硬件工程师第章

（建筑工程管理）硬件工程

师第章

2020年4月

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第20章局域网

20.1网络是什么

网络是由两台或两台以上的计算机组成的可以相互智能地共享软件资源或硬件设备的

一组计算机。网络可以很小且简单到只由两台计算机组成，它们之间可以共享只连在其中一

台计算机上的打印机和光驱，也可以很大成为世界上最大的网络，例如Internet。

智能地共享意思是，每台计算机可以和其他的计算机共享资源或计算机保留对该资源的

控制。而在两台计算机之间控制单一打印机的交换盒并不能等价于网络设备；因为是交换盒

而不是计算机操纵着打印任务，任何计算机都不知道什么时候对方需要打印，它们的打印任

务会互相干扰。

另一方面，一台共享的打印机可以被远程控制，而且能够在打印服务器的硬盘驱动器上

存储来自不同计算机上的打印任务。用户可以改变打印任务的顺序，保留或删除打印任务。

此外，与交换盒不同的是，设备共享能通过口令控制。

20.1.1共享的硬件部件

实际上任何存储器或输出设备都能通过网络共享，但在网络上最普遍的共享设备包括：

・打印机。

•磁盘驱动器。

-CD-ROM和光驱。

•调制解调器。

・传真。

■磁带备份单元。

・扫描仪。

整个驱动器、被选文件夹，或单独的文件都能通过网络被其他的用户共享。

20.1.2通过网络共享信息的好处

除了在大量的用户之间共享昂贵的打印机和其他的外围设备以减少硬件成本外，网络还

向用户提供以下的便利：

•软件和数据文件能够在大量的用户之间实现共享存取。

•电子邮件的接收和发送。

•协作功能允许大量的用户同时为单一的事务服务。

・远程控制程序可以被用于疑难解答或向新用户显示怎样执行任务。

・多台计算机之间可以共享单一的Internet连接。

20.2本章的中心

本章主要讲述了怎样构建和使用一个对等网，它是在小型企业和家庭一一^办公用户中十

分有用的廉价网络。这种网络只要在Windows的最近版本（从Windows9x和NT到

WindowsMe和2000）上加上网络硬件即可构建。正如在后面的一个要点中将看到的，大

部分对等网通过加一个专用服务器和在服务器及客户机上加相应的软件便能升级为客户/服

务器型网络。

这样，本章提供了在构建一个办公室、工作组或是家庭——办公室小网络所需要的手把

手的实践信息。如果管理一个使用Linux、Unix、WindowsNT服务器、Windows2000服

务器或NovellNetWare的公共网时，应该也考虑到诸如安全性、用户配置文件、SID的问

题以及其他一些超出本书讨论范围的因素。

注意网络是一个很大的话题。想了解更多的关于客户/服务器型网络、广域网、Internet

和公共网的信息，那么请参见"网络升级与维护"第2版，该书也是由Que出版的。

20.3网络类型

从小型的两站点布局到互联许多城市的办公室的网络，存在着几种网络类型。

•局域网。我们谈到的最小的办公网络就是一个局域网。一个局域网由在一个办公室或一

幢建筑物里的计算机及组件构成。局域网也能用和在办公网络中使用的相同组件来在家里构

建。但正如将在后面看到的，现在已经存在专用的家庭网络组件用来构建所谓的家庭网络或

HAN。

・广域网。位于不同地方的局域网通过高速光纤、卫星或租用电话线路来构成一个广域网,

或WAN。

•Internet万维网即可见的世界上最大的网络Internet,,虽然一些Internet用户使

用调制解调器通过拨号连接，而不是通过局域网或广域网连接，但是任何一个Internet用户

都是一个网络使用者。Internet实际上是个网络的网络，所有的网络都通过TCP/IP协议互

相联接。诸如站点浏览器、文件传输协议（FTP）客户程序、新闻阅读的程序都是用户使用

Internet工作的最常用工具。

・企业内部网。企业内部网使用与公共互联网相同的站点浏览器和其他软件及TCP/IP协

议，但企业内部网只做为公司内部网络的一部分存在。典型的企业内部网由一个或多个和其

他公司网络互联的局域网组成，但是不像Internet，网络的内容只限制于被授权的公司用户。

从本质上说，一个企业内部网就是一个不公开的互联网。

•Extranet。和顾客、供应商或其他商业伙伴而不是和所有的公众，来共享一部分网络内

容的企业内部网称为ExtranetExtranet和企业内部网使用同样的站点浏览器及其他软件来

获取其信息。

注意局域网和Extranet一样依赖于防火墙和其他的安全工具及保证其网络内部安全性

的程序。如果想学习更多的关于防火墙及安全性的问题，请参见已出版的这几本书：

■《实用防火墙》，ISBN0-7897-2416-20

・《网络升级与维护》第版，

2ISBN0-7897-2034-5o

20.4客户/服务器型网络和对等网的比较

虽然局域网中的每台计算机都和其他的任意一台相连，但他们没必要和其他所有的计算

机通信。基于在计算机之间进行通信的不同模式，有两种基本的局域网类型，分别称为客户

/服务器型网络和对等网。

20.4.1客户/服务器型网络

