1、2第4章 以太网组网技术学习目的与要求：以太网(Ethernet)以其高度灵活、相对简单、易于实现的特点，成为当今最重要的一种局域网建网技术。虽然其他网络技术也曾经被认为可以取代以太网的地位，但是绝大多数的网络管理人员仍然将以太网作为首选的网络解决方案。通过本章的学习，需要系统地了解以太网的原理与组网方法。34.1 以太网工作原理及发展状况问题：在学习以太网组网技术之前，首先应搞清楚什么样的网络是以太网？以太网是怎样工作的？它的发展过程和发展趋势是怎样的？44.1.1 以太网概述以太网是美国施乐(Xerox)公司的PaloAlto研究中心(简称PARC)于1975年研制成功的。以太网技术规范仅
2、支持物理层和数据链路层的通信协议，在链路层中采用载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)介质访问控制方式。在实现方面，把物理层中与介质有关部分分隔出来，使得数据链路层适用于多种传输介质。以太网是一个中等区域范围内实现计算机通信的技术规范，按其规范构成的计算机局域网络的结构如图4.1所示。打印机工作站工作站服务器以太网段交换机路由器54.1.2 以太网的工作原理以太网通常使用专门的网络接口卡或通过系统主电路板上的电路实现。收发器可以完成多种物理层功能，其中包括对网络碰撞进行检测。收发器可以作为独立的设备，通过电缆与终端站连接；也可以直接被集成到终端站的网卡当中。以太网采用广播机制，所有与网络
3、连接的工作站都可以看到网络上传递的数据。以太网采用CSMA/CD媒体访问机制，任何工作站都可以在任何时间访问网络。64.1.3 以太网的发展初期的以太网是用同轴电缆做成的总线型拓扑结构的网络，数据通信速率为10Mb/s。20世纪80年代后期，由IEEE发展和制订了一种称为10Base-T的新型以太网标准，借助普通电话接线使用的UTP 电缆布线，并且使用集线器提供连接节点设备的端口，把原来的以太网在物理上是总线型的拓扑结构，改变成星型的拓扑结构，但是在逻辑上仍是总线型的。，从20世纪90年代初以来，由于以下三种因素改变了这一情况。PC的档次不断提高，如“奔腾”机和更高档次的PC，一台PC的数据吞
4、吐量足以占用传统以太网的全部带宽。各使用局域网通信的单位，由于业务扩展的需要，在网上随意增加节点设备，而又未及时做成LAN的分段，造成过多的PC争用10Mb/s带宽的状况，导致网络过载。应用程序的复杂化，如群件(groupware)、大型文件传送、因特网向导，这些应用都造成在LAN上产生过大的数据通信量。在以太网技术演变过程中，很重要的进展是在20世纪90年代初引入的以太网交换技术和快速以太网(100Base-T)技术。目前千兆以太网已经非常成熟，广泛用于构建需要进行多媒体信息传输的高速局域网。74.2 十兆以太网组网技术问题：10Mb/s以太网有哪些类型？各自的特性及结构是怎样的？84.2.
