第2章 计算机网络的硬件设备

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处输入文本,*,*,计算机网络技术及实训,计算机网络技术及实训,张蒲生,主,编,中国水利水电出版社,第,2,章 计算机网络的硬件设备,2.1,计算机网络的互连设备,2.2,计算机网络的设备连接,3,2.1.1,网卡,网卡，又叫网络适配器，是计算机网络中最重要的连接设备。网卡安装在计算机中，多台计算机通过传输介质,(,如双绞线或光纤,),连接网卡并与某个集中设备,(,如交换机,),相连，是目前最为流行的计算机网络的基本结构。,1.,网卡的作用, 代表固定的网络地址,在网络中传输数据，必须确定数据从哪台计算机来，到哪台计算机去，如何标识这些计算机呢？这就要靠网卡的物理地址来标识。,数据从一台计算机传输到另外一台计算机时，也就是从一块网卡传输到另一块网卡，即从源网络地址传输到目的网络地址。,以太网网卡的物理地址,(Ethernet Address),是由十六进制数表示的、长度为,6,个字节的一组数字。所有厂商生产的所有网卡，物理地址绝对不会相同。,4,2.1.1,网卡, 转换数据并将数据送到网线上,网络上传输数据的方式与计算机内部处理数据的方式是不相同的，它必须遵从一定的数据格式,(,通信协议,),。当计算机将数据传输到网卡上时，网卡会将数据转换为网络设备可处理的字节，那样才能将数据送到网线上，网络上其它的计算机才能处理这些数据。, 接收数据并转换数据格式,在网络中，网卡的工作是双重的：一方面它将本地计算机上的数据转换格式后送入网络；另一方面它负责接收网络上传过来的数据包，对数据进行与发送数据时相反的转换，将数据通过主板上的总线传输给本地计算机。,5,2.1.1,网卡,2.,网卡的分类, 按网卡的工作方式可分为：, 半双工：它的意思是虽然网卡可以接收发送数据，但是一次只能做一种动作，不能同时收发。, 全双工：就是能够“同时”接收与发送信号，例如电话就是一种全双工传输设备，我们在听对方讲话的同时，也可以发话给对方。理论上，全双工传输可以提高网络效率，但是实际上仍是配合其他相关设备才有用。例如必须选用双绞线的网络缆线才可以全双工传输，而且中间所接的集线器可交换机，也要能全双工传输；最后，所采用的网络操作系统也得支持全双工作业，如此才能真正发挥全双工传输的威力。一般来说，现在绝大部分的网卡都是全双工的了。,6,2.1.1,网卡, 按网卡的工作对象可分为普通工作站网卡和服务器专用网卡：, 普通工作站网卡是一般计算机上使用的网卡，主要特点是价康物美，兼容性强等特点，如图,2-1,所示为普通,PCI,网卡。,图,2-1,普通,PCI,网卡,7,2.1.1,网卡, 服务器专用网卡是为了适应网络服务器的工作特点而专门设计的，价格较贵，但性能很好。图,2-2,是,Intel,千兆以太网卡,PRO/1000 XT Server Adapter,，它从电路设计、布局、用料上都比普通网卡高出不少档次。,图,2-2 Intel,的千兆位以太网卡,8,2.1.1,网卡, 按网卡的总线类型可分为,ISA,网卡、,EISA,网卡和,PCI,网卡,因,PC,技术的发展，先后出现了不同接口类型的网卡，主要有以下几种：,ISA,网卡：工业标准结构，较原始的计算机上使用的总线结构，,8,位或,16,位机器主板上使用，已淘汰。,EISA,网卡：扩展工业标准结构，使用,32,位的总线结构，在,386,，,486,主板上可以找到，也渐渐的淡出市场。,PCI,网卡：即插即用总线结构，现在的主流总结结构方式，还有专门用于笔记本计算机的,PCMCIA,网卡。,9,2.1.1,网卡, 按网卡的接口类型可分为,BNC,接口、,AUI,接口、,RJ-45,接口及光纤接口,根据传输介质的类型不同，主要有以下几种：,BNC,接口,(,细缆,),网卡：用于总线结构的细同轴电缆中。,AUI,接口,(,粗缆,),网卡：通常只有在连接粗同轴电缆,(RJ-11),网线、或是连接收发器时才会使用。,RJ-45,接口网卡,(,双绞线,),：现在市场上的主要的接口方式，采用此接口的网卡速率有,10Mbps,、,100Mbps,和,1000Mbps,。,按用于连接传输介质的端口的数量，可以将网卡分为单接口网卡、双接口网卡,(,如,RJ-45+BNC),、,3,端口网卡,(,如,RJ-45+BNC+AUI),等。, 光纤接口网卡：正在进入主流的接口方式，但还比较贵。,10,2.1.1,网卡, 按网卡的传输速率可分为,10Mbps,网卡、,100Mbps,网卡、,10/100Mbps,自适应网卡、,1000Mbps,网卡几种：,10Mbps,网卡：老的,EISA,网卡、或者带,BNC,口与,RJ-45,口的网卡。,100Mbps,网卡：传输速率固定为,100Mbps,的网卡。,10/100Mbps,自适应网卡：自适应是指网卡可以与远端网络设备,(,集线器或交换机,),自动协商，确定当前的可用速率是,10Mbps,还是,100Mbps,。,1000Mbps,网卡：服务器应该采用千兆以太网网卡，这种网卡多用于服务器与交换机之间的连接，以提高整体系统的响应速率。,11,2.1.1,网卡,3.,网卡的选择,目前绝大多数的网络采用以太网技术，下面重点以以太网网卡为例，讨论选购网卡时应注意的问题。