在客户/服务器型网络中，无论是客户机还是服务器，每台计算机都有具体的职责分工。

服务器是为和网络上的其他客户计算机共享资源设计的。典型的服务器位于安全的地方，例

如锁着的柜子、数据中心等地方，这是因为服务器上保存着一个机构最有价值的数据，且操

作员不需要对它进行连续操作。网络中其他计算机就以客户机的形式工作（请参见图20-11

图20-1客户/服务器型局域网组件

L服务器

典型的专用服务器与客户机相比有更快速的处理器、更多的内存和更大容量的存储空

间，因为服务器可能不得不在同一时间为数十个甚至是成百上千个用户服务。高性能服务器

可能会使用两个以上的处理器、专门为服务器优化的64位PCI网卡插槽以及冗余电源供应。

服务器上运行着专用的网络操作系统——例如WindowsNT服务器版、

Windows2000Server/AdvancedServer或NovellNetWare----它们是为方便资源共享而

专门设计的。这些资源驻留在单一的专用服务器或是一组服务器上。当不只一台服务器在工

作时，每台服务器都执行一个特定的任务（文件服务，打印服务，传真服务，电子邮件服务

等等）或提供冗余（镜像服务）以防服务器故障。对有特殊要求的计算任务，几台服务器能

通过并行程序以单一的单元形式运行。

2.客户机

客户机仅仅只和服务器通信，而不是和其他的客户机通信。客户机系统就是一台标准的

个人电脑，它运行着诸如DOS或Windows的操作系统。和标准个人电脑的惟一区别就是

客户机上有使计算机登录到服务器的共享资源上的软件包。

20.4.2对等网

相比较而言，对等网上的每台计算机是同等的，而且如果它被授予了登录权限的话，它

能和网络上的其他任何一台计算机通信（请参见图20-2X实际上，对等网上的每一台电脑

都既是服务器也是客户机；如果对等网上任何一台机器共享了其打印机、目录、驱动器或其

他资源，那么这台机器就可以认为是一台服务器。这也就是为什么即使在谈论对等网的时候,

也可能听到关于客户和服务的行为。对等网既可以小到只由两台计算机组成，也可以大到由

成百上千的计算机构成。虽然对对等网的规模没有什么理论上的限制，但如果对等网的规模

超过10台计算机，它的性能会明显下降且安全性也会成为一个令人头痛的主要问题。

Microsoft对和其他系统共享资源的Windows2000专业版就限制了计算机的数量不能超过

10台。由于以上因素，建议如果网络超过了10个站点，那么最好将它转换为客户/服务器

型网络。

图20-2典型对等网的逻辑结构

对等网在大型组织内部的小办公室或是单一部门中是十分平常的。对等网的好处就是不

需要专门指定一台计算机作为文件服务器。相反，每台计算机都能和其他的计算机共享资源。

对等网的潜在不利因素就是它的安全性不太好，而且不易于控制，因为用户们一般自己管理

自己的系统，而客户/服务器型的网络有着集中管理的优势。

20.4.3比较

客户服务器型的局域网增强了共享资源的安全性，提供更快的性能，对基于网络的数据

提高了备份效率，并且为冗余后备电源和磁盘阵列的使用提供了可能。当然，客户/服务器

局域网在购买和维护上也需要更高的成本。表20-1比较了客户/服务器型网络和对等网。

表20-1客户/服务器型的网络和对等网的比较

项目客户/服务器对等网

登录控制通过用户/组的许可列表单一的口令提通过资源上的口令列表；每个资源分别

供用户只能登录到它的清单上的资源要求不同的口令；全部/无登录权限；

用户能被授予不同层次的权限没有集中的用户列表

安全性安全性高，因为登录是由用户或组识别安全性低，因为任何人知道口令都可登

的录到共享资源上

性能性能高，因为服务器不用浪费时间或资性能低，因为服务器常常以工作站的形

源去执行工作站的任务式工作

硬件成本硬件成本高，这是由于服务器的专门设硬件成本低，因为任意一个工作站都能

计、硬件的高性能特性及冗余的特点决通过共享资源变成服务器

定的

软件成本每个工作站用户的注册费用都是网络操免费的，所有的客户软件都包括在

作系统服务器软件（WindowsNT,Windows9x版本和WindowsNT工作

Windows2000服务器版本，和站版及Windows2000专业版里

NovellNetWare）的—部分

备份当数据存储在服务器上时集中备份；使由用户决定备份与否；常常每个工作站

得高速的有着先进归类方法的大容量磁会混合使用备份设备

盘驱动器的使用成为可能

冗余后备电源、热插拔磁盘阵列甚至镜像服无论在对等"服务器”还是在客户机上

务器都都没有真正的

很普遍；网络操作系统一般能自动使用冗余；需要手动干涉故障，使得数据丢

冗余设备失的可能性很高

、和已经将构建对等网的要

Windows9xsWindowsMeWindowsNTWindows2000

求包括在里面了。由于即插即用技术在Windows9x、WindowsMillennium和

WindowsNT/2000中的使用，在这些系统中安装网络接口卡是一件相对较容易的事。将它

们和相应种类的电缆连接在一起，然后就可以构建自己的对等网。

20.5网络的必要条件

除非被连接的计算机已经知道它被连接了，而且使用相同的通信方式，并且指定了共享

