某公司的办公室分布在同一大楼的两个不同楼层，楼高低于50 米，需要使用15 台上网计算..

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第21题

知识点：综合布线带宽集线器双绞线网卡星型拓扑以太网

关键词：带宽非屏蔽双绞线服务器集线器以太网双绞线章/节：信息系统及其技术和开发方法

某公司的办公室分布在同一大楼的两个不同楼层，楼高低于50 米，需要使用15 台上网计算机(含服务器)，小张为该公司设计了一个星型拓扑的以太网组网方案，通过一个带宽为100Mb/s 的集线器连接所有计算机，每台计算机配备100Mb/s 网卡，与集线器通过非屏蔽双绞线连接，该公司技术部门负责人认为该方案不合理，主要是因为（21）。

A. 15 台计算机同时上网时每台计算机获得的实际网络带宽显著低于100Mb/s

B. 总线型拓扑比星型拓扑更适合小规模以太网

C. 计算机与集线器之间的距离超过有关标准规定的最大传输距离

D. 集线器应该通过屏蔽双绞线与计算机上的网卡相连

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47%

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第4题 2021年上半年

31%

关于网络存储技术的描述，不正确的是（）。


知识点讲解
· 综合布线 · 带宽 · 集线器 · 双绞线 · 网卡 · 星型拓扑 · 以太网

综合布线

1．概念及相关标准

综合布线系统（Premises Distribution System，PDS）是楼宇和园区范围内，在统一的传输介质上建立的可以连接电话、计算机、会议电视和监视电视等设备的结构化信息传输系统。

目前在综合布线领域被广泛遵循的标准是EIA/TIA-568A。在此标准中把综合布线系统分为6个子系统：建筑群子系统、设备间子系统、垂直干线子系统、管理子系统、水平子系统和工作区子系统，如下图所示。

EIA/TIA-568A标准中描述的综合布线系统

各子系统的功能如下：

.工作区子系统：实现工作区终端设备与水平子系统之间的连接，由终端设备连接到信息插座的连接线缆组成。工作区常用设备是计算机、网络集散器（Hub或Mau）、电话、报警探头、摄像机、监视器和音响等。

.水平子系统：实现信息插座和管理子系统（跳线架）间的连接，将用户工作区引至管理子系统：系统中常用的传输介质是4对UTP（非屏蔽双绞线），它能支持大多数现代通信设备。如果需要某些宽带应用时，可以采用光缆。信息出口采用插孔为ISDN8芯（RJ45）的标准插口，每个信息插座都可灵活地运用，并根据实际应用要求可随意更改用途。

.管理子系统：由交连、互连配线架组成。管理点为连接其他子系统提供连接手段。交连和互连允许将通信线路定位或重定位到建筑物的不同部分，以便能更容易地管理通信线路，使在移动终端设备时能方便地进行插拔。互连配线架根据不同的连接硬件分为楼层配线架（箱）IDF和总配线架（箱）MDF，IDF可安装在各楼层的干线接线间，MDF一般安装在设备机房。

.垂直干线子系统：实现计算机设备、程控交换机（PBX）、控制中心与各管理子系统间的连接，是建筑物干线电缆的路由。该子系统通常是两个单元之间，特别是在位于中央点的公共系统设备处提供多个线路设施。系统由建筑物内所有的垂直干线多对数电缆及相关支撑硬件组成，以提供设备间总配线架与干线间楼层配线架之间的干线路由。常用介质是大对数双绞线电缆和光缆。

.设备子系统：由设备间中的电缆、连接器和有关的支撑硬件组成，作用是将计算机、PBX、摄像头、监视器等弱电设备互连起来并连接到主配线架上。设备包括计算机系统、网络集线器（Hub）、网络交换机（Switch）、程控交换机（PBX）、音响输出设备、闭路电视控制装置和报警控制中心等。

