网络硬件设施简介

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1、第 2 章 网络硬件设施简介2.1 网络传输介质网络传输介质分两大类：传导型介质和辐射型介质。2.1.1 传导型介质信号通过电路传输时，传导型介质利用导体传导即承载信号。金属导体被用 来传输电信号，通常由铜线制成，双绞线和大多数同轴电缆就是如此。有时也使 用铝，最常见的应用是有线电视网络覆以铜线的铝质干线电缆。玻璃纤维通常用 于传导光信号的光纤网络。1双绞线双绞线类型有非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。具体如下： 非屏蔽双绞线（UTP），如图2-1所示，价格低廉、容易安装及重新配置， 无疑是最常见的传输介质，它由两股线规很细的铜线（通常为实心）组成，互相 绝缘，以固定间隔彼此绞合在一起，绞合的作用是为

2、抵消电脉冲传输过程中所形 成的电磁场。现在，UTP被广泛用于局域网（LAN）领域，以便把终端与集线器、 交换机和路由器连接起来。在传输距离（100米）范围内，5类UTP的传输速率可 以达至U 100Mbps（bit per second），甚至 1000Mbps。图2-1 非屏蔽双绞线 铝箔屏蔽的双绞线FTP，如图2-2所示，带宽较大、抗干扰性能强。相对的, 屏蔽线比非屏蔽线价格及安装成本要高一些，线缆弯曲性能稍差。 六类线及之 前的屏蔽系统多采用这种形式。图2-2 屏蔽双绞线 独立屏蔽双绞线STP，如图2-3所示，每一对线都有一个铝箔屏蔽层，如图2-3所示。四对线合在一起还有一个公共的金属编

3、织屏蔽层，这是七类线的标准 结构。它适用于高速网络的应用，提供高度保密的传输，支持未来的新型应用， 有助于统一当前网络应用的布线平台，使得从电子邮件到多媒体视频的各种信 息，都可以在同一套高速系统中传输。额外的屏蔽层使得七类线有一个较大的线 径，这些特点要求在设计安装和端接时要特别小心，要留有很大的空间和较大的 弯曲半径。图2-3 独立屏蔽双绞线 屏蔽双绞线需要一层金属箔即覆盖层把电缆中的每对线包起来，有时候利用 另一覆盖层把多对电缆中的各对线包起来或利用金属屏蔽层取代这层包在外面 的金属箔。覆盖层和屏蔽层有助于吸收环境干扰，并将其导入地下以消除这种干 扰。这意味着金属箔和屏蔽层在焊接时必须与

4、焊接导体时同样小心，而且确保导 入地下的机制安全可靠。STP和FTP的成本高得多，而且安装过程难得多。双绞线根据应用场合不同，有三种做法： 直通线，双绞线两端接入RJ45 （水晶头）的线序相同，即橙白（与橙色绞在 一起的那根白色）、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕，这种线序标准叫 T568B，还有一种线序标准叫T568A,目前，中国使用的普遍是T568B标准。 这种线主要用于不同种设备的互连，比如PC机一一交换机、PC机集线 器、交换机路由器等。 交叉线，双绞线两端接入RJ45的线序不同，一端保持T568B的线序，另一端把1和3， 2和6互换，有人可能会奇怪，双绞线中有8根，为何只交叉其中的4

5、 根呀？双绞线虽然有8根，但真正用于数据传输的只有1， 2， 3， 6这4根线， 剩下4根主要起屏蔽等辅助作用。这也是我们经常发现有些工程中只有一根 双绞线接入，电脑和电话却都可以使用，这是因为施工人员为图方便，偷工 减料，把双绞线中不用的两根挪用给电话了。这种线主要用于同种设备的互 连，比如PCPC,路由器路由器，交换机交换机，尤其值得注意的是“PC一路由器”也用此种线缆，因路由器起源于PC机，从工作原 理到硬件配置都非常的相似。 全反线，双绞线两端接入RJ45的线序完全相反，这种线主要用于对路由器和 交换机进行初始配置的之用，有时也用于异步传输。随着技术的发展，现在有些新款集线器或交换机能

6、自动识别所接设备的类 型，并调整接口状态，自动适应线缆的类型。2同轴电缆如图2-4所示，与UTP相比，同轴电缆含有线规较粗的单层实心导体。导体一 般由铜或覆以铜的铝制成。中间的导体外面覆以一层绝缘材料，这有助于把中间 的导体和外面的金属箔屏蔽层隔开来，这种绝缘材料有助于把传输数据的导体与 屏蔽层隔离开来。外面通常会包一层金属网、再包一层电缆护皮加以保护。中间 粗粗的导体可支持高频信号，几乎不会出现困扰UTP及其同类电缆的信号衰减问 题。图2-4 同轴电缆有线电视系统传统上使用同轴线支持高达500 750MHz的信号，传输距离相 当远。信号通常被细分成6MHz的频率信道，用于下行电视传输。当前的

