥有自己的MAC地址；
4．它是一个网络设备，拥有路由器的一部分功能，它可以决定接收到的数据向什么地方发送，它的速度比路由器要快。
例2.3.1单选：
下列说法（）不是集线器的功能。
A．把一个端口接收的所有信号向所有的端口发送
B．根据IP地址发送信号
C．将弱信号重新生成，再发送
D．整理信号的时序以便提供端口间的同步数据通信
（P61）B
例2.3.2单选：
下述描述正确的是（）。
A.激光不属于无线传输介质B.在传输介质中双绞线的抗电磁干扰最差
C.同轴电缆分为50欧姆和75欧姆两种D.集线器一般使用双绞线连接
（P63）D
例2.3.3单选：
端口交换集线器的工作特点是（）。
A．对每个端口分配一个以上的MAC地址B．动态的实现点对点的会话
C．在机箱内插入不同的模块D．转发较弱信号之前对信号进行恢复
（P65）B
例2.3.4单选：
网段交换集线器的工作特点是（）。
A．对每个端口分配一个以上的MAC地址。
B．动态的实现点对点的会话。
C．在机箱内插入不同的模块。
D．转发较弱信号之前对信号进行恢复。
（P66）A
例2.3.5多选：
下列哪些集线器是交换式集线器（）。
A．被动集线器
B．企业交换式集线器
C．端口交换式集线器
D．网段交换式集线器
（P65）BCD
例2.3.6多选：
对于普通的10MHub，连接10个设备，每个设备的速率是（），对于10MSwitch，连接10个设备，每个设备的速率是（）。
A．1M
B．2M
C．10M
D．100M
（P67）AC
例2.3.7多选：
下列关于HUB的描述正确的是（）。
A．一个10M的HUB连接了10个设备，每个设备的平均带宽为10M
B．一个10M的HUB连接了10个设备，每个设备的平均带宽为1M
C．HUB所有端口共享一个MAC地址
D．HUB每个端口有独立的MAC地址
（P67）BC
例2.3.8判断：
被动式集线器能够检测网络中的硬件错误。
（）
（P64）×
例2.3.9判断：
将一般集线器升级到交换式集线器需要改变原来的网卡。
（）
（P65）×
例2.3.10判断：
对于普通的Hub来讲，HUB的所有端口共享一个MAC地址。
（）
（P67）√
例2.3.11简答：
简述HUB与switch的特点。
（P67）
参考答案：
Hub的特点如下：
（1）它是以集中器为基本功能的。
在星型结构中，它是连接的中间结点，它起放大信号的作用；
（2）端口共享带宽。
一个10M的Hub，连结了10个设备，每个设备的带宽就是1M；
（3）Hub所有端口共享一个MAC地址。
Switch的特点如下：
（1）用于星型结构时，它作为中心结点起放大信号的作用；
（2）端口不共享带宽，如果是一个10M的Switch，那么每个端口的带宽就是10M；
（3）每个端口拥有自己的MAC地址；
（4）它是一个网络设备，拥有路由器的一部分功能，它可以决定接收到的数据向什么地方发送，它的速度比路由器要快。
2．4以太网基本配置和分析
以太网（Ethernet）由于设备简单，低价格，所以是目前应用最多、最普通的LAN。
现在存在两种几乎完全一致的以太网标准。
一个是由IEEE建立，称为802.3标准，另一个是由DEC、Intel和Xerox共同开发的，称为以太网的DIX版本。
两个版本之间的差别很小。
以太网的相关知识。
2．4．1载波帧听多路访问协议（CarrierSenseMultipleAccessProtocol）
计算机网络分为两类：
采用点到点连接的网络和采用广播信道的网络。
用来决定广播信道中信道分配的协议属于数据链路层的子层，称作介质访问控制MAC（mediumaccesscontrol）子层。
