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1、 第三章 计算机网络设备网络设备及部件是连接到网络中的物理实体。网络设备的种类繁多,且与日俱增。 主要内容:3.1 传输介质和连接器3.2 网络适配器3.3 调制解调器3.4 网桥3.5 路由器3.6 交换机3.7 网络服务器主机网络工程技术及应用 3.1 传输介质和连接器 传输介质 连接器 直通线、交叉线和全反线网络工程技术及应用 3.1.1 传输介质 计算机网络用到的传输介质有两大类：有线传输介质和无线传输介质。 有线传输介质有：双绞线、同轴电缆和光缆。在企业网组网时，用得最多的有线传输介质是非屏蔽双绞线(UTP一5)和光缆(光纤)。 常用的无线传输介质有：无线电、红外线、微波、激光。 有

2、线传输介质中，信号的传播速度是光速的2/3，在无线传输介质中，信号的传播速度是光速。网络工程技术及应用 3.1.1 传输介质UTP-5非屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线（UTP）集中多对双绞线，外面包一层塑料增强保护层而形成。 价格便宜、安装方便。其特性阻抗为100 EIA定义了6类非屏蔽双绞线，质量级别不同，使用也不同。双绞线施工用到的组网工具有：压线钳打线器电缆测试仪等 UTP-5非屏蔽双绞线网络工程技术及应用 3.1.1 传输介质光纤（光纤速率可达几十G，传输距离可达几十公里） 光纤的纤芯采用高纯度的二氧化硅，并掺有少量的掺杂剂，以提高纤芯的光折射率。 光传输工作原理：光纤通过特定角度射入光纤的

3、光来工作。按光缆传输点模数分为单模光纤和多模光纤。 光纤通信系统以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信方式。 起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。 网络工程技术及应用光纤跳线 3.1.1 传输介质光纤技术性能参数常用传输介质的速率等参数网络工程技术及应用 3.1.2 连接器连接器用于实现网络节点设备之间的连接，连接器的位置在连接线两端。 以端节点与访问节点之间的连接器为例，* 一般把端节点一侧的设备称为数据终端设备（DTE）* 访问节点一侧的设备称为数据电路端接设备（DCE）* DTE为插头（针），DEC为插座（孔） 连接器的机械尺寸和线序的排列是有规则的，属于物理层协议。网络工程技

4、术及应用RJ45连接器的构造 3.1.2 连接器RJ45连接器的线序排列 遵循EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B标准 标准规定的线序必须严格遵守，UTP-5使用时选择橙和绿两个线对，原因有两个：一是开放性要求，二是每根线的材质不一样EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B线序排列网络工程技术及应用 3.1.2 连接器光纤有3种连接器 光纤的连接是对接耦合式连接 * ST型连接器* SC型连接器* FC型连接器 SC型连接器(左)和FC型连接器(右) 网络工程技术及应用ST型连接器 3.1.2 连接器网络中常用的连接器和接口名称网络工程技术及应用 3.1.3 直通线、交

5、叉线和全反线 直通线用于异种设备之间的连接。 交叉线用于同种设备之间的连接。 全反线计算机连接网络设备的控制口，若一端线序为l-8，另一端的线序为8-1。网线的用途 网络工程技术及应用 3.2 网络适配器 网络适配器的用途 网络适配器的连接网络工程技术及应用 3.2.1 网络适配器的用途 网络适配器又称网卡，以太网的网卡使用最多，通过以太网卡连接起来的网络就是以太网。其功能是提供网络中，计算机主机与网络传输系统之间的网络接口。 网络适配器实现数据链路层的大部分功能，如数据帧形成、发送和接收，数据的差错校验等。传输数据时，首先接收计算机数据，附加包含校验及网络适配器地址(MAC地址)首部，然后转

6、换为传输介质的发送信号。 按有无物理上的通信线缆分类，分为有线网卡和无线网卡。无线网卡插入可移动计算机主机的扩展槽中，无线网络访问点(AP)设备安装在固定位置上，移动计算机通过AP、无线传输协议接入到无线网络。网络工程技术及应用 3.2.2 网络适配器的连接从CPU观点来看，网卡同任何I/O控制器设备一样，可看成是计算机的外部设备，网卡就是I/O适配器。 作为I/O适配器，提供网络节点(主机)与网络的连接。 网卡可分为广域网络、局域网络、无线网络适配器。网络适配器的连接网络工程技术及应用 3.3 调制解调器 调制解调器的作用 Modem的标准和分类 Modem的基本功能网络工程技术及应用 3.