7、系统还 越来越多地划分不同带宽的信道，以实现双向数据甚至语音传输。同轴电缆传输系统目前在国内外有线电视网络仍占有主要地位，它是由多级 干线放大器级联， 1级桥接放大器和2级分配放大器组成。干线放大器大都采用压 铸铝合金机盒安装在干线上，对信号进行放大，以补偿干线电缆的损耗，使传输 线路进一步延伸。桥接放大器是干线放大器的派生品种。干线桥接放大器除放大干线中的信号 外，还分出几路支线信号传输到用户分配系统。而桥接放大器则对干线中的信号 不放大，仅对分出的几路信号进行放大并送到用户分配系统。为了能带动更多的 用户，在甚高频有线电视系统中可在支线上再串接2台分配放大器，在全频道系 统中则只能串接1台

8、分配放大器，分配放大器的输出可直接驱动用户分配网。在电缆传输的有线电视系统中，从前端发出的射频电视信号是用同轴电缆传 输给用户的。由于所传输的射频信号都在高频段，因而需要使用比较粗的同轴电 缆以降低损耗，传输较远的距离。对于同轴电缆传输系统，虽然国内外各种放大器的性能已达到相当高的水 平，而且在减少同轴电缆衰减、减少温度系数、提高同轴电缆寿命等方面做了不 少的工作，从而在同样的电长度下能传输更远的距离和提高系统的可靠性，但是 由于同轴电缆传输系统离不开放大器和同轴电缆，系统本身存在一些难以克服的 缺陷，不能无限制地级联干线放大器来增加传输的距离，因而，同轴电缆传输系 统的发展受到了限制。以太网

9、及其它LAN技术原先使用同轴线是因为它能支持高频信息，而且不受 EMI （电磁干扰）影响。然而，面对迅猛发展的数据级UTP,成本高昂加上安装 困难导致同轴线退居其后。同轴电缆根据精细程度不同，分成粗缆和细缆，粗缆的传输距离是500米， 细缆的传输距离是185米。3光纤光导纤维简称光纤，它的特点是传输距离远，不易受到电磁干扰。光纤是细 如头发般的透明玻璃丝，可用来传导光信号。光纤由纤芯和包层组成。由于纤芯 的折射率大于包层的折射率，故光波在界面上形成全反射，使光只能在纤芯中传 播，实现通信。光纤按组成成分来分，有以SiO2为主要成分的石英纤维，有多种组分的多组 分纤维，有以塑料为材料的塑料纤维等

10、。按光纤横截面上折射率来分，有单模光纤和多模光纤。单模光纤采用激光作 为光源，传输的方向是沿光纤直径方向（如图2-5所示），故单模光纤传输速度 较快、传输距离较远、价格相对较贵；多模光纤采用发光二极管作为光源，传输 的方向是全反射，故传输速度较慢、传输距离较近、价格相对较便宜。图2-5 光在多模和单模光纤中的传输方向光纤的主要特性有两项，即损耗和色散。光纤每单位长度的损耗或衰减 （dB/km），关系到光纤传输系统的传输距离和中继站的间隔距离，这是一个首要 的特性，对数字信号的传输尤其重要。色散使光纤中的光脉冲在传输过程中发生 展宽和畸变，由于脉冲宽度与频带宽度成反比，脉冲宽度越大，带宽越窄，脉

11、冲 展宽的程度（即带宽的宽窄）直接关系到光纤传输系统的信息容量，决定了在给定 传输距离和误码条件下的码速率上限（即信息传输容量）。目前常用的石英光纤的损耗已接近理论极限，短波段的损耗可达2.1dB/km, 长波段的损耗可达0.2dB/km。光纤的带宽可达数十GHz/km，并在1.3靘波长左右 可实现零散色区，光纤传输正向长波段、单模光纤发展。光纤传输系统主要由光纤（或光缆）和中继器组成。在短距离传输系统中，一 般不需要中继器，从发送部分输出的已调光波经耦合器进入光纤。光纤是光纤传 输系统的主要组成部分， 其特性好坏对光纤传输系统的性能有很大的影响。为 了增加光纤传输系统的传输距离和传输容量，对