网络站点侦听载波是否存在（即有无传输）并相应动作的协议，被称为载波侦听协议（cartiersenseprotocol）。
下面介绍几种带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD（carriersellSemultipleac-cesswithcollisiondetection）协议。
一、持续CSMA
发送之前侦听信道，信道忙，持续侦听到信道空闲将数据送出。
若发生冲突，等待一个随机长的时间，然后重新开始。
被称为1-持续CSMA，其发送数据的概率为1。
二、非持续CSMA
发送之前侦听信道，信道闲开始发送。
信道忙，不再继续侦听等待一个随机的时间后重新开始。
三、P-持续CSMA
发送之前侦听信道，信道闲以概率p传送，而以概率q＝1-p把该次发送推迟到下一时隙。
信道忙，等到下一时隙重新开始。
2．4．2IEEE802.3标准
IEEE802标准分成几个部分。
802.1标准对这组标准做了介绍并且定义了接口原语；802.2标准描述了数据链路层的上部，它使用了逻辑链路控制LLC（logicallinkcontrol）协议。
802.3到802.5分别描述了3个局域网标准，分别是CSMA/CD、令牌总线和令牌环标准，每一标准均包括物理层和MAC子层协议。
一、IEEE802.3标准及以太网
IEEE802.3标准适用于1-持续CSMA/CD局域网。
802.3标准与以太网有细微差别。
二、802.3的电缆
第一种是10Base5电缆，它通常被称为“粗以太网（thickethernet）”电缆。
10Base5表示的意思是：
工作速率为10Mbps，采用基带信号，最大支持段长为500m。
第二种电缆是10Base2，或称为“细以太网（thinethernet）”电缆。
采用工业标准的BNC连接器组成T型插座。
“细以太网”电缆价格低廉，安装方便，但是使用范围只有200m，并且每个电缆段内只能使用30台机器。
第三种电缆是10Base-T。
所有站点均连接到一个中心集线器（Hub）上。
增添或移去站点变得十分简单，并且很容易检测到电缆故障。
10Base-T的缺点是，其电缆的最大有效长度为距集线器100m，即使是高质量的双绞线（5类线），最大长度可能也只有150m。
另外，大集线器的价格也较高。
第四种电缆是10Base-F，它采用了光纤。
这种方式由于其连接器和终止器的费用而十分昂贵，但是它却有极好的抗干扰性，常用于办公大楼或相距较远的集线器间的连接。
表2－4各种电缆的比较
名称
电缆
最大区间长度
节点数/段
优点
10Bmse-5
粗同轴电缆
500m
100
用于主干很好
10Base-2
细同轴电缆
200m
30
最便宜的系统
lOBase-T
双绞线
100m
1024
易于维护
10Base-F
光纤
2000m
1024
最适于在楼间使用
四、中继器
中继器是一个物理层设备，它双向接收、放大并重发信号。
五、帧格式
802.3的帧结构以7字节的先导字段开头，每字节的内容为10101010。
随后是内容为10101011的一字节，标志着帧本身的开始。
接下来是目的地址和源地址。
然后是2字节长度字段，最后一个字段是校验和。
2．4．3交换式802.3局域网
交换式局域网的心脏是一个交换机，在其高速背板上插有4～32个插板，每个板上有1～8个连接器。
当一个站点想发送一802.3帧时，它就向交换机输出一标准帧。
插板检查该帧的目的地是否为连接在同一块插板上的另一站点。
如果是，就复制该帧；如果不是，该帧就通过高速背板被送向连有目的站点的插板。
如果一块插板上连接的两个站点同时发送一帧，会如何解决?
