局域网硬件设备

第二章局域网的硬件设备1.

通信介质

2.

通信设备

上一页组建局域网的主要设备：通信介质（同轴电缆、双绞线和光纤）、通信设备（集线器、交换机和路由器）、服务器以及一些配件等。在局域网中常见的操作系统包括Windows、UNIX、Linux等。2．1同轴电缆同轴电缆主要用于总线型网络拓扑结构的布线，由一根空心的圆柱网状导体和一根位于中心轴线的内导线组成。

2．1．1粗缆同轴电缆粗缆适用于较大型局域网的网络布线，它的布线距离较长，可靠性较好。在安装时具有如下特点：

（1）粗缆局域网中每段长度500m，最多可采用4个中继器连接5个网段，最大传输距离2.5Km。

(2)粗缆不能与网卡直接相连，需通过一个转接器转成AUI接头，然后再接到带有AUI接口的网卡上。

(3)网络安装、维护比较困难，且成本较高。

2．1．2细缆同轴电缆细缆应用于总线型拓扑结构的网络中，在安装时具有如下特点：

(1)细缆局域网中每段长度为185m，最多可采用4个中继器连接5个网段，最大传输距离925m。

(2)网卡需要有BNC接口，并由BNCT型头连接到网络中。

(3)在主干线的两端必须分别安装50电阻。

(4)安装简单，成本较低，但受网络布线结构限制，不便于维护。2．2双绞线

双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成，把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞合在一起，每一根导线在传输中发射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格低廉。2．2．1非屏蔽双绞线与屏蔽双绞线1．非屏蔽双绞线局域网中常用的双绞线是非屏蔽的5类4对的电缆线，传输速率可达到100Mbit/s。

5类双绞线外层保护胶皮厚，胶皮上标“CAT5”字样；超5类双绞线在传送信号时衰减更小，抗干扰能力更强。使用超5类双绞线，用户设备的受干扰程度只有普通5类线的1／4，且只有该类双绞线的全部4对线都实现全双工通信，主要用于千兆以太网。2．屏蔽双绞线屏蔽双绞线的屏蔽套一般采用铝／聚对苯二甲酸乙二醇酯纸带(AL／PET)，能够减小辐射，防止信息被窃，具有较高数据传输率（155Mbit/s）。缺点是价格相对较高，安装时比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器。

2．2．2双绞线的制作方法双绞线的制作，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，所需材料是双绞线和水晶头；所需工具是一把专用压线钳，双绞线的制作就是网线水晶头的制作。1．直通网线的制作

先把4对芯线一字并排排列，然后再把每对芯线分开第1脚——橙白、第2脚——橙色、第3脚——绿白、第4脚——蓝色、第5脚——蓝白、第6脚——绿色、第7脚——棕白、第8脚——棕色，然后用网线钳垂直于芯线排列方向剪齐。自左至右编号的顺序规定为“1.2.3.4.5.6.7.8”。

按照相同的方法制作双绞线的另一端水晶头，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算完成了。2.交叉网线制作交叉网线一般用在集线器（交换机）的级连和两台计算机用网卡直接连接等情况下。当线的一端从左到右的芯线顺序依次为：白绿、绿、白橙、蓝、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。2．3光纤光缆具有很大的带宽。局域网的主干网都采用光纤作为通信介质。2．3．1光纤的基本特征光纤是以光脉冲的形式传输信号，具有诸多优点：（1）传输的是数字的光脉冲信号，不易被窃听，数据传输安全性高。（2）外界的电磁波不会对光导纤维中的信号造成干扰。（3）信号传输频带宽，传输容量大，可高达几千兆bit/s。（4）传输速度快，且距离长。缺点是光纤的成本较高，连接头需要使用熔接的方法制作，且需要专门的设备。2．3．2光纤的结构及通信原理下一页使用光纤传输信号时，光纤两端必须配有光发射机和接收机，光发射机负责将电信号转换为光信号，光接收机负责将光信号转换为电信号。实现电光转换的是发光二极管(LED)或注入式激光二极管(ILD)，实现光电转换的是光电二极管或光电三极管。如果信号传输距离较长，还需每隔一定的距离安装一台中继器。2．3．3多模光纤和单模光纤光纤有两种类型：多模光纤和单模光纤。模是指以一定角度进入光纤的一束光。多模光纤分为突变型折射率和渐变型折射率。

突变型折射率光纤：发光管以小于临界角发射的所有光都在光缆包层界面进行反射，并通过多次内部反射沿纤芯传播，多模渐变型折射率光纤的散射通过使用具有可变折射率的纤芯材料来减小，折射率随离开纤芯的距离增加，导致光沿纤芯的传播好像是正弦波。多模光纤采用发光二极管LED作为光源，其纤芯较粗，数据传输率低、传输距离短，成本较低。主要用于建筑物内或地理位置较近的区域。所有发射的光都沿直线传播，称为单模光纤。