5、1 10Mb/s以太网类型1.以太网10Base-5以太网10Base-5是以粗缆为传输介质，通常被称为“粗以太网(thick Ethernet)”。802.3标准建议其电缆为黄色，每隔2.5m一个标志，标明分接头插入处，连接处通常采用插入式分接头，将其触针小心地插入到同轴电缆的内芯。2.以太网10Base-2以太网10Base-2是以细缆为传输介质，通常被称为“细以太网(thin Ethernet)”。3.以太网10Base-T由于寻找电缆故障的麻烦，导致一种新的接线方式的产生，即所有站点均连接到一个中心集线器(Hub)上。通常，这些连线是电话公司的双绞线。这种方式被称为10Base-T。4
6、.以太网10Base-F802.3中可用的第4种电缆连接方式是10Base-F，它采用了光纤。94.2.2 以太网10Base-5组网技术1.组建10Base-5的基本网络设备网卡：支持粗同轴电缆的以太网网卡，上面有一个连接粗同轴电缆收发器电缆的DIX插座。收发器：两端连接粗同轴电缆，中间DIX连接器连接在网卡上。收发器电缆：两端带DIX插头，用于连接外部收发器和网卡。粗同轴电缆：用于10Base-5的电缆一般是直径10mm、阻抗50的同轴电缆，这种电缆有防火实心电缆、非实心电缆、地下埋设电缆、空中架设电缆等类型。N系列电缆连接器：用于连接粗同轴电缆和N系列圆形连接器。N系列圆形连接器：用于连
7、接两根粗同轴电缆。终结器：粗同轴电缆的两端必须使用50的终结器，且一端必须接地。中继器：中继器是一个可选设备，用来扩展作为总线的同轴电缆长度。104.2.2 以太网10Base-5组网技术2.10Base-5的主要性能指标如果不使用中继器，最大粗缆长度不超过500m。工作站与收发器之间的最大距离为50m。两个相邻收发器之间的最小距离为2.5m，收发器电缆的最大长度为50m。如果使用中继器，一个10Base-5网中最多只允许使用4个中继器，连接起来5个网段。工作站只允许安装在其中的3个网段上，其余的用于扩充距离。通过中继器连接后的粗缆网段最大长度不能超过2500m。一个网段上最多允许100台工作
8、站，中继器看作工作站。114.2.3 以太网10Base-2组网技术1.组建10Base-2的基本网络设备网卡：带有BNC接头的以太网卡。细同轴电缆：直径5mm、阻抗50细同轴电缆。BNC T型连接器：也称T型接头，用于细同轴电缆与网卡的连接，该三通插头的中间连接网卡，两端连接细同轴电缆。BNC连接器头：用于连接细同轴电缆与T型接头。BNC圆形连接器：用于连接两段细同轴电缆。BNC终结器：各网段两端都必须接一个50的BNC终结器，用于抗干扰，其中一端要接地。124.2.3 以太网10Base-2组网技术2.10Base-2的主要性能指标如果不使用中继器，最大细缆长度不能超过185m。如果使用中
9、继器，最多允许使用4个中继器，连接5条细缆网段。其中只有3个网段可以连接工作站，其他网段仅用于扩展距离。两个相邻BNC T型连接器之间的距离应是0.5m的整数倍，并且最小距离为0.5m。两个网段最多允许30个节点，中继器、网桥、路由器、服务器和工作站等都称作节点。通过中继器连接后细缆网段的最大长度不超过925m。对无盘工作站，还要在网卡上插入一块远程启动EPROM芯片。134.2.4 以太网10Base-T组网技术1.组建10Base-T的基本网络设备2.10Base-T的主要性能指标3.10Base-T的组网方法(1)单一集线器结构(2)多集线器级联结构(3)堆叠式集线器结构 集线器(Hub
10、)网卡 UIP RJ-45 网卡 网卡 144.2.5 以太网10Base-F组网技术10Base-F是一种使用光纤作为传输介质的以太网技术。10Base-F标准定义了3种不同的光纤规范：10Base-FL、10Base-FB、10Base-FP。其中10Base-FL是最常用的光纤以太网标准，而10Base-FB和10Base-FP都没有被广泛采用。10Base-FL的主要性能指标如下：可采用单模或多模光纤。如采用多模光纤，网段最大长度可达2km。如果使用中继器，最多允许使用两个中继器。154.3 快速以太网组网技术问题：快速以太网的标准有哪些？快速以太网的结构与组成如何？组网的要求是什么？
