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1、第2章网络传输介质与互连设备本讲稿第一页，共一百二十三页2.1 网络传输介质网络传输介质 2.1.1 双绞线 双绞线是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质，是目前局域网最常用到的一种布线材料。为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，双绞线也因此而得名，如图2-1所示。双绞线一般用于星型网的布线连接，两端安装有RJ-45头(俗称水晶头)，连接网卡与集线器。本讲稿第二页，共一百二十三页双绞线（塑料绝缘带色标）护套图2-1 双绞线 本讲稿第三页，共一百二十三页 1双绞线的分类双绞线的分类 双绞线主要分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双
2、绞线(STP)两种，如果按电气性能划分的话，通常分为3类、4类、5类、超5类等类型，数字越大，版本越新，技术越先进，带宽也越宽，当然价格也越高。本讲稿第四页，共一百二十三页 3类、4类线目前在市场上几乎没有了，在一般局域网中常见的是5类、超5类非屏蔽双绞线。屏蔽的5类双绞线外面包有一层屏蔽用的金属膜，它的抗干扰性能好些，但应用的条件比较苛刻，并不是用了屏蔽的双绞线，在抗干扰方面就一定强于非屏蔽双绞线。屏蔽双绞线的屏蔽作用只在整个电缆均有屏蔽装置，并且两端均正确接地的情况下才起作用。所以，要求整个系统全部是屏蔽器件，包括电缆、插座、水晶头和配线架等，同时建筑物需要有良好的地线系统。事实上，在实际
3、施工时，很难全部完美接地，从而使屏蔽层本身成为最大的干扰源，导致其性能甚至远不如非屏蔽双绞线(UTP)。所以，除非有特殊需要，通常在综合布线系统中只采用非屏蔽双绞线。本讲稿第五页，共一百二十三页 2RJ-45插头插头 RJ-45插头又称为水晶头，如图2-2所示。双绞线的两端必须都安装RJ-45插头，以便插在网卡、集线器(Hub)或交换机(Switch)的RJ-45接口上。本讲稿第六页，共一百二十三页图2-2 双绞线RJ-45插头本讲稿第七页，共一百二十三页 水晶头虽小，但它对于网络的重要性一点都不能小看，在许多网络故障中就有相当一部分是因为水晶头质量不好而造成的。因此，在选购时千万不能贪图便宜
4、，否则质量就得不到保证，其中主要体现在它的接触探针是镀铜的，容易生锈，造成接触不良，使网络不通。质量差的另一点明显表现为塑料扣位不紧(通常是变形所致)，这也很容易造成接触不良，使网络中断。本讲稿第八页，共一百二十三页 3双绞线制作工具双绞线制作工具 在双绞线网线制作过程中，最重要的工具就是一把双绞线压线钳，如图2-3所示。它可以完成剪线、剥线和压线三种功能。在购买压线钳时一定要注意选对种类，因为压线钳针对不同的线材会有不同的规格，一定要选用双绞线专用的压线钳才可用来制作双绞以太网线。本讲稿第九页，共一百二十三页图2-3 双绞线压线钳本讲稿第十页，共一百二十三页 4双绞线的制作步骤双绞线的制作步
5、骤 双绞线网线的制作其实非常简单，就是把双绞线的4对8芯网线按一定规则插入到水晶头中。这类网线的制作所需材料仅为双绞线和水晶头，所需工具也较简单，通常仅为一把专用压线钳即可，制作的难点就是不同用途的网线跳线规则不一样。下面先来看最基本的直通5类线(不用跳线)的制作方法，其他类型网线的制作方法类似，不同的只是跳线方法不一样而已。本讲稿第十一页，共一百二十三页 1)直通RJ-45接头的制作 制作直通RJ-45接头的操作步骤如下：(1)用双绞线压线钳把5类双绞线的一端剪齐(最好先剪一段符合布线长度要求的网线)，然后把剪齐的一端插入到压线钳用于剥线的缺口中。注意网线不能弯，直插进去，直到顶住压线钳后面
6、的挡位，稍微握紧压线钳慢慢旋转一圈(无需担心会损坏网线里面芯线的包皮，因为剥线的两刀片之间留有一定距离，这距离通常就是里面4对芯线的直径)。最后用刀口划开双绞线的保护胶皮，拔下胶皮。本讲稿第十二页，共一百二十三页 (2)剥除外包皮后即可见到双绞线网线的4对8条芯线，并且可以看到每对的颜色都不同。每对缠绕的两条芯线由一条染有相应颜色的芯线加上一条只染有少许相应颜色的白色相间芯线组成。四条全色芯线的颜色分别为棕色、橙色、绿色和蓝色。(3)先把4对芯线一字并列排列，再把每对芯线分开(此时注意不跨线排列，也就是说每对芯线都相邻排列)，并按统一的排列顺序(如左边统一为主颜色芯线，右边统一为相应颜色的花白
