项目二-局域网中的硬件设备课件

主编范建华

2020/12/21项目二局域网中的硬件设备2020/12/22任务1熟悉局域网中的传输介质一、双绞线（一）双绞线的组成双绞线（TP:TwistedPairwire）是局域网布线中最常用到的一种传输介质，尤其在星型网络拓扑中，双绞线是必不可少的布线材料。双绞线是由两根具有绝缘保护的铜导线组成的。2020/12/23目前双绞线可分为无屏蔽双绞线（UTP:UnshieldedTwistedPair,也称非屏蔽双绞线）和屏蔽双绞线（STP：ShieldedTwistedPair）两种。其中，STP又分为3类和5类两种，而UTP分为3类、4类、5类、超5类四种屏蔽双绞线的结构和非屏蔽双绞线的结构如图2.1所示。2020/12/24图2.1STP和UTP的示意图2020/12/25（二）双绞线分类按电气性能划分的话，双绞线可以分为：1类、2类、3类、4类、5类、超5类、6类、超6类、7类共9种双绞线类型。类型数字越大，版本越新、技术越先进、带宽也越宽，当然价格也越贵。2020/12/26这些不同类型的双绞线标注方法是这样规定的：如果是标准类型则按“catx”方式标注，如常用的5类线，则在线的外包皮上标注为“cat5”，注意字母通常是小写，而不是大写。2020/12/27而如果是改进版，就按“xe”进行标注，如超5类线就标注为“5e”，同样字母是小写，而不是大写。双绞线技术标准都是由美国通信工业协会（TIA）制定的，其标准是EIA/TIA-568B，具体如下。2020/12/281．1类（Category1）线2.2类（Category2）线3.3类（Category3）线4．4类（Category4）线5.5类（Category5）线6.超5类（Categoryexcess5）线7.6类（Category6）线8.超6类（Categoryexcess6）线9.7类（Category7）线2020/12/29（三）双绞线在局域网中的连接方法1.双绞线连网时的特点双绞线一般用于星型网络的布线,每条双绞线通过两端安装的RJ-45连接器（俗称水晶头）与网卡和集线器（或交换机）相连，最大网线长度为100m（为包括千兆以太网中的应用）。2020/12/210如果要加大网络的范围，可在两段双绞线间安装中继器（一般用HUB或交换机实现），但最多安装4个中继器，使网络的最大范围达到500m。这种连接方法，也称这为级联。2020/12/2112.双绞线与设备之间的连接方法在局域网中,双绞线主要用于连接网卡与集线器或集线器与集线器,有时也可直接用于两个网卡之间的连接。现在，我们以5类（4对8根）非屏蔽双绞线为标准，介绍在10Base（普通以太网）和100Base-TX（快速以太网）星型布线中线缆的连接方法。2020/12/212（四）双绞线的制作1.双绞线的制作过程在清楚了不同用途中双绞线导线的排列方式后,就可以进行线缆的制作了。制作双绞线的工具一般只要RJ-45压线钳和一个斜口钳。2020/12/213制作过程如下：（1）根据需要的长度，用斜口钳剪取一段双绞线。（2）将双绞线的一端插入压线钳的剥线端（注意要将双绞线插到底），将双绞线的外皮剥去一小段，大约1.2cm。（3）将双绞线根据排线顺序插入RJ-45连接器。2020/12/214（4）将RJ-45接头放入压线钳的RJ-45插座，然后用力压紧，使RJ-45接头夹紧在双绞线上。（5）用同样的方法完成另一端的制作。（6）如条件允许时，可利用一些专业检测工具（如RJ-45线路检查器）检查线缆的工作是否正常。只要制作时认真细心，一般不会出现问题。当然，用户也可直接购买做好的双绞线。2020/12/2152.测试双绞线的导通性对于专门从事网络布线的公司来说,一般有专用的网络测试仪,使用网络测试仪可以方便地测试出双绞线的导通性,双绞线在制作时存在的问题也会反映出来。但这类专业设备的价格较昂贵，普通用户为了组建一个局域网而专门购买它有一点得不偿失。2020/12/216为此，建议大家不要制作一根测试一根，而是等网络连接工作完成后再放到网络中去测试。在网卡和集线器等设备的安装和设置无误的情况下，可通过观察网卡或集线器上的指示灯来确定双绞线是否存在问题。2020/12/217一般情况下，如果网卡或集线器对应端口的指示灯发亮，表示网络连接已导通，线缆的制作没有问题，否则要进行检查并排除。在大多数情况下，首先要检查RJ-45接头是否压紧。此外，还须注意水晶头、双绞线等是否有假。