网络硬件知识

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1、第1章网络硬件知识计算机网络是由各种复杂的硬件设备和软件组成的，其中有关局域网的规划、安装、 维护管理等是平时接触最多的内容。除了计算机网络的基本概念外，本章主要介绍有关局 域网的硬件基础，包括传输介质、联网设备以及常见的局域网架设等内容。1.1计算机网络计算机网络已经逐渐成为人们工作生活中不可缺少的设施之一。目前，人们通过以 Internet为代表的计算机网络，可以实现获取信息、远程交流、收发电子邮件、在线娱乐游 戏等功能。本节主要介绍有关计算机网络的基础知识，包括计算机网络的定义、功能、分 类等。1.1.1计算机网络的定义计算机网络是指将地理位置分散、具有独立功能的多台计算机系统用通信设备

2、和通信 线路连接起来，在网络操作系统、通信协议，以及网络管理软件的管理协调下，实现资源 共享、信息传递的一种信息系统。从广义上来讲，可以认为计算机网络是计算机技术与通信技术的结合，目的是为了实 现远程信息处理和资源共享。按照这一观点，20世纪50年代出现的“终端一一计算机” 和20世纪60年代出现的“计算机一一计算机”都属于计算机网络，这种观点主要是从计 算机通信的意义上看待计算机网络。从资源共享的角度来说，可以把计算机网络理解为“以能够相互共享资源（硬件、软 件和数据）的方式连接起来，并且各自具备独立功能的计算机系统的集合体”。这个定义 是由美国信息处理学会联合会在1970年春天举行的联合会

3、议上提出来的，它认为只有具备 独立功能的计算机才是网络中的单元，因此把“终端一一计算机”这种连接形式排除在计 算机网络范围之外。从用户透明性的角度出发，可以把计算机网络定义为“由一个网络操作系统自动管理 用户任务所需的资源，从而使整个网络就像一个对用户透明的计算机大系统”。这里的“透 明”是指用户觉察不到在计算机网络中存在多个计算机系统，用户也不需要知道自己所使 用的资源在什么物理位置。例如，人们使用Internet网络时，只需要关心浏览网页、传输 邮件等业务本身的操作，而不需要关心网络的工作过程或者数据具体存放的位置。只有两台及两台以上的计算机才能构成计算机网络，一台计算机是不能构成网络的。

4、 为了连接计算机，必须要有一条物理通道，即必须要有传输媒介。计算机通过物理媒介连 接后，相互之间交换信息时需要遵循一定的约定和规则，即通信协议。各个厂商生产的网 络产品都可能有自己的协议，为了能够实现网络互连，这些协议应该遵循相同的标准。说明：不同的资料对计算机网络的定义在细节上有一些区别。1.1.2计算机网络的功能计算机网络的产生打破了空间和时间的限制，极大地扩展了计算机的应用范围，解决 了大容量信息的传输、转接存储和高速处理的问题，大大增强了计算机的处理能力，提高 了计算机的可靠性和可用性，使软、硬件资源由于能够共享而充分发挥了作用。计算机网络广泛应用于政治、经济、军事、教育科研、生产、生

5、活等各个领域。通过 计算机网络，人们可以坐在家中预定全世界各地的飞机票、火车票，可以实时了解全世界 各地的证券、股市行情，可以对企业生产、存储、运输、销售、财务等各个环节进行统一 管理，还可以对企业的经营进行辅助决策、辅助计划等。具体来说，计算机网络主要有以 下一些功能。1. 数据通信在现代社会中，人们需要的信息量不断增加，信息交换的需要也日益频繁，利用计算 机网络传递信息成为了一种全新的通信方式。例如，电子邮件比现有的通信工具有更多的 优点，在速度上比传统邮件快得多。另外，电子邮件还可以携带声音、图像和视频，实现 多媒体通信。如果计算机网络覆盖的地域范围足够大，则可使各种信息通过电子邮件在全