购买时应注意以下几个重点：, 网卡的总线类型,现在市场上的主流总线接口是,PCI,接口，,ISA,接口已很少出现在主板上，而且,PCI,接口支持即插即用、速度相对比较快，而且安装设置相对比较容易，所以现在应该选择,PCI,接口的网卡为好。, 网卡的速度,鉴于,10Mbps,技术已经拥有的基础,(,如以前的集线器和交换机等,),，通常的变通方法是购买,10M/100Mbps,网卡，这样既有利于保护已有的投资，又有利于网络的进一步扩展。就整体价格和技术发展而言，千兆以太网到桌面机尚需时日，但,10M,的时代已经逐渐远去。因而，,10M/100M,网卡应该是采购时的首选。而,1000M,以太网卡主要用于服务器上，用于服务器与交换机之间的连接，以提高整体系统的响应速率。,12,2.1.1,网卡, 网卡的接口类型,快速以太网在桌面一般采用,100Base-TX,技术，以,UTP,为传输介质。因此，快速以太网的网卡设一个,RJ-45,接口。而且由于目前网络普遍采用双绞线作为传输介质，并进行结构化布线，,RJ-45,接口的网卡就成为当然之选了。, 网卡的兼容性,适用性好的网卡应通过各主流操作系统的认证，至少具备如下操作系统的驱动程序：,Windows,、,Netware,、,Unix,、,Linux,等。相应的，市场上主流的网卡一般都带有这几种操作系统的驱动程序。,另外，有的网卡在,BootROM,上做文章，加入防病毒功能；有的网卡则与主机板配合，借助一定的软件，实现远程唤醒,(Wake on LAN),功能，可以通过网络远程启动计算机；还有的计算机则将网卡集成到了主机板上。,13,2.1.1,网卡, 网卡生产商,由于网卡技术的成熟性，目前生产以太网网卡的厂商除了国外的,3Com,、,Intel,和,IBM,等公司之外，台湾的厂商以生产能力强且多在内地设厂等优势，其价格相对比较便宜。另外，国内的联想、实达等大公司也有不少网卡型号产品供选择，而且价格也相对比较低，性价比高，应是一般用户的首选。,14,2.1.2,传输介质,1.,有线介质, 双绞线,无论是对模拟数据传输还是数字数据传输，最普通的传输介质就是双绞线。它是由按一定规则螺旋结构排列并扭在一起的多根绝缘导线所组成，芯内大多是铜线，外部裹着塑橡绝缘外层，线对扭绞在一起可以减少相互间的幅射电磁干扰。计算机网络中常用的双绞电缆是由,4,对线,(8,芯制，,RJ-45,接头,),按一定密度相互扭绞在一起的。,15,2.1.2,传输介质,按照其外部包裹的是金属编织层还是塑橡外皮，可分为屏蔽双绞线电缆,(STP,，,Shielded Twisted Pair),和非屏蔽双绞线电缆,(UTP,，,Unshielded Twisted Pair),。图,2-3,所示的,UTP,电缆每对线的绞矩与所能抵抗的电磁辐射干扰成正比，并采用了滤波及对称性等技术，具有体积小、安装简便等特点。图,2-4,所示,STP,只不过在封套层内增加了箔屏蔽层，可有效减少串音及电磁干扰、射频干扰，它大多是一种屏蔽金属铝箔双绞电缆。,STP,电缆还有一根漏电线，主要用来连接到接地装置上，泄放掉金属屏蔽的电荷，解除线间的干扰问题。与非屏蔽双绞线相比，屏蔽双绞线比较昂贵，主要用于强电磁干扰环境。,16,2.1.2,传输介质,图,2-3,非屏蔽双绞线电缆,(UTP),图,2-4,屏蔽双绞线电缆,(STP),17,2.1.2,传输介质, 同轴电缆,典型的同轴电缆由一根内导体铜质芯线，外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成，其结构如图,2-5,所示。在细缆,10Base-2,网络中，如果要将计算机网卡连接到同轴电缆上，还需要一个,T,型接头和,BNC,接插件。用户在安装时不能把不同类型的电缆混合使用，原因是不同型号的同轴电缆其特征阻抗值是不同的，会导致网络连接失败。,同轴电缆分为两类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。计算机网络一般选用基带同轴电缆进行数据传输，宽带电缆是采用频分复用和模拟传输技术的同轴电缆，以前采用同轴电缆较多，主要是因为同轴电缆组成的总线形拓扑结构网络成本较低，但是单条电缆的损坏可能导致整个网络瘫痪，维护也难，所以同轴电缆已经是一种将近淘汰的传输介质。,18,2.1.2,传输介质,图,2-5,同轴电缆,19,2.1.2,传输介质, 光纤,光纤是光导纤维的简称，它由能传导的石英玻璃纤维外加保护层构成，相对于金属导线来说具有重量轻、线径细的特点,外观如图,2-6,所示。,外护套,加固材料,塑料屏蔽层,玻璃纤维和包层,图,2-6,光缆结构,20,2.1.2,传输介质,用光纤传输电信号时，在发送端先将其变成光信号，而在接收端又要由光检测器还原成电信号。光纤的电信号传送过程如图,2-7,所示。,图,2-7,光纤的电信号传送过程,21,2.1.2,传输介质,2.,无线传输介质,无线传输介质通过空间传输，不需要架设或铺埋地电缆或光纤，给施工带来很大方便。目前常用的无线传输技术有：微波通信和卫星通信。, 微波通信,微波通信的载频通常为,2GHz40GHz,范围。因为频率很高，可同时传送多路信息，例如，一个频带为,2MHz,的频段可容纳,500,条话音线路，用来传输数字数据，速率可达数,Mbps,。