12、光纤传输特性总的要求是损耗尽 可能低和带宽尽可能宽。虽然光纤的损耗和带宽限制了光波的传输距离，由于光 纤损耗很低，故光纤传输的中继距离通常比其它有线通信，甚至比微波通信大得 多。2.1.2辐射型介质辐射型介质并不利用导体，如图2-6所示。确切地说，信号完全通过空间从发 射器发射到接收器。辐射介质有时被称为无线电波系统，更正确地说是空间波或 自由空间系统。只要发射器和接收器之间有空气，就会导致信号减弱及失真。图2-6 无线传输在广泛适用的辐射传输系统这一类当中，无线电系统最常见，我们着重介绍 微波和卫星。还有一系列针对特定应用的变种，包括传呼、蜂窝、无绳电话和各 种分组无线系统。自由空间激光系统

13、最常见的就是红外线（Ir），从本质上来说 基于光技术，但不依赖玻璃或塑料导体。相反，信号完全通过空间发射。1、微波所谓微波是指频率大过于1 GHz的电波。如果应用较小的发射功率（约一瓦） 配合定向高增益微波天线，再于每隔1050英哩（约为1680KM）的距离设置 一个中继站就可以架构起微波通信系统。数字微波设备所接收与传送的是数字信 号，数字微波采用正交调幅（QAM）或移相键送（PSK）等调幅方式，传送语 音、数据或是影像等数字信号。与模拟微波比较起来，数字微波具有较佳的通信 品质，而且在长距离的传送过程中比较不会有杂音累积。微波传播的类型可分为两种，一是自由空间传播（Free Space T

14、ransmission）， 也就是在收发二地之间没有任何阻隔，也没有任何其它的影响（包括反射、折射、 绕射、散射或吸收）下传播，不过这种环境在现实生活中很少会出现；另一种则 是视线传播。当然如果是在完美的状况下，视线传播与自由空间传播并无显著的 差别，不过因为视线传播有将大气层折射与地面物反射等影响因素列入考量，所 以在现实的环境中使用时就会与自由空间传播产生极大的差异。自由空间传播是假设微波传输的两点之间没有物体阻挡，而且除了两点间直 线上不能有阻碍物体外，直线附近的某一个范围内也必须避免物体存在才行，因 为微波天线虽具有良好的指向性，但它所发射的信号路径到底不是一条单纯的直 线，它所发射的

15、波面（Front）是会逐渐扩大的，若这些散逸的电波遇到物体阻 挡，就会变成经由反射路径达到接发点，反射路径与直线路径因为长度不等，所 以到达接收点的相位自然有差，这就是干扰的形成，这种干扰偶尔会对传播有 利，但通常它都是有害的，所以若是以自由空间传播的方式进行则电波传播路径 的直线周围必须预留相当大的空间，这些空间被称之为空城（Clearance）。但是若使用视线传播则不然，当二地相距数10KM，其中有无山林房屋阻挡 常常无法凭视觉决定，再加上地面本身就是弯曲的视线，视线是否会被地弧所阻 也是问题之一，不过上述这些问题都可以藉由精确的地面测量图及实地现场勘测 后绘制的地图来解决（目前以林务局航

16、空测量所可绘制的五分之一空照图最为精 准），在预定收发两点间画一直线即可判断二地之间会受到多少阻碍。工作在微波频谱上的还有几种无线本地环路（WLL）系统，如本地多点分布 业务（LMDS）和多点多信道分布业务（MMDS）系统。这些系统利用了扩散光 束而不是紧密聚焦光束，但用于距离一般限于3到5英里左右的短程应用。一些无 线局域网（WLAN）利用微波范围的射频，而另一些工作在900MHz范围上。2、卫星卫星其实就是非地面微波，有些情形下工作在与地面系统同一频率范围上。在70和80年代，卫星通信一般使用大型地面站，通过直径1030米的天线进行通 信，那时用户在全球或远距离上打电话、接收电视或其他任何

17、信号，需要这样的 大地球站和大天线。在80年代末、90年代初，当卫星技术进一步发展时，情况发 生了相当大的变化，用户可以从很多地方接收卫星信号。如航行在大海的舰船、 每小时以800公里以上的速度飞行的飞机、运行速度大于每秒78公里的空间飞 行器和卫星、处于困境中的飞机或船只、行人和行进中的汽车等。卫星在多种轨道中提供通信，使人们之间进行有效的沟通联络。各种普通的 卫星通信业务包括电话、电视广播、数据接收与分发、直播电视、灾害预警、气 象监测、航空器跟踪和指令、星际链路、邮件传递、互联网接入、数据采集、 GPS定位和定时、移动车辆跟踪等。卫星通信网络可能是推动社会各个领域发 生变化的介质。为有助