2020/12/218二、光导纤维光纤是光导纤维电缆的简称，又称光缆。光纤不能像其他铜线介质那样传输电信号，它只能传输光信号。2020/12/219图2.2给出了光纤的示意图，从横截面看，每根光纤都由内芯和反射包层构成，内芯由纯度非常高的玻璃纤维制成，其折射率较高，而反射包层则是一层薄薄的玻璃或塑料，其折射率较低。基于光的全反射，光会被限制在光导纤维中传输。2020/12/220图2.2光纤的示意图2020/12/221光纤既不受电磁干扰，也不受无线电的干扰，由于可以防止内外的噪声，所以光纤中的信号可以比其他有线传输介质传得更远。由于光纤本身只能传输光信号，为了使光纤能传输电信号，光纤两端必须配有光发射机和光接收机，光发射机完成从电信号到光信号的转换，光接收机则完成从光信号到电信号的转换。光电转换通常采用载波调制方式，光纤中传输的是经过调制的光信号。2020/12/222（一）光纤的通信原理光纤通信的主要组成部件有光发射机、光接收机和光纤，当进行长距离信息传输时还需要中继机。通信时，由光发送机产生光束，将表示数字代码的电信号转变成光信号，并将光信号导入光纤，将其还原成为发送前的电信号。2020/12/223为了防止长距离传输而引起的光能衰减，在大容量、远距离的光纤通信中每隔一定的距离须设置一个中继机。在实际应用中，光缆的两端都应安装有光纤收发器。光纤收发器集合了光发射机和光接收机的功能，既负责光的发射，也负责光的接收。2020/12/224（二）局域网中的光纤结构和分类1.光纤的分类和特点光纤的分类方法较多,目前在计算机网络中常根据传输点模数的不同来分类。根据传输点模数的不同，光纤分为单模光纤和多模光纤两种（所谓“模”是指以一定角速度进入光纤的一束光）。单模光纤采用激光二极管LD作为光源，而多模光纤采用发光二极管LED作为光源。2020/12/225多模光纤的芯线粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但成本低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中；单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大，传输距离长，但需激光源，成本较高，通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。单模光纤是当前计算机网络研究和应用的重点。2020/12/2262.光纤通信的特点与铜质电缆相比较，光纤通信明显具有其他传输介质无法比拟的优点：（1）传输信号的频带宽，通信容量大；信号衰减小，传输距离长；抗干扰能力强，应用范围广。（2）抗化学腐蚀能力强，适用于一点特殊环境下的布线。（3）原材料资源丰富。2020/12/227当然，光纤也存在着一些缺点，如质地脆，机械强度低，切断和连接中技术要求较高等。这些缺点限制了目前光纤的普及。2020/12/228（三）光纤在计算机网络中的应用因光纤的数据通信传输率高（可达几千Mb/s）、传输距离远（无中继传输距离达几十至上百公里）等特点，所以在远距离的网络布线中得到了广泛应用。2020/12/229目前光纤主要用于集线器到服务器的连接以及集线器到集线器的连接。但随着千兆位局域网应用的不断普及和光纤产品及其设备价格趋于大众化，光纤将很快被大家所接受。尤其是随着多媒体网络的日益成熟，光纤到桌面也将成为网络发展的一个趋势。2020/12/230局域网布线中一般使用62.5um/125um，50um/125um，100um/140um规格的多模光纤和8.3um/125um规格的单模光纤。2020/12/231（四）光纤的制作和连接因为每条光纤的两端都要经过磨头、电烧烤等工艺流程才能确保正常使用，而且相关设备的价格也很昂贵，所以光纤的制作目前只能由一些专业公司来完成，一般小公司和计算机用户不具备制作光纤的条件。2020/12/232但对于光纤的安装，如需要时，普通用户也能自己完成。只要连接设备（集线器和网卡）具有光纤接口，就可用一段已制作好的光纤进行连接，连接方法和使用双绞线相同。2020/12/233任务2熟悉网卡及其选择一、网卡的分类网络适配器又称网卡，全称为网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC），它是计算机互联的重要设备。平常所说的网卡就是将PC和LAN连接起来的网络适配器。2020/12/234网卡（NIC）插在计算机主板插槽中，负责将用户要传送的数据转换为网络上其他设备能够识别的格式，通过网络介质传输。