7、芯线)排列。注意每条芯线都要拉直，并且要相互分开并列排列，不能重叠。然后用压线钳在垂直于芯线排列方向剪齐(不要剪太长，只需剪齐即可)，自左至右编号的顺序我们定为“1，2，3，4，5，6，7，8”。本讲稿第十三页，共一百二十三页 (4)左手水平握住水晶头(塑料扣的一面朝下，开口朝右)，然后把剪齐、并列排列的8条芯线对准水晶头开口并排插入水晶头中。注意一定要使各条芯线都插到水晶头的底部，不能弯曲(因为水晶头是透明的，所以可以从水晶头有卡位的一面清楚地看到每条芯线所插入的位置)。(5)确认所有芯线都插到水晶头底部后，即可将插入网线的水晶头直接放入压线钳压线缺口中。因缺口结构与水晶头结构一样，一定要正
8、确放入才能使后面压下压线钳手柄时所压位置正确。水晶头放好后即可压下压线钳手柄，一定要使劲，使水晶头的插针都能插入到网线芯线之中，与之接触良好。然后再用手轻轻拉一下网线与水晶头，看是否压紧，最好多压一次，最重要的是要注意所压位置一定要正确。至此，这个RJ-45头就压接好了。本讲稿第十四页，共一百二十三页 (6)按照相同的方法制作双绞线的另一端水晶头。要注意的是芯线排列顺序一定要与另一端的顺序完全一样，这样整条网线的制作就完成了。两端都做好水晶头后即可用网线测试仪进行测试。如果测试仪上8个指示灯都依次为绿色闪过，则证明网线制作成功。如果出现任何一个灯为红灯或黄灯，则证明存在断路或者接触不良的现象，
9、此时最好先对两端水晶头再用压线钳压一次。再测，如果故障依旧，则再检查两端芯线的排列顺序是否一样。如果芯线顺序不一样，则剪掉一端重新按另一端芯线排列顺序制作水晶头；如果芯线顺序一样，但测试仪在重测后仍显示红色灯或黄色灯，则表明其中肯定存在对应芯线接触不好。此时，只好先剪掉一端按另一端芯线顺序重做一个水晶头。再测，如果故障消失，则不必重做另一端水晶头，否则还得把原来的另一端水晶头也剪掉重做，直到测试全为绿色指示灯闪过为止。本讲稿第十五页，共一百二十三页 2)双绞线的跳线规则 (1)对应接法：即双绞线的两端芯线要一一对应，如果一端的第1脚为绿色的芯线，则另一端的第1脚也必须为绿色的芯线，这样做出来的
10、双绞线通常称之为“直连线”。但要注意的是，4个芯线对通常不分开，即芯线对的两条芯线通常为相邻排列。这种网线一般用于集线器或交换机与计算机之间的连接。本讲稿第十六页，共一百二十三页 (2)1-3、2-6交叉接法：虽然双绞线有4对8条芯线，但实际上在网络中只用到了其中的4条，即水晶头的第1脚、第2脚、第3脚和第6脚，它们分别起着收、发信号的作用。这种交叉网线的芯线排列规则是：网线一端的第1脚连另一端的第3脚，网线一端的第2脚连另一端的第6脚，其他脚一一对应即可，用这种排列做出来的双绞线通常称之为“交叉线”。本讲稿第十七页，共一百二十三页 例如，当线的一端从左到右的芯线顺序依次为白绿、绿、白橙、蓝、
11、白蓝、橙、白棕、棕时，另一端从左到右的芯线顺序则应当依次为白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕；当线的一端从左到右的芯线顺序依次为白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕时，另一端从左到右的芯线顺序则应当依次为白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕。这种网线一般用在集线器(交换机)的级联、服务器与集线器(交换机)的连接、对等网计算机的直接连接等情况下。本讲稿第十八页，共一百二十三页 (3)100M接法：这是一种最常用的网线制作规则，所谓100M接法，是指它能满足100Mb/s的通信速率。它的接法虽然也是一一对应，但每一脚的颜色是固定的，具体是：第1脚橙白，第2脚橙色，第3脚绿白，第4脚蓝色，第
12、5脚蓝白，第6脚绿色，第7脚棕白，第8脚棕色。从中可以看出，网线的4对芯线并不全是相邻排列，第3脚、第4脚、第5脚和第6脚包括2对芯线，但是顺序已错乱。这种接线方法也是应用于集线器(交换机)与工作站计算机之间的连接，也就是“直连线”所应用的范围。本讲稿第十九页，共一百二十三页2.1.2 同轴电缆同轴电缆 1同轴电缆的分类同轴电缆的分类 应用于计算机网络的同轴电缆主要有两种，即“粗缆”和“细缆”，它们都属于“基带同轴电缆”(以区别于广播电视所用的“宽带同轴电缆”)。同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料，这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料，如图2-4所示。计算机网络一般选
