甲方是一个对网络响应速度要求很高的机构，张工负责为甲方的网络工程项目进行逻辑设计..

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第29题

知识点：概述路由器千兆以太网以太网 net WLAN 局域网逻辑设计

关键词： WLAN 骨干网核心层接入层局域网路由器千兆以太网网络子网路由以太网章/节：逻辑设计

甲方是一个对网络响应速度要求很高的机构，张工负责为甲方的网络工程项目进行逻辑设计，他的设计方案的主要内容可概述为：
①采用核心层、分布层、接入层三层结构；
②局域网以使用WLAN为主；
③骨干网使用千兆以太网；
④地址分配方案是：按甲方各分支机构的地理位置划分子网，并按192.168.n.X的模式分配，其中n为分支机构的序号(0.表示总部，分支机构总数不会超过10，每个分支机构内的计算机数在100至200之间)；
⑤配置一个具有NAT功能的路由器实现机构内部计算机连接Internet。
针对局域网的选型，你的评价是(29) 。
针对地址分配方案，你的评价是(30)。
针对NAT及其相关方案，你的评价是(31)。

A. 选型恰当

B. 不恰当，WLAN不能满足速度要求

C. 不恰当，WLAN不能满足物理安全要求

D. 不恰当，WLAN不能满足覆盖范围的要求

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知识点讲解
· 概述 · 路由器 · 千兆以太网 · 以太网 · net · WLAN · 局域网 · 逻辑设计

概述

无线局域网主要运用射频（Radio Frequency，RF）的技术取代原来局域网系统中必不可少的传输介质（如同轴电缆、双绞线等）来完成数据信号的传送任务。就应用层上提供的服务功能来说，它与有线局域网没什么不同之处。只是由于无线局域网的传输媒介不同（它是无线方式的），所以无论是在硬件架设、空间使用限制的弹性、使用的机动性、便利性等都要比传统的有线局域网有更多的优势。在网络建设的成本上，它还可以节省一笔非常可观的网络布线费用。

无线局域网通过无线方式发送和接收数据，尽量减少了对固定线路的依赖。这种业务服务的主要对象是在某些需要得到数据服务但缺乏有线数据接入条件的环境，如会议中心、展览中心、机场和酒店等。目前，无线局域网的最高数据速率达到了约54Mb/s。

一般架设无线局域网的基本配备就是一些无线网卡（Wireless LAN Card）和一个像GSM（Global System for Mobile communication，全球移动通信系统）基站一样能够通过无线收发数据的AP。无线网络卡与传统的以太网卡使用配置方式都基本差不多，必须安装好相对应的网卡驱动程序，但是无线网络卡更为方便的是，它不需要像原来的以太网卡必须插上水晶头接口的网线来连接到交换机上。目前，无线网络卡的规格大致可分成2M、5M及11M三种，与主板上的接口一般也有PCMCIA、ISA（Industrial Standard Architecture，工业标准结构总线）和PCI（Peripheral Component Interconnect，外设组件互连标准）三种方式供选择。每个无线网卡上一般都有独一无二的硬件地址（即MAC地址）。AP的功能类似于有线局域网系统中的网桥等设备，由它来管理有限地理范围内的多个无线网卡设备，并和它们以无线的方式进行数据通信。另外，AP还可以成为传统的有线局域网与无线局域网之间的桥梁，使得任何一台配置有无线网卡的计算机终端设备（如PC）可以通过AP这个数据中转站点去访问有线局域网络甚至广域网络的许多资源。AP本身也具备一些网络管理和网络控制功能，通过在访问控制表中配置一些无线网卡的MAC地址的方式，来控制某些无线网卡可登入此AP，而另一些未授权的无线网卡则被拒绝登入，避免非相关人员随意登入网络，窃取网络中重要资源。

无线网络的发射功率比一般的手机要微弱得多，且使用的方式也不像手机一样直接与人体接触，所以不会对人体健康构成什么危害。一般无线网络所能涵盖的范围应视环境的开放程度而定，若没有外接天线的情况下，在视野所及之处约250m，若属半开放性空间，中间有障碍物的区域环境下，则大约35～50m之间，当然若加上外接天线，则距离可达到更远。

路由器

路由器是计算机网络中重要的一个环节，分为模块化和非模块化两种类型。模块化结构的路由器的扩展性好，支持多种端口类型（如以太网接口、快速以太网接口、高速串行口等），并且各种端口的数量一般是可选的，但价格通常比较昂贵。固定配置的路由器扩展性差，只能用于固定类型和数量的端口，但价格低廉。

