《局域网组建与维护教程》第1章_局域网基础
局域网组建与维护教程基础篇
第1章局域网基础
学习目的
了解架设局域网的方法
了解计算机连网的益处
了解局域网的拓扑结构
本章要点
局域网的基本特征
局域网的技术特点
局域网的种类
课堂讲解
本书首先介绍一些局域网的简单知识和概念，然后详细的介绍目前广泛应用的几种局域网的架设方法和配置方法，为学习局域网架设技术和网络管理技术的人员提供快速入门的培训，并希望为实际中的网络架设和管理工作提供技术参考资料。
1.1 为什么要建立计算机网络
随着科学技术的发展，计算机应用的普及，网络信息时代已经来临。想一想我们生活中2 全能培训——局域网组建与维护教程
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的许多事情，比如使用电话预定飞机票、使用银行的通兑通取存折等等。网络技术的飞速发展，给我们的生活带来了很大的方便。网络对于今天的公司或企业已经是必不可少，使用电子邮件收发信件、公司内部资源的共享、信息的交流、公司业务的管理等等，计算机网络为公司或企业创造着价值。那么，为什么要建立计算机网络呢？
1.1.1 未联网计算机的弊处
对一个公司或企业来说，如果每个人或每个部门之间的计算机彼此独立工作，很明显会有以下一些不方便之处。
1、无法进行数据共享
没有网络，每个人计算机上的数据，只能供本人使用，你的领导或同事，需要查询你的数据时，只能到你的计算机上来查，或者，你只好将他们需要的数据用磁盘拷贝给他们，使得同样的数据存在于多个人的计算机上，造成资源的浪费。同样，别人的数据，你也不能共享。在计算机未联网时，存在于各台计算机上的数据，只能用磁盘进行拷贝，达到共享的目的。用磁盘拷贝进行数据共享，仅在文件大小小于软盘容量时工作才方便，当需要传递的数据量很大时，这种方式既费时又不可靠。而最可怕的事情则是文件或数据的各个版本分散在不同的计算机上，当你对自己计算机上的文件或数据进行更新后，别人无法了解到它的变化，数据共享其实就成了一句空话。
2、无法进行软件应用程序共享
当计算机未联网时，工作中需调用的所有应用程序必须安装在每台计算机上，例如，如果你在自己的计算机上没有安装字处理应用程序，那么用户就不能在自己的计算机进行任何字处理的工作。
3、无法进行打印机资源共享
计算机在未联网的情况下，如果要打印文件，必须在自己的计算机上连接一台打印机，造成了打印机资源的浪费。有的企业，通过使用手动转换开关盒选择计算机的打印机端口将计算机连至打印机，但这样做，一方面经常转换开关很不方便，而且转换开关还有可能损坏打印机，另一方面，计算机与打印机之间的距离受打印电缆长度的限制，不可能相距太远。
4、无法进行Internet 资源共享
未联网的计算机不能共享Internet 连接。随着Internet 的应用日益广泛，电子商务为我们的工作和生活带来了很大的方便，同时降低Internet 账户成本也是企业需要考虑的一个重要问题。为解决这一问题，很多企业提出了建立小型网络的需求，这样它们可以将所有的用户通过一个连接进入Internet 。
5、无法进行集中式的数据管理
当计算机未联网时，由于管理成本高和耗时，且配置不能标准化，所以没有办法集中管理它们并确保它们共享共同的配置和访问数据。
6、工作效率低下
未联网的计算机由于每个用户各自维护数据，造成人员重复劳动，工作效率低，资源浪费。如果你拥有通信、共享应用和避免将软盘从这台机器拿到另一台机器进行操作的需求，那么将计算机进行联网将是满足你以上所有需求的最佳解决方案。
1.1.2 计算机连网的益处
不管计算机网络的种类是什么，不管建立网络的原因是什么，归纳来说，计算机网络能为我们带来以下显而易见的益处：
1、提高工作效率
使用电子邮件，不需打印便函，即可快速发出邮件；使用信息管理系统，不需要从一张办公桌转移到另一张办公桌，就能与每个人交谈并检查他们的工作；不需要从这台计算机跑至另一台计算机，仅在网络驱动器中就可以拷贝、打开或修改你所需的文件。提高管理网络效率的更好的解决方案是集中管理功能。
一旦计算机连网，就有许多软件实用程序（Microsoft的Systems Management Server、McAfee的Saber LAN Manager、Tivoli的TME10和Symantec的Norton Administrator for Networks等等）可以使管理员远程诊断和改正网络用户出现的问题，并实现远程安装和配置软件。