它的主要技术参数为带宽、总线方式、电气接口方式等。在OSI模型中，网卡属于数据链路层的设备。2020/12/235二、网卡的功能网卡的基本功能有以下几个。数据转换。数据缓存。通信服务。2020/12/236三、网卡的安装和设置（一）使用网卡时应注意的问题在正式安装网卡前应搞清楚以下问题:（1）计算机是否留有一个与待安装网卡总路线结构相同的插槽。（2）网卡的主要参数。（3）网卡是否具有即插即用功能。（4）网卡是否需要进行跳线设置。2020/12/237（二）网卡的安装接下来介绍在普通的计算机上安装网卡的方法。其操作步骤如下：（1）关闭计算机，断开电源。（2）打开机箱。（3）在主板上找一个合适的插槽。（4）用螺丝刀将插槽后面对应的挡板去掉。2020/12/238（5）将网卡轻轻放入机箱中对应的插槽内。（6）用两只手将网卡压入手槽中。（7）用螺丝将网卡固定好。（8）盖好机箱，旋紧机箱螺丝。2020/12/239（三）网卡参数的设置对网卡进行参数设置的必要性主要表现在以下两个方面：一是在不支持即用（PnP）功能的环境中便于网卡的使用。二是网卡本身的参数（IRQ和I/O）必须与操作系统分配的参数相一致。2020/12/240（四）在Windows9x环境下进行查看和设置操作步骤如下：（1）选择“开始/设置/控制面板”，在出现的窗口中双击“网络”图标，即出现一个“网卡选择”对话框。（2）在对话框列表中选择网卡名称后单击“属性”按钮，在弹出的网卡属性对话框中，显示了该网卡的IRQ中断值和I/Q地址范围。2020/12/241（3）如果要修改某一项参数或与原来的参数发生冲突时，可在对话框中直接选择，直到参数正确为止。（4）单击“确定”按钮完成设置。2020/12/242四、网卡的鉴别和选择（一）网卡的真假识别在所有的网络设备中，网卡算技术含量最低的。尤其是我们平常使用的以太网网卡，已基本没有太多的技术可挖掘。技术的公开，也给造假带来了便利。2020/12/243目前，市面上的假网卡也确实不少见，建议大家在选购时一定要多留心。以下介绍几种网卡的识别方法：（1）从接口类型辨真假。（2）从焊接质量辨真假。（3）从网卡卡号辨真假。2020/12/244（二）如何选择网卡选择网卡的前提是根据需要而定，但在满足需求的前提下还应从以下几个方面去考虑：（1）网卡的总线。（2）选择速度为100Mb/s的快速以太网网卡时，可适当考虑选用10～100Mb/s自适应网卡。2020/12/245（3）是否支持全双工工作模式。（4）是否支持远程启动。（5）是否支持自动网络唤醒功能。（6）能够提供多种操作系统下的驱动程序。2020/12/246任务3熟悉局域网的连接设备一、集线器集线器（Hub）属于数据通信系统中的基础设备，它和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备，它被广泛应用到各种场合。2020/12/247二、交换机交换机，英文为Switch，也有人翻译为开关、交换器或称交换式集线器。局域网交换机有两个主要功能，一是在发送节点和接收节点之间建立一条虚连接，二是转发数据帧。2020/12/248（一）交换机的性能指标和参数1.交换机的构成（1）固定台式交换机。固定式交换机的结构比较简单，一般的交换机具有24个以太网接口，有些交换机为了适应小范围的网络接口较少，有8口、16口等规格。多数交换机除了24个接口以外还有1个UPLINK口，也就是级联口。2020/12/249（2）模块化交换机。模块化的交换机根据不同厂商和型号其结构可能大不相同，单总的说来，模块交换机的接口分为固定接口和插槽两部分。2020/12/2502.交换机的重要参数（1）背板带宽、二/三层交换吞吐率。（2）VLAN类型和数量，一个交换机支持更多的VLAN类型和数量将更加方便地进行网络拓扑的设计与实现。2020/12/251（3）TRUNKING功能，目前多数交换机都支持这个功能，在实际应用中还不太广泛，所以笔者认为只要支持此功能即可，并不要求提供最大多少条线路的绑定。（4）交换机端口数量及类型，不同的应用有不同的需要，应视具体情况而定。2020/12/252（5）支持网络管理的协议和方法。（6）Qos，802.1q优先级控制，802.1X，802.3X的支持，这些都是交换机发展的方向，这些功能能提供更好的网络流量控制和用户的管理，应该考虑采购支持这些功能的交换机。2020/12/253（7）堆叠的支持，当用户量提高后，堆叠就显得非常重要了。