微波通信的工作频率很高，与短波通信不一样，它是沿直线传播的，由于地球表面是个曲面，使微波传播的距离受限制。直接传播的距离与天线的高度有关，天线越高传播的距离越远，超过一定的距离就要用中继站来接力。,22,2.1.2,传输介质, 卫星通信,卫星通信是微波通信的一种特殊形式，卫星通信利用地球同步卫星做中继来转发微波信号。卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制，一个地球卫星可以覆盖地地球的,1/3,以上表面，三个这样的卫星就可以覆盖地球全部通信区域，这样，地球上的各个地面站这间都可互相通信。由于卫星通信频带宽，也可采用多路复用技术分为若干个子频道，有些用于由地面站向卫星发送，称为上行信道，而有些用于由卫星向地面转发，称为下行信道。卫星通信的优点是容量大，传输距离远；缺点是传输延迟时间长，对于数万里高度的卫星来说，以,200m/s,或,5s/km,的信号传播速度来计算，从发送站通过卫星转发到接收站的传播延迟的时间约要花数百毫秒，这相对于地面电缆的传播延迟时间来说，两者要相差几个数量级。,23,2.1.2,传输介质,3.,传输介质的选择,传输介质的选择要从以下因素来考虑：网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承受的价格范围。, 双绞线的显著特点是价格便宜，但与同轴电缆相比，其带宽受到限制。对于单个建筑物内的低通信容量网络来说，双绞线性能价格比可能是最好的。, 同轴电缆的价格要比双绞线贵一些，对于大多数局域网来说，需要连接较多设备而且通信容量相当大时可以选择同轴电缆。, 光纤作为传输介质，与同轴电缆和双绞线相比具有一系列优点：频带宽、速率高、体积小、重量轻、衰减小、能电磁隔离、误码率低等，已广泛用于高速数据通信网。随着光通信技术的发展和成本降低，光纤作为网络的传输介质也得到了普遍采用。,目前，便携式计算机已经有了很大的发展和普及，由于可随身携带，对于可移动的无线网的需求将日益增加，无线数字网络类似蜂窝电话网，人们可以随时随地将计算机接入网络，发送和接收数据。,24,2.1.3,集线器,集线器,(HUB),是计算机网络中连接多个计算机或其他设备的连接设备。集线器基本上是一个共享设备，其实质是一个中继器，主要提供信号放大和中转的功能，它把一个端口接收的全部信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号加强后重新发出，一些集线器则排列信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。图,2-8,是一台标准的,24,口集线器。,图,2-8,标准的,24,口集线器,25,2.1.3,集线器,2.,集线器的分类,集线器有多种类型，各个种类具有特定的功能、提供不同等级的服务。, 按总线带宽的不同，集线器分为,10M,、,100M,和,10M/100M,自适应三种；, 按配置形式的不同可分为独立型、模块化和堆叠式三种；, 按端口数目的不同主要有,8,口、,16,口、,24,口和,32,口几种；, 按工作方式可分为智能型和非智能型两种。,按工作方式区分有较普遍的意义，可以进一步划分为被动无源集线器、主动有源集线器、智能集线器和交换集线器四种。, 被动无源集线器,(passive HUB),被动集线器只把多段网络介质连接在一起，允许信号通过，不对信号做任何处理，它不能提高网络性能，也不能帮助检测硬件错误或性能瓶颈，只是简单地从一个端口接收数据并通过所有端口分发，这是集线器可以做的最简单的事情。一般的总线带宽是,10M,。,26,2.1.3,集线器, 主动有源集线器,(active HUB),主动集线器拥有被动集线器的所有性能，此外还能监视数据。在以太网实现存储转发功能中，主动集线器在转发之前检查数据，纠正损坏的分组并调整时序，并对微弱信号进行放大后转发。此外，主动集线器还可以报告哪些设备失效，从而提供了一定的诊断能力。, 智能集线器,(intelligent HUB),智能集线器除了主动集线器的特性外，还提供了集中管理功能。如果连接到智能集线器上的设备出了问题，可以很容易地识别、诊断和修补。智能集线器另一个出色的特性是可以为不同设备提供灵活的传输速率。除了上连到高速主干的端口外，智能集线器还支持到桌面的,10/16/100Mbps,的速率，即支持以太网、令牌环和,FDDI,。,27,2.1.3,集线器, 交换集线器,(switching HUB),交换集线器就是在一般智能集线器功能上又提供了线路交换能力和网络分段能力的一种智能集线器。由于集线器基本上是作为一种共享设备来定义的，因此很多时候也把它划入入门级的交换机类型中。交换机与集线器的区别在于：用集线器组成的网络称为共享式网络，用交换机组成的网络称为交换式网络。同时，集线器只能在半双工方式下工作，而交换机同时支持半双工和全双工操作。,28,2.1.3,集线器,3.,集线器的选择, 以外形尺寸为选择依据,如果计算机网络内的用户比较少，被动无源集线器就比较适合。它们一般都有八个,RJ-45,口。如果准备将网络设备置于机柜中，需要选购几何尺寸符合机架标准的集线器。