的资源，否则它们不能共同工作。因为网络软件基于逻辑连接的基础上，并使得物理连接得

以工作，所以网络软件和网络硬件同样重要。

每个网络至少要满足以下要求：

・计算机之间通过物理（电缆）或无线（红外（IRDA）或调频）连接。

•一系列普通的通信规则，诸如网络协议。

•支持资源可以被其他计算机共享和对共享资源进行访问控制的软件，如网络操作系统，

•可以共享的资源，例如打印机、磁盘驱动器和光驱。

・使得计算机可以登录到具有共享资源的计算机上的软件，称为网络客户端。

这些规则应用于最简单、最有效的乃直所有的网络上，而无须考虑网络的自然特性。所

需要的硬件和软件细节将在本章的后面进行讨论。

20.6以太网和令牌环网的比较

选择使用何种协议是在构建局域网时需要作出的最重要的决定，也是惟一的决定。协议

决定了网络的速度、网络所用的登录机理控制介质、能使用的电缆种类、必须购买的网络接

口卡和安装在网络客户软件中的适配器驱动程序。

电气和电子工程师协会（IEEE）已经定义并成文了一系列包括冲突检测和令牌传递网络

物理特征的标准。这些标准也就是大家所知道的IEEE802.3（以太网）和IEEE802.5（令牌

环网1IEEE802.11b还定义了无线以太网的有关标准。

注意然而要注意，口头上说的以太网和令牌环网实际上应归类于IEEE标准所基于的这

些协议的早期版本。在真正的以太网和IEEE802.3的框架定义之间只有微小的差别,IBM的

16Mbps令牌环产品就是IEEE802.5标准的扩展。还有一种老的被称作ARCnet的数据链路

层协议，这种协议现在已经很少用了。

现在最主要的两种选择是以太网和令牌环，在表20-2中总结了其他的或许会遇到的网

络数据链路层协议。在以下的部分解释了用于电缆类型的缩写的意思。

表20-2有线局域网协议总结

网络类型站点速度最大数量电缆种类注意

ARCnet2.5Mbps255个站点RG-62同轴电缆非在新的安装中已经废弃了用来取代

屏蔽双绞线/I类屏IBM3270终端（用某种同轴电缆）

蔽双绞线

以太网10Mbps每段：3类非屏蔽双绞线被快速以太网取代胃旨通过双速集线

10BaseT-2个（lOBaseT）粗电器或交换机和快速以太网互联；使用

10Base2-30个缆网（同轴电缆：交换机和路由器米克服构建超大型

10Base5-100个10Base5）细电缆网络的"5-4-3"规则的限制

10BaseFL-2个网（RG-58同轴电

缆;10Base2）

光纤（lOBaseF）

快速以100Mbps每段：2个5类非屏蔽双绞线快速以太网可以通过双速集线器，交

太网换机或路由器和标准以太网互联

千兆网1000Mbps每段：2个5类非屏蔽双绞线千兆以太网能通过双速集线器，交换

机或路由器和快速或标准以太网互

联

令牌环网4Mbps或非屏敝双绞线：非屏蔽双绞线，1连接客户端的网卡和MAUS的价格

16Mbps72个类屏蔽双绞线和光很高；主要用于IBM中型规模的网

1类屏蔽双绞线：纤络及主干框架的系统

250-260个

［参见］类似无线以太网IEEE802.11b这样的无线协议将在本章后面加以讨论。参见20.9

节"无线网络标准"。

几年前，在令牌环网和以太网之间做出选择并不容易。以太网已经成为世界上领先的数

据链路层协议，但标准以太网的最初版本（10Base5"粗电缆网"和10Base2"细电缆网"）

使用不便安装的同轴电缆，而且由于被"5-4-3"规则的技术限制，使得网络在超过一定的

节点数时，构建起来很昂贵。

令牌环网络的16Mbps版本实质上比lOBase版本的以太网更快，且在每段上允许的工

作站的最大数量更多。然而，在21世纪来临的时候，快速以太网的普及和它的低成本；易

于安装的双绞线在标准以太网，100Mbps'陕速以太网甚至1000Mbps千兆以太网上的使

用；克服传统以太网站点限制的集线器和交换机的使用使得快速以太网成为工作组规模网络

的首选，目在大型网络方面也成为令牌环网络的竞争对手。正确设计的快速以太网可以在将

来升级为千兆网。以太网

随着上百万计算机与以太网卡及以太网电缆的相连，以太网成为世界上用途最广泛的数

据链路层协议。基于以太网的局域网可以实现很多种异种设备互联，包括UNIX和Linux1

作站、Apple计算机、打印机以及PC机等。各种能支持全部三类标准电缆的以太网卡都可

以从几十家兼容制造商那里买到，这三类标准电缆有：细缆、粗缆及非屏蔽双绞线（UTP,

UnshieldedTwistedPairX传统的以太网以10Mbps的传输率工作，较新一点的快速以太

网将这一传输率标准提高到了100Mbps,最新版的以太网标准称为千兆网，将传输率又提

高到了1000Mbps,是以太网原来传输率的100倍。

1.快速以太网

快速以太网需要专门设计的能支持100Mbps传输率的设备，如适配器、集线器、UTP

或光纤电缆。可以购买那些能同时支持10Mbps和100Mbps的复合设备，这样就可以在一

个较长的时间里，通过新的NIC和集线器（HUB）逐步升级网络系统。

在快速以太网（lOOBaseTX）和lOBaseT标准的以太网的一般形式中，都使用5类UTP