（8）交换机的交换缓存和端口缓存、主存、转发延时等也是相当重要的参数。2020/12/254（9）对于三层交换机来说，802.1d生产树也是一个重要的参数，这个功能可以让交换机学习到网络结构，对网络的性能也有很大的帮助。（10）三层交换机还有一些重要的参数，如启动其他功能时二/三是否保持线速转发、路由表大小、访问控制列表大小、对路由协议的支持情况、对组播协议的支持情况、包过滤方法、机器扩展能力等都是值得考虑的参数，应根据实际情况考察。2020/12/255（二）交换机的基本配置交换机的配置方法和路由器类似，不再赘述。交换机的初始配置也必须通过CONSOLE端口进行配置。交换机的配置没有路由器的初始对话过程，在显示提示信息后，直接回车就可以进入普通用户配置模式。2020/12/256三、路由器（一）路由器的组成路由器是网络层上的连接，即不同网络与网络之间的连接。随着网络规模的扩大，特别是形成大规模广域网环境时，网桥在路径选择、拥塞控制及网络管理方面远远不能满足要求，路由器则加强了这些方面的功能。2020/12/257路由器在网络层对信息帧进行存储转发，因而能获得更多的网际信息，能更好地选择路径，由于路由器比网桥在更高一层工作，它比网桥具有更高层的软件智能。路由器了解整个网络的拓扑结构，可以根据转接延时、网络拥塞、传输费用以及源目的站之间的距离来选择最佳路径。路由器不仅可以在网络段之间的冗余路径中进行选择，还可以将相差很大的数据分组连接到局域网段。2020/12/258（二）路由器的功能和特点1.路由器的基本功能路由器在网络层实现网络互联，它主要完成网络层的功能。路由器负责将数据分组（又叫包，Packet）从源端主机经最佳路径传送到目的端主机。

2020/12/259为此，路由器必须具备两个最基本的功能，那就是确定通过互联网到达目的网络的最佳路径和完成信息分组的传送，即路由选择和数据转发。2020/12/2602.路由器的主要特点由于路由器作用在网络层，因此它比网桥具有更强的异种网互联能力、更好的隔离能力、更强的流量控制能力、更好的安全性和可管理维护性，其主要特点如下：路由器可以互连不同的MAC协议、不同的传输介质、不同的拓扑结构和不同的传输速率的异种网，它有很强的异种网互连能力。2020/12/261路由器也是用于广域网互联的存储转发设备，它有很强的广域网互联能力，被广泛地应用于LAN-WAN-LAN的网络互连环境。路由器互连不同的逻辑子网，每一个子网都是一个独立的广播域，因此，路由器不在子网之间转发广播信息，具有很强的隔离广播信息的能力。2020/12/262（三）路由器的分类当前路由器分类方法各异。各种分类方法有一定的关联，但是并不完全一致。通常可以按照路由器能力分类、结构分类、网络中位置分类、功能分类和性能分类等方法。2020/12/263在路由器标准制定中主要按照能力分类，按能力分为高端路由器和低端路由器。背板交换能力大于20Gb/s，吞吐量大于20Mb/s的路由器称为高端路由器。交换能力在上述数据以下的路由器称为低端路由器。与此对应，路由器测试规范分为高端路由器测试规范和低端路由器测试规范。2020/12/264（四）路由器的基本配置1.路由器的配置方式一般来说，可以用5种方式来设置路由器。（1）Console口接终端或运行终端仿真软件的微机。（2）AUX口接MODEM，通过电话线与远方的终端或运行终端仿真软件的微机相连。2020/12/265（3）通过Ethernet上的TFTP服务器。（4）通过Ethernet上的Telnet程序。（5）通过Ethernet上的SNMP网络工作站。2020/12/2662.路由器的命令状态（1）router>。路由器处于用户命令状态，这时用户可以查看路由器的连接状态，访问其他网络和主机，但不能查看和更改路由器的设置内容。（2）router#。在router>提示符下键入enable,路由器进入特权命令状态router#，这时不仅可以执行所有的用户命令，还可以查看和更改路由器的设置内容。2020/12/267（3）router（config）#。在router#提示符下键入configureterminal,出现提示符router（config）#，此时路由器处于全局设置状态，这时可以设置路由器的全局参数。2020/12/268（4）router（config-if）#；router（config-line）#；router（config-router）#；…。路由器处于局部设置状态，这时可以设置路由器某个局部的参数。