第 5章 局域网的设计与互连
5.1 网络设计
5.1.1 网络规划的基本原理及其作用
规划设计
安装调试
运行维护技术的可行性经费预算的可行性
1.可行性研究与计划
2.需求分析网络的物理布局用户设备的类型和配置通信类型及通信负载网络应提供的应用服务网络所需求的安全程度
3.方案设计
⑴ 实用性 ⑵ 先进性
⑶ 开放性 ⑷ 可靠性
⑸ 安全性 ⑹ 经济性
⑺ 可扩充性
4.设备选型
5.投资预算
6.编写技术文档
5.1.2 网络总体设计在网络规划阶段，并不要求明确的网络具体指标和实现方法，而是在网络总体设计时，根据网络规划中提出的各项技术规范、设备选型、
性能要求以及经费作进一步的分析，制定明确的网络总体实施方案，同时确定网络实际的物理结构与逻辑结构的关系，在网络总体设计中包括：网络采用的拓扑结构、网络采用的系统体系结构、网络设备的选型和技术参数、服务器的类型等。
5.1.3 网络拓扑结构的选择
1.先进性与实用性相结合
2.网络有效性原则
3.网络实时性要求传播时延、发送时延、排队时延、处理时延、协议转换时延
4.网络可靠性及安全性
5.合理选择网络平台
6.坚持网络建设与应用开发并行
7.与广域网互连技术
5.1.4 网络设备的选型与比较
1.网络适配器
⑴ 媒体访问方法
⑵ 原始比特率
⑶ 网卡上的处理器
⑷ 网卡与主机的传送方式
⑸ 网卡上输出的端口数量
⑹ 线接口
2.几种典型的网卡
⑴ ATM网络适配卡
⑵ FDDI网络适配卡
⑶ 1000Mbps的高速网卡
⑷ 100Mbps高速以太网卡
⑸ 10Mbps以太网卡
3.集线器（ HUB）
集线器（ HUB）是中枢或多路交汇点，是为优化网络布线结构、简化网络管理为目标而设计的。 HUB以高性能、多功能和智能化为设计目标，不仅具有将多个节点汇接到一起的能力，而且采取了模块化结构，可根据需要选择各种模块。这些模块支持的传输媒体、与媒体的连接方式、通信协议等几乎无所不包,HUB
执行的功能主要有信号的再生和重新定时（转发）以及碰撞检测和通告两种。
集线器选型时注意：
⑴ 背板总线速率 ⑵ 支持多种协议的网卡
⑶ 多层交换能力 ⑷ 智能 VLAN功能
⑸ 开放性和可扩性 ⑹ 交换方式
⑺ 网络时延 ⑻ 灵活性
⑼ 安全性 ⑽ 可管理性
⑾ 网络集线器产品扩充能力
⑿ 容错能力
⑴ ATM交换机
⑵ FDDI集线器
⑶ 交换型以太网集线器
⑷ 共享型 HUB
⑸ 堆叠式 HUB
⑹ 混合式 HUB
4.几种典型的集线器
5.服务器服务器是网络运行、管理和提供服务的中枢，在网络系统中具有十分重要的意义，它的选择直接影响网络的整体性能。
⑶ 影响服务器性能的主要因素
CPU的性能其次存储器的大小选择外存时，硬盘最好选用热交换的
⑵ 从用途上分类运算服务器是进行快速事务处理的运算系统。
（ MIPS SPEC(VAX-11/780))
网络文件服务器是网络逻辑结构的中心数据库服务器主要提供数据库的存储、计算等事务处理
(CPU,I/O）
⑴ 以主机类型分类采用大型机、中型机和小型机作为网络服务器采用 PC专用服务器作为网络服务器。
采用高档 PC机作为服务器
6.局域网操作系统网络操作系统（ NOS）是向连入网络的一组计算机用户提供各种服务的一种操作系统。
集中式 NOS（ C/S）对等式
5.1.5 网络实施
1.明确要求、方法
2.掌握环境资料
⑴ 室外 ⑵ 设备固定 ⑶ 室内
3.通信介质的安装方法
⑴ 光纤（曲率半径 >30cm) ⑵ 同轴粗缆
⑶ 同轴细缆 (曲率半径 >20cm) ⑷ 双绞线
4.网络设备安装
⑴ 集线器、交换器、路由器的安装
⑵ 收发器的安装
⑶ 网卡安装
5.服务器和工作站的安装
5.2 网络互连与实现技术网络互连 通常是指将不同的网络或相同的网络用互连设备连接在一起而形成一个范围更大的网络，也可以是为增加网络性能和易于管理而将一个原来很大的网络划分为几个子网或网段。