13、用RG-8规格的以太网粗缆和RG-58规格的以太网细缆，它们的匹配阻抗均为50。本讲稿第二十页，共一百二十三页 粗缆的全称为“粗同轴电缆”，简称为“AUI”。细缆是指“细同轴电缆”，它的英文简称为“BNC”，细同轴电缆与粗同轴电缆结构类似，只是直径细些。粗同轴电缆与细同轴电缆是指同轴电缆的直径大还是小。粗缆适用于比较大型的局部网络，它的标准距离长，可靠性高。由于安装时不需要切断电缆，因此可以根据需要灵活调整计算机的入网位置。但粗缆网络必须安装收发器和收发器电缆，安装难度大，单价也较细缆贵许多，所以总体造价高。相反，细缆安装则比较简单，造价也较低。由于安装过程要切断电缆，两头须装上基本网络连接头
14、(BNC)，然后接在T型连接器两端，因此当接头多时容易产生接触不良的隐患，但这也是目前以太网所发生的最常见的故障之一。总的来说，目前普遍采用细同轴电缆来构建网络。本讲稿第二十一页，共一百二十三页本讲稿第二十二页，共一百二十三页 2BNC电缆连接器电缆连接器 BNC电缆连接器必须连接到每段电缆的两端。BNC电缆连接器由一根中心针、一个外套和卡座组成。如图2-5所示的左图为组合在一起的BNC图示，而右图为各部分拆分后的图示，它包括BNC连接器基座、外套和探针三个部分。本讲稿第二十三页，共一百二十三页图2-5 BNC电缆连接器本讲稿第二十四页，共一百二十三页 3BNC T型接头型接头 BNC T型接
15、头用于连接细缆的BNC连接器和网卡，如图2-6所示。BNC T型接头提供信号进出的两个电缆连接，网络中的每台工作站都需要一个BNC T型接头。图2-6 BNC T型接头本讲稿第二十五页，共一百二十三页 4终端匹配器终端匹配器 每个粗同轴电缆网段都必须用50 系列终端匹配器连接，每个网段还必须有一个终端匹配器。每个细同轴电缆网段的两端都必须有一个50的BNC终端匹配器，直接连接于BNC T型接头，用于连接BNC连接器的两端中的一端，然后再把终端匹配器的地线接触片与地线连接即可，如图2-7所示。本讲稿第二十六页，共一百二十三页图2-7 终端匹配器本讲稿第二十七页，共一百二十三页 5同轴电缆制作工具
16、同轴电缆制作工具 同轴电缆的制作工具有两种：网线钳和剥线钳。网线钳是用来卡住如图2-5所示的BNC连接器外套与基座的，它有一个用于压线的六角缺口，如图2-8所示。一般这种网线钳也同时具有剥线、剪线功能。本讲稿第二十八页，共一百二十三页图2-8 网线钳本讲稿第二十九页，共一百二十三页 剥线钳在制作细缆时是必备的工具，它的主要功能是用来剥掉细缆导线外部的两层绝缘层。如图2-9所示，剥线钳上共有三个刀片，分别用于剥掉外层绝缘层、中间金属屏蔽层和内部绝缘层。刀片的切割深度，可由随刀赠送的螺杆调整其相应位置的内六角形螺母实现。顺时针方向时，抬高刀片可使切割深度加重；逆时针方向时，降低刀片可使切割深度变浅
17、。本讲稿第三十页，共一百二十三页图2-9 剥线钳本讲稿第三十一页，共一百二十三页 6细缆的制作步骤细缆的制作步骤 在20台以内的小型局域网中，目前还有一部分企业网络仍采用细同轴电缆连接，所以在此有必要对这种网线的制作进行详细介绍。制作同轴电缆(细缆)的操作步骤如下：(1)用电工刀将线缆外层保护胶皮剥去1.5 cm，不要割伤屏蔽线，再将芯线外乳白色半透明的塑料绝缘层剥去0.6 cm，使芯线外露。(2)将铜芯线插入芯线插针尾部的小孔中，使用网线钳前部的小槽将插针用力夹一下，使铜芯线压紧在插针中。本讲稿第三十二页，共一百二十三页 (3)将屏蔽金属套筒套入线缆，将铜芯线插针从BNC接头尾部穿过去，使插
18、针从前端向外伸出，再将屏蔽金属套筒向前推，使套筒将金属屏蔽线卡在BNC接头尾部的圆柱体中。(4)保持套筒与屏蔽线接触良好，使用网线钳上的六边形卡口用力夹金属套筒，直至套筒变为六边形。至此，细缆的一端制作完成。然后，按照上面的步骤制作另一端的BNC接头。本讲稿第三十三页，共一百二十三页2.1.3 光纤光纤 与其他传输介质相比较，光缆的电磁绝缘性能好，信号衰变小，频带较宽，传输距离较大。光缆主要是在要求传输距离较长，布线条件特殊的情况下用于主干网的连接。光纤(Fiber Optic Cable)以光脉冲的形式来传输信号，因此材质也以玻璃或有机玻璃为主。它由纤心、色层和护套组成，如图2-10所示。本