18、于把通信网络迅速延伸到人迹罕至和偏远地点，除传统的 地面链路、光纤链路外，卫星通信将起着举足轻重的作用。在未来的社会生活中，最常见的通信方式是移动个人通信，即用户在任何地 点、任何时间，与他人交换各种信息，如话音、数据、视频和图像。构成这种移 动通信的基础的关键要素是小型廉价的手持式通信机，且使用不受地点、地界束 缚的单一电话号码。因此，也许可以这样认为，未来的通信将以移动个人通信业 务为主，总体系统设计将围绕卫星通信进行。卫星具有诸多优点，包括覆盖区域广泛。由于处在如此高的高度，它们所能 发射及接收信号的范围很大。因此，卫星在点对多点和广播应用具有很大优势。然而与所有微波系统一样，卫星的性能

19、随天气的变化而有所不同。传播延迟 是卫星的一大问题，因为信号要在发射器和接收器之间通过长达45000英里的距 离 所以即使以光速传输，也需要一段时间。3、红外线红外线及其它自由空间光学系统用于短程应用，在可以获得直接视线的场合 最有效。一些WLAN利用红外线，譬如，两台笔记本电脑就可以通过红外线进行 数据传输，有些手机也支持红外线功能，可以通过红外线与笔记本电脑进行数据 交互。2.1.3 传导型介质与辐射型介质比较就最基本方面而言，传导系统与辐射系统有着明显区别。传导系统使用绝缘和覆盖材料（有时是屏蔽层）包起来的导体。因此，不会 受外部因素如EMI和水气的干扰。如果绝缘、覆盖和屏蔽材料没有受到

20、钉子、老 鼠、挖土机、打桩机或其它破坏工具的损坏，一旦合理安装，预计传导系统就会 正常工作。合理安装意味着要获得地方政府的批准、挖沟、埋管道以铺设电缆（在 不同点进行焊接）、设置检修孔、将当地电力输送到放大器和中继器、安放交叉 连接设备等。此外，架空系统需要立杆、架设电缆，这比铺埋设备来得快速、方 便，但仍然耗时长、成本高。辐射系统的部署常常速度快得多、成本低得多。要为发射及接收天线获得许 可权以及或者屋顶架设权，但相关的成本、难度和耗时常常比传导系统低得多。 卫星需要难度更大、成本更高的部署过程，但对一系列特殊应用而言它具有优点。 辐射系统存在几大问题：首先，视线总是更可取，而且常常是必需的

21、。其次，无线电波的质量会因天气出现很大变化，天气对传输性能具有重大影 响，完全不受人的控制。第三，射频频谱资源有限、远远供过于求、受到严格管制、获得成本非常高。有些系统所用的免许可证频谱随处可得，但与其它系统和用户共享。当然， 辐射系统的一大优点是不用线缆，因而大大简化了配置和重新配置。其实，辐射 系统具有高度便携性。蜂窝、传呼和各种无线系统也具有移动性优点，有线系统 根本不具备这点。网络的信息依靠传输介质来承载，网络的发展离不开传输介质的发展，在网 络高速发展的今天，我们应该高度重视传输介质的研究，同时在组网时我们应该 认真比较和论证，以确定适合自己网络的传输介质。2.2 网络硬件设备组成小

22、型局域网的主要硬件设备有网卡、中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关、宽带路由器等网络互连设备，以下对这些网络进行介绍。2.2.1 网卡网卡（NetworkInterfaceCard, NIC）也叫网络适配器，是连接计算机与网络的 硬件设备，网卡的主要工作原理是整理计算机上发往网线上的数据，并将数据分 解为适当大小的数据包之后向网络上发送出去。对于网卡而言，每块网卡都有一 个唯一的网络节点地址，它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM （只读存储芯片） 中的，我们把它叫做MAC地址（物理地址），且保证绝对不会重复，但可以人 为的修改MAC地址的显示（并没有更改ROM中的内容，当计算机重新安装操作

23、 系统后，MAC地址还是出厂时的MAC地址）。网卡插在计算机或服务器扩展槽 中，通过网络线（如双绞线、同轴电缆或光纤）与网络交换数据、共享资源。选 购网卡需考虑以下几个因素： 速度网卡的速度描述网卡接收和发送数据的快慢，10M的网卡价格较低（基本被 淘汰，现市面上很难买到）；在传输频带较宽的信号或交换式局域网中，应选用 速度较快的100M网卡；1000M网卡现也越来越普遍，最新购买的服务器几乎都 配备了千兆的网卡。 总线类型常见网卡按总线类型可分为ISA网卡、PCI网卡等。ISA网卡以16位传送数据， 速度较慢，现已基本淘汰。PCI网卡以32位传送数据，速度较快。目前市面上大 多是1OM、10