电缆中的4对芯线中的2对。还有一种称为100BASE-T4的快速以太网，它使用5类UTP

电缆中所有的4对芯线，但这种快速以太网早已不再流行，目前很少见到。

2.千兆网

千兆网也需要专门设计的能支持1000Mbps传输率的适配器、集线器和电缆。多数千

兆网都使用光纤电缆，但千兆网也能使用快速以太网所使用的5类UTP和其他一些较新版

的标准以太网设备。

与快速以太网及标准以太网对UTP电缆的用法不同，千兆网需要使用所有4对线缆。

因此，千兆以太网需要专用的以太网电缆，所以用户不能随便拿两根电话线或其他速度较慢

的数据线就放到千兆网中去。

快速以太网和千兆网都不支持原来传统以太网所用的细同轴电缆和粗同轴电缆，不过用

户可以使用媒体转换器或专用集线器和交换机将基于同轴电缆的以太网和基于UTP的以太

网互联起来。

注意关于以太网、快速以太网、令牌环网及其他网络数据链路协议的详细信息，请参见

本书附带CD上的"PC升级与维护"第11版。也可以参见“网络升级与维护"第2版，该

书也是Que出版的。

20.7网络的硬件组成

网络由硬件和软件共同构成。一旦选定了一种数据链路协议，就可以选择适当的硬件构

成网络了，这些硬件包括网络接口卡、电缆、集线器（HUB）或交换式集线器（Switch）等。

20.7.1网络接口卡

在大多数计算机上,网络适配器以安装在PCI.ISA或EISA槽内的网络接口卡（简称网

卡，NIC）的形式存在。有些计算机直接将网络适配器集成到了主板上，但这更常见于工作

站而鲜见于服务器。因为大多数网络管理员更愿意自己选择喜欢的NIC。

以太网和令牌环网的适配器上都固化有惟一的硬件地址码。数据链路层协议使用这些地

址区别网络上不同的机器。数据链路层协议的报文头中包含有发送方和接收方的硬件地址，

使得数据包能正确地从一个源站点传送到目标站点。

网络适配器的价格从客户端适配器的30美元到为服务器优化的适配器的300美元不

等。以太网适配器有各种常用接口卡的形式，而且分适合工作站的网卡和适合于服务器的网

卡。对于首次使用网络的用户，有一种称为网络工具箱的产品，其中包括2块以太网或快速

以太网网卡、1只小型的集线器，以及1根预先制作好接头的UTP电缆，大约100美元。

这种网络工具箱和内置有网络软件的Windows操作系统配合使用，使建网不再昂贵。

客户工作站上NIC的推荐性能

下面是我所推荐的客户工作站（包括对等网中的对等服务器）上NIC所需的性能。

（1）传输率

NIC应能"跑"网络所能支持的最大传输率。例如，在快速以太网中，应购买能支持

lOOBaseTX的100Mbps传输率的以太网卡。大多数快速以太网卡也能支持标准以太网的

10Mbps传输率，使得同一块网卡既可以使用在旧的网络环境也可以使用在新的网络环境。

网卡应能支持半双工和全双工两种工作方式。

•半双工方式指网卡能工作在发送或接收的单一方式。

•全双工方式指网卡能同时发送和接收。如果用交换式集线器代替了普通的集线器，全双

工

方式能提高网络的传输率。

交换式集线器（Switch）在两台计算机之间提供专用的信道，与普通的集线器相比具有

更快的性能，但其价格不菲，与在对等网工作组中所得到的性能提高是不相称的。交换机目

前的价格比具有同样端口的集线器价格稍稍便宜，可用于任意规模的局域网中。

（2）总线类型

如果需要联网的台式计算机是1995年以后制造的，就应该只考虑基于PQ总线的网卡

（这些计算机通常有3个以上的PCI扩展槽X尽管几乎所有的计算机也还保留1个以上的

ISA扩展槽，但PQ总线更宽的数据总线和更高的数据传送速率使其成为各类总线网卡中的

惟一合理的选择。

表20-3总结了这两类扩展槽的差别。

表20-3客户方PC机网卡的总线选择

扩展槽类型速度总线宽度

PCI33MHz①32位②

ISA8.33MHz③16位④

①PQ总线的33MHz速度是假定主板的主频是66MHz或100MHz,如果主板的主频

改变的话，其PCI总线速度也会随之改变。

②一些用于网络服务器的PQ总线适配器是64位的或是64位和32位兼容的。

®ISA总线的8.33MHz速度是由PCI时钟速率的默认值除以4得到的。不同的主板主

频或PCI时钟分频数会引起这个参数的变化。

④一些ISA扩展槽只有8住的数据总线宽度。虽然在市场上仍然有基于ISA总线的网络

接口卡，但是它们的速率低且总线带宽窄，这样严重地限制了它们的性能。基于ISA总线的

以太网卡不能支持高于10Mbps的速率，因此它们不能支持快速以太网或千兆网。现在很少

有厂商生产10/100ISA以太网卡，其性能也要比PCI网卡差很多。

（3）网络适配器连接器

典型的以太网适配器有一个叫做RJ45头的连接器（接lOBaseT和快速以太网的双绞线,

它看起来像一个大的电话插孔），单一的BNC连接器（接细同轴电缆）,或一个"D"型15

针的叫做DBI5的连接器（接粗同轴电缆X一些适配器结合了2种或全部的3种连接器类

型；带有2种或更多连接器的适配器被归诸于"组合"适配器。令牌环适配器有一个9针的

称作DB9的连接器，有时是一个RJ45头。图20-3显示了所有3种以太网的连接器的外观。

RJ-45连接器

DB-15连接器

BNC同轴电缆连接器