单模光纤通常使用ILD作为发光元件，成本较高。优点是传输频带宽、容量大、传输距离长。用于建筑物之间或地理分布较远的场合。2．4网卡

网卡（NetworkInterfaceCard，NIC）即网络适配器，是用来连接计算机与网络的硬件设备，网卡插在计算机或服务器的插槽中，通过网线与网络连接，交换数据和共享资源。2．4．1网卡的功能

1）准备数据：将较高层数据放置在以太网帧内，而接收数据一方的网卡从帧中取出数据并上传到较高层。

2）传送数据：网卡以脉冲的方式将信号通过电缆传送。

3）控制数据的流量：网卡负责控制数据的流量，在以太网中，网卡也负责检查数据是否碰撞，如果传送期间有碰撞，则等待一段时间后再进行传送。2．4．2网卡的选择方法1．网卡的接口类型2．总线类型

PCI网卡以32位传输数据，传输速率可以达到100Mbit/s。

3．传输速率网卡主要有10Mbit/s、10/100自适应、100Mbit/s和1000Mbit/s四类。

一般选择10/100Mbit/s自适应网卡与100Mbit/s网卡。而1000Mbit/s网卡是一种高速局域网技术。

4．是否支持远程启动5．是否具有完整的适用于各种操作系统的驱动程序；是否具有即插即用功能，简化网卡的安装。集线器就是一种多端口的中继器。集线器一般有4、8、16、24、32等数量的RJ45接口，通过这些接口，集线器便能为相应数量的电脑完成“中继”功能。2．5集线器

2．5．1集线器的工作原理

集线器处于网络的“中心”，通过集线器对信号进行转发，8台电脑之间可以互连互通。

假如计算机1要将一条信息发送给计算机8，当计算机1的网卡将信息通过双绞线送到集线器上时，集线器并不会直接将信息送给计算机8，它会将信息进行“广播”。当8个端口上的计算机接收到这条广播信息时，会对信息进行检查，如果发现该信息是发给自己的，则接收，否则不予理睬。

2．5．2集线器的特点集线器主要有两个特点：1.共享带宽

2.半双工

2．5．3集线器的连接1．集线器的堆叠

堆叠方式是指将若干集线器的以电缆通过堆栈端口连接起来，以实现单台集线器端口数的扩充。

2．级联

级联是另一种集线器端口扩展方式，它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的。（1）使用Uplink端口级联（2）使用普通端口级联集线器间还可以通过集线器的普通端口进行级联，连接双绞线要用交叉线了，就是说双绞线的两端要跳线，即1-3与2-6脚对调。

虽然集线器级连方式有专用“Uplink端口”方式和“普通端口”方式两种，但从网络连接距离来考虑的话最好选用“Uplink端口”方式，因为这种连接方式可以最大限度的保证下一个集线器的带宽和信号强度。

2．6交换机交换机也叫交换式集线器，它通过对信息进行重新生成，并经过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用，由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，避免了和其他端口发生碰撞。2.6.1局域网交换机的工作原理

当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC的网卡挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部地址表中。2.6.2局域网交换机的特点

如果以太网上拥有大量用户和各式各样的服务器，引起整个网络的性能下降。解决的办法之一就是在以太网上添加一个交换机。1.独享带宽

2.全双工

2．6．3局域网交换机与集线器的区别集线器属于OSI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。集线器采用一种“广播”模式，而当交换机工作的时候，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应，而不影响其他端口。

集线器所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其他端口只能等待，工作在半双工模式下；而交换机每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时并不影响其他端口的工作，工作在全双工模式下。2.6.4局域网交换机的交换方式

·直通方式(Cutthrough)：

·存储转发方式(Store＆Forward)：

·无碎片直通方式(FragmentFree)

存储转发方式具有最高的交换质量，但速度慢，适用于网络主干的连接。直通方式是最快的一种，由于对任何帧都不作过滤，所以误码率较高，适用于交换式网络的外围连接。2．6．5局域网交换机的选择方法1．外形尺寸2．端口带宽及类型3．光纤接口4．虚拟局域网(VLAN)5．多媒体需求6．第三层交换功能2．7路由器路由器是工作在OSI7层模型中第三层与第四层间的网络设备。

从应用上看，有内部路由器与边界路由器之分。内部路由的主要作用是将不同的网段连接起来，或是将不同网络操作系统上运行的不同协议进行转换，以实现异构互通。

边界路由则以同步方式或异步方式通过专线、公共网接入Internet或实现局域网到局域网的连接。2．7．1路由器的作用

当两个不同结构的网络需要互连时，也可以通过路由器来实现。路由器可以使两个相似或不同体系结构的局域网段连接到一起，以构成一个更大的局域网或一个广域网。

2．7．2路由器的工作原理路由是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。而对于路由器而言，它有一种用于翻译的字典——路径表。路径表保存着各种传输路径的相关数据，如子网的标志信息、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员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。路由器可以让不