.建筑群子系统：将一个建筑物的电缆延伸到建筑群的另外一些建筑物中的通信设备和装置上，是结构化布线系统的一部分，支持提供楼群之间通信所需的硬件。它由电缆、光缆和入楼处的过流过压电气保护设备等相关硬件组成，常用介质是光缆。

2．综合布线系统的范围

综合布线的范围应根据建筑工程项目范围来定，主要有单幢建筑和建筑群体两种范围。

.单幢建筑：一般是指在整幢建筑内部敷设的通信线路，还应包括引出建筑物的通信线路。

.建筑群体：综合布线系统工程范围除包括每幢建筑内的通信线路外，还需包括各幢建筑之间相互连接的通信线路。

上述范围是从基本建设和工程管理的要求考虑的，与今后的业务管理和维护职责等的划分范围有可能不同。因此，综合布线系统的具体范围应根据网络结构、设备布置和维护办法等因素来划分。

3．综合布线系统的适用场合和服务对象

综合布线系统的适用场合和服务对象有以下几类：

.商业贸易类型：如商务贸易中心、金融机构、高级宾馆饭店、股票证券市场和高级商城大厦等高层建筑。

.综合办公类型：如政府机关、群众团体、公司总部等办公大厦以及办公、贸易和商业兼有的综合业务楼和租赁大楼。

.交通运输类型：如航空港、火车站、长途汽车客运枢纽站、江海港区城市公共交通指挥中心等。

.新闻机构类型：如广播电台、电视台和新闻通信及报社业务楼等。

.其他重要建筑类型：如医院、急救中心、科学研究机构、高等院校和工业企业及气象中心的高科技业务楼等。

带宽

带宽是指介质能传输的最高频率和最低频率之间的差值，带宽通常用Hz表示。

集线器

可以看成是一种特殊的多路中继器，也具有信号放大功能。使用双绞线的以太网多用Hub扩大网络，同时也便于网络的维护。以集线器为中心的网络优点是当网络系统中某条线路或某节点出现故障时，不会影响网上其他节点的正常工作。集线器可分为无源（passive）集线器、有源（active）集线器和智能（intelligent）集线器。

无源集线器只负责把多段介质连接在一起，不对信号做任何处理，每一种介质段只允许扩展到最大有效距离的一半；有源集线器类似于无源集线器，但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能；智能集线器除具有有源集线器的功能外，还可将网络的部分功能集成到集线器中，如网络管理、选择网络传输线路等。

双绞线

双绞线（Twisted Pair，TP）是目前计算机网络综合布线中最常用的一种传输介质。双绞线由一对一对的带绝缘塑料保护层的铜线组成。每对绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可有效地降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。双绞线一般由两根22号、24号、26号绝缘铜导线相互缠绕而成。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。在双绞线电缆（也称双扭线电缆）内，不同线对具有不同的扭绞长度，通常情况下，扭绞长度在38.1～14cm内，按逆时针方向扭绞，相临线对的扭绞长度在12.7cm以上。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。

目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）和屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）。

虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间，信号的衰减比较大，并且产生波形畸变。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用的铜质导线的质量、长度及传输技术。只要精心选择双绞线、进行标准化安装，就可以获得较高的传输率，通常100m可以达到155Mb/s。

因为双绞线传输信息时会向周围辐射，所以信息比较容易窃听。当然这只需要耗费较小的代价即额外增加一层屏蔽层，就可以避免这类情况发生，这就是通常使用的屏蔽双绞线。屏蔽双绞线的外层都是由一层铝箔包裹的，可以有效地减小辐射，当然也不能完全消除辐射。屏蔽双绞线的价格相对非屏蔽双绞线来说高一些，安装也比非屏蔽双绞线难一些。类似于同轴电缆，它必须配有支持屏蔽功能的特殊连结器和相应的安装技术。但它有较高的传输速率，100米内可达到155Mb/s。

