第1章_局域网的组建和管理

局域网基本组成
局域网由网络硬件和网络软件组成。 1. 网络硬件 网络硬件是指计算机网络中所采用的物理设 备，包括以下内容： （1）网络服务器 （2）网络工作站 （3）网络设备，包括：网卡 、中继器、集 线器、交换机、路由器、防火墙等设备。 （4）传输介质
2. 网络软件
协议和软件在网络通信中扮演了极为重要的 角色。网络软件可大致分为网络系统软件 和网络应用软件。 以Ethernet(以太局域网)为例，网络协议是 封装在以太网卡上的IEEE802.3 (CSMA/CD)；典型网络操作系统有UNIX、 Windows 2000、Linux等，在这些网络操 作系统中就包含了一些基本的网络应用软 件，（例如，文件共享、IIS）；再加上专 用的网络服务软件，如，通信软件、FTP、 WEB服务、电子邮件等等。
局域网的拓扑结构 拓扑是一数学分支，它是研究与大小、形状无关 的点、线和面构成的图形特征的方法。网络的拓 扑结构是构成网络的节点（如：工作站）和连接 各节点的链路 (如：传输线路) 组成的图形的共 同特征。拓扑设计是建设计算机网络的第一步， 也是实现各种网络协议的基础，它对网络性能、 系统可靠性与通信费用都有重大影响。计算机网 络拓扑主要是指通信子网的拓扑结构。 网络的拓扑结主要有星型、环型和总线型，如图16所示。还有树形结构和网状结构。
局域网（Local Area Network，LAN）是计 算机网络的重要组成部分，它是区别于广 域网（WAN）的一种地理范围有限、互联 设备有限的计算机网络。局域网技术是当 前计算机网络研究和应用的一个热点，也 是目前技术发展最快的领域之一。 有很多种类的局域网，如：FDDI、令牌环 等。现在绝大多数在使用的都是以太网局 域网（Ethernet ）。
同轴电缆图例
外保护套
金属屏蔽罩
绝缘体
铜芯导体
（2）双绞线
双绞线是目前局域网中使用最为普遍的电缆， 它既可以传输模拟信号也可以传输数字信 号，它由两根绝缘铜线拧成有规则的螺旋 形组成，目的是为了有效的减少通信时信 号的干扰。双绞线主要分为非屏蔽双绞线 （UTP，Unshielded Twisted-Pair）与屏 蔽双绞线（STP，Shielded Twisted-Pair） 两类。
聚氯乙烯 屏蔽层 铜线 绝缘层 套层
（3）光纤
光导纤维（Optical Fiber，简称光纤），是 目前发展最为迅速、应用广泛的传输介质。 其中心部分包括了一根或多根玻璃纤维， 通过从激光器或发光二极管发出的光波穿 过中心纤维进行数据传输。如下图所示。
中心纤维 加强芯 包层 网状纤维屏蔽 外护套 图 光纤
1． 计算机网络的定义
计算机网络是指：分布在不同地理位置上的 具有独立功能的多个计算机系统，通过通 信设备和通信线路连接起来，在网络软件 的管理下实现数据传输和资源共享的系统。 它综合应用了现代信息处理技术、计算机技 术和通信技术的研究成果，把分散在广泛 领域中的许多信息处理系统连接在一起， 组成一个规模更大、功能更强、可靠性更 高的信息综合处理系统。
2． 计算机网络的功能
主要体现在信息交换、资源共享和分布式处 理三个方面。 （1）信息交换 信息交换功能是计算机网络的最基本功能， 主要完成网络中各个结点之间的通信。如 通过计算机网络实现铁路运输的实时管理 与控制，提高铁路运输能力；又如人们可 以在网络上通过Email（电子邮件）、IP Phone（IP电话）、即时信息等各种新型 的通讯手段，从而提高了计算机系统的整 体性能，也方便了人们的工作和生活。
2. 无线传输介质
如果通信线路要通过一些高山或岛屿，有时 就很难施工，这时使用无线传输进行通信 就成为必然。目前，计算机网络的无线通 信主要方式有：地面微波通信、卫星通信、 红外线通信和激光通信。
（1）地面微波通信 微波是一种频率很高的电磁波，其频率范围为300 MHz~300 GHz，地面微波通信主要使用的是 2~40 GHz的频率范围。地面微波一般沿直线传 输，微波在地面的传输距离有限，在传输中间无 障碍物的情况下，约为40~60 km。为了实现远 距离传输，就要在微波信道的两个端点之间建立 若干个中继站。 微波信道在计算机网络中的使用有两种形式，一 种是点对点信道；另一种是广播通信，通过广播 传输供网络中其他所有节点接收，用这种微波信 道组成的局部网络，常用于海上、空中、矿山、 油田等经常移动的工作环境；以及不易铺设线路 的地区，例如，长江河道管理局在长江沿线就是 采用的微波通信。
计算机网络技术与Internet应用
第1章 局域网的组建和管理
21世纪高等学校规划教材
第1章 局域网的组建和管理 主要内容： 计算机网络的定义和功能； 局域网与虚拟局域网； 网络拓扑结构； 以太局域网设计与组建； 网络设备配置。
1.1 计算机网络的定义和功能
目前正处于以网络为核心的信息时代，世界 经济也正在从工业经济向知识经济转型， 知识经济最重要的特点是信息化和全球化。 要实现信息化和全球化，就必须依赖完善 的网络体系，即电信网络、有线电视网络 和计算机网络。在这三类网络中，起核心 作用的是计算机网络。它是一门涉及多种 学科和技术领域的综合性技术。