19、讲稿第三十四页，共一百二十三页本讲稿第三十五页，共一百二十三页 光纤最大的特点就是传导的是光信号，因此不受外界电磁信号的干扰，信号的衰减速度很慢，所以信号的传输距离比在以上传送电信号的各种网线中要远得多，并且特别适用于电磁环境恶劣的地方。由于光纤的光学反射特性，一根光纤内部可以同时传送多路信号，因此光纤的传输速度可以非常高。目前，1Gb/s的光纤网络已经成为主流高速网络，理论上光纤网络最高可达到50 000 Gb/s(50 Tb/s)的速度。光纤由于其传输方式的巨大不同，具有自己的一套网络模型，那就是10Base-F，100Base-F，1000Base-F局域网标准，单段最大长度可达2000
20、米。本讲稿第三十六页，共一百二十三页 光纤网络由于需要把光信号转变为计算机的电信号，因此在接头上更加复杂，除了具有连接光导纤维的多种类型接头(如SMa、SC、ST、FC光纤接头)以外，还需要专用的光纤转发器等设备，负责把光信号转变为计算机电信号，并且把光信号继续向其他网络设备发送。光纤是前景非常看好的网络传输介质。但由于目前价格昂贵，因此中小型的办公用局域网没有必要选它。目前光纤的主要应用是在大型的局域网中用作主干线路。但随着成本的降低，在不远的未来，光纤到楼、到户，甚至会延伸到桌面，将会给我们带来全新的高速体验。本讲稿第三十七页，共一百二十三页2.2 网络互连设备网络互连设备 2.2.1 网
21、络适配器网络适配器 网络适配器是局域网系统中的通信控制器或通信处理机。通过它将用户工作站的PC机连接到网络上，实现网络资源的共享和相互通信。网络适配器执行数据链路层的通信规程，实现物理层信号的转换。在局域网中通常把它做成一块设备卡，安装在PC机的扩展槽中，因而又称之为网卡或网络接口卡。本讲稿第三十八页，共一百二十三页 当计算机连接的网络的发送与接收位串速度比计算机的CPU速度快时，CPU并不需要处理位串的发送与接收，而是由连接计算机和网络的网络适配器来处理数据包的传输和接收所有细节的。所以说，网络适配器的功能就像一种I/O设备，是为特定的网络技术而制造的，并不需要CPU就能处理数据的传输和接收
22、细节。由于网络技术的飞速发展，网卡的总线位数已由8位提高到16位、32位乃至64位，其带宽也由10 Mb/s升至100 Mb/s，千兆网目前也开始投入应用。本讲稿第三十九页，共一百二十三页2.2.2 集线器集线器 1集线器的分类集线器的分类 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。依据总线带宽的不同，Hub分为10 Mb/s、100 Mb/s和10/100 Mb/s自适应三种；若按配置形式的不同，Hub可分为独立型、模块化和堆叠式三种；根据端口数目的不同，Hub主要有8口、16口和24口等几种；根据工作方式的不同，Hub可分为智能型和非智能型两种。目前所使用的Hub基本是
23、前三种分类的组合。依据工作方式区分有较普遍的意义，可以进一步划分为被动集线器、主动集线器、智能集线器和交换集线器四种。本讲稿第四十页，共一百二十三页 1)被动集线器 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。被动集线器是星型拓扑以太网的入门级设备。被动集线器通常有一个10Base-2端口和一些RJ-45接口。10Base-2接头可以用于连接主干。有些集线器还有可连到收发器的AUI端口以建立网络主干。本讲稿第四十一页，共一百二十三页
24、2)主动集线器 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，但不区分优先次序。如果信号比较弱但仍然可读，则主动集线器在转发前可将其恢复到较强的状态，这使得一些性能不是特别理想的设备也可正常使用。如果某设备发出的信号不够强，使得被动集线器无法识别，那么主动集线器的信号放大器也可以使该设备继续正常使用。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。本讲稿第四十二页，共一百二十三页 3)智能集线器 智能集线器比前两种集线器具有更多的优点，它可以使用户更有效地共享资源。除了具有主动集线器的
25、特性外，智能集线器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，则可以很容易地进行识别、诊断和修补。智能集线器的另一个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 Mb/s、16 Mb/s和100 Mb/s的速率，即支持以太网、令牌环和FDDI。本讲稿第四十三页，共一百二十三页 4)交换集线器 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里。高端集线器还提供其他一些特性，如冗余交流电源、内置直流电源、冗