11、164.3.1 快速以太网标准100Mb/s快速以太网(100Base-T)的数据传输速率为100Mb/s。1.100Base-TX100Base-TX支持2对5类非屏蔽双绞线UTP或2对1类屏蔽双绞线STP。2.100Base-T4100Base-T4支持4对3类非屏蔽双绞线UTP，其中有3对线用于数据传输，1对线用于冲突检测。3.100Base-T2100Base-T2支持2对3类非屏蔽双绞线UTP。4.100Base-FX100Base-FX支持2芯的多模或单模光纤。100Base-FX主要用作高速主干网，从节点到集线器的距离可以达到412m。174.3.2 快速以太网的系统组成100M
12、b/s快速以太网系统主要由双绞线、光纤和集线器构成。1.传输介质在100Base-FX环境中，一般选用62.5/125m多模光纤，也可选用50/125m、85/125m以及100/125m型号的光缆。2.集线器按结构分类：共享型和交换型。按媒体分类：100Base-TX和100Base-FX，即使用双绞线和使用光缆的集线器。按设备分类：独立型、堆叠型和厢体式。184.3.3 100Base-T组网要点1.电缆的选择100Base-T不能使用同轴电缆，只能使用UTP、STP或光缆组成星型网。2.节点距离的考虑节点距离的制约因素之一是电缆本身长度。3.中继使用方法在快速以太网中有类和类两种中继器。
13、类能把来自输入端口的信号变换成适合其他端口类型的信号，可以实现诸如100Base-TX/FX网段和100Base-T4网段这类使用不同信号技术的网段间的连接。类对来自端口的信号不进行变化，直通而过，因此对于使用不同信号技术网段间不能进行连接。4.网络管理条件在单局域网中，使用100Base-TX中继器时不一定需要简单网络管理协议(SNMP)。5.中继规则在高速共享局域网中，集线器的中继一般遵守3-2-1规则，即在1个高速的LAN中，最多用两个两类高速集线器，两网站间最多经过3条电缆。194.3.4 自动协商与自适应功能1.自动协商功能根据IEEE 802.3u补充条款的说明，除100Base-
14、T2工作模式必须具有自动协商功能外，其他工作模式均作为可选部分。自动协商功能一旦完成了自动协商，确定了共同的工作模式，此后，FLP就不再出现，端口之间链路进入正常工作状态。2.10Mb/s与100Mb/s的自适应功能10Base-T网卡与100Base-TX集线器互联，在进行10Mb/s与100Mb/s自适应的处理过程中，会存在以下两种情况：原有10Base-T网卡具备自动协商功能。双方可以通过FLP信号的协商和处理。原有10Base-T网卡不具备自动协商功能。204.4 千兆以太网组网技术问题：什么是千兆以太网？千兆以太网的标准有哪些？各标准的传输媒体有哪些？典型的应用方式有哪些？214.4
15、.1 千兆以太网的概念与快速以太网相同之处是千兆以太网同样保留着传统的10Mb/s以太网的所有特征，即相同的帧格式、相同的介质访问控制方法CSMA/CD和相同的组网方法，只是把以太网每个比特的发送时间由100ns降低到1ns。千兆以太网与快速以太网很相似，只是传输和访问速度更快，为系统扩展带宽提供了有效的保证。网络主干上有了1Gb/s以太网交换机的支持，可以把原来100Base-T系统设备迁移到低层，这样主干上实现了无阻塞，低层又能分享到更多的带宽。1Gb/s以太网是10Mb/s与100Mb/s以太网的自然“进化”，它不仅使系统增加了带宽，而且还增加了服务质量的功能，这一切都是在低开销的条件下
16、实现的。目前，千兆以太网已经发展成为主流网络技术。224.4.2 千兆以太网标准1.1000Base-CX1000Base-CX的传输介质是一种短距离屏蔽铜缆，最长距离达25m，这种屏蔽双绞线不是标准的STP，而是一种特殊规格、高质量的、带屏蔽的双绞线，它的特性阻抗为150。2.1000Base-LX1000Base-LX是一种收发器上使用长波激光(LWL)作为信号源的媒体技术，这种收发器上配置了激光波长为1270nm1355nm(一般为1300nm)的光纤激光传输器。3.1000Base-SX1000Base-SX是一种收发器上使用短波激光(SWL)作为信号源的媒体技术，这种收发器上配置了激