5.2.1 网络互连技术图 5－ 1 网络互连设备与 OSI参考模型中继器 完成物理层间的互连，主要起到信号再生放大，
延长网络距离，也就是把比特流从一个物理段传输的另一个物理网段。
网桥 完成数据链路层间的连接，可以将两个或多个网段连接起来，网桥可以通过过滤不跨网段传输的信息，避免了线路的瓶颈。在局域网中网桥实际上是 MAC子层的互连。
路由器 是进行网络层间的互连，提供各种子网间网络层的接口，提供子网间的路由选择，并对网络资源进行动态控制。
网关 是工作在七层协议参考模型中第三层以上的网间连接设备，它的作用是连接多个高层协议不同的网络，使它们能够相互通信。
5.2.2 中继器当信号在电缆中传输时，由于信号能量的损失，
会发生衰减，中继器可以使信号传输得更远 。
任何两个数据终端设备间允许的传输通路最多由 5个中继网段,4个中继器组成。
当 5个段都存在时，每个光纤链路段不得超过
500m。当通过 3个中继器,4个段组成时，光纤链路段最大长度为 1000m。
中继器作用：
– 连接类似的或不同的传输介质
– 再生信号以扩大网络的传输距离
– 工作于 OSI 模型的物理层
– 双向传递网络上的数据信息不选择中继器：
– 数据信息流量太拥挤
– 各分支使用不同的访问方式
– 需要任何方式的数据过滤按照中继器连接媒体的不同一般分为：
⑴ 粗缆中继器
⑵ 细缆中继器
⑶ 双绞线中继器
⑷ 光纤中继器
⑸ 混合型中继器
5.2.3 网 桥网桥（ Bridge）也叫桥接器，是连接两个局域网的一种存储／转发设备，它能将一个较大的 LAN分割为多个网段，
或将两个以上的 LAN互连为一个逻辑
LAN，使 LAN上的所有用户都可访问服务器。
网桥作用：
– 扩展一个分支的传输距离
– 在网络上增加更多的计算机
– 降低由于连入过多的计算机而产生的网络数据传输瓶颈：把一个网络分成几个相对独立的网络。
– 连接不同的物理介质
– 连接不同的物理分支，数据包可以在这种混合网络中进行双向的传输
– 工作于 OSI 模型的数据链路层。
1.网桥的功能图 5－ 2 网桥工作原理
2.网桥的种类
⑴ 透明网桥
⑵ 转换网换
⑶ 封装网桥
⑷ 源路由选择网桥区别网桥和中继器网桥的层次比中继器高，这意味着网桥比中继器有更多的智能，而且考虑更多的数据特性。
网桥和中继器都可以再生数据，网桥在数据包的层次再生数据，这意味着网桥可以使用更多的长距离介质在长距离范围内传输数据包。
网桥具有中继器的所有特性和功能。可以容纳更多的节点，可以提供更好的网络性能。
网桥的总结网桥可以用来：
– 网桥连接两个网络分支，扩展传输距离或者网络上的节点数目；
– 分割网络，以减少网络信息流量
– 连接不同类的网络。
3.生成树生成树 （ Spanning Tree）的主要目标是提高网络循环连接的可用性，同时消除网络循环连接带来的问题。 IEEE 802委员会指定了生成树算法的标准 IEEE 802.1d。
5.2.4 路由器路由器 是在网络层提供多个独立的子网间连接服务的一种存储／转发设备，
用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层协议完全不同的网络互连中。
1.路由器工作原理路由器的主要工作是为经过路由器的多个数据帧寻找一个最佳的传输路径，并将该数据有效地传送到目的地。
在路由器中最关键的就是它采用的路由算法 ——即最佳的传输路径。为完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的有关数据／路由表（ Routing Table），
供路由器选择路由时使用。
2.路由选择协议路由选择信息协议 RIP
开放最短路由优先协议 OSPF
内部网关路由协议 IGRP
增强型内部网关路由协议 E－ IGRP
外部网关协议 EGP
边界网关协议 BGP
⑴ 路由信息协议 RIP
路由信息协议也称距离向量协议，根据距离选择使用路由。