6、 国乃至全球范围内快速传递和处理。除了电子邮件以外，即时通信（IM）是另一种在互联网上蓬勃发展的业务。它指能够 即时发送和接收来自互联网的消息。目前，即时通信不再是一个单纯的聊天工具，它已经 逐渐集成了电子邮件、博客、音乐、电视、游戏和搜索等多种功能，发展成集交流、资讯、 娱乐、搜索、电子商务、办公协作和企业客户服务等为一体的综合化信息平台。此外，远程文件传输、网络综合信息服务以及电子商务等都是利用计算机网络进行数 据通信的例子。利用计算机网络的数据通信功能，还可以对分散的对象进行实时、集中地 跟踪管理与监控，如企业办公自动化中的管理信息系统，工厂自动化中的计算机集成制造 系统等。2. 资源共

7、享资源共享是计算机网络最基本的功能之一，也是早期构建计算机网络的主要目的。由 于数据可以在计算机之间自由流动，为资源的共享提供了可能。在计算机网络中，资源可 以包括软件资源、硬件资源，以及要传输和处理的数据资源。硬件资源是指处理器、存储，以及磁盘、打印机、绘图仪等输入输出设备。例如，用 户可以把文件上传到服务器，以便能使用服务器的共享磁盘空间；或者自己的计算机没有 安装打印机，可以通过网络使用打印服务器或其他计算机上连接的打印机。更进一步地， 在某些软件的支持下，用户还可以使用其他计算机上的CPU和内存资源。通过计算机网络 进行硬件资源共享，可以减少硬件设备的重复购置，提高设备的利用率。软件资

8、源共享是指计算机可以通过网络使用其他计算机上安装的软件，或者那些软件 所提供的服务。例如，采用客户端服务器结构的软件系统，可以在某一台主机上安装服务 端软件，然后让其他主机上的客户端软件共同使用。数据资源共享是指计算机可以通过网络得到以各种形式存放的数据。例如，用户通过 FTP下载服务器上的文件，以及通过某种方法访问数据库中的数据，或者通过视频播放软 件播放网络上的视频，都是数据资源的具体例子。3. 提高系统可靠性在一个单机系统中，如果主机的某个部件或主机上运行的软件发生故障时，系统可能 会停止工作，这对于某些应用场合可能会造成很大的损失。有了计算机网络后，由于计算 机及各种设备之间相互连接，

9、当一台机器出现故障时，可以通过网络寻找其他机器来代替， 而且这个过程可以是自动的，对用户来说是透明的。具体来说，计算机网络中的服务器可以采用双机热备、负载均衡、集群等技术措施实 现资源冗余，或者在结构上实现动态重组。当其中的某个节点发生故障时，其功能可以由 网络中的其他节点来代替，从而大大提高了计算机系统的可靠性。4. 易于实现分布式处理在计算机网络中，可以将某些大型的处理任务分解为许多个小型的任务，然后分配给 网络中的多台计算机分别处理，最后再把处理结果合成。例如，某些计算量非常巨大的科 学计算，如果仅仅使用一台计算机进行，所需的时间将是不可接受的。此时，可以对这个 计算进行分解，然后让In

10、ternet上不计其数的计算机共同进行，则运算结果可以很快得到。 因此，通过分布式处理，实际上是把许多处理能力有限的小型机或微机连接成具有大型机 处理能力的高性能计算机系统，使其具有解决复杂问题的能力。通过分布式处理，还可以实现负载均衡的功能，使各种资源得到合理的调整。如果某 一个节点的负载太重了，影响了整个系统的总体性能，系统软件可以自动把该节点的某些 任务迁移到其他节点进行。还有，在一个服务器集群中，系统可以自动挑选负载较轻的服 务器为用户提供服务。说明：从网络应用的角度来看，计算机网络功能还有很多。随着计算机网络技术的不断 发展，其功能也将不断丰富，各种网络应用也将会不断出现。计算机网络

11、已经逐 渐深入到社会的各个领域及人们的日常生活中，改变着人们的工作、学习、生活 乃至思维方式。1.1.3计算机网络分类按照不同的分类标准，可以将计算机网络分为不同的类型。分类的目的是为了便于从 不同的侧面了解不同网络类型的特点，从而选择和搭建更适合自己需求和环境的网络。最 常见的一种分类方法是按照网络覆盖的地理范围来分，此时可以把计算机网络分为局域网、 城域网和广域网3种类型。1. 局域网局域网也称为LAN (Local Area Network)，是指将某一相对狭小区域内的计算机， 按照某种方式相互连接起来后形成的计算机网络。在局域网中，相互连接的计算机相对集 中，其地理范围一般在几十米到几