在选择路由器产品时，应多从技术角度来考虑，如可延展性、路由协议互操作性、广域数据服务支持、内部ATM支持、SAN集成能力等。另外，选择路由器还应遵循标准化原则、技术简单性原则、环境适应性原则、可管理性原则和容错冗余性原则等。特别是对于高端路由器，还应该更多地考虑是否和如何适应骨干网对网络高可靠性、接口高扩展性以及路由查找和数据转发的高性能要求。高可靠性、高扩展性和高性能的“三高”特性是高端路由器区别于中、低端路由器的关键所在。从技术性能上考察路由器产品，一般要考察路由器的容量、每秒钟能处理多少数据包、能否被集群等性能问题，还要注意路由器是否能够提供增值服务和其他各种服务。另外，在安装、调试、检修、维护或扩展网络的过程中，免不了要给网络中增减设备，也就是说可能会要插拔网络部件。那么路由器能否支持带电插拔，也是路由器产品应该考察的一个重要性能指标。

总的来说，路由器的主要性能指标有设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、背靠背帧数、路由表能力、背板能力、丢包率、时延、时延抖动、虚拟专用网支持能力、内部时钟精度、队列管理机制、端口硬件队列数、分类业务带宽保证、资源预留、区分服务、CIR、冗余、热插拔组件、路由器冗余协议、基于Web的管理、网管类型、带外网管支持、网管粒度、计费能力、分组语音支持方式、协议支持、语音压缩能力、端口密度、信令支持等。

千兆以太网

千兆位以太网是在以太网技术的改进和提高的基础上，再次将100Mb/s的快速以太网的数据传输速率提高了10倍，使其达到了每秒千兆位的网络系统（1000Mb/s）。与快速以太网一样，千兆以太网也是IEEE 802.3以太网标准的扩展。所以千兆以太网也可以在原来的以太网系统基础上实现平滑的过渡并完全升级。并且同样可以大大节省因网络系统升级所带来的各种费用和开销。

千兆以太网为了能够把数据传输速率提高到1000Mb/s的水平，因此对物理层规范再一次做了很大改动。但是为了确保和以前的10Mb/s和100Mb/s的以太网相兼容，与前面的快速以太网一样，千兆以太网也沿用了IEEE 802.3规范所采用的CSMA/CD技术，也即就是在数据链路层以上部分没有改变，但在数据链路层以下，千兆以太网融合了IEEE 802.3/以太网和ANSI X3T11光纤通道两种不同的网络技术，这样千兆以太网不但能够充分利用光纤通道所提供的高速物理接口技术，而且保留了IEEE 802.3/以太网帧的格式，在技术上可以相互兼容，同时还能够支持全双工或半双工模式（通过CSMA/CD），使得千兆位以太网成为高速、宽带网络应用的战略性选择。

IEEE 802.3z扩展标准是千兆位以太网标准规范。概括地说，它包含的内容有，1000Mb/s通信速率的情况下的支持全双工和半双工操作；采用802.3以太网帧格式；使用CSMA/CD技术；在一个冲突域中支持一个中继器；10Base-T和100Base-T向下兼容；多模光纤连接的最大距离为550m；单模光纤连接的最大距离为3000m；铜基连接距离最大为25m；并开发将基于5类无屏蔽双绞线的连接距离增至100m的技术；8B/10B主要适用于光纤介质和特殊屏蔽铜缆，而5类UTP则使用自己专门的编码／译码方案。

千兆以太网物理层包括编码／译码，收发器和网络介质3部分，并且其中不同的收发器对应于不同的传输介质类型，如长模或多模光纤（1000Base-LX）、短波多模光纤（1000 Base-SX）、一种高质量的平衡双绞线对的屏蔽铜缆（1000Base-CX），以及5类非屏蔽双绞线（1000 Base-T）。

（1）1000Base-LX是一种使用长波激光作为信号源的网络介质技术，在收发器上配置波长为1270～1355nm（一般为1300nm）的激光传输器，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。1000Base-LX所使用的光纤规格：62.5μm多模光纤，50μm多模光纤，9μm单模光纤。其中，使用多模光纤时，在全双工模式下，最长传输距离可以达到550m；使用单模光纤时，全双工模式下的最长有效距离为5000m。连接光纤所使用的SC型光纤连接器与快速以太网100Base-FX所使用的连接器的型号相同。