2、节省资源
通过计算机连网，我们可以共享打印机、硬盘空间、数据等资源，一个部门可以只有一台打印机，也可以将很多部门都需要的数据只存储在某一台计算机上等等。
3、确保信息一致性
同样的数据在连网的计算机系统中只存储一份，任何人任何时间对这些数据的更新，都导致相关数据的更新，并且系统中的所有用户都同时可以引用更新后的数据。
4、公共论坛
通过计算机连网，我们可以实现多人、异地、实时的信息交流，如电视会议、Internet 网上聊天，整个部门或公司可以使用一张电子日程表安排工作日程等等。
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计算机网络能够大大提高我们的工作效率、节省资源、降低成本，所以现在公司或企业内部计算机连网的需求激增。
1.2 局域网的基本特征
局部区域网络（Local Area Network ）通常简称为“局域网”，缩写为LAN 。局域网是结构复杂程度最低的计算机网络。局域网仅是在同一地点上经网络连在一起的一组计算机。局域网通常挨得很近，它是目前应用最广泛的一类网络。
通常将具有如下特征的网络称为局域网：
网络所覆盖的地理范围比较小，通常不超过几十公里，甚至只在一幢建筑或一个房
间内
信息的传输速率比较高，其范围自1Mbps 到10Mbps ，近来已达到100Mbps
局域网的出现，使计算机网络的威力获得更充分地发挥，在很短的时间内计算机网络就深入到各个领域。因此，局域网技术是目前非常活跃的技术领域，各种局域网层出不穷，并得到广泛应用，极大地推进了信息化社会的发展。
尽管局域网是最简单的网络，但这并不意味着它们必定是小型的或简单的。局域网可以变得相当大、复杂，在行业杂志上看到配有成百上千用户的局域网是很常见的事。
1.3 局域网的技术特点
局域网在设计中，主要考虑的因素是能够在较小的地理范围内更好地运行，提高资源利用率和信息安全性，易于操作和维护等。此要求也决定了局域网的技术特点。
局域网的特性主要由三个要素决定，即拓扑结构、传输介质和介质询问方式。下面一一进行描述。
1.3.1 局域网的拓扑结构
计算机网络的组成元素可以分为两大类，即网络结点（又可分为端结点和转发结点）和通信链路，网络中结点的互连模式叫网络的拓扑结构。网络拓扑定义了网中资源的连接方式，在局域网中常用的拓扑结构有：总线型结构、环形结构、星形结构。
1、总线型拓扑结构
总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接
连接到传输介质或总线上。任何一个站点发送的信号都可以沿着介质传播，而且能被其他所有站点接收。
总线拓扑结构的优点是：
电缆长度短，易于布线和维护
结构简单，传输介质又是无源元件
总线拓扑结构的缺点是：
故障检测需要在网上的各个站点上进行
在扩展总线的干线长度时，需重新配置中继器、剪裁电缆、调整终端器等
总线上的站点需要介质访问控制功能，这就增加了站点的硬件和软件费用
以太网等常采用总线型结构，如图1-1所示的是一总线型拓扑结构例子。
图1-1 典型的总线型拓扑结构
在总线型拓扑结构中，局域网的各个节点都连接到一个单一连续的物理线路上。由于各个节点之间通过电缆直接相连，因此，总线拓扑结构中所需要的电缆长度是最小的。但是，由于所有节点都在同一线路上进行通信，任何一处故障都会导致所有的节点无法完成数据的发送和接收。
总线型拓扑结构的一个重要特征就是可以在网中广播信息。网络中的每个站几乎可以同时“收到”每一条信息。这与下面要讲到的环型网络形成了鲜明的对比。
总线型拓扑结构最大的优点是价格低廉，用户站点入网灵活。另外一个优点是某个站点失效不会影响到其他站点。但它的缺点也是明显的，由于共用一条传输信道，任一个时刻只能有一个站点发送数据，而且介质访问控制也比较复杂。总线型结构网是一种针对小型办公环境的成熟而又经济的解决方案。
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2、环形拓扑结构