它们符合,19,英寸的工业规范，可以轻松地安装在机柜中，现在该类集线器以,12,口和,24,口的设备为主流。用户可依据自己站点数的不同选择不同端口数的集线器。, 以带宽为选择依据,集线器带宽的选择，主要决定于三个因素。, 上连设备带宽：如果上连设备允许,100M,带宽，可购买,100M,集线器；否则,10M,集线器是理想的选择。, 站点数：由于连在集线器上的所有工作站均争用同一个上行总线，处于同一冲突域内，所以站点数目太多，会形成广播风暴。通常，,10M,冲突域内的站点不宜超过,25,个，,100M,冲突域内的站点不宜超过,35,个，如果有超出的趋势或已经超出，这种情况下应使用交换机来代替集线器。,29,2.1.3,集线器, 应用需求：一般来说，传输量相对较小时，带宽选,10M,就够了。如果传输量较大，且站点数比较多时应当选择,100M,。另外，有一双速集线器能自动在,10/100M,间切换。, 以是否可管理为选择依据,由于集线器最初是较低端的产品，且不可管理。随着技术的发展，部分集线器可通过增加网管模块实现对集线器的简单管理提供对,SNMP,支持。, 按照扩展方式选择,如果觉得端口不够，可以通过堆叠和级联两种扩展方式来增加端口数。, 堆叠。在冲突域内的站点数不宜太多，堆叠层数也不能太多。一般可堆叠的层数越多，说明集线器的稳定性越高。, 级联。现行集线器有两种级联方式：若集线器本身带级联口，则两个集线器间用直通双绞线连接；若集线器上无级联口，可用交叉双绞线连接两集线器的任意两个端口。,30,2.1.4,交换机,交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制。另外，交换机还具备对虚拟局域网,(VLAN),的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。如图所示为交换机的外观示意图。,交换机外观示意图,31,2.1.4,交换机,1.,交换机的作用, 端口带宽的独享,集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有二个端口传送数据，其他端口只能等待。而交换机最显著的特点在于端口带宽的独享。在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都是一个独立的冲突域，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。,32,2.1.4,交换机,当节点,A,向节点,D,发送数据时，节点,B,可同时向节点,C,发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是,100Mbps,的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于,2100Mbps,200Mbps,，而使用,100Mbps,的共享式集线器时，一个集线器的总流通量也不会超出,100Mbps,。, 识别,MAC,地址，并完成封装转发数据包,交换机可以识别,MAC,地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。,33,2.1.4,交换机, 网络分段,使用带,VLAN,功能的交换机可以把网络“分段”，通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，分割通信量，使前往给定网段的某主机的数据包不至于传播到另一个网段上。这样可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。,34,2.1.4,交换机,2.,交换机的分类, 从广义上来看，交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如计算机及网络打印机等。, 从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、,FDDI,交换机、,ATM,交换机和令牌环交换机等。, 从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不是完全一致的，一般来讲，企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式,(,插槽数较少,),，也可以是固定配置式，而工作组级交换机为固定配置式,(,功能较为简单,),。, 从应用的规模来看，作为骨干交换机时，支持,500,个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持,300,个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持,100,个信息点以内的交换机为工作组级交换机。,35,2.1.4,交换机, 从交换机工作的协议层来分有第,2,层交换机、第,3,层交换机和第,4,层交换机。