24、0M和1000M的PCI网卡，建议不要购买过时的ISA网卡，除非用户 的计算机没有PCI插槽。 接口常见网卡接口有BNC接口、RJ-45接口和光纤接口。接口的选择与网络布线 形式有关，在小型共享式局域网中，BNC口网卡通过同轴电缆直接与其它计算机 和服务器相连；RJ-45 口网卡通过双绞线连接集线器或交换机，再通过集线器或 交换机连接其它计算机和服务器；提供光纤接口的网卡，多为千兆网卡，最要是 出于连接速度方面的考虑。2.2.2 中继器前面介绍过双绞线理论上的最大传输距离是100米，如果超过100米，由于信 号的衰减，很难保证信息传输的正确性，解决的办法就是使用中继器（Repeater）, 又

25、称重发器，是一种最为简单的互连设备。中继器仅适用于以太网，可将两段或 两段以上以太网互连起来。中继器只对电缆上传输的数据信号再生放大，再重发 到其它电缆段上。对链路层以上的协议来说，用中继器互连起来的若干段电缆与 单根电缆并无区别（除了中断器本身会引起一定的时间延迟外）。2.2.3 集线器集线器相当于多端口的中继器，也可以把信号整形、放大后发送到所有节点 上。我们知道在环型网络中只存在一个物理信号传输通道，都是通过一条传输介 质来传输的，这样就存在各节点争抢信道的矛盾，传输效率较低。引入集线器这 一网络设备后，每一个工作站是用它自己专用的传输介质连接到集线器的，各节 点间不再只有一个传输通道，

26、各节点发回来的信号通过集线器集中，集线器再把 信号整形、放大后发送到所有节点上，这样至少在上行通道上不再出现碰撞现象。 但基于集线器的网络仍然是一个共享介质的局域网，这里的“共享”其实就是集 线器内部总线，所以当上行通道与下行通道同时发送数据时仍然会存在信号碰撞 现象。当集线器将在其内部端口检测到碰撞时，产生碰撞强化信号（Jam）向集 线器所连接的目标端口进行传送。 这时所有数据都将不能发送成功。出现这种 网络现象我们可以用一个形象的现实情形来说明，那就是单车道上同时有两个方 向的车驰来。我们知道，单车道上通常只允许一个行驶方向的车通过，但是在小 城镇，条件有限通常没有这样的规定，单车道也很有

27、可能允许两个行驰方向的车 通过，但是必须是不同时刻经过。在集线器中也一样，虽然各节点与集线器的连 接已有各自独立的通道，但是在集线器内部却只有一个共同的通道，上、下行数 据都必须通过这个共享通道发送和接收数据，这样有可能像单车道一样，当上、 下行通道同时有数据发送时，就可能出现塞车现象。很好理解吧？正因为集线器的这一不足之处，所以它不能单独应用于较大网络中（通常是 与交换机等设备一起分担小部分的网络通信负荷），就像在大城市中心不能有单 车道一样，因为网络越大，出现网络碰撞现象的机会就越大。也正因如此，集线 器的数据传输效率是比较低的，因为它在同一时刻只能有一个方向的数据传输， 也就是所谓的“单

28、工”方式。如果网络中要选用集线器作为单一的连接设备，则 网络规模最好在10台以内，而且集线器带宽应为10/100Mbps以上。集线器除了共享带宽这一不足之处外，还有一个方面在选择集线器时必须要 考虑到，那就是它的广播方式。因为集线器属于O SI七层模型的物理层，基本上 不具有“智能”的能力，更别说“学习”能力了。它也不具备交换机所具有的 MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把 数据包发送到与集线器相连的所有节点，如图2-7所示，所有通过集线器互连的网络属于同一个子网，只有一个广播域，一个冲突域

29、。图2-7 集线器的工作原理这种广播发送数据方式有两方面不足：用户数据包向所有节点发送，很可 能带来数据通信的不安全因素，一些别有用心的人很容易就能非法截获他人的数 据包；由于所有数据包都是向所有节点同时发送，加上以上所介绍的共享带宽 方式，就更加可能造成网络拥塞现象，降低了网络执行效率。2.2.4 网桥网桥是一个LAN与另一个LAN之间建立连接的桥梁。网桥是属于数据链路层 的一种设备，它的作用是扩展LAN网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据 信号，扩展网络的距离，同时又有选择地将带有地址的信号从一个传输介质发送 到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。网桥工作于数据

30、链路层，用于将两个LAN连接在一起并按MAC地址转发帧。 网桥用于扩展LAN，连接两个网段的网桥能从一个网段向另一个网段传送完整而 且正确的帧，不会传送干扰或有问题的帧。任何一对在桥接LAN上的计算机都能 互相通信，而不知道是否有网桥把它们分开。根据路由选择方法，可将网桥分为 两种类型：1、透明的主要用于互联以太网分段。这种网桥传输需在两个不同分段间传输信息，但 是隔绝局部接收分段的信息，网桥因此减少了网络上的通信总量。其工作原理是： 、每个网桥保存一个动态的MAC地址表（由目的站点的MAC地址和交换 机的端口号组成）。 、初始时，该MAC地址表为空，以后通过逆向自学习方法获取路由信息。 逆向