计算机网络综合布线经常使用的4对非屏蔽双绞线的结构如下图所示。

常用的4对非屏蔽双绞线结构示意图

非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：

（1）无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间。

（2）重量轻、易弯曲、易安装。

（3）将串扰减至最小或加以消除。

（4）具有阻燃性。

（5）具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。

规格型号

EIA/TIA（Electronic Industries Association/Telecommunications Industry Association，美国电子工业协会／美国电信工业协会）为双绞线电缆定义了多种不同质量的型号。计算机网络综合布线使用第三、四、五、超五、六类。主要的种类型号如下：

（1）第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于20世纪80年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。

（2）第二类：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率4Mb/s的数据传输，常见于使用4Mb/s规范令牌传递协议的旧的令牌网。

（3）第三类：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。该电缆的传输频率为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mb/s的数据传输，主要用于10base-T。

（4）第四类：该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mb/s的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。

（5）第五类：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输频率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mb/s的数据传输，主要用于100base-T和10base-T网络，这是最常用的以太网电缆。

（6）超五类：在五类双绞线的基础上，增加了额外的参数（近端串扰、衰减串扰比）和部分性能的提升，传输速率为100Mb/s。

（7）第六类：物理上与超五类不同，线与线对之间是分隔的，传输速率为250Mb/s。

同时又由于双绞线有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线之分，这样双绞线的种类就更多了，具体规格和传输速率如下图所示。

各种规格的双绞线

性能指标

对于各种类的双绞线，用户所关心的能够代表其特征的性能指标有衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻等。

（1）衰减（Attenuation）。衰减是沿链路的信号损失度量。衰减与线缆的长度有关系，随着长度的增加，信号衰减也随之增加。衰减用dB作单位，表示源传送端信号到接收端信号强度的比率。又因为衰减随频率而变化，所以应该测量在应用范围内的全部频率上的衰减。

（2）近端串扰（Near-End Crosstalk Loss，NEXT）。串扰可分为近端串扰和远端串扰（Far-End Crosstalk Loss，FEXT），测试仪主要是测量NEXT，由于存在线路损耗，因此FEXT的量值的影响较小，在三类、五类线缆中可以忽略不计。近端串扰损耗是测量一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合。对于UTP链路，NEXT是一个关键的性能指标，也是最难精确测量的一个指标。随着信号频率的增加，其测量难度将加大。NEXT并不表示在近端点所产生的串扰值，只是表示在近端点所测量到的串扰值。这个量值会随电缆长度不同而变，电缆越长，其值变得越小。同时发送端的信号也会衰减，对其他线对的串扰也相对变小。实验证明，只有在40m内测量得到的NEXT是较真实的。如果另一端是远于40m的信息插座，那么它会产生一定程度的串扰，但测试仪可能无法测量到这个串扰值。因此，最好在两个端点都进行NEXT测量。现在的测试仪都配有相应设备，使得在链路一端就能测量出两端的NEXT值。

（3）直流电阻。直流环路电阻会消耗一部分信号，并将其转变成热量。它是指一对导线电阻的和，11801规格的双绞线的直流电阻不得大于19.2Ω。每对间的差异不能太大（小于0.1Ω），否则表示接触不良，必须检查连接点。

（4）特性阻抗。与环路直流电阻不同，特性阻抗包括电阻及频率为1～100MHz的电感阻抗及电容阻抗，它与一对电线之间的距离及绝缘体的电气性能有关。各种电缆有不同的特性阻抗，而双绞线电缆则有100Ω、120Ω及150Ω几种（其中，120Ω的线缆在中国不生产）。

（5）衰减串扰比（Attenuation-to-Crosstalk Ratio，ACR）。在某些频率范围，串扰与衰减量的比例关系是反映电缆性能的另一个重要参数。ACR有时也以信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR）表示，它由最差的衰减量与NEXT量值的相减得到的。ACR值越大，表示抗干扰的能力越强。一般系统要求至少大于10dB。