,第,2,层交换机依赖于链路层中的信息,(,如,MAC,地址,),完成不同端口数据间的线速交换；第,3,层交换机具有路由功能，将,IP,地址信息用于网络路径选择，并实现不同网段之间的线速交换；第,4,层交换机则使用传输层包含在每一个,IP,包包头的服务进程,/,协议,(,例如,HTTP,是用于传输,Web,，,FTP,是用于文件传输，,Telnet,用于终端通信、,SSL,用于安全通信等,),进行交换和传输处理，实现带宽分配、故障诊断和对,TCP/IP,应用程序数据流进行访问控制功能。,36,2.1.4,交换机,3.,交换机的选择,交换机是组成网络系统的核心设备。对用户而言，选择交换机时应注意以下几个方面：, 转发方式,转发方式主要分为直通式转发和存储式转发，由于不同的转发方式适应于不同的网络环境，因此，应当根据自己的需要做出相应的选择。低端交换机通常只拥有一种转发模式，或是存储转发模式，或是直通转发模式，往往只有中高端产品才兼具两种转发模式，并具有智能转换功能，可根据通信状况自动切换转发模式。通常情况下，如果网络对数据的传输速率要求不是太高，可选择存储转发式交换机；如果网络对数据的传输速率要求较高，可应选择直通转发式交换机。,37,2.1.4,交换机, 注意合适的尺寸,网络建设除了功能实用外，其结构的布局合理也是大家所要考虑的问题。为此，常常使用控制柜，来对各种网络设备进行整体控制和统一管理。这样的话，我们选择的交换机在尺寸上，必须和控制柜相吻合。为此，最好应该选择符合机架标准的,19,英寸机架式交换机。该类交换机符合统一的工业规范，可以轻松地安装在机柜中，便于堆叠、级联、管理和维护。如果没有上述需求，桌面型的交换机具有更高的性能价格比。,38,2.1.4,交换机, 交换的速度要快,交换机传输速度的选择，要根据不同用户不同的通信要求来选择。现在一般的网络都是,10M,以太网，再考虑到升级换代的需要，,10M/100M,自适应交换机就成为网络交换机的主流，甚至可以成为网络的标准交换设备。但随着通信要求的不断提高，数据传输流量的不断增大，现在又已经有了,100M,的交换机，还有,1000M,交换机甚至,10000M,交换机了。但是不同交换速度的交换机，在价格上表现的差距也是很大的，我们完全没有必要脱离实际数据传输信息量，而去片面追求交换机的高速交换性能。如果组建的网络规模较小，只要选择,10M/100M,自适应交换机就可以了，因为这种类型的交换机价格不是太高，而且性能、速度等各方面都可以满足需求。,39,2.1.4,交换机, 端口数要够将来升级用,现在网络对通信的要求越来越高，网络扩容的速度也是越来越快，因此我们最好在选购交换机时，要考虑到足够的扩展性，来选择适当的端口数目。现在市场上常见的交换机端口数有,8,、,12,、,16,、,24,、,48,等几种，而且不同的端口数在价格上也有一定的差别，如果从节约成本的角度来看，选择合适端口数的交换机也是一个不可忽视的环节。, 根据使用要求选择合适的品牌,就要根据各个用户的实际经济承受能力了，因为好的品牌的交换机在价格上可能要比普通品牌交换机要高出几个价位，好的品牌应该是大型网络中骨干交换机的首选。如果只是部门级或者工作组级计算机网络使用，建议选择价格实惠的普通品牌交换机。,40,2.1.4,交换机, 管理控制功能,由于交换机属于较为昂贵的设备，即使投资不能一次到位，也尽量做到三年内不落伍，这就要求我们在选择交换机时，也要把交换机的管理控制技术考虑在内。交换机的管理控制技术主要表现在交换机是否能够支持智能化管理技术，因为有了这种技术，网络管理员就可以减轻网络管理的维护工作量了；其次表现在交换机是否能支持多种信息流，现在一些新型交换机可以支持第三层的,IP/IPX,路由功能，有了这种功能，我们可以在必要时使用交换机来实现路由器的相关功能；再有，有效的缓冲技术也是人们在选购交换机时考虑的要点，大的缓冲区可以应付网络各种突发性数据流量增加的需求，从而避免在网络访问高峰期间出现网络瓶颈或者导致网络堵塞甚至瘫痪。此外良好的可伸缩性以及可扩展性技术也是大家应该考虑的，因为从长远的角度来看，这些技术直接关系或者影响到交换机的升级换代。,41,2.1.4,交换机,MAC,地址数,不同交换机每个端口所能够支持的,MAC,数量不同。有些交换机的每个端口只支持一个,MAC,地址，称之为单,MAC,交换机。单,MAC,交换机主要用于连接最终用户,(,即计算机或服务器,),、网络共享资源,(,如磁盘阵列、网络打印机等,),或路由器，不能用于连接集线器或含有多个网络设备的网段。有些交换机的每个端口则可记忆多个,MAC,地址，称之为多,MAC,交换机。在该类交换机的每个端口，都有足够内存,(Buffer),记忆多个,MAC,地址，从而“记住”该端口连接站点的情况，因此，适用于作为网络主干并连接集线器。由于,Buffer,容量的大小限制了这个交换机所能够提供的交换地址容量，所以，当该端口所容纳的计算机数量超过了地址容量时，目的站的,MAC,地址将很可能并没有保存在该交换机端口的,MAC,地址表中，那么，该帧即将以广播方式发向交换机的每个端口。当这种情况频频发生时，将在很大程度上影响网络中数据的传输效率。在中型网络中，由于网络中计算机和网络设备的数量有限，所以，交换机只要能够记忆,1024,个,MAC,地址基本上就可以了，而一般的交换机通常都能做到这一点。,42,2.1.4,交换机, 扩展树,当一个交换机有两个或两个以上的端口与其他交换机相连时，由于会产生冗余回路，从而产生“拓扑环”问题,(Topology Loops),。