17、光波长为770nm860nm(一般为800nm)的光纤激光传输器。4.1000Base-T1000Base-T是一种使用5类以上UTP的千兆以太网技术，最长的传输距离与100Base-TX一样，可达100m。234.4.3 千兆以太网的应用具体实现主要有交换机与交换机连接和交换机与服务器连接两种方法。前一种方法是在相应的交换机上安装千兆位以太网的网络端口模块，通过这些模块实现1Gb/s链路连接；后一种方法是在交换机和服务器上分别安装千兆位以太网网络端口模块和千兆位以太网网卡，以此实现1Gb/s链路连接。1.作为主干网交换机2.增强关键服务器带宽3.升级快速以太网244.5 交换式以太网组网技术
18、问题：共享式以太网存在哪些问题？为什么要从共享走到交换？交换式以太网有哪些特点？以太网交换机有哪些特点？254.5.1 共享式以太网存在的问题共享式以太网系统存在以下问题：由于受到CSMA/CD介质访问控制方法的限制，网段的带宽是固定的，网络覆盖范围受到制约。在一个网段中，每一个节点的平均带宽是系统带宽的1/n，其中n为节点数。n越大(即节点越多)，每个节点得到的平均带宽越小。在以太网中，可以是一个工作组，也可能是多个工作组。在多个工作组的情况下，每一个时刻只允许一个工作组中某个节点运行，其他组等待，即系统带宽被多个组分割。在多个组中，每组运行的数据流广播到系统所有节点上，除了本组所有点外，其
19、他组的节点也都能感觉到该数据流的存在。因此对数据有安全性要求的环境来说是不合适的。264.5.2 交换式以太网的特点交换式以太网系统与共享式以太网比较有如下优点：每个端口上可以连接节点或网段，不论节点和网段均独占10Mb/s(或100Mb/s)。系统的最大带宽可以达到端口带宽的n倍，其中n为端口数。n越大，系统能达到的带宽越高。交换机连接了多个网段，网段上运作都是独立的，被隔离的。需要的话，两个独立的网段通过其端口也可以建立暂时的数据信道。被交换机隔离的独立网段上数据流不会在其他端口上广播，具有一定的安全性。若端口上支持全双工传输方式，则端口上媒体段的长度不受CSMA/CD制约，可以延伸距离。
20、若端口上只支持半双工传输方式，则交换机的作用是连接网段以扩展网络覆盖范围。交换机可以按全双工模式进行操作，还可以提供最广泛的媒体支持。它可在35类UTP、光缆和同轴电缆上进行，使用光缆的交换机以太网非常适合作为主干网络。274.5.3 交换式以太网的应用类型1.共享交换以太网共享交换以太网是连接到交换机端口上的，从而替代路由端口或是网桥端口。2.专用交换以太网通过把适配器和局域网的整个带宽分配给每个站点，在站点和某个交换机端口之间使用专用的以太网的方法可以有效地解决上述问题，以满足用户对带宽的要求。3.交换式全双工以太网全双工功能交换机的每个交换机端口在半双工或全双工方式下都支持10Mb/s的
21、操作。其将共享式局域网分割成多个网段，每个网段只有少数几个站点。每个交换机端口可以配置在全双工方式下运行并连至全双工设备。284.6 全双工以太网组网技术问题：全双工以太网的技术特点是什么？全双工以太网技术的应用特点是什么？从共享型以太网发展到交换型以太网，是局域网技术及其产品发展的一个飞跃。交换型以太网解决了系统的带宽问题，使系统的带宽成十、百倍地增长，目前系统带宽已发展到1Gb/s，为网络在多媒体方面的应用提供了保证。当交换技术发展到一定阶段后，不仅要求整个系统的带宽要达到一定高度，而且还要求整个系统的覆盖范围也要有一定的保证，特别在100Mb/s及1Gb/s以太网环境中，使用光缆作为传输
22、介质的情况下，若再使用受到CSMA/CD约束的一般半双工技术和产品的话，覆盖范围的问题将更为突出。294.6.1 全双工以太网技术特点全双工以太网技术与传统半双工以太网技术区别在于：端口间两对双绞线(或两根光纤)上可以同时接收和发送帧，不再受到CSMA/CD的约束，在端口发送帧时不再会发生帧的碰撞。在全双工以太网中，端口上进行的是全双工还是半双工操作一般可以自适应，也可以通过人工设置。当全双工操作时，帧的发送和接收可以同时进行，这样与传统半双工操作方式比较，传输链路的带宽提高了一倍，即端口支持10Mb/s或者100Mb/s传输率，而其带宽却分别是20Mb/s和200Mb/s。在全双工传输帧时，