这取决于插板的构造方式。
一种方式都是插板上的所有端口连在一起形成一个插板上局域网。
采用这种插板，任一时刻每块板上只可能有一个帧发送，但所有插板的发送可以并行进行。
每个插板与其他插板独立，属于自己的冲突域（collisiondomain）。
另一种插板采用了缓冲方式，缓冲在插板上的RAM中。
这种方案允许所有端口并行地接受和发送帧。
一旦一帧被完全接受，插板就检查接收帧的目的地是同一插板上的另一端口，还是其他插板上的端口。
在前一种情况下，帧会被直接发送到目的端口，在后一种情况下，帧必须通过背板发送到正确的插板上。
采用这种方案，每一个端口是一个独立的冲突域。
2．4．4快速以太网
快速以太网802.3u并不是一种新的标准，只是对现存802.3标准的追加。
快速以太网各种类型的连线：
1．100Base-T4
即3类UTP，它采用的信号速度为25MHz，需要四对双绞线。
采用三元信号，每个周期发送4比特。
2．100Base-TX
即5类UTP，它采用的信号速度高达125MHz以上，每个站点只需使用两对双绞线。
100Base-TX是全双工的系统。
3．100Base-FX
使用两束多模光纤，是全双工的，站点与集线器之间的最大距离高达2km。
2．4．5干兆以太网
802.3z光纤和屏蔽跨接电缆集合（“短距离铜线”）的千兆以太网解决方案。
802.3ab基于4对5类缆线的“长距铜线”解决方案，最大长度100m的千兆以太网连接，定义了四种物理层信令系统：
1000Base-SX（短波长光纤）、1000Base-LX（长波长光纤）、1000Base-CX（短距离铜线）和1000Base-T（100m4对5类UTP）。
千兆以太网升级方式的例子：
1．升级交换机到交换机的连接
2．升级交换机到服务器的连接
3．升级交换式快速以太网主干
4．升级共享FDDI主干
5．升级到高性能桌面
例2.4.1填空：
载波侦听多路访问协议可分为___________、___________、P－持续CSMA三种。
（P68）持续CSMA非持续CSMA
例2.4.2填空：
10Base5表示的意思是：
工作速率为；采用信号；最大支持长度为。
（P69）工作速率为10M采用基带信号最大支持长度为500米
例2.4.3填空：
10BaseT最大传输区间长度为。
（P70）100米
例2.4.4填空：
10BaseF使用的传输介质为。
（P70）光纤
例2.4.5单选：
我国目前应用广泛的LAN标准是基于（）的以太网标准。
A．IEEE802．1
B．IEEE802．2
C．IEEE802．3
D．IEEE802．5
（P69）C
例2.4.6单选：
电缆使用同轴电缆，最大传输距离500m所对应的电缆连接方式是（）。
A．10Base-5
B．10Base-2
C．10Base-T
D．10Base-F
（P69）A
例2.4.7单选：
10Base2电缆是（）。
A．粗以太网电缆
B．工作速率为10bps
C．采用基带信号
D．最长支持2公里网段
（P69）C
例2.4.8单选：
IEEE802．3常常用于（）。
A．以太网B．令牌网C．ATMD．FDDI
（P69）A
例2.4.9单选：
以下关于以太网的说法哪一个是不正确的（）。
A．在采用细同轴电缆的10M网络中，每个网段的长度不能超过200米
B．在采用双绞线的10M网络中，工作站到Hub的线缆长度最长为100米
C．在采用粗同轴电缆的10M网络中，每个网段的长度最长为1公里
D．在采用光纤的10M网络中，每个网段的长度不能超过2公里
（P70）C
例2.4.10单选：
电缆使用双绞线，最大传输距离100m所对应的电缆连接方式是（）。
A．10Base-5B．10Base-2
C．10Base-TD．10Base-F
（P70）C
例2.4.11单选：
100BASE-FX使用（）。
A．单模光纤B．多模光纤
C．3类UDPD．5类UDP
（P72）B
例2.4.12单选：
100BaseFX中多模光纤最长传输距离为（）。
A．500mB．1km
C．2kmD．40km
（P72）C
例2.4.13单选：
下列不属于快速以太网传输媒体的是（）。
A．5类线B．6类线
C．光缆D．同轴电缆
（P72）D
例2.4.14单选：
哪一个名称代表以光纤为传输介质的快速以太网（）。
A．10Base-T