26、余风扇，还有线缆连接的自动中断、模块的热插拔、自动调整10Base-T接头的极性，再如冗余配置存储、冗余时钟，有些集线器还集成了路由和桥接功能。本讲稿第四十四页，共一百二十三页 2集线器的常见端口集线器的常见端口 集线器通常都提供三种类型的端口，即RJ-45端口、BNC端口和AUI端口，以适用于连接不同类型电缆构建的网络。一些高档集线器还提供光纤端口和其他类型的端口。1)RJ-45端口 RJ-45端口可用于连接RJ-45接头，适用于由双绞线构建的网络。这种端口是最常见的，一般来说以太网集线器都提供这种端口。我们平常所讲的多少口集线器，就是指的具有多少个RJ-45端口，如图2-11所示。本讲稿第
27、四十五页，共一百二十三页图2-11 集线器的RJ-45端口本讲稿第四十六页，共一百二十三页 集线器的RJ-45端口既可以直接连接计算机、网络打印机等终端设备，也可以与其他交换机、集线器等集线设备和路由器进行连接。需要注意的是，当连接至不同设备时，所使用的双绞线电缆的跳线方法有所不同。本讲稿第四十七页，共一百二十三页 2)BNC端口 BNC端口就是用于与细同轴电缆连接的接口，它一般是通过BNC T型接头进行连接的。图2-12所示的是一个集线器BNC端口通过BNC T型接头连接的示意图。本讲稿第四十八页，共一百二十三页图2-12 集线器的BNC端口本讲稿第四十九页，共一百二十三页 大多数10 Mb
28、/s集线器都拥有一个BNC端口。当集线器同时拥有BNC和RJ-45端口时，由于既可通过RJ-45端口与双绞线网络连接，又可通过BNC端口与细缆网络连接，因此，可实现双绞线和细同轴电缆两个采用不同通信传输介质的网络之间的连接。这种双接口的特性可用于兼容原有的细同轴电缆网络(10Base-2)，并可实现逐步向主流的双绞线网络(10Base-T)的过渡，当然还可实现与远程细同轴电缆网络(少于185 m)之间的连接。本讲稿第五十页，共一百二十三页 3)AUI端口 AUI端口可用于连接粗同轴电缆的AUI接头，因此这种端口用于与粗同轴电缆网络的连接，它的示意图如图2-13所示。目前带有这种端口的集线器比较
29、少，主要是在一些骨干级集线器中才具备。由于采用粗同轴电缆作为传输介质的网络造价较高，且布线较为困难，因此，实践中真正用粗同轴电缆进行布线的情况已十分少见。不过，由于单段粗同轴电缆的网络(10Base-5)所支持的传输距离高达500 m，因此，完全可以使用粗同轴电缆作为较远距离网络之间连接的通信电缆。因此，这也可以作为一种廉价的远程连接解决方案。本讲稿第五十一页，共一百二十三页图2-13 集线器的AUI端口本讲稿第五十二页，共一百二十三页 借助于收发器，AUI端口也可实现与RJ-45端口、BNC端口甚至光纤端口的连接。图2-14所示的从左至右分别为：AUI to RJ-45收发器(用于实现AUI
30、端口与RJ-45端口的连接)、AUI to BNC收发器(用于实现AUI端口与BNC端口的连接)、AUI to ST收发器(用于实现AUI端口与光纤端口的连接)。当然这种收发器的种类还有许多，如RJ-45 to RS-232、RJ-45 to BNC等。这种转接口收发器的主要品牌有D-Link、HP等。这种产品起到一个接口类型转换的作用(当然不是电缆连接这么简单，需要通过一定电路来完成)，所以通常称之为“转接器”。本讲稿第五十三页，共一百二十三页图2-14 不同种类的收发器本讲稿第五十四页，共一百二十三页 4)集线器堆叠端口这种端口是只有可堆叠集线器才具备的，它的作用也就是如它的名字一样，是用
31、来连接两个可堆叠集线器的。一般来说，一个可堆叠集线器中同时具有两个外观类似的端口：一个标注为“UP”；另一个标注为“DOWN”。在连接时用电缆从一个集线器的“UP”端口连接到另一个可堆叠集线器的“DOWN”端口上，UP称为“母”头，所以连接线端就必须为“公”头了，不过这种连接线是在购买可堆叠集线器时由厂家提供的。集线器的堆叠端口示意图如图2-15所示。本讲稿第五十五页，共一百二十三页图2-15 集线器的堆叠端口本讲稿第五十六页，共一百二十三页2.2.3 交换机交换机 集线器作为第一类广泛应用的网络集线设备，在各种局域网中应用非常广泛。但随着网络传输媒体类型的日益丰富，图形、图像及各种流媒体等多
