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1、局域网理论与实务,制作：薄静仪,第二章 局域网的硬件系统,2.1 局域网的传输介质 2.2 集线器 2.3 交换机 2.4 路由器 2.5 网卡 2.6 服务器,2.1 局域网的传输介质,1、双绞线 双绞线（Twisted Pair）是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以逆时针缠绕）在一起而制成的一种通用配线，属于信息通信网络传输介质。 双绞线过去主要是用来传输模拟信号的，但现在同样适用于数字信号的传输。 双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰，更主要的是降低自身信号的对外干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，
2、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。,2.1 局域网的传输介质,双绞线分类： 按照屏蔽层的有无分类屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair，STP)屏蔽双绞线外层由铝泊包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射。 常见的是铝箔屏蔽双绞线（FTP）和独立双层屏蔽双绞线（STP）FTP：整体屏蔽，在多对双绞线外包裹铝箔，最外层是电缆护套，主要应用在电磁干扰较为严重或对数据传输安全性要求较高的布线区域。铝箔总屏蔽屏蔽双绞线（F/UTP）是最传统的屏蔽双绞线，主要用于将8芯双绞线与外部电磁场隔离，对线对之间电磁干扰没有作用。 STP：每个线对都有各自的屏蔽层，在每对线外
3、包裹铝箔后，再在铝箔外包裹铜编织网构成。一般用于电磁干扰比较严重，对数据传输安全性要求很高，或者对网络传输速度要求很高的布线区域。它除了可以抵御外来的电磁干扰外，还可以对抗线对之间的电磁干扰（串扰）。,2.1 局域网的传输介质,非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair，UTP) 非屏蔽双绞线电缆最早在1881年被用于贝尔发明的电话系统中。1900年美国的电话线网络亦主要由UTP所组成，由电话公司所拥有。非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间重量轻，易弯曲，易安装将串扰减至最小或加以消除具有阻燃性具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线价格便宜,2
4、.1 局域网的传输介质,按照线径粗细分类 双绞线常见的有3类线，5类线和超5类线，以及最新的6类线，前者线径细而后者线径粗，如下： 1）一类线（CAT1）：最高频率带宽是750kHZ，用于报警系统，或只适用于语音传输（八十年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。 2）二类线（CAT2）：最高频率带宽是1MHZ，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4MBPS规范令牌传递协议的旧的令牌网。 3）三类线（CAT3）：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率16MHz，最高传输速率为10Mbps（10Mbit/s），主要应用于语音、10Mbit/s
5、以太网（10BASE-T）和4Mbit/s令牌环，最大网段长度为100m，目前已淡出市场。 4）四类线（CAT4）：传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbps（指16Mbit/s令牌环）的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和 10BASE-T/100BASE-T。最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，未被广泛采用。 5）五类线（CAT5）：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，线缆最高频率带宽为100MHz，最高传输率为100Mbps，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络，最大网段长为10
6、0m，采用RJ形式的连接器。这是最常用的以太网电缆。,2.1 局域网的传输介质,6）超五类线（CAT5e）：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（Structural Return Loss）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。 7）六类线（CAT6）：该类电缆的传输频率为1MHz250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类标准中取消了基本链路模型，布线标准
7、采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。 8）七类线（CAT7）：带宽为600MHz，可能用于今后的10吉比特以太网。 通常，计算机网络所使用的是3类线和5类线，其中10 BASE-T使用的是3类线，100BASE-T使用的5类线。,2.1 局域网的传输介质,2、光纤光纤具有链路带宽高，传输距离长的特点，不仅应用与楼宇之间的布线，还被广泛应用于服务器机房的布线，以实现中心交换机与骨干交换机，中心交换机与服务器之间的高速连接。 光纤的优点：频带宽，通信容量大损耗低，中继距离长抗电磁干扰，适应恶劣环境无串音干扰，保密性好纤径细，便于铺设原材料丰
8、富，节约材料 光纤的缺点：技术复杂，价格贵,2.1 局域网的传输介质,光纤的分类 单模和多模单模：采用激光二极管作为光源，芯径细，传输距离长。多模：采用发光二极管为光源，芯径粗，传输距离短。 光缆,2.1 局域网的传输介质,3、同轴电缆同轴电缆内外由相互绝缘的同轴心导体构成的电缆，内导体为铜线，外导体为铜管或网。电磁场封闭在内外导体之间，故辐射损耗小，受外界干扰影响小。同轴电缆从用途上可分为基带同轴电缆（网络同轴电缆）和宽带同轴电缆（视频同轴电缆）。同轴电缆根据其直径大小可分为粗同轴电缆和细同轴电缆。粗缆适用于比较大型的局部网络，它标准距离长，可靠性高，安装时不需要切换电缆，但须安装收发器电缆