23、端口上既无侦听机制，也不再需要碰撞检测，传统半双工方式下的媒体访问控制CSMA/CD的机制已不存在。在10Mb/s端口传输速率情况下，只有10Base-T及10Base-FL支持全双工操作；而在100Mb/s快速以太网情况下，除了100Base-T4外，100Base-TX、100Base-FX和100Base-T2均支持全双工操作；千兆位以太网仅有1000Base-X支持全双工操作。304.6.2 全双工以太网技术的应用全双工操作连接的方式如图4.20所示。对于客户机，由于其访问服务器时，发送和接收的负载往往很不均衡，用全双工操作方式连接客户机，可以将距离延伸；对于服务器，由于会受到许多客户
24、机的同时访问，发送和接收的负载一般较接近均衡，全双工操作主要是增加带宽，况且由于系统服务器往往与系统主交换机放置在一起，延伸距离也没有必要。服务器交换机全双工链路314.7 虚拟局域网组网技术问题：什么是虚拟网？怎样构建一个虚拟局域网？虚拟局域网的功能是什么？324.7.1 虚拟局域网的基本概念虚拟局域网(Virtual LAN，VLAN)是建立在交换技术基础上，根据网络的物理拓扑结构，通过路由和交换设备将网络上的节点按工作性质与需要划分成的若干个“逻辑工作组”，即逻辑网络。虚拟网络可以为网上每个用户提供专用的局域网。在传统的局域网中，通常一个工作组是在同一网段上，每个网段可以是一个逻辑工作组
25、或子网。虚拟网络是建立在局域网交换机上，它以软件方式来实现逻辑工作组的划分与管理，逻辑工作组的节点组成不受物理位置的限制。334.7.2 虚拟局域网的技术实现1.用交换机端口号2.用MAC地址3.用网络层4.IP广播组5.基于策略的VLAN344.7.3 虚拟局域网的配置方法1.静态端口分配静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口，使其直接从属于某个虚拟网。2.动态端口分配支持动态虚拟网的端口，可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。端口是通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。3.多VLAN端口分配该配置支持一用户或一端口可以同时访问多个虚拟
26、网。354.7.4 虚拟局域网的功能1.提高管理效率当某个VLAN中的一个用户从一个地点移动至另一个地点时，只要他们仍旧保持在同一个VLAN中并且能够连接到一个交换端口上，那么无需对他们的网络地址进行修改。最多只是需要将此交换端口重新配置到相应的VLAN中。此种方式极大地简化了配置和调试工作。VLAN技术将有效地实现对网络的动态管理以达到节省开销的目的。2.抑制广播风暴(1)性能上的优势(2)管理上的优势(3)价格上的优势3.增强网络安全性4.实现虚拟工作组5.基于服务的VLAN36实训实训4.1 细缆的制作与测试实训材料实训材料：BNC连接头两个，T型连接器一个，细缆2m。实训工具实训工具：
27、压线钳、斜口钳、尖嘴钳和万用表(最好为数字万用表)，必要时还需要使用电烙铁。实训步骤实训步骤实训4.2 以太网组网技术实训实训材料：带实训材料：带RJ-45接口网卡的计算机两台，接口网卡的计算机两台，100M(或或10M)集线集线器器(或交换机或交换机)一台，双绞线一台，双绞线5m，RJ-45接头若干。接头若干。实训工具：夹线钳一把，测线仪一个。实训工具：夹线钳一把，测线仪一个。实训步骤实训步骤实训4.3 10Base-T的局域网升级到100Base-T的局域网实训材料：实训材料：一台一台100Base-T交换机，一个拥有两个节点的局域网，一个交换机，一个拥有两个节点的局域网，一个100Mb/
28、s的网卡，夹线钳及的网卡，夹线钳及5类电缆线等。类电缆线等。实训步骤实训步骤37思 考 题1.以太网的工作原理是什么？采用什么协议？2.10Mb/s以太网有哪些类型？各自的传输介质是什么？各自的最大传输距离是多少？3.快速以太网的标准有哪些？4.100Base-T的中继规则是什么？5.千兆以太网的标准有哪些？各标准的传输媒体有哪些？典型的应用方式有哪些？6.共享式以太网系统的主要缺点是什么？交换式以太网与共享式以太网相比的主要优点是什么？7.全双工以太网的技术特点和应用特点是什么?8.什么是虚拟局域网？虚拟局域网成员的定义方法有哪几种？9.各个节点划分到相应的VLAN中的分配方法有哪些？10.虚拟局域网的功能有哪些？