32、媒体内容的出现，人们对网络数据传输速度和传输性能的要求日益提高。由于集线器本身的共享介质传输、单工数据操作和广播数据发送方式等因素都先天决定了很难满足用户的上述速度和性能要求，因此在用户的需求和全球各大网络设备开发商的努力下，一种更新、更实用的集线设备交换机出现了。交换机完全克服了集线器的上述种种不足之处，所以在短时间内得到了业界广泛的认可和应用，交换机技术也得到了飞速发展，数据传输速度的发展也是一日千里。目前最快的以太网交换机端口带宽可达到10 Gb/s，千兆(Gb)级的交换机在各企业骨干网络中早已得到广泛应用。本讲稿第五十七页，共一百二十三页 交换机的英文名称为“Switch”，它是集线器
33、的升级换代产品。从外观上来看，它与集线器基本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体，如图2-16所示。交换机是按照通信两端传输信息的需要，采用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的设备的统称，广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。本讲稿第五十八页，共一百二十三页图2-16 交换机本讲稿第五十九页，共一百二十三页 1交换机的分类交换机的分类 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PC机及网络打印机等。从传输介质和传输速度
34、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)。另一方面，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。本讲稿第六十页，共一百二十三页 我们知道，网络设备
35、都是工作在OSI/RM模型的对应层次上的，工作的层次越高，说明其设备的技术性越高，性能也越好，档次也就越高。交换机也一样，随着交换技术的发展，交换机由原来工作在OSI/RM模型的第二层，发展到现在可以工作在第四层，所以，根据工作的协议层交换机可分第二层交换机、第三层交换机和第四层交换机。本讲稿第六十一页，共一百二十三页 第二层交换机是对应于OSI/RM模型的第二协议层来定义的，因为它只能工作在OSI/RM模型的第二层数据链路层。第二层交换机依赖于数据链路层中的信息(如MAC地址)完成不同端口间的数据交换，主要功能包括物理编址、错误校验、帧序列以及数据流控制，这是最原始的交换技术产品。目前桌面型
36、交换机一般属于该类型，因为桌面型交换机一般来说所承担的工作复杂性不是很强，又处于网络的最基层，所以也就只需要提供最基本的数据链接功能。目前第二层交换机应用最为普遍(主要是价格便宜，功能符合中、小企业的实际应用需求)，一般应用于小型企业或中型以上企业网络的桌面层次。要说明的是，所有的交换机在协议层次上都是向下兼容的，也就是说所有的交换机都能够工作在第二层。本讲稿第六十二页，共一百二十三页 第三层交换机对应于OSI/RM模型的第三层网络层，也就是说，这类交换机可以工作在网络层，它比第二层交换机更高档，功能更强。第三层交换机因为工作于OSI/RM模型的网络层，所以它具有路由功能，它将IP地址信息提供
37、给网络供路径选择，并实现不同网段间的数据交换。当网络规模较大时，可以根据特殊应用需求将其划分为小而独立的VLAN网段，以减小广播所造成的影响。通常这类交换机采用模块化结构，以适应灵活配置的需要。在大、中型网络中，第三层交换机已经成为基本的配置设备。本讲稿第六十三页，共一百二十三页 第四层交换机是采用第四层交换技术开发出来的交换机产品，当然它工作于OSI/RM模型的第四层传输层，直接面对具体应用。第四层交换机支持的协议是各种各样的，如HTTP，FTP、Telnet、SSL等。在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址(VIP)，每组服务器支持某种应用。在域名服务器(DNS)中存储的每
38、个应用服务器的地址是VIP，而不是真实的服务器地址。本讲稿第六十四页，共一百二十三页 第四层交换技术相对原来的第二层、第三层交换技术具有明显的优点。从操作方面来看，第四层交换是稳固的，因为它将包控制在从源端到目的端的区间中。另一方面，路由器或第三层交换只针对单一的包进行处理，不清楚上一个包从哪来，也不知道下一个包的情况，它们只是检测包报头中的TCP端口数字，根据应用建立优先级队列，路由器根据链路和网络可用的结点决定包的路由，而第四层交换机则是在可用的服务器和性能基础上先确定区间。目前，这种交换技术尚未真正成熟且价格昂贵。本讲稿第六十五页，共一百二十三页 2交换机的配置方式交换机的配置方式 绝大