即当某个网段的数据包通过某台交换机传输到另一个网段，而返回的数据包通过另一台交换机返回源地址的现象。一般情况，交换机采用扩展树,(Spanning Tree,，也称生成树,),协议算法让网络中的每一个桥接设备相互知道，以自动防止“拓扑环”现象的发生。交换机通过将检测到的“拓扑环”中的某个端口断开，达到消除“拓扑环”的目的，维持网络中的拓扑树的完整性。在网络设计中，“拓扑环”常被推荐用于关键数据链路的冗余备份链路选择。所以，带有扩展树协议支持的交换机可以用于连接网络中关键资源的交换冗余。骨干交换机和中心交换机必须支持扩展树，否则，将无法搭建具有冗余机制的网络拓扑。,43,2.1.4,交换机, 背板带宽,由于所有端口间的通信都需要通过背板完成，所有背板所能够提供的带宽就成为端口间并发通信时的瓶颈。带宽越大，能够给各通信端口提供的可用带宽越大，数据交换速度越快，带宽越小，则能够给各通信端口提供的可用带宽越小，数据交换机速度也就越慢。因此，在端口带宽、延迟时间相同的情况下，背板带宽越大，交换机的传输速率则越快。当然，背板带宽越大越好，特别是对那些骨干交换机和中心交换机而言。,44,2.1.5,路由器,1.,路由器的作用,一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。路由器能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。路由器是广域网与局域网连接时必不可少的互连设备，它将数据分组“封装”到含有路由和传送信息的数据包中，在公共数据网中传送。当路由器收到一个数据包后，读出其中的源和目标网络地址，然后根据路由表中的信息，利用复杂的路由算法，为数据包选择合适的路由并转发该数据包。数据包到达目标节点前的路由器后，分解为数据链路层所认识的数据帧，并把它传送到目标节点。这种转发和拥塞控制，减少数据传输的盲目性和平衡网络流量，改善网络性能。同时，延伸网络距离，实现局域网接入,Internet,和多个局域网之间的远程连接。,路由器可用带有多块网卡的计算机与相应的路由软件配置而成，每块网卡与一个子网相连；当然，也可以与广域网相连，在,Internet,共享应用中，,MODEM,也可看作是一块广域网的网卡。,45,2.1.5,路由器,2.,路由器的分类,我们可以从不同的角度对路由器进行不同的分类。例如：从支持网络协议能力的角度，我们可以将路由器分为单协议路由器和多协议路由器。从工作位置来分，可以将其分为访问路由器和边界路由器。从连接规模和能力考虑，又可以将其分为区域路由器、企业路由器、园区路由器等，它们分别用于构建不同规模的互联网络。,46,2.1.5,路由器,3.,路由器的选择, 类型对口实用,按照连接方式的不同，路由器又可以分为直连路由和非直连路由，由路由器各网络接口所直连的网络之间使用直连路由进行通信。如果要实现两个局域网的点到点连接，可以选用直连路由，这种路由器配置操作简单，特别适合那些没有专门网管人员的单位，因为这种类型的路由在配置完路由器网络接口的,IP,地址后自动生成的，而不再需要其他复杂的配置。如果单位组建的局域网是和其他许多局域网进行互联，此时就必须选择使用非直连路由。非直连路由是指人工配置的静态路由或通过运行动态路由协议而获得的动态路由。其中静态路由比动态路由具有更高的可操作性和安全性。,47,2.1.5,路由器, 性价比考虑,根据性能和价格，路由器还可分为低端、中端和高端三类。高端路由器又称核心路由器。低、中端路由器每秒的信息吞吐量一般在几千万至几十亿比特之间，而高端路由器每秒信息吞吐量均在,100,亿比特以上。,对于低端路由器来说，它是许多用户首先需要考虑的品种，也是局域网用户接触最多的一种产品了。如果局域网中包含的主机很多，需要处理和传输的信息量很大的话，就应该考虑选择中端路由器了。与低端路由器相比，中端路由器支持的网络协议多、速度快，要处理各种局域网类型，支持多种协议，包括,IP,、,IPX,和,Vine,，还要支持防火墙、包过滤以及大量的管理和安全策略以及,VLAN(,虚拟局域网,),。高端路由器一般使用在某个行业或者系统的主干网上。互联网目前由几十个主干网构成，每个主干网服务几千个小网络，高端路由器实现企业级网络的互联。由于高端路由器工作的特殊性，因此对它的选择要求是速度和可靠性第一，而价格则处于次要地位。,48,2.1.5,路由器, 端口选择,常见的路由器端口至少应包含局域网端口和广域网端口各一个。广域网端口主要包括同步并口和异步串口之分，大部分路由器同时具备这两种端口。广域网端口为同,/,异步可调，,AUX,为一异步拨号备份端口，当主通讯线路通讯中断时，异步拨号备份线路自动拨通，以保持数据交换的连续性。对于局域网，主要包括以太网、令牌环、令牌总线、,FDDI,等网络接口；而且大部分局域网都是通过双绞线与路由器连接的，因此大部分路由器都带有,RJ45,口。当然，也有的路由器产品的,LAN,接口为,AUI(,粗缆,),接口的，这种类型的路由器和局域网连接时需通过,AUI-RJ45,的转发器接到双绞线上。不同的接口，用于不同规模、不同要求的局域网，大家一定要根据组建局域网的原则和要求来进行选择。