RIP经过的最长距离是 15个站点数，如果一条路由的量度大于 15个站点数时，则认为该目的地址不可达，并丢弃该路由。
⑵ 开放式最短路径优先协议
OSPF
开放式最短路径优先协议 OSPF是一种基于链路状的路由协议，每个路由器向其它同一管理域内的所有路由器发送链路状态广播（ LSA）信息,LSA中包含所有端口信息：量度、延时、吞吐量、可靠性等，并把它存在一个拓扑数据库中，这个数据库可以看作是路由器相互关系的一张全局的网络结构图。 OSPF是基于最短路径优先和链路状态技术，根据 SPF算法计算出每个结点的最短路径。
OSPF还包含费用均衡、多路径路由选择和基于高层服务类型的路由选择，同时 OSPF支持可变长子网掩码，增加了网络组网的灵活性。
路由器和网桥的区别网桥：
工作于 OSI 模型数据链路层的介质访问控控制子层，只能看到节点地址。
路由器：
工作于 OSI 模型的网络层，要决定发送什么、
往哪发送；可以识别出网络地址，和协议类型。能识别出真它路由器的网络地址。
路由器和网桥的区别网桥只能识别本地介质访问控制子层地址，路由器能够识别网络地址；
网桥将它不能识别的数据包发送到所有的网络分支；把能够识别的数据包发送到正确的端口。
路由器只能使用可以路由的协议路由器过滤地址，把特定的协议送到特定的地址。
5.2.5 网 关网关 是互连网络中工作在 OSI传输层上的设施。
网关使在不同的体系结构和环境之间的通讯成为可能。它把数据重新进行包装并且进行转换。
网关能互连异类的网络，可以有不同的：
– 通讯协议
– 格式化数据结构
– 语言
– 体系结构
5.2.6 远程网络互连及访问服务
1.远程访问服务器
μ° í?
±? Dˉ?ú
PC
Modem
Modem
Modem Modem Modem
μ°
2t÷
μ°
òì 2? 2ê 2t÷
2.调制解调器
PH O N E
电话电话机 电话外线微机串口电源
LIN E
电话线
R S2 3 2
串口
PO WER
电源
RJ-11
5.1 网络设计
5.1.1 网络规划的基本原理及其作用
规划设计
安装调试
运行维护技术的可行性经费预算的可行性
1.可行性研究与计划
2.需求分析网络的物理布局用户设备的类型和配置通信类型及通信负载网络应提供的应用服务网络所需求的安全程度
3.方案设计
⑴ 实用性 ⑵ 先进性
⑶ 开放性 ⑷ 可靠性
⑸ 安全性 ⑹ 经济性
⑺ 可扩充性
4.设备选型
5.投资预算
6.编写技术文档
5.1.2 网络总体设计在网络规划阶段，并不要求明确的网络具体指标和实现方法，而是在网络总体设计时，根据网络规划中提出的各项技术规范、设备选型、
性能要求以及经费作进一步的分析，制定明确的网络总体实施方案，同时确定网络实际的物理结构与逻辑结构的关系，在网络总体设计中包括：网络采用的拓扑结构、网络采用的系统体系结构、网络设备的选型和技术参数、服务器的类型等。
5.1.3 网络拓扑结构的选择
1.先进性与实用性相结合
2.网络有效性原则
3.网络实时性要求传播时延、发送时延、排队时延、处理时延、协议转换时延
4.网络可靠性及安全性
5.合理选择网络平台
6.坚持网络建设与应用开发并行
7.与广域网互连技术
5.1.4 网络设备的选型与比较
1.网络适配器
⑴ 媒体访问方法
⑵ 原始比特率
⑶ 网卡上的处理器
⑷ 网卡与主机的传送方式
⑸ 网卡上输出的端口数量
⑹ 线接口
2.几种典型的网卡
⑴ ATM网络适配卡
⑵ FDDI网络适配卡
⑶ 1000Mbps的高速网卡
⑷ 100Mbps高速以太网卡
⑸ 10Mbps以太网卡
3.集线器（ HUB）
集线器（ HUB）是中枢或多路交汇点，是为优化网络布线结构、简化网络管理为目标而设计的。 HUB以高性能、多功能和智能化为设计目标，不仅具有将多个节点汇接到一起的能力，而且采取了模块化结构，可根据需要选择各种模块。这些模块支持的传输媒体、与媒体的连接方式、通信协议等几乎无所不包,HUB