7、3.1 调制解调器的作用 调制解调器(Modem)属于DCE，是一种信号变换设备。 调制解调器是属于通信子网的设备，其位置通常在用户的一侧。 调制解调器用来把计算机设备输出的数字信号变换成模拟信号，在电话线(电话网络)上传输。 连续振荡信号比其他信号传播更远，无论使用有线传输还是无线传输，长距离数据传输都是采用载波调制的数据传输技术。 数字信号的调制，实际上是用基带信号对载波信号的3个特征参数(幅度、频率和相位)进行调制，使这些参数随基带脉冲信号的变化而变化。网络工程技术及应用 3.3.2 Modem的标准和分类 Modem有不同的调制方式，以支持不同的数据传输率。 Modem调制方式和数据传

8、输率标准由国际电联ITU制订。 Modem的主要分类方法有：* 按通信设备划分，可分为拨号Modem和专线Modem。* 按数据传输方式划分，可分为同步和异步的Modem。* 按通信方式(数据传输方向)划分，可分为单向、双向交替和双向同时3种。* 按照Modem支持的物理接口划分，可分为支持RS-232C、RS-449、RS-530、V.35以及X.21的接口等Modem。* 按Modem安装位置划分，可分为外置和内置的Modem。网络工程技术及应用外置Modem背面的接口 3.3.3 Modem的基本功能Modem的基本功能有： 提供双向同时通信方式。 自动拨号和应答，安全可靠回呼。 自动线

9、路质量检测、自动协调速率。 自动呼叫监视、呼叫等待和自动重拨。 支持常用的文件传输协议。 具有存储电话号码、自动故障诊断、声光指示等。 支持与Hayes AT命令集兼容，可以进行编程控制。 可用于普通电话线路或专线。 具有差错控制、数据压缩和传真功能。Modem命令集由一组控制、配置和测试Modem的命令组成。网络工程技术及应用 3.4 网桥 网桥的功用 网桥的工作原理网络工程技术及应用 3.4.1 网桥的功用 网桥是在数据链路层实现网络互连的网络互连设备，其实它就是一台用于局域网络互联的计算机。 网桥被广泛用于异种局域网的互连 网桥的特点是：* 具有过滤功能，减少网络拥塞；* 网桥扩展了LA

10、N的有效长度；* 防止错误扩散，网桥隔断了某些潜在的网络故障；* 提高安全性，提供有容错能力。 网桥可过滤通信量，使局域网的网段上各工作站之间的通信量局限在本网段的范围内。网络工程技术及应用 3.4.2 网桥的工作原理 网桥有自学习功能，采用逆向学习方法获得路径信息。 透明网桥能一边转发帧，一边通过学习建立起端口和网络地址的对照表。 网桥的操作过程是：* 侦听每个端口上，是否有帧到达；* 保存帧的源MAC地址及接收端口号到站表缓冲区；* 查看接收到每个帧的目的MAC地址，若站缓冲区无此地址，广播MAC地址，转发该帧到所有其它端口，若站缓冲区存在该MAC地址，则转发到相应端口。若源MAC地址和目

11、的MAC地址所对应的端口相同，则将该帧丢弃。网络工程技术及应用 3.5 路由器 路由器的作用 路由器的结构 路由器的工作原理网络工程技术及应用 3.5.1 路由器的作用 路由器(Router)是在网络层实现异种网络连接的互连设备。通过路由器可实现局域网和广域网间的互连。 路由器通过路由选择协议查看IP地址目的网络标识，依据路由表中表项选择，转发IP分组到下一跳位置，经过若干路由器的逐跳转发，直到IP分组到达目的网络。 路由表的表项一般由3部分组成:目的网络(IP地址、子网掩码)、下一跳地址、TTL。 Cisco 2811 路由器网络工程技术及应用 3.5.2 路由器的结构 路由器由输入端口、交