31、自学习方法：当一个MAC帧到达网桥时，网桥根据其源MAC地址以及到达 的端口号，向MAC地址表中增加或刷新一条记录，如图2-8所示，图2-8中包括两 台集线器，四台PC，一台网桥。DOOODCAAAAAA.nnnoncccc匚匚匚SourGc AddrossDeStlnaClon Address匚 Acltlrp 耦PortnoonncAAAAAA1OOODOGB&BBBB1DOOOOCCGCCGC玄DDOCOCDDDDDD2图2-8 网桥工作原理图 、MAC地址表中的每一项都设置一个超时计时器，若超时，则删除该项， 以适应拓扑结构的变化。 、当某一帧到达网桥时，查询MAC地址表：若找到目的M

32、AC地址，贝U向对应的端口转发；若找不到目的MAC地址，则 向所有的端口广播(除了它所到达的端口外)。 、当网络拓扑结构出现环路时，应阻塞某些网桥的某些端口，消除环路， 使网络呈现出生成树结构(Spaning tree)。2、源路由的 通常用于互联令牌环分段。源路由网桥按与透明网桥不同的原理工作。透明网桥 使连机的主机表现出有一连续网络分段的假象。源路由网桥不用决定在什么地方 发送分组，也不用建立主机MAC地址表。源路由网桥要求主机决定所有路由信 息和路由发现。这意味着更多的通信由路由信息产生，假设网上有比网桥更多的 主机。同中继器一样，网桥也是连接两个网段的设备。但和中继器不同之处在于， 网

33、桥能处理一个完整的帧，并使用和计算机相同的接口设备。网桥以一种随机方 式侦听每个网段上的信号，当它从一个网段接收到一个帧时，网桥会检查并确认 该帧是否已完整地到达，然后，如果需要的话就把该帧传送到其它网段。这样， 两个LAN网段通过网桥连接后，就像一个LAN 样。网中任何一台计算机可发 送帧到任何其它的计算机。因为每个网段都支持标准的网络连接并使用标准的帧 格式。计算机并不知道它们是连接在同一 LAN网段中还是连接在一个桥接网中。因为网桥能检查出一些故障，所以比中继器使用广泛。两个网段通过中继器 相连，如果由于闪电而导致其中一个网段上有电干扰，中继器会把它传送到另一 个网段。相反，如果干扰发生

34、在通过网桥连接的网段中，网桥会接收到一个不正 确的帧，就会丢弃该帧。类似地，网桥不会把从一个网段传送来的冲突信号传送 到另一个网段。因此，网桥会把故障控制在一个网段中而不会影响到另一个网段。 网桥比中断器和集线器对数据包做更多的处理，延时也相对增加，一个网桥包括 两个冲突域，一个广播域。2.2.5 交换机与网桥一样，交换机也按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发, 工作原理如图2-9所示。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。 与网桥不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普 通网桥互联网络之间的转发性能。图2-9 交换机的工作原理类似传统的网桥，交换

35、机提供了许多网络互联功能。VLAN型交换机能经济 地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得 交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电 缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站 是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信 息，提供了比传统网桥高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有64 个八进制数的数据包，可提供14880bps的传输速率。这意味着一台具有12个端口、 支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交

36、换器必须提供89280bps的总体吞吐 率（6道信息流X 14880bps /道信息流）。专用集成电路技术使得交换器在更多 端口的情况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型网桥。交换机根据功能来分，可分为： 传统的二层交换机，与集线器相比，仅是多了 MAC地址表的功能。属于 OSI七层模型的数据链路层，有一个广播域，多个冲突域（每个端口就是一个冲 突域）。 VALN型交换机，可网管性交换机，比传统型交换机多了 VLAN的功能。 它仍属于数据链路层，有多个广播域（每个VLA N就是一个广播域），多个冲突 域（每个端口就是一个冲突域）。 三层交换机，比VLAN型交换机多了路由功能，可以把三层交换机

37、想象成 路由器+ VLAN型交换机，但三层交换机的数据包转发性能要比路由器+ VLAN型交换机的性能高出许多倍。它属于O SI七层模型的网络层，具有多个广 播域，多个冲突域。工程中出于安全的考虑，有时需要把IP和MAC进行绑定， 这就需要三层以上的交换机才能完成，因普通的二层交换机只能处在OSI七层模 型的第二层，识别不了三层的IP地址，也就无法完成绑定了。有关交换机的更多介绍和配置，请参阅本书第三部分交换机的配置。2.2.6 路由器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。它不是应