执行的功能主要有信号的再生和重新定时（转发）以及碰撞检测和通告两种。
集线器选型时注意：
⑴ 背板总线速率 ⑵ 支持多种协议的网卡
⑶ 多层交换能力 ⑷ 智能 VLAN功能
⑸ 开放性和可扩性 ⑹ 交换方式
⑺ 网络时延 ⑻ 灵活性
⑼ 安全性 ⑽ 可管理性
⑾ 网络集线器产品扩充能力
⑿ 容错能力
⑴ ATM交换机
⑵ FDDI集线器
⑶ 交换型以太网集线器
⑷ 共享型 HUB
⑸ 堆叠式 HUB
⑹ 混合式 HUB
4.几种典型的集线器
5.服务器服务器是网络运行、管理和提供服务的中枢，在网络系统中具有十分重要的意义，它的选择直接影响网络的整体性能。
⑶ 影响服务器性能的主要因素
CPU的性能其次存储器的大小选择外存时，硬盘最好选用热交换的
⑵ 从用途上分类运算服务器是进行快速事务处理的运算系统。
（ MIPS SPEC(VAX-11/780))
网络文件服务器是网络逻辑结构的中心数据库服务器主要提供数据库的存储、计算等事务处理
(CPU,I/O）
⑴ 以主机类型分类采用大型机、中型机和小型机作为网络服务器采用 PC专用服务器作为网络服务器。
采用高档 PC机作为服务器
6.局域网操作系统网络操作系统（ NOS）是向连入网络的一组计算机用户提供各种服务的一种操作系统。
集中式 NOS（ C/S）对等式
5.1.5 网络实施
1.明确要求、方法
2.掌握环境资料
⑴ 室外 ⑵ 设备固定 ⑶ 室内
3.通信介质的安装方法
⑴ 光纤（曲率半径 >30cm) ⑵ 同轴粗缆
⑶ 同轴细缆 (曲率半径 >20cm) ⑷ 双绞线
4.网络设备安装
⑴ 集线器、交换器、路由器的安装
⑵ 收发器的安装
⑶ 网卡安装
5.服务器和工作站的安装
5.2 网络互连与实现技术网络互连 通常是指将不同的网络或相同的网络用互连设备连接在一起而形成一个范围更大的网络，也可以是为增加网络性能和易于管理而将一个原来很大的网络划分为几个子网或网段。
5.2.1 网络互连技术图 5－ 1 网络互连设备与 OSI参考模型中继器 完成物理层间的互连，主要起到信号再生放大，
延长网络距离，也就是把比特流从一个物理段传输的另一个物理网段。
网桥 完成数据链路层间的连接，可以将两个或多个网段连接起来，网桥可以通过过滤不跨网段传输的信息，避免了线路的瓶颈。在局域网中网桥实际上是 MAC子层的互连。
路由器 是进行网络层间的互连，提供各种子网间网络层的接口，提供子网间的路由选择，并对网络资源进行动态控制。
网关 是工作在七层协议参考模型中第三层以上的网间连接设备，它的作用是连接多个高层协议不同的网络，使它们能够相互通信。
5.2.2 中继器当信号在电缆中传输时，由于信号能量的损失，
会发生衰减，中继器可以使信号传输得更远 。
任何两个数据终端设备间允许的传输通路最多由 5个中继网段,4个中继器组成。
当 5个段都存在时，每个光纤链路段不得超过
500m。当通过 3个中继器,4个段组成时，光纤链路段最大长度为 1000m。
中继器作用：
– 连接类似的或不同的传输介质
– 再生信号以扩大网络的传输距离
– 工作于 OSI 模型的物理层
– 双向传递网络上的数据信息不选择中继器：
– 数据信息流量太拥挤
– 各分支使用不同的访问方式
– 需要任何方式的数据过滤按照中继器连接媒体的不同一般分为：
⑴ 粗缆中继器
⑵ 细缆中继器
⑶ 双绞线中继器
⑷ 光纤中继器
⑸ 混合型中继器
5.2.3 网 桥网桥（ Bridge）也叫桥接器，是连接两个局域网的一种存储／转发设备，它能将一个较大的 LAN分割为多个网段，
或将两个以上的 LAN互连为一个逻辑
LAN，使 LAN上的所有用户都可访问服务器。
网桥作用：
– 扩展一个分支的传输距离
– 在网络上增加更多的计算机
– 降低由于连入过多的计算机而产生的网络数据传输瓶颈：把一个网络分成几个相对独立的网络。
– 连接不同的物理介质
– 连接不同的物理分支，数据包可以在这种混合网络中进行双向的传输