图20-3两块网卡上的3种以太网连接器：RJ-45连接器（左\

DB-15连接器（右上）和BNC连接器（右下）

下面两幅图提供了最普通的网卡的连接侧面的外观。图20-4显示了位于网络末端

10Base2网卡的外观；连接在BNC接口上的T型头的一端连接在细同轴电缆（RG-58）上,

另一端接着一个50欧姆的终端负载。

50欧姆终端负载

T型接头

细缆（RG-58）

图20-4在细电缆以太网上末端站点的10Base2网卡外观

图20—5显示了连着非屏蔽双绞线的lOBaseT的网卡外观。而图20-6则显示了两端

相连的两根电缆。

图20-5带非屏蔽双绞线的lOBaseT以太网卡

现在市场上为客户PC机的使用而生产的大部分标准和快速以太网卡都只支持双绞线。

如果想在现有的使用同轴电缆的网络上增加客户PC机的话，有三种选择：

・购买组合网卡，既支持同轴电缆也支持RJ-45双绞线。

•购买一个中介转换器，它能将新的支持非屏蔽双绞线的网卡与同轴电缆相连，从而使计

算机可以连接到现有的网络上。

・使用同时具有同轴电缆端口和RJ-45端口的交换机或集线器，如果增加了快速以太网

客户端，还需要一个双速（10/100）设备。

20.7.2网络电缆

虽然中介转换器能将基于相同标准但使用不同电缆的网络互联，但出于最经济的角度考

虑，网卡与网络电缆应该匹配。

1.粗的和细的以太网同轴电缆

第一版以太网都基于同轴电缆。以太网的最初的形式,10Base5，就使用粗同轴电缆（称

做粗缆网），粗缆不能直接和网卡相连。有种称作AUI（连接单元接口）的设备将位于网卡

尾部的DB15连接器和电缆相连。电缆上有个钻孔，支持将"吸血鬼（vampire）头"连接

到电缆上。为使用以太网粗缆而设计的新网卡硬件现在几乎看不到了。

10Base2以太网卡使用位于网卡尾部的BNC连接器（带销钉的针座）。虽然用于

10Base2以太网的细同轴电缆（称作"细缆网"或RG-58）有一个带销钉的连接器，使得

它可以物理地连接到卡上的BNC连接器上，但这种配置是不正确的且不能正常工作。相反,

BNC"T"型头是连接在网卡的尾部的，允许细以太网电缆可以连接在"V型头的两端（对

于位于网络中部的计算机而言），或只有一端接电缆（对于位于网络末端的计算机而言入将

一个50欧姆的终端负载连接到"T"型的另一端以表明网络的末端，并阻止大量的错误信号

送给网络的其他客户。如今仍然可以得到带BNC和RJ-45连接器的组合卡，但它只能以标

准以太网的速度运行。

图20-6显示了以太网的BNC同轴电缆"T"型连接器外观，图20-7显示了同轴电缆

的剖面外观。图

20-6以太网同轴电缆T型连接器］

图20-7同轴电缆

2.双绞线

双绞线正如它的名字所述：每端有特定数量扭绞在一起的带保护外套的绝缘电线。将电

线绞在一起可以减少传送信号过程中的电磁干扰（由附近电缆，电动机和荧光灯产生）。屏

蔽双绞线（STP）指的是电线束周围的绝缘程度，以及因此它对噪声具有的免疫力。用户可

能十分熟悉非屏蔽双绞线（UTP）;它常被用于电话线。图20-8显示了非屏蔽双绞线的外观；

图20-9显示子屏蔽双绞线的剖面外观。

图20-8非屏蔽双绞线（UTP）

图20-9屏蔽双绞线（STP）

屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的比较当电缆随着计算机的使用而发展，最先考虑到的是将

电缆从外界干扰中屏蔽开，这是减少干扰的最好方法且能提供更高的传输速率。然而，后来

发现将成对的电线拧合起来是防止干扰的更为有效的方法。结果，早先使用屏蔽电缆的情况

比现在使用非屏蔽电缆的情况更为普遍。屏蔽电缆还有一些特殊的需要考虑的问题，因为屏

蔽电缆的一端，而且只有一端，要接地，这样由于人们的疏忽，将电缆的两头连接引起的接

地回路，或由于屏蔽电缆未接地而使它以天线的形式运作，都会产生问题。接地回路是两个

不同的接地端被连接在一起产生的。这是一种很糟糕的情况，因为接地端之间有轻微的电压

差，生成的回路虽然电压很低却能产生无穷的电流值。这样会引起电气组件的过载而导致火

灾。

大部分以太网和快速以太网的安装都选择使用非屏蔽双绞线，因为非屏蔽双绞线物理上

具有柔软性，电缆本身和接口的体积小，使得安装布线十分容易。然而，因为它缺乏电气绝

缘，使得来自荧光灯、电梯和报警装置（其他装置）的干扰成为主要问题。如果在安装中使

用非屏蔽双绞线，干扰是主要的问题的话，应该将电缆布在远离干扰的地方，使用外部保护

层，或在靠近干扰源的地方用屏蔽双绞线代替非屏蔽双绞线。

20.7.3网络拓扑

网络上每台计算机都连接到电缆（或其他介质）上的其他计算机上。连接网络上各计算

机的电缆的物理布局称为网络拓扑。

混合使用不同拓扑形式的网络称为组合网络。例如，可以将几个星形网络的集线器连接

在一根总线上，形成一个星形-总线网络。环形网也可有相同的方式连接。

表20-4总结了网络类型和拓扑结构的关系。

表20-4网络电缆种类和拓扑结构

网络种类标准电缆种类拓扑结构

10Base5细同轴电缆（RG-58）总线

lOBascT3类或5类非屏蔽双绞星形

线