38、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。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、IPV6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”。路由器有两大典型功能，即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转 发决定、背板转发以及输出链路调度等，一般由特定的硬件来完成；控制功能一 般用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中，建 立灵活的连接，可用完

39、全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。路由器 属网络层的一种互联设备，有隔离广播的作用，它每个端口都是一个单独的广播 域、也是一个单独的冲突域。在局域网接入广域网的众多方式中，通过路由器接入互联网是最为普遍的方 式。使用路由器互联网络的最大优点是：各互联子网仍保持各自独立，每个子网 可以采用不同的拓扑结构、传输介质和网络协议，网络结构层次分明，还有的路 由器具有VLAN管理功能。通过路由器与互联网相连，则可完全屏蔽公司内部网 络，起到一个防火墙的作用，因此使用路由器上网还可确保内部网的安全。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In te

40、rnet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）路由器在路 由器技术方面最为权威，从某种意义上来说它是路由器的代名字，所以人们一讲 到路由器这个名字就会想到Cisco这个名字。Cisco的路由器不仅产品线非常齐全 （低端有Cisco 1600 / 1700系列，中端有Cisco 2500 / 2600 / 3600系列，高端有 Cisco 720012000系列等），而且其技术也是最先进的，引导着整个市场。不过 我国的华为，经过近二十年的发展，也已非常强大，在一定程度上它几乎成为了 Cisco公司最具有竞争力的公司之一，有

41、关Cisc。路由器的更多介绍和配置，请参 阅本书第三部分路由器的配置。2.2.7 网关网关（Gateway）是连接两个协议差别很大的计算机网络时使用的设备。它 可以将具有不同体系结构的计算机网络连接在一起。在OSI七层模型中，网关属 于最高层（应用层）的设备。网关的实现非常复杂，工作效率也很难提高，一般只提供有限的几种协议的 转换功能。常见的网关设备都是用在网络中心的大型计算机系统之间的连接上， 为普通用户访问更多类型的大型计算机系统提供帮助。当然，有些网关可以通过软件来实现协议转换操作，并能起到与硬件类似的 作用。但它是以损耗机器的运行时间来实现的。网关在概念上与网桥相似，它与网桥的不同之处

42、就在于： 网关是用来实现不同局域网的连接； 网关建在应用层，网桥建在数据链路层； 网关比起网桥有一个主要的优势，它可以将具有不相容的地址格式的网络 相连起来。2.2.8 宽带路由器多功能宽带路由器是专为满足中小型企业办公和家庭上网需要而设计的，性 能优越、配置简单。提供多方面的管理功能，可对系统、DHCP服务器、虚拟服 务器、DMZ主机、防火墙、上网权限管理、静态路由表等进行管理。同时用户 界面友好，配置简单易用，最主要的是价格便宜（最便宜的目前只需要100多元）。 我使用的一款宽带路由器产品是TP_LINK,它的WEB管理界面如图2-10所示心 |iiTitvTTis- ibj9 i b动e

43、孵文薛口 値悔卫 祁f辿 啪啟 工忌肪加fl IaTCrplv-ru*JS实rruift宽总鮎曲 a. *歸由娠54Mbp$ Wireieas Broadband Router再台 1EEI 2 tl击中 r KIZEE 磁 llbtjit*團加-UK M眄囲淡彌K,冊”带皆克刊兀壬匕用阴加万賈断臼免宦戎違卜性阻名.SI逹菲苦1L阳建牛扎頁 诂冃咅疏戡桁rjiri*cv*7曲船斡朿前更呼卄;3,柜言15F覚jfi些甘加图2-10 TP_LINK无线宽带路由器WEB管理界面2.3 双绞线的制作双绞制作是我们学习计算机网络动手能力的第一步，掌握双绞线的制作是组建星型结构以太网的必要技术之一，同时也

44、是我们日常网络维护的主要内容之2.3.1 制作双绞线准备知识1、以太网中RJ-45水晶头的针脚：在双绞线以太网中，其连接导线只需要两对线: 一对线用于发送，另一对线用于接收。但RJ-45水晶头有8根针脚，一共可连接4 对线。对于10BASE-T以太网的确只使用两对线，这样在RJ-45连接器中就空出来 4根针脚。对于10 0BASE-T4快速以太网，则要用到4对线，即8根针脚都要用至【。实际中要注意区分RJ-45和RJ-11,RJ-11只有6根针脚，用于电话线接头，而RJ-45有8根针脚，用于以太网连接。RJ-11连接器在形状上明显小于RJ-45连接器。2、RJ-45水晶头对8根针脚的编号的规定