12、千米之间，例如，一个房间、一幢楼或一个企业这样的 范围。图1-1所示的就是一种典型的局域网。一般情况下，局域网内的计算机属于同一个 部门或同一个单位管辖，以便能对局域进行统一管理。图1-1局域网示意图局域网具有较高的网络传输速率和较低的误码率。由于局域网内的计算机之间距离较 近，计算机数量相对较少，因此在通信技术上可以保证在较低的误码率的前提下以较高的 速度传输数据。目前，局域网的速度普遍可以达到100Mbps，还有一些局域网可以达到 1000Mbps，甚至是 10000Mbps。局域网实现成本低，一般使用价格低而功能强的微型计算机作为网络工作站。局域网 的安装、扩充及维护都很方便，尤其是在目

13、前大量采用的、以交换机为中心的树型网络结 构的局域网中，扩充服务器、工作站都十分方便，而且容错性好。某些站点出现故障时不 会影响其他站点的工作，整个网络仍可以正常运行。局域网的结构非常灵活，可以组成总线型、星型、环型和树型等拓扑结构。局域网还 支持多种类型的通信传输介质，根据网络本身的性能要求，在局域网中可以使用同轴电缆、 双绞线、光纤及无线传输等传输介质。2. 广域网广域网也称为WAN(Wide Area Network)，是一个在相对广阔的地理区域内进行数 据、语音、图像信息传输的通信网络。广域网可以覆盖若干个城市、整个国家，甚至于全 球。某些专用网络，如飞机票售票系统、全国范围的政务系统

14、等都是广域网的例子。图1-2 所示的就是一种典型的广域网结构。图1-2广域网示意图皇注意：Internet虽然也是广域网的一种，但它不是具有独立意义的网络，没有统一的管 理机构，而是将同类或不同类的各种物理网络互相联接，并通过上层协议实现不 同类网络之间的相互通信。广域网由于覆盖了广阔的地理区域，因此不可能像局域网那样铺设专门的通信线路， 而是大多借用公用通信网络(如PSTN、DDN、ATM等)，因此传输速率比较低。它主要 的目的是实现远距离计算机之间的数据传输和信息共享。总的来说，广域网具有以下 特点。口 覆盖的地理区域大，网络可覆盖市、省、地区、国家甚至全球。口广域网一般借用公用通信网络进

15、行连接。口与局域网相比，广域网的传输速率比较低，普通用户的接入速率一般在64kbps 2Mbps之间。如果通过专线接入，速率也可以达到100Mbps以上。口网络拓扑结构非常复杂。3. 城域网城域网也称为MAN (Metropolitan Area Network )，是一种介于局域网和广域网之间 的计算机网络，其覆盖范围在几千米至几万米之间，大致是一个城市的范围。城域网相当 于是一个大型的局域网，但对网络设备、传输介质的要求比局域网要高。1.2局域网传输介质局域网分布是在有限地理范围内的计算机网络，安装时一般要铺设专门的线路。用于 局域网的传输介质可以有很多，主要有双绞线、同轴电缆、光导纤维以

16、及无线介质等类型。 本节主要介绍这些传输介质的特点、分类、连接以及使用方法等内容。1.2.1双绞线双绞线也称为TP (Twisted Pair)，是局域网架设中最为常用的一种传输介质。双绞 线是一对相互绞合的金属导线，它们之间相互绝缘，这种绞合方式可以抵御一部分外界电 磁波干扰，更主要的是降低自身信号对外界的影响。从电磁学原理来讲，把两根绝缘的铜 导线按一定密度互相绞在一起。每一根导线在传输信号的过程中，辐射的电波会被另一根 导线上辐射的电波抵消，从而降低信号干扰的程度。1. 双绞线的构成局域网中使用的双绞线一般由两根22至26号绝缘铜导线相互缠绕而成，实际使用时， 一般把多对双绞线包在一个绝缘电缆套管内，如图1-3所示。因此从外观上看，只能看到 双绞线的灰色套管，也称为双绞线电缆。市场上见到的普通的双绞线电缆一般都是4对双 绞线，实际上也有更多对的双绞线