快速以太网lOOBaseTX5类非屏敝双绞线星形

千兆网lOOOBaseTX5类非屏敝双绞线星形

令牌环（所有）屏蔽双绞线或同轴电逻辑环

缆

以下部分将讨论总线形、星形和环形拓扑结构。

1.总线拓扑

有时从一个站点到另一个站点只有一根单一的电缆，沿着这根电缆可以连接到网络上的

所有计算机，这种电缆排列方式称作总线拓扑，如图20-10所示。（拓扑就是工作站和服务

器之间物理连接方式的描述。）这种接线方式的内在不利因素就是，如果一台计算机或电缆

连接出现故障，将导致总线上位于它之后的所有站点都将失去和网络的连接。典型安装的总

线拓扑形式使用粗以太同轴电缆和细以太同轴电缆。图20-10线性网络拓扑，将所有的网络

设备连接到一根电缆上

图20-10线性网络拓扑，将所有的网络设备连接到一根电缆上

2.星形拓扑

这种现在使用最为普遍的拓扑结构将每台计算机分别用电缆和中心配线结点进行连接，

这个结点常常称之为集线器或集中器。图20-11显示了星形拓扑的布线外观。因为每台计算

机使用单独的电缆，一个网络连接的故障只影响其包括的单一站点，其他的计算机可以继续

正常工作。总线形布线比星形方式耗费的电缆更少，但如果出现故障时，更难诊断。同时，

星形结构的快速以太网是最普遍的局域网采用的方式，也是最先配置网络工具采用的网络类

型。10BASE-T以太网也使用这种结构；10BASE-T可以使用3类或5类屏蔽双绞线，而快

速以太网及更快的网络则需要使用5类屏蔽双绞线。

集线器

图20-11星形拓扑，将局域网上的计算机和设备连接到一个或更多的中心集线器或其他

登录单元上

3.环形拓扑

经常谈到的另一种拓扑结构是环形结构。在这种结构中，每个工作站都和下一个工作站

相连，最后一个工作站又与第一个工作站相连(实际上是两头相连的总线拓扑结构X主要

有两种类型的网络使用这种环形结构：

•FDDI,使用一种物理环状拓扑结构。

・令牌环，使用一种逻辑环状拓扑结构。

令牌环网络乍看上去像以太网，因为这两种网络都使用一种中心连接设备和一个星型物

理结构。那令牌环中的"环"在哪儿呢？

事实上，在令牌环网中，令牌环中的环只存在于与计算机相连的设备中，这些设备称为

多站点访问单元(MultiStationAccessUnit,MSAU)，如图20-12所示。

产生的信号从计算机传送到集线器上，再送到下一台计算机上，然后再回到集线器。数

据返回时传到每个系统直到它到达最初发出信号的计算机。所以，尽管由于物理线路拓扑是

星形，从数据路径原理上来说是个环。这就称作逻辑环。

令牌环网络中的逻辑环比物理环更可取，因为逻辑环具有更好的容错性。在总线网中，

无论是物理环上的哪部分电缆出故障都会影响整个网络。在令牌环网中，MSAU能有效地剔

除出故障的计算机，使得其他的计算机能够正常工作。

客户

数据在环中传送

客户

客户

MSAU

图20-12所有的计算机和打印机被连接到同一个回路上，形成了一个环

20.7.4以太网集线器

正如所看到的，现代以太网工作组网络是由星形拓扑结构的工作站组成，这些工作站的

连接是基于非屏蔽双绞线的。星形的中心是集线器，不过也可以使用交换机（参见本章后面

20.7.5节"以太网交换机"X

所有的以太网集线器有以下特征：

•多个非屏蔽双绞线RJ-45连接器。

•故障显示和激活状态显示灯。

•电源。

以太网集线器的类型有两种：可操作型和不可操作型。工作组和家庭一办公室网络使用

不可操作型，而公共网常使用可操作型，即可以通过软件控制它。

注意现在已经过时了的ARC网使用其独有类型的集线器：不需要电源的无源集线器，

以

及带电源的有源集线器。任何ARCnet的集线器都与以太网不兼容。

每个工作站和集线器之间通过非屏蔽电缆连接，电缆两端通过RJ-45头一端接到网卡的

尾部，另一端接到集线器或交换机的尾部。

集线器或交换机前端的信号灯表明了正在被计算机使用的接口；交换机还表明了是否有

全双工连接正在使用。双速集线器或交换机也表明了每个端口上使用了哪种连接速度。对每

台要连接的计算机，集线器至少需要一个RJ-45非屏蔽连接器与它对应。图20-13显示了

一个家庭或小企业网络中适用的典型的5口集线器。

图20-13典型的10BaseT5口工作组集线器。连接器1-4都和计算机相连（可以从集

线器前面的灯看出（图底）1右边的灯表明集线器和AC/DC整流器的通电状态

图20-13中，左边的电缆接到电源上。中间的电缆是便于穿墙敷设而预先专门设计的抗

折电缆。右边的电缆是散装的电缆和连接器中的组件，这种电缆是在现场直接组装的。

L集线器是怎样工作的

以太网上的计算机如果想得到网络信息或某台计算机上的程序，就会通过电缆向集线器

广播（送出）一个请求，集线器会向连接在它上面的所有计算机广播这个消息。当目的计算

机接收到这个消息时，就会将所要求的信息返给集线器，集线器仍然再一次向所有的计算机

广播，虽然仅仅只有发出要求的计算机会响应这个消息。因此，集线器就像一个广播传送台

和接收站，它将信号传送给所有的广播站，但仅仅只有恰当的广播站才会发送或接收这条信

息。

2.可能需要的集线器的其他功能

最便宜的集线器只能以单一的速率工作，且只有几个RJ-45接头。根据需要，下面的选