我们用户在建立局域网时，应首先规划好局域网是通过什么方式和因特网连接，这样可以确定路由器应该包含什么广域网接口，然后确定局域网中使用的何种传输介质来确定路由器的局域网接口类型；不过从应用的角度来看，路由器包含的接口多一点有更大的扩展余地，对局域网规模的拓展非常方便。,49,2.1.5,路由器, 安全性,在满足需求的条件下，网络的可靠性、安全性必须尽可能高。路由器的稳定安全与否，直接决定了内部网络的安全。网络系统的安全性可以体现在两方面。一方面是网络本身的安全性，网络不能受非授权路由协议、管理协议的控制。另一方面网络上传输的数据应当是安全的，该方面的安全考虑通常使用端到端的加密协议或,VPN,实现。目前许多厂家的路由器可以设置访问权限列表，控制哪些数据才可以进出路由器，实现防火墙的功能，防止非法用户的入侵。路由器的另外一个作用就是地址转换功能，顾名思义，在使用路由器对外连接时，路由器能够屏蔽公司内部局域网的网络地址，利用地址转换功能统一转换成电信局提供的广域网地址，这样网络上的外部用户就无法了解到公司内部网的网络地址，进一步防止了非法的用户入侵。网络系统的稳定性是指路由器在数据转发以及长时间工作下的表现。路由器作为数据转发的网络设备，有一个重要的指标就是“丢包率”，指的是在一定的数据流量状态下路由器不能进行转发的数据包的比例。丢包率的大小会影响到路由器线路的实际工作速度，严重时甚至会使线路中断，因此丢包率是评测不同厂家路由器性能的一个重要指标。,50,2.1.5,路由器, 传输速度,目前,10/100Mbps,自适应路由器已成为主流，一般的路由器都能够提供全部或部分,10/100Mbps,端口，单纯提供,10Mbps,端口的路由器已逐渐淡出市场。如果对于传输速度要求较高，应该选用千兆位交换路由器，因为这些路由器的光接口速度可以达到,622Mbps,、,2.5Gbps,甚至,10Gbps,。千兆级的核心路由器作为企业网骨干，其价格要远远高于普通的工作组级路由器。,51,2.1.5,路由器, 控制管理功能,通常，在管理路由器时，我们都是利用终端，通过专用配置线连接到路由器的配置口直接进行配置管理的。但仅仅使用这种管理方式是不能满足要求的。我们可能经常需要改变路由器的许多设置，但是当时并不在路由器旁边，无法使用专用配置线，这时就需要路由器提供远程登录功能或者远程,Modem,拨号配置功能，达到远程管理路由器的目的。现在不少路由器带有了智能管理功能，这种路由器的每一个端口都可以由网络操作员从路由器管理控制台上来配置、监视、连通或解释，这样网络管理人员就可以减轻网络维护的工作。因此，如果局域网规模较大的话，就应该考虑使用带有智能管理功能的路由器。当然，如果规模较小的局域网，就不应该选择该类路由器，毕竟它的价格比较昂贵，如果使用它就有点大材小用的味道，而且从另外一个角度来看，规模小的局域网，其维护和管理的工作量是不大的，网络管理员完全可以对局域网内部的各个端口进行分别管理，从而节省网络建设成本。,52,2.2,计算机网络的设备连接,在计算机网络中，通常使用网线连接交换机与计算机、交换机与交换机。下面以传输介质是双绞线的网络为例，介绍直通双绞线与交叉双绞线及如何利用它们将交换机与计算机、交换机与交换机连接起来。,53,2.2.1,直通双绞线与交叉双绞线,1.,双绞线,1236,通信规则,在用双绞线做传输介质的以太网中，除了,100Base-T4,和,1000Base-T,以外，其余均只使用四对绞线中的两对。当信号通过双绞线电缆传输时，在电缆内的四对,(,八根,),铜线,(,芯线,),中，实际起作用的只有其中的两对，分别是,1-2,脚和,3-6,脚。比如，对应网卡接口如表,2-1,，,1-2,脚负责发送数据,(TX+,，,TX-),，而,3-6,脚负责接收数据,(RX+,，,RX-),。,引脚,网卡上,RJ-45,插座信号,1,TX+(,发送,),2,TX-(,发送,),3,RX+(,接收,),4,未使用,5,未使用,6,RX-(,接收,),7,未使用,8,未使用,表,2-1,网卡接口各引脚定义,54,2.2.1,直通双绞线与交叉双绞线,2. 568A,与,568B,定义的双绞线的连接规则,在,568A,与,568B,中所定义的,RJ-45,连接头各脚与双绞线各芯线排列的对应方式，如表,2-2,所示。,引脚,568A,标准,568B,标准,1,绿白橙白,2,绿橙,3,橙白绿白,4,蓝蓝,5,蓝白蓝白,6,橙绿,7,棕白棕白,8,棕棕其中,1-2,脚和,3-6,脚是对绞的两对芯线。对绞的电缆因为其中传输的信号方向相反，从而使彼此的电磁辐射相互抵消，因此使收、发数据之间的干扰降到最小。,引脚,568A,标准,568B,标准,1,绿白,橙白,2,绿,橙,3,橙白,绿白,4,蓝,蓝,5,蓝白,蓝白,6,橙,绿,7,棕白,棕白,8,棕,棕,表,2-2 568A,和,568B,标准定义的双绞线色线的排列规定,55,2.2.1,直通双绞线与交叉双绞线,3.,直通双绞线和交叉双绞线, 直通双绞线：双绞线两端的,RJ-45,连接头与双绞线的连接均按,568A,或,568B,标准制作，两端的两对双绞芯线,1-2,脚和,3-6,脚直接对应。, 交叉双绞线：双绞线一端的,RJ-45,连接头与双绞线的连接按,568A,标准制作，另一端按,568B,标准制作。