双绞线在外观上的文字

双绞线一般每隔两英尺（foot，1foot=30.48cm）就有一段文字，解释了有关此线缆的相关信息。下面以CSAI公司生产的线缆为例，其文字为：

CSAI SYSTEMS CABLEE138034 0100

24AWG（UL）CMR/MPR ORC（UL）PCC

FT4 VERIFIED ETL CAT5 O44766 FT 0907

其中的具体含义如下所述：

（1）CSAI：代表生产该线缆公司的名称为CSAI。

（2）0100：表示特性阻抗为100Ω。

（3）24：表示线芯是24号的（线芯有22、24、26三种规格）。

（4）AWG：表示美国线缆规格标准。

（5）UL：表示通过认证的标准。

（6）FT4：表示4对线。

（7）CAT5：表示五类线。

（8）044766：表示线缆当前处在的英尺数。

（9）0807：表示生产日期是2008年7月。

布线标准

EIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序，分别是T568A与T568B，这两个标准是最常使用的布线标准，如下图所示。

T568A和T568B针脚示意图

（1）T568A规定的连接方法是：

1——白绿（就是白色的外层上有些绿色，表示和绿色的是一对线）。

2——绿色。

3——白橙（就是白色的外层上有些橙色，表示和橙色的是一对线）。

4——蓝色。

5——白蓝（就是白色的外层上有些蓝色，表示和蓝色的是一对线）。

6——橙色。

7——白棕（就是白色的外层上有些棕色，表示和棕色的是一对线）。

8——棕色。

（2）T568B规定的连接方法是：

1——白橙。

2——橙色。

3——白绿。

4——蓝色。

5——白蓝。

6——绿色。

7——白棕（就是白色的外层上有些棕色，表示和棕色的是一对线）。

8——棕色。

在通常的工程实践中，T568B使用得较多。不管使用哪一种标准，一根五类线或超五类的两端都必须使用同一种标准。

直通线与交叉线

直通线（Straight Cable）是指线缆两端的线序排列完全相同的网线（要么两端全部使用T568A，要么两端全部使用T568B）。

交叉线（Crossover Cable）是指线缆两端的线序一边是按照T568A标准连接，另一边按照T568B标准连接。

用户可根据实际需要选用直通线或交叉线，各种使用情况如下表所示。

交叉线和直通线适用范围

在实际通信中只需要用到双绞线八根铜线中的第1、2、3、6四条铜线。

网卡

网卡是计算机在网络上传输数据的接口，是主机接入网络时必不可少的连接设备。它的作用是双重的：一方面将本地计算机需要发送的数据打包后送入网络，另一方面将从网络上接收到的数据解包后传输给本地计算机。所谓数据打包和解包，实际上就是将数据的输入／输出方式进行串并转换的过程。

根据工作对象的不同，网卡可分为普通工作站用网卡和服务器专用网卡。普通网卡的种类较多，性能各异。按网卡支持带宽的不同，可分为10Mb/s、100Mb/s、10/100Mb/s自适应和1000Mb/s网卡；按网卡总线类型的不同，可分为ISA、EISA和PCI网卡三大类，其中ISA网卡和PCI网卡较常用。

为了与不同传输介质实现连接，网卡的接口类型也有多种，如与粗缆连接的AUI接口、与细缆连接的BNC接口和与双绞线连接的RJ-45接口。

星型拓扑

星型拓扑中有一个中心节点，所有的站都连接到中心节点上。电话系统就采用了这种拓扑结构，多终端联机通信系统也是星型结构的例子。中心节点在星型网络中起到控制和交换的作用，是网络中的关键设备。

用星型拓扑结构也可以构成分组广播式的局域网。在这种网络中，每个站都用两对专线连接到中心节点上，一对用于发送，一对用于接收。中心节点叫作集线器，简称Hub。Hub接收工作站发来的数据帧，然后向所有的输出链路广播出去。当有多个站同时向Hub发送数据时就会产生冲突，这种情况和总线拓扑中的竞争发送一样，因而总线网的介质访问控制方法也适用于星型网。

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。

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