9、，安装难度大，总体造价高。细缆安装则比较简单，造价低，安装过程需要切断电缆，两头须安装基本网络连接头，然后接在T型连接器两端，接头多容易产生不良隐患。细缆和粗缆组成的局域网均为总线拓扑结构。,2.1 局域网的传输介质,4、无线传输介质 1）微波,在对流层视线距离范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式，频率范围2-40GHz。微波沿直线传输，传播的距离与天线的高度有关。长途通信必须建立多个中继站，中继站的功能是变频和放大，进行功率补偿。,2.1 局域网的传输介质,4、无线传输介质 2）红外线和激光有很强的方向性，沿直线传播，需要在发送方和接收方之间有一条视线通路。 3）卫星通信,2.1 局域网
10、的传输介质,4、无线传输介质 3）卫星通信,2.2 集线器,1、集线器的分类 1）独立式集线器单个盒子，并服务于一个计算机工作组的集线器，他通过双绞线与计算机连接，组成局域网。适合于较小的独立部门，家庭办公室或实验室环境。 2）堆叠式集线器堆叠式集线器被设计成与其他集线器连在一起，并被置于一个单独的机柜里边，从逻辑上来看，堆叠式集线器代表了一个大型集线器。 3）模块式集线器模块式集线器有主板和插槽，这样就可以插入不同的适配器。插入的适配器可以使这些模块式集线器与其他类型的集线器相连。另外，他们还可以连接很多不同类型的设备。,2.2 集线器,2、集线器的连接 1）集线器的堆叠堆叠方式是指将若干集
11、线器以电缆通过堆叠端口连接起来，以实现单台集线器端口数的扩充，只有可堆叠集线器才具备这种端口，一个可堆叠集线器中一般同时具有UP和DOWN堆叠端口。集线器堆叠是通过厂家提供的一条专用连接电缆，从一台集线器的UP堆叠端口直接连接到另一台集线器的DOWN堆叠端口 2）集线器的级联级联是指使用集线器普通的或特定的端口来进行集线器间的连接。普通端口指的是通过集线器的某一个常用端口（RJ-45）进行连接；特殊端口就是集线器为级联专门设计的一种级联端口，一般标有Uplink字样。级联的两台集线器之间，级联双绞线所连接的下一台集线器的端口不再是Uplink端口，而是连接到普通端口上。,2.3 交换机,1、交
12、换机的原理交换机工作在OSI的数据链路层。 1）交换机的基本功能地址学习交换机能够记住在一个接口上所收到的每个帧的源设备硬件地址，而且他们会将这个硬件地址信息输入到被称为转发/过滤表的MAC表中。转发/过滤决定当在某个接口上收到帧时，交换机就检查其硬件地址，并在MAC表中找到其外出的接口。帧只被转发到制定的目的端口。避免环路使用生成树协议来放置产生网络环路。,2.3 交换机,2）交换机的工作模式存储转发模式直通式无碎片模式,2.3 交换机,2、交换机的分类 1）从网络覆盖范围划分广域网交换机：主要应用于电信城域网互联、互联网接入等领域的广域网中。局域网交换机：应用于局域网络，用于连接中断设备。
13、 2）根据传输介质和传输速度快速以太网交换机：100Mbps传输带宽千兆以太网交换机：1000Mbps传输带宽万兆以太网交换机：10Gbps 3）根据应用层次划分核心层交换机 汇聚层交换机 接入层交换机,2.3 交换机,2、交换机的分类 4）根据交换机的结构划分固定端口交换机 模块化交换机 5）根据交换机工作的协议层划分第二层交换机 第三层交换机 第四层交换机,2.3 交换机,3、交换机的连接 1）光纤端口的级联 2）双绞线端口的级联 3）交换机的堆叠,2.4 路由器,1、路由器的功能路由器工作在OSI模型的网络层。路由器通常有多个网络接口，分别连接局域网和广域网。 1）连接网络路由器用于连接
14、多个逻辑上分开的网络，局域网内如果有多个异构网络需要互联（以太网，ATM，FDDI），就需要借助于路由器。 2）路由选择和数据转发路由选择：使用路由表来确定转发数据报的最佳路径，路由器按照一定的规则来动态地更新他所保持的路由表。数据转发：当路由器收到收据包时，他会检查其目的IP地址，并在路由表中搜索最匹配的网络地址。 3）网络安全越来越多的应用，如防火墙，VPN集成都归路由器掌控。,2.4 路由器,2、路由器的分类 1）按性能划分高端路由器：大型网络的核心路由器，拥有非常高的包处理性能，端口密度高，端口类型多，能够适应复杂的网络环境。中断路由器：适用于较大型的网络，拥有较高的包处理能力和丰富的
15、网络接口，适应较为复杂的网络结构。低端路由器：适用于小型网络的Internet接入或者企业网络的远程接入。 2）按结构划分模块化结构：中高端路由器一般为模块化结构，可以使用各种类型的模块灵活配置路由器，增加端口的数量、提供丰富的端口类型。非模块化结构：一般为低端路由器，只能提供固定类型和数量的端口。 3）按网络位置划分 4）按功能划分 5）按传输性能划分,2.4 路由器,3）按网络位置划分核心路由器：位于网络中心，通常使用性能稳定的高端模块化路由器，一般被电信级大企业选用。汇聚路由器：主要适用于大型企业和系统Internet服务提供商，或者分级系统中的中继系统。这类路由器的主要特点是端口数量多
16、，价格便宜、应用简单。接入路由器：一般位于网络的边缘，通常使用中低端产品，也是目前应用最广的一类路由器，主要应用于中小型企业或大型企业的分支机构。要求相对低速的端口以及较强的接入控制能力。 4）按功能划分通用路由器：一般的路由器均为通用路由器。专用路由器：为实现某种特定功能对路由器接口、硬件等作专门优化。 5）按传输性能划分线速路由器：高端路由器，以介质速度转发数据包；非线速路由器：非线速路由器,2.5 网卡,1、网卡的分类 1）根据传输带宽划分10Mbps 100Mbps 1000Mbps 10Gbps 2）根据总线接口分类ISA PCI PCI-X PCMCIA USB 3）按网络端口划分RJ-45端口网卡 光纤端口网卡 无线网卡 4）按应用领域划分 网络客户端网卡 服务器网卡,2.6 服务器,1、服务器的特性 1）可扩展性指服务器的配置可以很方便的扩容。 2）可用性指服务器应具有很高的稳定性和可靠性。一般来说专门的服务器都需要7*24小时不间断的工作，特别是一些大型的网络服务器。 3）可管理服务器主板上集成了多种传感器，用于检测硬件设备的运行状态。 4）可利用服务器要有很高的数据处理能力和处理效率。,