即一对双绞芯线在一端连,1-2,脚，另一端连,3-6,脚；另一对双绞芯线在一端连,3-6,脚，另一端连,1-2,脚。即两端的,1-2,和,3-6,脚交叉对应。,56,2.2.2,单元实训：非屏蔽双绞线的制作与连接,1.,实训目标, 掌握非屏蔽双绞线的,RJ-45,接头的制作方法；, 掌握,T568B,标准线序的排列顺序；, 掌握非屏蔽双绞线中直通双绞线、交叉双绞线的制作方法以及他们的区别和使用环境；, 掌握双绞线导通性测试的简单方法,(,简易测线仪和观察连接状态指示灯,),。,2.,实训条件,非屏蔽,(UTP),超五类双绞线，,RJ-45,接头若干个，用于接驳水晶头的专用剥线,/,压线钳，专用测试仪或专用网络测试软件等。,当双绞线两头接好后，应使用专用测试仪或万用表测试线路是否通畅。,专用测试仪或专用网络测试软件，主要用来测试网络中两站间的信息传输状态，包括网络的最远距离、传输速度、每秒传输的帧数、网络统计、错误统计、碰撞分析等。若没有这方面的仪器或软件，可用网卡所带的配置软件程序,(,一般是,setup.exe,),来测试。,3.,实训内容与步骤,57,2.2.3,单元实训：两台计算机互连,1.,实训目标, 学会使用网卡和交叉双绞线连接两台计算机的方法；, 学会采用,USB,线实现两台计算机互连的方法；, 学会互连两台计算机的设置和通断测试。,2.,实训条件,非屏蔽,(UTP),超五类双绞线段，线段的长度应大于两台计算机之间的距离，注意超五类双绞线的实际长度不能超过,100,米的限制规定。,RJ-45,接头若干个；用于接驳水晶头的专用剥线,/,压线钳；两台或两台以上已经安装,Windows,操作系统的计算机；,USB,连接线，两块或两块以上,10/100MB,自适应网卡。,3.,实训内容与步骤,58,计算机与交换机之间以及交换机之间的连接,1.,计算机与交换机的连接, 用直通双绞线连接计算机与交换机。, 计算机网卡接口的,1-2,脚发送信号和,3-6,脚接收信号。, 交换机的接口通常分为级联接口和普通接口。,交换机的级联接口,(Up-Link),：,1-2,脚发送信号，,3-6,脚接收信号，与网卡相同。普通接口：,1-2,脚接收信号，,3-6,脚发送信号，与网卡相反。有的交换机只有普通接口；有的交换机兼有两种接口，但是多数接口都是普通接口，通常只有一个接口是级联接口。说到交换机的接口中，若没有特别指明，通常指的是普通接口。,连接计算机网卡与交换机普通接口时，应该使用直通双绞线。因网卡的,1-2,脚发送信号和,3-6,脚接收信号正好直接对应交换机普通接口的,1-2,脚接收信号和,3-6,脚发送信号。,59,计算机与交换机之间以及交换机之间的连接,2.,交换机与交换机的连接,同一个网段内的终端用户有时会很多，可能会超过几十台甚至上百台机器，而我们常用的集线器、交换机一台的端口数有限，为了解决这个矛盾，可以把多台集线器或交换机进行级联或堆叠在一起使用以增加端口的数量，增加网络的可扩展性。, 交换机的级联,通过一台交换机的级联接口与另一交换机的普通接口相连，应使用直通双绞线；如果两台交换机的级联接口相连或普通接口相连，应使用交叉双绞线。如图,2-8,所示是使用直通双绞线把一台交换机的级联口与另一台交换机的普通端口相连，如图所示是使用交叉双绞线将两台交换机的普通端口相连。,60,计算机与交换机之间以及交换机之间的连接,图,2-8,级联端口与普通端口的级联,图,2-9,两台交换机普通端口的级联,61,计算机与交换机之间以及交换机之间的连接, 交换机的堆叠有的交换机支持堆叠功能，称为堆叠式交换机。堆叠支持交换机的级联口与一个堆叠模块的普通端口用直通双绞线连接。交换机的堆叠如图所示。,图,2-10,交换机的堆叠图,62,计算机与交换机之间以及交换机之间的连接,堆叠与级联比较，有以下几个好处：, 如果交换机是一台可网管交换机，因此通过堆叠方式，可以将网管功能传递到与之相连的交换上，从而实现多台交换机采用一个,IP,地址即可管理到；, 因为堆叠是采用专用的模块和电缆，比起级联来，其不会占用交换机的端口；, 因为堆叠是采用专用的模块和电缆，交换机的堆叠之后传输速率比级联高。,63,2.2.5,单元实训：交换机的基本配置,1.,实训目标, 了解交换机硬件架构和交换机的工作原理；, 学会使用,Console,、,Telnet,和,Web,登录到交换机的管理界面；, 学会交换机的连接和基本配置，设置,IP,地址、设置管理密码、设置端口,/MAC,地址表、设置工作模式等。,2.,实训条件,交换机一台、非屏蔽,(UTP),超五类双绞线若干段、微机若干台、配置电缆一条。,3.,实训内容与步骤,64,2.2.6,单元实训：网络中的硬件连接,1.,实训目标, 学会网卡等硬件设备的安装方法；, 学会直通双绞线和交叉双绞线的使用方法；, 学会通过交换机或集线器实现星型拓扑连接的方法。,2.,实训条件,非屏蔽,(UTP),超五类双绞线若干段，每段的长度应大于两台计算机之间的距离或计算机到集线器之间的距离，注意超五类双绞线的实际长度不能超过,100,米的限制规定。,RJ-45,接头若干个；用于接驳水晶头的专用剥线,/,压线钳；两台或两台以上已经安装,Windows,操作系统的计算机；集线器,(,或交换机,),一台，两块或两块以上,10/100MB,自适应网卡。,3.,实训内容与步骤,65,