（2）1000Base-SX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术，收发器上所配置的波长为770～860nm（一般为800nm）的激光传输器不支持单模光纤，只能驱动多模光纤。具体包括两种：62.5μm多模光纤，50μm多模光纤。使用62.5μm多模光纤全双工模式下的最长传输距离为275m；使用50μm多模光纤，全双工模式下最长有效距离为550m。1000Base-SX所使用的光纤连接器与1000Base-LX一样也是SC型连接器。

（3）1000Base-CX是使用铜缆作为网络介质的两种千兆以太网技术之一，另外一种就是将要在后面介绍的1000Base-T。1000Base-T使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆，最长有效距离为25m，使用9芯D型连接器连接电缆。1000Base-CX适用于交换机之间的短距离连接，尤其适合千兆主干交换机和主服务器之间的短距离连接。以上连接往往可以在机房配线架上以跨线方式实现，不需要再使用长距离的铜缆或光缆。

（4）1000Base-T是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网技术，最长有效距离与100Base-TX一样可以达到100m。用户可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps到1000Mb/s的平滑升级。与在前面所介绍的其他三种网络介质不同，1000Base-T不支持8B/10B编码／译码方案，需要采用专门的更加先进的编码／译码机制。

以太网

以太网是最早使用的局域网，也是目前使用最广泛的网络产品。以太网有10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s、10Gb/s等多种速率。

以太网传输介质

以太网比较常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线和光纤三种，以IEEE 802.3委员会习惯用类似于10Base-T的方式进行命名。这种命名方式由三个部分组成：

（1）10：表示速率，单位是Mb/s。

（2）Base：表示传输机制，Base代表基带，Broad代表宽带。

（3）T：传输介质，T表示双绞线、F表示光纤、数字代表铜缆的最大段长。

传输介质的具体命名方案如下表所示，了解这些知识是十分必要的。

以太网传输介质表

以太网时隙

时间被分为离散的区间称为时隙（Slot Time）。帧总是在时隙开始的一瞬间开始发送。一个时隙内可能发送0，1或多个帧，分别对应空闲时隙、成功发送和发生冲突的情况。

设置时隙理由

在以太网规则中，若发生冲突，则必须让网上每个主机都检测到。信号传播整个介质需要一定的时间。考虑极限情况，主机发送的帧很小，两冲突主机相距很远。在A发送的帧传播到B的前一刻，B开始发送帧。这样，当A的帧到达B时，B检测到了冲突，于是发送阻塞信号。B的阻塞信号还没有传输到A，A的帧已发送完毕，那么A就检测不到冲突，而误认为已发送成功，不再发送。由于信号的传播时延，检测到冲突需要一定的时间，所以发送的帧必须有一定的长度。这就是时隙需要解决的问题。

在最坏情况下，检测到冲突所需的时间

若A和B是网上相距最远的两个主机，设信号在A和B之间传播时延为τ，假定A在t时刻开始发送一帧，则这个帧在t+τ时刻到达B，若B在t+τ-ε时刻开始发送一帧，则B在t+τ时就会检测到冲突，并发出阻塞信号。阻塞信号将在t+2τ时到达A。所以A必须在t+2τ时仍在发送才可以检测到冲突，所以一帧的发送时间必须大于2τ。

按照标准，10Mb/s以太网采用中继器时，连接最大长度为2500m，最多经过4个中继器，因此规定对于10Mb/s以太网规定一帧的最小发送时间必须为51.2μs。51.2μs也就是512位数据在10Mb/s以太网速率下的传播时间，常称为512位时。这个时间定义为以太网时隙。512位=64字节，因此以太网帧的最小长度为64字节。

冲突发生的时段

（1）冲突只能发生在主机发送帧的最初一段时间，即512位时的时段。

（2）当网上所有主机都检测到冲突后，就会停发帧。

（3）512位时是主机捕获信道的时间，如果某主机发送一个帧的512位时，而没有发生冲突，以后也就不会再发生冲突了。

提高传统以太网带宽的途径

以往被淘汰、传统的以太网是以10Mb/s速率半双工方式进行数据传输的。随着网络应用的迅速发展，网络的带宽限制已成为进一步提高网络性能的瓶颈。提高传统以太网带宽的方法主要有以下3种。