45、RJ-45水晶头包括两端，一端是插头，另一端是插孔。插头可以接入机器、交换机或路由器的以太网接口上，而插孔和连接导线（现在最常用的就是采用非屏蔽双绞线的5类线）相连。EIA/TIA制定的布线标准规定了8根针脚的编号。将RJ-45的插头端面对眼睛，并使带有8个铜质接触点的一面在下方，那么最 左边是 最右边是（如图2-11所示）。图2-11 RJ-45引脚编号在10 Mbps秒和100 Mbps以太网中只使用两对导线。也就是说，只使用4根针 脚。那么我们应当将导线连接到哪4根针脚呢？现在标准规定使用的4根针脚（1， 2， 3和6）， 1和2用于发送， 3和4用于 接收（如表2-1所示）：表2-1

46、RJ-45引脚作用表针脚编号作用针脚1发送+针脚2发送-针脚3接收+针脚4不使用针脚5不使用针脚6接收-针脚7不使用针脚8不使用3、不同颜色的4对双绞线与针脚连接EIA/TIA-568标准规定了两种连接标准（并没有实质上的差别），即 EIA/TIA-568A和EIA/TIA-568B。这两种标准的连接方法如图2-12所示。EIA/TIA-56SAELA/TIA-568B图2-12 EIA/TIA-568标准分类图中上方的折线表示这两根针脚连接的是一对双绞线。T568A规定的连接方法是：1绿-白（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橙-白（就是白色的外层上有些橙色，表示和橙

47、色的是 对线）4 蓝色5蓝-白（就是白色的外层上有些蓝色，表示和蓝色的是 对线）6 橙色7棕-白（就是白色的外层上有些棕色，表示和棕色的是 对线）8 棕色T568B规定的连接方法是:1 橙-白2 橙色3 绿-白4 蓝色5 蓝-白6 绿色7 棕-白（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5类线 的两端必须都使用同一种标准。这里特别要强调一下，线序是不能随意改动的。例如，从上面的连接标准来看， 1和2是一对线，而3和6又是一对线。但如果我们将以上规定的线序弄乱，例如，将1和3用作发送的一对线，而将2和4用作接收的一

48、对线，那么这些连接导线的抗干扰能力就要下降，误码率就可能增大，这样就不能保证以太网的正常工作。2.3.2 RJ-45 连接器制作的具体操作步骤上面介绍了 RJ-45连接器8根针脚的编号规定和不同颜色的4对双绞线应当连 接到哪一个针脚的规定。下面介绍RJ-45连接器的制作。步骤1：准备好5类线、RJ-45插头和一把专用的压线钳（如图2-13）。图2-13 做线工具步骤2：用压线钳的剥线刀口将5类线的外保护套管划开（小心不要将里面的 双绞线的绝缘层划破），刀口距5类线的端头至少2厘米（如图2-14）。图2-14 剥线步骤3：将划开的外保护套管剥去（旋转、向外抽）（如图2-15）。图2-15 去线步

49、骤4：露出5类线电缆中的4对双绞线（如图2-16）。图2-16 剥去保护层的双绞线步骤5：按照EIA/TIA-568B标准和导线颜色将导线按规定的序号（橙白橙色 绿白 蓝色 蓝白 绿色 棕白 棕色）排好（如图2-17）。图2-17 排线序步骤6：将8根导线平坦整齐地平行排列，导线间不留空隙（如图2-18）。图2-18 理线步骤7：准备用压线钳的剪线刀口将8根导线剪断（如图2-19）。图2-19 剪线步骤8：剪断电缆线。请注意：一定要剪得很整齐。剥开的导线长度不可太短（10mm12mm），也不可太长。不要剥开每根导线的绝缘外层（如图2-20 所示）图2-20 剪好的线步骤9：将剪断的电缆线放入R

50、J-45插孔中，试试长短，要能插到底，确保每 一根线都能接触到铜片，电缆线的外保护层最后应能够在RJ-45插头内的凹陷处 被压实，以使做好的线更牢固。（如图2-21所示）。图2-21把线按序插入RJ-45步骤10：在确认一切都正确后（特别要注意不要将导线的顺序排列反了）将RJ-45插头放入压线钳的压头槽内，准备最后的压实（如图2-22所示）。图2-22 准备压线步骤1 1 ：双手紧握压线钳的手柄，用力压紧（如图2-23所示） 。请注意，在 这一步骤完成后，插头的8个针脚接触点就穿过导线的绝缘外层，分别和8根导线 紧紧地压接在一起。图 2-23 压线步骤12：完成后双绞线（如图2-25所示）。图2-24 完成后的双绞线。 至此，我们就完成了双绞线一端的制作，另一端的线序如何排列，需根据应用场合，具体请参阅前面“2.1.1 传导型介质”一节的“双绞线”部分。