环形拓扑结构是由连接成封闭回路的网络结点组成的，每一个结点与它左右相邻的结点连接。环形网络常使用令牌环来决定哪个结点可以访问通信系统。在环形网络中信息流只能是单方向的，每个收到信息包的站点都向它的下游站点转发该信息包。信息包在环网中“旅行”一圈，最后由发送站进行回收。当信息包经过目标站时，目标站根据信息包中的目标地址判断出自己是接收站，并把该信息拷贝到自己的接收缓冲区中。为了决定环上的哪个站可以发送信息，平时在环上流通着一个叫令牌的特殊信息包，只有得到令牌的站才可以发送信息，当一个站发送完信息后就把令牌向下传送，以便下游的站点可以得到发送信息的机会。环形拓扑结构的优点是它能高速运行，而且避免冲突的结构相当简单。
环形拓扑结构中，连接网络中各节点的电缆构成一个封闭的环，信息在环中必须沿每个节点单向传输，因此，环中任何一段的故障都会使各站之间的通信受阻。所以在某些环形拓扑结构中如FDDI ，在各站点之间连接了一个备用环，当主环发生故障时，由备用环继续工作。如图1-2所示的是一个环形拓扑结构的例子。
图1-2 对等的环形拓扑结构
环形拓扑结构并不常见于小型办公环境中，这与总线型拓扑结构不同。因为总线型结构中所使用的网卡较便宜而且管理简单，而环形结构中的网卡等通信部件比较昂贵且管理复杂得多。环形结构在以下两种场合比较常见：一是工厂环境中，因为环网的抗干扰能力比较强；二是有许多大型机的场合，采用环型结构易于将局域网用于大型机网络中。
3、星形拓扑结构
星形拓扑结构是由通过点到点链路接到中央结点的各站点组成的。星形网络中有一个唯一的转发结点（中央结点），每一台计算机都通过单独的通信线路连接到中央结点。
星形拓扑结构的优点是：
利用中央结点可方便地提供服务和重新配置网络
单个连接点故障影响一个设备，不会影响全网，容易检测隔离故障，便于维护
任何一个连接只涉及到中央结点和一个站点，控制介质访问的方法很简单，从而访问协议也十分简单
星形拓扑结构的缺点是：
每个站点直接与中央结点相连，需要大量电缆，因此费用较高
如果中央结点产生故障，则全网不能工作，所以对中央结点的可靠性和冗余度要求很高
图1-3 星形拓扑结构
在星形拓扑结构中，网络中的各节点都连接到一个中心设备上，由该中心设备向目的节点传送信息。星形拓扑结构方便了对大型网络的维护和调试，对电缆的安装检验也相对容易。由于所有工作站都与中心节点相连，所以，在星形拓扑结构中移动某个工作站十分简单。
目前流行的星形结构网主要有两类：
一类是利用单位内部的专用小交换机（PABX）组成局域网，在本单位内为综合语音和数据的工作站交换信息提供信道，还可以提供语音信箱和电话会议等业务，是
局域网的一个重要分支
另一类是利用集线器（HUB）连接工作站的网，被认为是今后办公局域网的发展方向
4、其他拓扑结构
除了上面介绍之外，还有其他一些我们应该了解的拓扑结构。下面，我们就简要地了解一下这些拓扑结构的优缺点。
分布式结构
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分布式结构的网络是将分布在不同地点的计算机通过线路互连起来的一种网络形式，分布式结构的网络具有如下特点：由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性；网中的路径选择最短路径算法，故网上延迟时间少，传输速率高，但控制复杂；各个节点间均可以直接建立数据链路，信息流程最短，便于全网范围内的资源共享。缺点为连接线路时使用电缆长，造价高；网络管理软件复杂；报文分组交换、路径选择、流向控制复杂；在一般局域网中不采用这种结构。
树型结构
树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。
网状拓扑结构
在网状拓扑结构中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接，这种连接不经济，只有每个站点都要频繁发送信息时才使用这种方法。它的安装也复杂，但系统可靠性高，容错能力强。也有人将其称为分布式结构。
蜂窝拓扑结构
蜂窝拓扑结构是无线局域网中常用的结构。它以无线传输介质（微波、卫星、红外等）点到点和多点传输为特征，是一种无线网，适用于城市网、校园网、企业网。
在计算机网络中还有其他类型的拓扑结构，如总线型与星型混合、总线型与环型混合连接的网络结构等。在局域网中，使用最多的是总线型和星型结构，它们的特点是我们应该熟悉和掌握的。