交换以太网

以太网使用的CSMA/CD是一种竞争式的介质访问控制协议，因此从本质上说它在网络负载较低时性能不错，但如果网络负载很大时，冲突会很常见，因此导致网络性能的大幅下降。为了解决这一瓶颈问题，“交换式以太网”应运而生，这种系统的核心是使用交换机代替集线器。交换机的特点是，其每个端口都分配到全部10Mb/s的以太网带宽。若交换机有8个端口或16个端口，那么它的带宽至少是共享型的8倍或16倍（这里不包括由于减少碰撞而获得的带宽）。

交换以太网能够大幅度的提高网络性能的主要原因是：

.减少了每个网段中的站点的数量；

.同时支持多个并发的通信连接。

网络交换机有三种交换机制：直通（Cut through）、存储转发（Store and forward）和碎片直通（Fragment free Cut through）。

交换式以太网具有几个优点：第一，它保留现有以太网的基础设施，保护了用户的投资；第二，提高了每个站点的平均拥有带宽和网络的整体带宽；第三，减少了冲突，提高了网络传输效率。

全双工以太网

全双工技术可以提供双倍于半双工操作的带宽，即每个方向都支持10Mb/s，这样就可以得到20Mb/s的以太网带宽。当然这还与网络流量的对称度有关。

全双工操作吸引人的另一个特点是它不需要改变原来10Base-T网络中的电缆布线，可以使用和10Base-T相同的双绞线布线系统，不同的是它使用一对双绞线进行发送，而使用另一对进行接收。这个方法是可行的，因为一般10Base-T布线是有冗余的（共4对双绞线）。

高速服务器连接

众多的工作站在访问服务器时可能会在服务器的连接处出现瓶颈，通过高速服务器连接可以解决这个问题。使用带有高速端口的交换机（如24个10Mb/s端口，1个100Mb/s或1000Mb/s高速端口），然后再把服务器接在高速端口上并使用全双工操作。这样服务器就可以实现与网络200Mb/s或2000Mb/s的连接。

以太网的帧格式

以太网帧的格式如下图所示，包含的字段有前导码、目的地址、源地址、数据类型、发送的数据，以及帧校验序列等。这些字段中除了数据字段是变长以外，其余字段的长度都是固定的。

以太网的帧结构

注：字段的长度以字节为单位

前导码（P）字段占用8字节。

目的地址（DA）字段和源地址（SA）字段都是占用6字节的长度。目的地址用于标识接收站点的地址，它可以是单个的地址，也可以是组地址或广播地址，当地址中最高字节的最低位设置为1时表示该地址是一个多播地址，用十六进制数可表示为01：00：00：00：00：00，假如全部48位（每字节8位，6字节即48位）都是1时，该地址表示是一个广播地址。源地址用于标识发送站点的地址。

类型（Type）字段占用两字节，表示数据的类型，如0x0800表示其后的数据字段中的数据包是一个IP包，而0x0806表示ARP数据包，0x8035表示RARP数据包。

数据（Data）字段占用46～1500个不等长的字节数。以太网要求最少要有46字节的数据，如果数据不够长度，必须在不足的空间插入填充字节来补充。

帧校验序列（FCS）字段是32位（即4字节）的循环冗余码。

net

在网络管理中，最为常用的就是net命令家族。常用的net命令有以下几个。

.net view命令：显示由指定的计算机共享的域、计算机或资源的列表。

.net share：用于管理共享资源，使网络用户可以使用某一服务器上的资源。

.net use命令：用于将计算机与共享的资源相连接或断开，或者显示关于计算机连接的信息。

.net start命令：用于启动服务，或显示已启动服务的列表。

.net stop命令：用于停止正在运行的服务。

.net user命令：可用来添加或修改计算机上的用户账户，或者显示用户账户的信息。

.net config命令：显示正在运行的可配置服务，或显示和更改服务器服务或工作站服务的设置。

.net send命令：用于将消息（可以是中文）发送到网络上的其他用户、计算机或者消息名称上。

.net localgroup命令：用于添加、显示或修改本地组。

.net accounts命令：可用来更新用户账户数据库、更改密码及所有账户的登录要求。

WLAN

WLAN（Wireless Local Area Network）是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能。WLAN的覆盖范围一般在100m以内，通过桥接可以达到更大的覆盖范围。传输介质为红外线IR或射频RF波段，以后者使用居多。