择可能会有所帮助：

・双速集线器。如果客户在现有的lOBaseT网络上增加快速以太网（lOOBaseTX）,那么

就需要双速集线器来连接这两种不同类型的以太网。

甚至在构建一个崭新的快速以太网时，也要用双速以太网，因为偶尔要招待"做客”的

笔记本电脑的主板上只带有标准的lOBaseT以太网卡。虽然一些用于小网络的双速集线器

比仅支持快速以太网的集线器贵一点，但它的通用性使得这种额外的花销是值得的。

•在现有的要求上附加"额外"的接口。如果要将4台计算机一起连成小网络，那么需要

一个4口的集线器（现有最小的配置）；但如果购买一个只有4个口的集线器，一旦想增加

一台计算机到网络上，就要更换集线器。

同样，在购买集线器时，要为将来作好打算，应该保证集线器能在下一年里支持网络的

升级。如果计划增加2个工作站，那么至少要购买一个6口的集线器（购买的集线器接口越

多，相应每个接口的成本就越低X如果为更多的发展做准备，就买一个可堆叠的集线器。

•带上行接口的可堆叠集线器。可堆叠集线器就是可以连接到另一个集线器上，支持在连

接超出接口数量的计算机时，不需要更换集线器。现在大部分市场上的集线器都是可堆叠的，

但是非常小的集线器和一些老型号的集线器可能缺少这个功能。用户可以使用该特点在老式

的10BASE-T网络上增加10/100功能，也可以在10BASE-T集线器的上行链路（Uplink）

端口上连接一台双速集线器（或交换机X

要判断集线器是否是可堆叠的，只要看它有没有Uplink端口即可。这种端口看起来像

一个普通的RJ-45端口，但不同的是，它允许用标准的RJ-45口的非屏蔽双绞线将它连接到

另一个集线器上。没有这个Uplink端口，就必须使用特制的交叉电缆。

一些小的带Uplink的集线器只允许用其中一个普通端口和它协同工作（请参见图

20-14X我办公室里使用的是带Uplink端口的Linksys的5口集线器。我利用Uplink端

口连接到更大的局域网,以登录到Internet上。如果单独使用这个集线器的话，就能使用所

有的5个端口，但由于使用了Uplink端口，所以只有4个端口可用。Uplink端口和#5号

端口不能同时使用。

图20-14典型的带Uplink口（左边）5口工作组集线器的连接，Uplink口将这个集线

器连接到另一个集线器上（"堆叠"集线器X5#端口和Uplink端口不能同时使用

3.集线器的放置

虽然大型网络在服务器旁可能会有个接线柜，但是构建工作组规模的局域网并不需要接

线柜。不过集线器的放置位置十分重要。

不管是带电源盒的小集线器还是大的带外接三插脚插头的集线器，所有的以太网集线器

都需要外接电源。

除了电源外，为了方便故障诊断，要考虑到将集线器放置在容易看到信号灯的地方，目

要考虑到如果要增加1到2个用户时，RJ-45接头的连接比较方便。在我的办公室里，集线

器就放在个人计算机顶上的盒子里，只要低头就可以看见网络的问题。转弯处的不显眼的桌

子也可以用来放置小集线器。

除lOOBaseTX快速以太网的100米距离的限制之外，对网络上每台计算机与集线器之

间距离的要求不是很严格，因此在放置集线器时，要考虑到能提供电源且容易够得着的因素。

技巧在制作UTP电缆之前就要决定好放置集线器的位置。否则在需要移动集线器时，

电缆可能就不够长了。电缆长了可以盘绕起来，即使打结也没关系，但电缆太短了就必须要

替换了。虽然能买到RJ-45接头，但如果要运行快速以太网，要确保电缆是5类电缆。最好

将太短的电缆换成正确长度的电缆。

20.7.5以太网交换机

交换机与集线器类似，用于将基于UTP的以太网中的计算机互联起来，它在物理上也

与集线器很相似（参见图20-15）。

图20-15典型的5端口10/100以太网交换机的前视图（上）和后视图（下X本图由

Linksys友情提供

但是交换机也具有集线器无法具有的特性，如表20-5所示即使是小型网络，它也能提

升网络的性能。

表20-5以太网集线器和交换机比较

特性集线器交换机

带宽由使用的所有端口平分由使用的端口独享

数据传输类型向所有连接的计算机广播在接收和发送计算机之间直接连接

工作方式支持仅支持半双工方式（接收或发半双工，如果使用全双工网卡，为全双工（接

送）收和发送）；可使网络的有效带宽加倍

1.交换机的工作原理

与集线器向网络上所有的计算机广播数据不同，交换机使用一种地址存储

（AddressStoring）的技术检查每一个数据包的目标地址，并将其直接转发给目的计算机。

因此，交换机类似于一台电话交换机，在呼叫的宿主和接收者之间建立直接的连接。

由于交换机在源机器和目标机器之间建立直接的连接，因此它能向每个端口提供网络的

全部带宽。而集线器则将网络带宽按照活动连接的数目均分，这意味着集线器的带宽会随着

网络的忙闲而不断地增大或减小。

例如，假设用户网络中有4台使用10/100网卡的工作站和1个快速以太网集线器，网

络总带宽是100Mbps。如果现在有2台工作站处于活动状态，每台工作站的有效带宽实际

上是50Mbps（100Mbps除以2）;如果所有4台工作站都处于活动状态，贝悔台的有效带

宽只有25Mbps（100Mbps除以4I活动用户越多，有效带宽就越小。