1.3.2 局域网的传输介质
网络中各站点之间的数据传输必须依靠某种传输介质来实现。传输介质种类很多，适用于局域网的介质主要有三类：双绞线、同轴电缆和光纤。
1、双绞线
双绞线（Twisted Pair Cable ）由绞合在一起的一对导线组成，这样做减少了各导线之间的相互电磁干扰，并具有抗外界电磁干扰的能力。双绞线电缆可以分为两类：屏蔽型双绞线（STP ）和非屏蔽型双绞线（UTP ）。屏蔽型双绞线外面环绕着一圈保护层，有效减小了影响信号传输的电磁干扰，但相应增加了成本。而非屏蔽型双绞线没有保护层，易受电磁干扰，但成本较低，如图1-4所示。
图1-4 双绞线
非屏蔽双绞线广泛用于星形拓扑的以太网。采用新的电缆规范，如10BaseT和100BaseT，可使非屏蔽型双绞线达到10Mbps以至100Mbps的传输数率。
双绞线的优势在于它使用了电信工业中已经比较成熟的技术，因此，对系统的建立和维护都要容易得多。在不需要较强抗干扰能力的环境中，选择双绞线特别是非屏蔽型双绞线，既利于安装，又节省了成本，所以非屏蔽型双绞线往往是办公环境下网络介质的首选。
双绞线的最大缺点是抗干扰能力不强，特别是非屏蔽型双绞线。
2、同轴电缆
同轴电缆由内、外两个导体组成，且这两个导体是同轴线的，所以称为同轴电缆。在同轴电缆中，内导体是一根导线，外导体是一个圆柱面，两者之间有填充物。外导体能够屏蔽外界电磁场对内导体信号的干扰，如图1-5所示。
图1-5 同轴电缆
同轴电缆既可以用于基带传输，又可以用于宽带传输。基带传输时只传送一路信号，而宽带传输时则可以同时传送多路信号。用于局域网的同轴电缆都是基带同轴电缆。
3、光导纤维
光导纤维简称为光纤。对于计算机网络而言，光纤具有无可比拟的优势。光纤由纤芯、包层及护套组成。纤芯由玻璃或塑料组成，包层则是玻璃的，使光信号可以反射回去，沿着光纤传输；护套则由塑料组成，用于防止外界的伤害和干扰，如图1-6所示。
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图1-6 光纤
光波由发光二极管或激光二极管产生，接收端使用光电二极管将光信号转为数据信号。光导纤维传输损耗小、频带宽、信号畸变小，传输距离几乎不受限制，且具有极强的抗电磁干扰能力，因此，被认为是今后网络传输介质的发展方向。
1.3.3 局域网的标准
局域网出现之后，发展迅速，类型繁多。1980年2月，美国电气和电子工程师学会（IEEE ）成立802课题组，研究并制定了局域网标准IEEE802。后来，国际标准化组织（ISO ）经过讨论，建议将802标准定为局域网国际标准。
IEEE802为局域网制定了一系列标准，主要有如下12种。
IEEE 802.1概述，局域网体系结构以及网络互连。
IEEE 802.2定义了逻辑链路控制（LLC ）子层的功能与服务。
IEEE 802.3描述CSMA/CD 总线式介质访问控制协议及相应物理层规范。
IEEE 802.4描述令牌总线（Token Bus ）式介质访问控制协议及相应物理层规范。 IEEE 802.5描述令牌环（Token Ring ）式介质访问控制协议及相应物理层规范。 IEEE 802.6描述市域网（MAN ）的介质访问控制协议及相应物理层规范。
IEEE 802.7描述宽待技术进展。
IEEE 802.8描述光纤技术进展。
IEEE 802.9描述语音和数据综合局域网技术。
IEEE 802.10描述局域网安全与解密问题。
IEEE 802.11描述无线局域网技术。
IEEE 802.12描述用于高速局域网的介质访问方法及相应的物理层规范。
1.4 局域网的种类
架设局域网的方法很多，常见的有以下三种：
对等网
客户机/服务器网络
无盘工作站网络
除了介绍这三种常见的局域网组网方式之外，我们还将向您简要介绍一下最新的无线局域网。
1.4.1 对等网组建局域网
对等网络是非结构化地访问网络资源。对等网中的每一台设备可以同时是客户机和服务器。网络中的所有设备可直接访问数据、软件和其他网络资源。换言之，每一台网络计算机与其他连网的计算机是对等的，它们没有层次的划分。
对等网主要针对一些小型企业，因为它不需要服务器，所以对等网成本较低，但它只是局域网中最基本的一种，许多管理功能不能实现。它可以使职员之间的资料免去了用软盘拷贝的麻烦，对于规模较小公司，这些有限的功能足够满足他们的要求。