39、多数企业所配置的交换机都是桌面型而非网管型的，根本不需任何配置，纯属“傻瓜”型，与集线器一样，接上电源，插好网线就可以正常工作。网管型交换机可以通过两种方法进行配置：一种是本地配置，另一种是远程配置。应注意的是，后一种配置方法只有在前一种配置成功后才可进行。1)本地配置方式 因为笔记本电脑具有便携性能，所以配置交换机通常都是采用笔记本电脑进行的，在无笔记本电脑的情况下，也可以采用台式机，但移动起来麻烦些。交换机的本地配置方式是通过计算机与交换机的Console端口直接连接的方式进行通信的，它的连接示意图如图2-17所示。本讲稿第六十六页，共一百二十三页图2-17 交换机本地配置连接示意图本讲稿
40、第六十七页，共一百二十三页 可进行网络管理的交换机上一般都有一个Console端口，它是专门用于对交换机进行配置和管理的端口。通过Console端口连接并配置交换机，是配置和管理交换机必须经过的步骤。虽然除此之外还有其他若干种配置和管理交换机的方式(如Web方式、Telnet方式等)，但是，这些方式都必须对Console端口进行基本配置后才能进行。因为其他方式往往需要借助于IP地址、域名或设备名称才可以实现，而新购买的交换机显然不可能内置有这些参数，所以通过Console端口连接并配置交换机是最常用、最基本也是网络管理员必须掌握的管理和配置方式。本讲稿第六十八页，共一百二十三页 Console
41、端口的类型绝大多数都采用RJ-45端口，但也有少数采用DB-9串口端口或DB-25串口端口。无论交换机采用DB-9或DB-25串口端口，还是采用RJ-45端口，都需要通过专门的Console线连接至配置用的计算机(通常称作终端)的串口端口。与交换机不同的Console端口相对应，Console线也分为两种：一种是串行线，即两端均为串行接口(两端均为母头)，两端可以分别插入至计算机的串口和交换机的Console端口；另一种是两端均为RJ-45接头(RJ-45 to RJ-45)的扁平线。由于扁平线两端均为RJ-45接头，无法直接与计算机串口进行连接，因此，还必须同时使用一个如图2-18所示的RJ
42、-45 to DB-9(或RJ-45 to DB-25)适配器。本讲稿第六十九页，共一百二十三页图2-18 转换适配器本讲稿第七十页，共一百二十三页 2)远程配置方式 在前面的本地配置方式中已为交换机配置好了IP地址，我们可通过IP地址与交换机进行通信，但要注意，只有网管型的交换机才具有这种管理功能。这种远程配置方式中又可以通过两种不同的方式来进行。(1)Telnet方式：Telnet协议是一种远程访问协议，可以用它登录到远程计算机、网络设备或专用TCP/IP网络。Windows系统、UNIX/Linux等系统中都内置有Telnet客户端程序，我们可以用它来实现与远程交换机的通信。本讲稿第七十
43、一页，共一百二十三页 在使用Telnet连接至交换机前，应当确认已经做好以下准备工作：在用于管理的计算机中安装有TCP/IP协议，并配置好了IP地址信息；在被管理的交换机上已经配置好IP地址信息，如果尚未配置IP地址信息，则必须通过Console端口进行设置；在被管理的交换机上建立了具有管理权限的用户帐户(例如Cisco交换机默认的管理员帐户为“Admin”)，然后在计算机上运行Telnet客户端程序，并登录至远程交换机进行配置。本讲稿第七十二页，共一百二十三页 (2)Web浏览器方式：当利用Console端口为交换机设置好IP地址信息并启用HTTP服务后，即可通过支持JAVA的Web浏览器访
44、问交换机，并可通过Web浏览器修改交换机的各种参数并对交换机进行管理。事实上，通过Web界面，可以对交换机的许多重要参数进行修改和设置，并可实时查看交换机的运行状态。不过在利用Web浏览器访问交换机之前，应当确认已经做好以下准备工作：在用于管理的计算机中安装有TCP/IP协议，且在计算机和被管理的交换机上都已经配置好了IP地址信息；用于管理的计算机中安装有支持JAVA的Web浏览器，如Internet Explorer 4.0及以上版本、Netscape 4.0及以上版本等；在被管理的交换机上建立了拥有管理权限的用户帐户和密码；被管理的交换机的Cisco IOS支持HTTP服务，并且已经启用了