如果使用交换机代替集线器，每台工作站的有效带宽仍然保持为100Mbps不变，因为

交换机并不向所有的工作站广播数据。

多数10/100网卡和快速以太网或10/100交换机也支持全双工（同时发送和接收）方

式，从而使名义上的100Mbps带宽加倍，实际带宽可达200Mbps。

由此可以看出，即使其他的所有部分保持不变，使用交换机而不用集线器也可以大大提

高网络的有效速度。

2.交换机的功能

由于集线器和交换机完成类似的任务，有些功能两者也应该是类似的，这些功能包括：

・双网卡速度。这可以使用户自由组合10BASE-T和快速以太网或10/100网卡，所有设

备都可以达到最大速度。

•具有附加端口，以备将来扩展。正如大型集线器一样，大型交换机每个端口的成本不断

下降，因而在开始时购买额外的端口要比替换交换机便宜得多。

•具有上行链路端口，从而使交换机可堆叠（Stackable\可堆叠交换机上可以添加另外

的交换机（或集线器）而不必替换原来的设备。

20.8网络电缆安装

如果不得不将电缆从墙上或天花板上穿过，那么电缆安装将是构建局域网的最昂贵的部

分。在每个支路节点上，相交的地方需要安装特殊装置。有时，也需要不同的额外组件，例

如集线器、中继器或MSAU。

注意作为代替有线网络的一种选择，越来越多的公司和家庭用户开始选择使用无线电波

和其他技术的无线网络。尽管这些无线网络没有像快速以太网等有线网络那样快的速度，但

它们在无法使用有线网络的情况是很有用处的。有关细节参见本章后面的20.9节"无线网

络标准”。

随着5类双绞线的安装更加方便、网卡和集线器向高速和低成本方向发展、在当前的

Windows版本中内置了基本连网要求，安装和构建一个网络比从前方便多了。如果掌握了

本书里的技术信息，而且使用Windows9x的对等网软件，那么不需要在卧室;办公室里穿

墙布线，就能自己构建一个网络了。

如果电缆必须穿墙、穿过天花板、穿过空中或穿过地板，那么用户可能希望能由网络专

家来布线。一个好的公司应熟悉以下知识：

•多长的非屏蔽双绞线就足够了。

•在什么地方需要使用STP（屏蔽双绞电缆）——来避免干扰，并且避免耗费太多的非

屏蔽

双绞电缆。

•怎样在房间、楼层和不邻接的办公室之间布线。

•怎样使用墙壁嵌镶板来使电缆布局看起来更好、更专业。

•什么时候必须使用防火高压电缆。

•怎样使用光纤或屏蔽电缆来处理电磁干扰源，例如电梯、变压器、报警系统甚至是办公

荧光灯。

制作自己的双绞线

可以自己制作双绞线，如果：

•计划构建许多网络。

・在一般计算机部门需要比25英尺更长的电缆，而25英尺是可以预先购置到的电缆的

最长长度。

•希望制作标准和交叉电缆。

・希望自己选择电缆颜色。

•需要使用的长度超出了电缆长度。

・希望节约钱。

•有制作电缆的时间。

L选择正确的电缆

网络速度只和它最慢组件的速度相同；为了获得网络的最大速度，所有的网络组件包括

电缆都必须满足标准。双绞线有两种标准类型：

•3类电缆：这种早期以太网用的UTP电缆与商业电话所用的电话线是相同的，按照电

缆的数据传输能力划分，称之为3类电缆，或音频电缆。3类双绞线由24AWG

(AmericanWireGauge,一种标准的线径度量单位)铜质镀锡芯线构成，具有100至105

欧姆的典型阻抗，每英尺至少对绞2次。使用3类电缆的网络最高可以达到16Mbps的传

输率。这种电缆看起来有点像"银色”电话线，但RJ-45头比电话接头略大。由于3类电缆

不支持快速以太网或更快的网络速度，这种电缆已经过时了。

•5类电缆：新的高速网络要求更好的电缆性能，因为高速以太网(lOOBaseTX)和

lOBaseT以太网使用相同的两对线芯，而高速以太网要求更高的抗交互干扰和抗信号衰减能

力。所以lOOBaseTX高速以太网必须使用5类UTP电缆。尽管100BaseT4版的高速以太

网也能使用3类双绞线的全部4对芯，但这一款高速以太网并未得到广泛的支持。所以实际

应用中，如果3类双绞线和5类双绞线混用就只有采用10BaseT(10Mbps)以太网集线器,

如果在3类双绞线上运行lOOBaseTX高速以太网，网络会很慢而且不可靠。

如果满意lOBaseT的10Mbps的速度，并且电缆的状态良好，那么就可以在局域网中

使用现有的3类电缆。3类电缆的银色外表面的脆化或损坏，会引起网络频繁发生故障。如

果为新网络安装新线或替换已脆化的3类电缆，就最好使用5类电缆。无论是使用预制电缆

还是自己组装，5类电缆的应用都很广泛。

切记如果选择安装5类非屏蔽电缆，那么应该确保所有的连接器、墙板和包含的其他硬

件组件也采用的是5类电缆。

如果试着将预先制作的5类电缆连接到快速以太网上，并使用5级连接器，或要创建一

个非标准的部分，这些都可能导致网络工作失败。

选择5类电缆的正确类型也是很重要的。在网络电缆上使用固态的聚氯乙烯电缆无疑是

永久性的安装，但对笔记本电脑或不超过10英尺长度的临时接线(例如从计算机到墙壁插

孔)来说，相对更便宜的双绞线会是一个更好的选择，因为它更灵活而且能够经得起频繁的

移动。

如果计划在空中架线或将电缆悬挂在天花板上，