由于WLAN是基于计算机网络与无线通信技术的，在计算机网络结构中，逻辑链路控制（Logic Link Contros，LLC）层及其之上的应用层对不同物理层的要求可以是相同的，也可以是不同的，因此，WLAN标准主要是针对物理层和媒质访问控制层（Media Access Control，MAC），涉及到所使用的无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准。

（1）IEEE 802.11。1990年IEEE 802标准化委员会成立IEEE 802.11WLAN标准工作组。IEEE 802.11（又称Wi-Fi，Wireless Fidelity，无线保真）是在1997年6月由大量的局域网及计算机专家审定通过的标准，该标准定义了物理层和媒体访问控制（MAC）规范。物理层定义了数据传输的信号特征和调制，定义了两个RF传输方法和一个红外线传输方法，RF传输标准是跳频扩频和直接序列扩频，工作在2.4000～2.4835GHz频段。

（2）IEEE 802.11b。1999年9月IEEE 802.11b被正式批准，该标准规定WLAN工作频段在2.4～2.4835GHz，数据传输速率达到11Mb/s，传输距离控制在50～150英寸。该标准是对IEEE 802.11的一个补充，采用补偿编码键控调制方式，采用点对点模式和基本模式两种运行模式。在数据传输速率方面可以根据实际情况在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s的不同速率间自动切换，它改变了WLAN设计状况，扩大了WLAN的应用领域。

（3）IEEE 802.11a。1999年，IEEE 802.11a标准制定完成，该标准规定WLAN工作频段在5.15～8.825GHz，数据传输速率达到54Mb/s或72Mb/s（Turbo），传输距离控制在10～100m。该标准也是IEEE 802.11的一个补充，扩充了标准的物理层，采用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Modulation，OFDM）的独特扩频技术，可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口，支持多种业务，如话音、数据和图像等，一个扇区可以接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。

（4）IEEE 802.11g。目前，IEEE推出了最新版本IEEE 802.11g认证标准，该标准提出拥有IEEE 802.11a的传输速率，安全性较IEEE 802.11b好，采用两种调制方式，含IEEE 802.11a中采用的OFDM与IEEE 802.11b中采用的CCK，做到与IEEE 802.11a和IEEE 802.11b兼容。

局域网

局域网（Local Area Network, LAN），是在传输距离较短的前提下，所发展的相关技术的集合，用于将小区域内的各种计算机设备和通信设备互联在一起，组成资源共享的通信网络。在局域网中常见的传输媒介有双绞线、细／粗同轴电缆、微波、射频信号和红外线等。其主要特点如下。

（1）距离短：0.1km～25km，可以是一个建筑物内、一个校园内或办公室内。

（2）速度快：4Mbps～1Gbps，从早期的4Mbps、10Mbps及100Mbps发展到现在的1000Mbps（1Gbps），而且还在不断向前发展。

（3）高可靠性：由于距离很近，传输相当可靠，有极低的误码率。

（4）成本较低：由于覆盖的地域较小，因此传输媒介、网络设备的价格都相对较便宜，管理也比较简单。

根据技术的不同，局域网有以太网（Ethernet）、令牌环网络（Token Ring）、Apple Talk网络和ArcNet网络等几种类型。现在，几乎所有的局域网都是基于以太网实现的。当然，随着应用需求的不断提高，也对局域网技术提出了新的挑战，出现了一批像FDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）一样的技术。

逻辑设计

逻辑设计（逻辑结构设计）主要是把概念模式转换成DBMS能处理的模式。转换过程中要对模式进行评价和性能测试，以便获得较好的模式设计。逻辑设计的主要内容包括初始模式的形成、子模式设计、应用程序设计梗概、模式评价、修正模式（通过模式分解或模式合并来实现规范化）。

逻辑设计的目的是把概念设计阶段设计好的基本E-R图转换为与选用的具体机器上的DBMS所支持的数据模型相符合的逻辑结构，包括数据库模式和外模式。

逻辑设计过程中的输入信息有：

（1）独立于DBMS的概念模式，即概念设计阶段产生的所有局部和全局概念模式。

（2）处理需求，即需求分析阶段产生的业务活动分析结果。

（3）约束条件，即完整性、一致性、安全性要求及响应时间要求等。

（4）DBMS特性，即特定的DBMS所支持的模式、子模式和程序语法的形式规则。

逻辑设计过程输出的信息有DBMS可处理的模式、子模式、应用程序设计指南、物理设计指南。

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