45、该服务，否则，应通过Console端口升级Cisco IOS或启用HTTP服务。本讲稿第七十三页，共一百二十三页2.2.4 路由器路由器 1路由器概述路由器概述 路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它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。路由器与前面所介绍的集线器和交换机不同，它不是应用于同一网段的设备，而是应用于不同网段或不同网络之间的设备，属网际设备。路由器之所以能在不同网络之间起到“翻译”的作用，是因为它不再是一个纯硬件设备，而是具有相当丰富路由协议的软、硬结构设备，如RIP协议、OSPF协议、EIGRP协议、IP
46、V6协议等。这些路由协议就是用来实现不同网段或网络之间的相互“理解”。本讲稿第七十四页，共一百二十三页 从本质上说，路由器也是一台计算机，其操作系统是在计算机引导时从ROM中装入内存的。随着Internet和企业网络的不断普及，路由器这种网络设备也被大量地采用。目前，市场上的路由器品牌很多，其中Cisco(思科)路由器在技术方面最为权威，从某种意义上来说它是路由器的代名词，所以人们一讲到路由器就会想到Cisco。Cisco的路由器不仅产品非常齐全(低端有Cisco 1600/1700系列，中端有Cisco 2500/2600/3600系列，高端有Cisco 7200/12000系列等)，而且其
47、技术也是最先进的，它引导着整个市场。本讲稿第七十五页，共一百二十三页 新购买的路由器的配置文件是空的，管理人员必须编辑路由器的配置文件，并将其写入路由器的NVRAM(属于一种内存)。这样，路由器在下次启动时会根据配置文件来进行相应操作。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据路径表(Routing Table)，供路由选择时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理
48、员固定设置好的，也可以由系统动态修改，既可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。本讲稿第七十六页，共一百二十三页在路由器中涉及到两个有关地址的名字概念，那就是：静态路径表和动态路径表。由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态(Static)路径表，它一般是在系统安装时根据网络的配置情况预先设定的，不会随网络结构的改变而改变；动态(Dynamic)路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表。路由器根据路由选择协议(Routing Protocol)提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。本讲稿第七十七页，共一百二十三页 2路由器的功能路由器的功
49、能 路由器的主要功能就是“路由”的作用，通俗地讲就是“向导”作用，主要用来为数据包转发指明一个方向。但如要细分的话，路由器的“路由”功能可以分为以下几个方面：(1)在网际间接收结点发来的数据包，然后根据数据包中的源地址和目的地址，对照自己缓存中的路径表，把数据包直接转发到目的结点，这就是路由器最主要，也是最基本的作用路由作用。本讲稿第七十八页，共一百二十三页 (2)为网际间的通信选择最合理的路由。这个功能其实是上述路由功能的一个扩展。如果有几个网络通过各自的路由器连在一起，一个网络中的用户要向另一个网络中的用户发出访问请求，路由器就会分析发出请求的源地址和接收请求的目的结点地址中的网络ID号，
50、找出一条最佳、最经济、最快捷的通信路径。就像我们平时到了一个陌生的地方，不知道到目的地的最佳走法，这时我们就得找一个向导，这个向导就会告诉我们这个最佳的路径，因为他熟悉各条路的走法。这里所讲的路由器就相当于“向导”。本讲稿第七十九页，共一百二十三页 (3)拆分和包装数据包。这个功能也是路由功能的附属功能。因为有时在数据包转发过程中，由于网络带宽等因素，数据包过大的话，很容易造成网络堵塞，这时路由器就要把大的数据包根据对方网络带宽的状况拆分成小的数据包，到了目的网络的路由器后，目的网络的路由器就会再把拆分的数据包装成一个原来大小的数据包，再根据源地址网络路由器的转发信息获取目的结点的MAC地址，