3. 总线型拓扑结构
将所有的入网计算机均接入到一条通信传输 线上，为防止信号反射，一般在总线两端 连有匹配线路阻抗的终结器。 总线结构的优点是线路利用率高，结构简单 且易于扩充结点，可靠性高，价格相对便 宜。缺点是同一时刻只能有两个结点可以 相互通信，网络延伸距离有限，网络容纳 结点数有限。 常见的总线型局域网由同轴电缆做总线的10 Base2和10 Base 5以太网等。因为其速率 低，总线结构在现在已经很少使用。
将多个子网或多个局域网连接起来构成网型 拓扑结构。优点是结点间路径多，可靠性 高；网络扩充和主机入网比较灵活。缺点 是网络关系复杂，建网不容易，网络控制 机制比较复杂。一般用于广域网。 一个实际的计算机网络拓扑结构，可能是由 上述几种拓扑类型的混合构成的。
虚拟局域网
在局域网中，设备之间的通信以三种方式进行：单播、组 播和广播通信。交换式网络采用的是点对点方式，但连 接在一起的交换式网络中存在广播、冲突和安全等因素 的影响，造成了现有办公网络的工作速度缓慢、网络的 安全性差的情况，因此需要进行改造。 虚拟局域网以交换式网络为基础，把网络上的用户（终端 设备）分为若干个逻辑工作组，每个逻辑工作组就是一 个虚拟局域网（Virtual LAN,VLAN）。VLAN并不是一 种新型的局域网技术，而是交换式网络为用户提供的一 种服务。它允许网络管理员使用软件实现按业务功能、 网络应用、组织机构或其他任何需要，灵活地划分虚拟 网，增加或删除虚拟网成员。同一虚拟网上的成员不受 物理网段的位置限制，组中的成员可以不在同一个物理 网段上。
非屏蔽双绞线UTP
屏蔽双绞线在双绞线和外层保护套之间增加 一层金属屏蔽保护膜，用以减少电磁干扰。 传输速率在1 Mbps~155 Mbps之间，一般 为16 Mbps。屏蔽双绞线价格相对高一些， 并且需要支持屏蔽功能的特殊连接器和相 当的安装技术，在实际应用中仅在国防军 事网络中见到使用。
屏蔽双绞线 STP
局域网的传输介质
大致上可分为二类： 1. 有线传输介质 （1）同轴电缆 同轴电缆分为：50 的同轴电缆，可用于数 字信号发送，被称为基带；而75 的电缆 可用于频分多路转换FDM的模拟信号发送， 称被为宽带。计算机网络种常用的有细缆 和粗缆这两种类型的同轴电缆。
细缆指的是用于10 Base 2以太网的，同轴 电缆直径为0.25 in的电缆，它的最大有效 传输范围为185 m（不加中继时）。细缆 和计算机网络适配器连接时，需要使用一 种称为 BNC（British Naval Connector） 的连接器。 粗缆指的是用于10 Base 5以太网的，同轴 电缆直径为0.5 in的电缆，它的最大有效 传输范围为500 m （不加中继时） 。粗缆 网络需要用到称为收发器的设备。
（3）分布式处理
对于较大型的综合性问题通过一定的算法， 把数据处理的功能交给不同的计算机，达 到均衡使用网络资源，实现分布处理的目 的。对于解决复杂问题，多台计算机联合 使用并构成高性能的计算机体系，这种协 同工作、并行处理要比单独购置高性能的 大型计算机便宜得多。
1.2 局域网基础与虚拟局域网
4. 树型拓扑结构
树型结构可以看成是星形结构的叠加，其性 能与星形结构相同。还有一种说法是：树 型结构是总线结构的拓展。从实质上看， 总线结构与星形结构，在逻辑上是相同的， 如果将星形结构的中心结点延长为一直线， 则成为了总线结构。用集线器组建的星形 结构与总线结构的网络特性就基本相同。
5. 网状拓扑结构
非屏蔽双绞线是采用塑料套装的双绞线电缆，10 Base T（其中T代表UTP）和100 Base T中均使 用非屏蔽双绞线作为传输媒体，RJ-45水晶头是 连接UTP的8针连接器。常用的UTP有3类、5类 和6类等形式。UTP具有成本低、重量轻、尺寸 小、易弯曲、易安装、适于结构化布线等优点， 因此，在一般的局域网中被普遍采用。但它也存 在传输时有电磁辐射、容易被窃听的缺点，所以， 在少数信息保密级别要求高的场合，还须采取一 些辅助屏蔽措施。 双模光纤，光纤内径8-10μm，通过单模 光纤，数据传输的速度更快，并且距离也 更远。 多模光纤，光纤内径50或65μm，可以在 单根或多根光缆上同时携带几种光波。这 种类型的光缆传输的距离比单模光纤要短 得多。 例如，速率为1000Mbps时，50 μm的多模 光纤可传输米550 ，65 μm的多模光纤可 传 275米，而单模光纤可达70KM以上。
（2）资源共享
计算机网络最具本质也是最吸引人的功能是 共享资源，包括硬件资源和软件资源。利 用计算机网络可以共享主机设备，如中型 机、小型机、工作站等，以完成特殊的处 理任务；可以共享外部设备，如激光打印 机、绘图仪、数字化仪、扫描仪等，以节 约投资；更重要的是共享软件、数据等信 息资源，可最大限度地降低成本和提高效 率。