（5）>。路由器处于RXBOOT状态，在开机后60s内按ctrl+break可进入此状态，这时路由器不能完成正常的功能，只能进行软件升级和手工引导。2020/12/269（6）设置对话状态。这是一台新路由器开机时自动进入的状态，在特权命令状态使用SETUP命令也可进入此状态，这时可通过对话方式对路由器进行设置。2020/12/2703.设置对话过程在路由器设置初始对话过程中有四个部分：显示提示信息、全局参数的设置、接口参数的设置、显示结果。利用设置对话过程可以避免手工输入命令的烦琐，但它还不能完全代替手工设置，一些特殊的设置还必须通过手工输入的方式完成。2020/12/2714.常用命令（1）帮助命令。在IOS操作中，无论任何状态和位置，都可以键入“？”得到系统的帮助。输入命令的部分紧接“？”，系统提示以该字符开头的可用命令。输入命令后加空格再输入“？”，系统提示该命令下面可用的子命令。2020/12/272（2）改变命令状态如表2.2所示。（3）显示命令如表2.3所示。（4）拷贝命令。用于IOS及CONFIG的备份和升级，如图2.13所示。2020/12/273表2.22020/12/274表2.32020/12/275图2.13IOS及CONFIG备份和升级2020/12/276（5）网络命令如表2.4所示。表2.42020/12/277（6）基本设置命令如表2.5所示。表2.52020/12/2785.使用可变长的子网掩码通过使用可变长的子网掩码可以让位于不同接口的同一网络编号的网络使用不同的掩码，这样可以节省IP地址，充分利用有效的IP地址空间，如图2.14所示。2020/12/279Router1和Router2的E0端口均使用了C类地址作为网络地址，Router1的E0的网络地址为28,掩码为92,Router2的E0的网络地址为4,掩码为92，这样就将一个C类网络地址分配给了两个网，既划分了两个子网，又起到了节约地址的作用。2020/12/280图2.14不同接口、同一网络编号的网络使用不同的掩码2020/12/2816.配置静态路由通过配置静态路由，用户可以人为地指定对某一网络访问时所要经过的路径,在网络结构比较简单且一般到达某一网络所经过的路径唯一的情况下，采用静态路由，如图2.15所示，基本命令如表2.6所示。2020/12/282图2.15配置静态路由2020/12/283任务4了解其他设备一、同轴电缆同轴电缆由绕在同一轴线上的两种导体组成，如图2.16所示。同轴电缆中央是一根比较硬的铜导线或多股导线，外面由一层绝缘材料包裹，这一层绝缘材料又被第二层导体包住，第二层导体可以是网状的导体（有时是导电的铝箔），主要用来屏蔽电磁干扰，最外面由坚硬的绝缘塑料包住。2020/12/284图2.16同轴电缆2020/12/285二、中继器中继器用于同种局域网络互联，是在物理层次上实现互联的网络互联设备，用于扩展网段的距离。电信号强度在电缆中传送时随电缆的长度增加而递减，这种现象叫做衰减，对于长距离传输有影响。中继器常用来将几个网段连接起来，通过中继器将信号放大，然后在另一个网段上继续传输。2020/12/286中继器的特点：（1）中继器可以重发信号，这样可以扩展网段的距离。（2）中继器主要用在同种LAN互连中。（3）中继器工作在网络体系结构模型的物理层。2020/12/287（4）由中继器连接起来的各网段必须采用同样的信道访问协议，例如CSMA/CD协议。（5）由中继器连接起来的网段构成一个更大的网段，并且有着相同的网络地址，属于一个冲突域。（6）网段上的每一个节点都有自己的地址。2020/12/288三、网关（一）网关的工作原理网关用于类型不同且差别较大的网络系统间的互连。主要用于不同体系结构的网络或者局域网与主机系统的连接。在互连设备中，它最为复杂，一般只能进行一对一的转换，或是少数几种特定应用协议的转换。

2020/12/289（二）网关的主要变换项目网络的主要变换项目包括信息格式变换、地址变换、协议变换等。（1）格式变换。（2）地址变换。（3）协议变换。2020/12/290（三）网关的分类网关按其功能可以分为三种类型：协议网关、应用网关和安全网关。（1）协议网关。（2）应用网关。（3）安全网关。2020/12/291四、网桥网桥是工作在数据链路层，将两个LAN连接起来，根据MAC地址来转发帧，可以看作一个“低层的路由器”（路由器工作在网络层，根据网络地址如IP地址进行转发）的网络连接设备。2020/12/292