B．10Base-F
C．100Base-TX
D．100Base-FX
（P72）D
例2.4.15多选：
使用下列（）最适合维护，使用下列（）最适合楼间使用。
A．10Base-5
B．10Base-2
C．10Base-T
D．10Base-F
（P69）CD
例2.4.16多选：
下列（）一般不使用集线器。
A．10Base-5B．10Base-2
C．10Base-TD．10Base-F
（P70，74）AB
例2.4.17多选：
100Base-T4使用（），100Base-TX使用（），100Base-FX使用（）。
A．3类UTP
B．5类UTP
C．两束多模光纤
D．两束单模光纤
（P72）ABC
例2.4.18多选：
下列（）使用双绞线传输介质。
A．10Base-5（粗缆）
B．100Base-T4
C．100Base-TX
D．100Base-FX（光纤）
（P72）BC
例2.4.19判断：
10BASE-T表示使用光纤作为传输介质。
（）
（P69）×
例2.1.20简答：
简述持续CSMA与非持续CSMA的区别。
（P68）
参考答案：
持续CSMA与非持续CSMA的区别在于持续CSMA侦听信道发现信道正忙，它就持续等待直到当它侦听到信道空闲时，便将数据送出。
而非持续CSMA则不再继续侦听信道，而是等待一个随机的时间后再侦听信道。
2．5以太网组网实践——计算机的网络连接
2．5．1基本的以太网
图2-12显示了一个简单网络。
图2－12简单Ethernet网络
连接服务器和工作站的电缆是细同轴电缆，即10Base-2、50Ω电缆（RG，58A/U）。
BNCT型连接器将每个结点链接到电缆上。
在这个网络中有两个终止器。
一个是在最左边工作站的BNC连接器上，而另一个在服务器的BNC连接器上。
该网段可附接最多30个结点，包括工作站和文件服务器在内。
2．5．2添加一台打印服务器
打印机带一块有同轴电缆接口的内部打印服务器卡。
电缆长度不能超过185m。
终止器必须从最左边工作站上取下，然后放置到连接在打印机中打印服务器卡的BNC连接器上。
2．5．3添加网段
把电缆扩展到最远结点电缆长度将超过185m解决方案有两种。
一种是在服务器上增加一块NIC。
另一种是安装一台多端口中继器。
2．5．4连接多个实验室
可通过一台位置较好的多端口中继器连接几个实验室。
每个网段必须在两端终止。
不能有一段的长度超过185m。
每个网段最多30个结点，包括工作站、打印机、服务器、两个终止器、中继器都算结点。
通过将服务器放置在它自己的网段上，你可将服务器与其他网络结点产生的问题隔开。
当你计划扩展对服务器的访问时，一定要记住服务器的能力，你是否有足够的服务器CPU来运行预期的软件?
你是否有足够的软件许可证?
你是否具有足够的服务器操作系统许可证?
2．5．5扩展网段长度
可以通过增加另一台中继器而延长电缆到达的距离。
在第二个多端口中继器上可添加若干个最长为185m的网段。
2．5．6单间房屋网络的改进模型
采用集线器连接工作站和打印机可构造一个逻辑总线拓扑但是物理星形配置的Ethernet网络。
集线器使用双绞线电缆，双绞线有下列几个超过同轴电缆的优点。
●更大的可靠性；
●便于施工；
●与未来技术兼容；
●更低的电缆成本；
●连接器不贵。
2．5．7单楼层网络模型
配线房的位置在电缆物理设计中是很重要的一部分。
它应位于运行电缆和网络设备的中央。
例2.5.1单选：
如下图所示的简单Ethernet网段（）。
A．该网段可任意增加结点
B．连接电缆可以采用双绞线并配合BNCT型连接器
C．连接电缆可以采用细同轴电缆并配合BNCT型连接器
D．连接电缆可以采用粗同轴电缆并配合BNCT型连接器
（P74）C
例2.5.2单选：
下图中有（）个结点。
A．5B．6
C．7D．8
（P75）C
例2.5.3判断：
使用细缆作为传输介质使用时，两个终点需要用端接器连接。
（）
（P74）√
例2.5.4简答：
设计一个两楼层的网络，共有4台文件服务器、40台PC工作站和5台网络打印机。
（P82）
参考答案：
这是一个个性化设计的题目，可参考教材82页多楼层网络模型进行设计。
例如，可在一
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