1.4.2 客户机/服务器方式组建局域网
客户机/服务器（Computer/Server）网络又叫服务器网络，在客户机/服务器网络中，计算机划分为服务器和客户机。基于服务器的网络引进了层次结构，它是为了适应网络规模，增大所需的各种支持功能而专门设计的。通常将基于服务器的网络都称为客户机/服务器网络。
客户机/服务器网络应用于大中型企业，可以实现数据共享，对财务、人事等工作进行网络化管理，并可以开网络化会议。还提供了强大的Internet/Intranet Web信息服务，其中包括FTP、GOPHER、WWW等功能，几乎是一种近乎完美的局域网构架方案。但它需要一台或多台高档服务器，所以成本较高，但对于企业而言，它的功能对企业的工作效率及业务工作带来了极大的方便，这远远超过了对它的投资。
1.4.3 无盘工作站方式组建局域网
无盘工作站顾名思义就是没有硬盘、软驱，是基于服务器网络的一种结构，无盘工作站利用网卡上的启动芯片与服务器连接，使用服务器的硬盘空间进行资源共享。
“无盘工作站网络”可以实现“客户机/服务器网络”的所有功能，在它的工作站上，没有磁盘驱动器，但因为每台工作站都需要从“远程服务器”启动，所以对服务器、工作站以及网络组建的要求较高，因而成本并不比“客户机/服务器网络”成本低，但它的稳定性，安全性一直为大众所看好，特别是被一些安全系数要求较高的企业所喜爱。
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1.4.4 无线局域网
无线局域网络（Wireless Local Area Networks: WLAN ）是相当便利的数据传输系统，它是利用射频（Radio Frequency: RF ）的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构，让用户通过它达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。
无线局域网络绝不是用来取代有线局域网络，而是用来弥补有线局域网络之不足，以达到网络延伸的目的，下列情形可能须用无线局域网：
无固定工作场所的使用者
有线局域网络架设受环境所限制
作为有线局域网络的备用系统
对于铺设电缆或是检查电缆是否断线这种耗时的工作，以及其他局域网管理方面的工作，很容易令人烦躁，也不容易在短时间内找出故障所在。再者，由于配合企业及应用环境不断的更新与发展，原有的企业网络必须配合重新布局，需要重新安装网络线路，虽然电缆本身并不贵，可是请技术人员来配线的成本很高，尤其是陈旧的大楼，配线工程费用就更高了。因此，架设无线局域网络成为最佳解决方案。
本章小结
本章介绍了有关局域网的基本知识，对计算机网络的起因和发展提出了一个比较清晰的概念，并且详细地介绍了各种网络结构的划分以及各自的特点，由浅至深地阐述了各种网络的组成，另外还介绍了网络通信协议，了解各种网络通信协议是掌握网络技术的关键。
只有充分理解本章的内容，才能在后面各章学习中有一个整体的认识，从某种意义上来说，本章是以后各章的理论基础，无论是组建宿舍网、企业网或者其他形式的局域网都应该把握这些理论知识，来解决更多的实际问题。
课后习题
1、填空题
1）计算机联网的益处有、、、。
2）网络按地域分类，分以下三大类型：、、。
3）世界最早投入运行的计算机网络是。
4）一个计算机网络由组成。
5）局域网的传输介质有、、。
6）星形拓扑结构是由通过接到组成的。
7）局域网的特性主要由三个要素决定，即、和。
8）局域网在设计中，主要考虑的因素是能够和，易于操作和维护等。
2、选择题
1）下面这些网络拓扑结构中，哪些属于局域网的拓扑结构（）
A.总线型拓扑结构
B.环形拓扑结构
C.星型拓扑结构
D.分布式拓扑结构
E.树型结构
F.网状拓扑结构
H.蜂窝拓扑结构
2）局域网的种类包含下列中的哪些（）
A.对等网
B.C/S（客户机/服务器端）网络
C.无盘工作站网络
D. 卫星网络
3）计算机网络的组成元素可以分为哪两大类？（）
A.传输介质和介质询问方式
B.有线网络和无线网络
C.网络节点和通信链路
D.中央节点和分布节点
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