– 工作于 OSI 模型的数据链路层。
1.网桥的功能图 5－ 2 网桥工作原理
2.网桥的种类
⑴ 透明网桥
⑵ 转换网换
⑶ 封装网桥
⑷ 源路由选择网桥区别网桥和中继器网桥的层次比中继器高，这意味着网桥比中继器有更多的智能，而且考虑更多的数据特性。
网桥和中继器都可以再生数据，网桥在数据包的层次再生数据，这意味着网桥可以使用更多的长距离介质在长距离范围内传输数据包。
网桥具有中继器的所有特性和功能。可以容纳更多的节点，可以提供更好的网络性能。
网桥的总结网桥可以用来：
– 网桥连接两个网络分支，扩展传输距离或者网络上的节点数目；
– 分割网络，以减少网络信息流量
– 连接不同类的网络。
3.生成树生成树 （ Spanning Tree）的主要目标是提高网络循环连接的可用性，同时消除网络循环连接带来的问题。 IEEE 802委员会指定了生成树算法的标准 IEEE 802.1d。
5.2.4 路由器路由器 是在网络层提供多个独立的子网间连接服务的一种存储／转发设备，
用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层协议完全不同的网络互连中。
1.路由器工作原理路由器的主要工作是为经过路由器的多个数据帧寻找一个最佳的传输路径，并将该数据有效地传送到目的地。
在路由器中最关键的就是它采用的路由算法 ——即最佳的传输路径。为完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的有关数据／路由表（ Routing Table），
供路由器选择路由时使用。
2.路由选择协议路由选择信息协议 RIP
开放最短路由优先协议 OSPF
内部网关路由协议 IGRP
增强型内部网关路由协议 E－ IGRP
外部网关协议 EGP
边界网关协议 BGP
⑴ 路由信息协议 RIP
路由信息协议也称距离向量协议，根据距离选择使用路由。
RIP经过的最长距离是 15个站点数，如果一条路由的量度大于 15个站点数时，则认为该目的地址不可达，并丢弃该路由。
⑵ 开放式最短路径优先协议
OSPF
开放式最短路径优先协议 OSPF是一种基于链路状的路由协议，每个路由器向其它同一管理域内的所有路由器发送链路状态广播（ LSA）信息,LSA中包含所有端口信息：量度、延时、吞吐量、可靠性等，并把它存在一个拓扑数据库中，这个数据库可以看作是路由器相互关系的一张全局的网络结构图。 OSPF是基于最短路径优先和链路状态技术，根据 SPF算法计算出每个结点的最短路径。
OSPF还包含费用均衡、多路径路由选择和基于高层服务类型的路由选择，同时 OSPF支持可变长子网掩码，增加了网络组网的灵活性。
路由器和网桥的区别网桥：
工作于 OSI 模型数据链路层的介质访问控控制子层，只能看到节点地址。
路由器：
工作于 OSI 模型的网络层，要决定发送什么、
往哪发送；可以识别出网络地址，和协议类型。能识别出真它路由器的网络地址。
路由器和网桥的区别网桥只能识别本地介质访问控制子层地址，路由器能够识别网络地址；
网桥将它不能识别的数据包发送到所有的网络分支；把能够识别的数据包发送到正确的端口。
路由器只能使用可以路由的协议路由器过滤地址，把特定的协议送到特定的地址。
5.2.5 网 关网关 是互连网络中工作在 OSI传输层上的设施。
网关使在不同的体系结构和环境之间的通讯成为可能。它把数据重新进行包装并且进行转换。
网关能互连异类的网络，可以有不同的：
– 通讯协议
– 格式化数据结构
– 语言
– 体系结构
5.2.6 远程网络互连及访问服务
1.远程访问服务器
μ° í?
±? Dˉ?ú
PC
Modem
Modem
Modem Modem Modem
μ°
2t÷
μ°
òì 2? 2ê 2t÷
2.调制解调器
PH O N E
电话电话机 电话外线微机串口电源
LIN E
电话线
R S2 3 2
串口
PO WER
电源
RJ-11