12、换结构、选路处理器（路由选择模块）、输出端口组成。 路由器的交换结构有三种交换方式：* 经内存交换* 经一根总线交换* 经一个互联网络交换。目前路由器主要采用网络交换方式。 路由器的结构网络工程技术及应用 3.5.3 路由器的工作原理 路由器可根据网络层的协议类型、网络号、主机网址、子网掩码、高层协议类型等来监控、拦截和过滤信息。 路由器通过IP地址和子网掩码组合区分各子网。且具有隔离能力，可避免广播风暴，提高了网络安全性。 路由器还有流量控制能力，可采用优化路由算法均衡网络负载，减少网络拥塞的发生。 路由器也需要操作系统(IOS)才能进行网络系统配置。* 路由器的主要技术指标* 路由器类型指

13、标* 路由器的性能指标网络工程技术及应用 3.6 交换机 交换机概述 交换机的工作原理 交换机的工作方式 交换机的分类 以太网交换机 交换机的级联和堆叠 多层交换的概念 局域网采用三层交换技术 三层交换与传统路由器的比较网络工程技术及应用 3.6.1 交换机概述 交换机(Switch)是一个多端口网桥，各网络段由网桥连接，交换可以并行工作，可以隔离冲突域。 交换机中的电路可把任意端口的网段与其他端口的网段在数据链路层上连接起来。 交换机通过处理帧MAC地址，从一个输入端向一个或多个输出端转发分组，增加了网络总带宽。 交换机的工作原理及内部构造网络工程技术及应用 3.6.1 交换机概述交换机的重

14、要特性 交换机的重要特性主要包括：* MAC地址表的大小；* 端口的自适应能力；* 模块的热插拔；* 端口限速；* 背板总线带宽；* 转发速率；* 端口聚合。网络工程技术及应用 3.6.2 交换机的工作原理 交换机从源端口读取帧，依据帧的目的MAC地址，通过MAC地址（转发）表，将帧交换到目的端口。 交换机采用“逆向学习”获得地址表的信息。 以太网交换机有多个端口，每个端口可以连接一台计算机或一个网段，每个端口都有桥接功能，它能够在任意一对端口间转发帧。 交换机工作原理示意图网络工程技术及应用 3.6.3 交换机的工作方式 交换机的交换方式有三种： 存储转发，其工作原理就是交换机先从通过端口进

15、入缓冲区的帧中提取目的地址，查找转发表(端口MAC地址表)，获得输出端口号，把帧从输出端口转发出去。 直通，其工作原理就是帧格式目的地址字段在前面，不用对整个帧接收缓存，接收到输入端口的帧目的地址字段6个字节后，立即查找转发表，把帧导向输出端口。 碎片丢弃，其工作原理就是依据最短帧长要求，把输入端口上收到小于512比特（6个字节）的帧丢弃，接收到512比特时，就可根据目的字段的6个字节去查转发表，确定输出端口，把帧导向输出端口。网络工程技术及应用 3.6.4 交换机的分类 根据物理结构可分为：独立式、堆叠式、模块化。 根据应用规模可分为：企业级、部门级和工作组级。 根据结构可分为：模块式和固定

16、配置式。模块式交换机又称机箱式交换机，可根据需要配置不同模块，模块可插拔，具有很强的扩展性。 固定配置交换机一般具有固定的接口配置，硬件不可升级。 网络工程技术及应用 3.6.5 以太网交换机 以太网交换机用来构建以太网 以太网交换机依据在组网中位置和作用的不同，可分为：核心层交换机、汇聚层交换机和接入层交换机。 交换机的物理接口可分为网络接口和管理接口。有时也把交换机的物理接口称为交换机端口。 网络接口连接计算机主机或其他网络设备，数据传输率为自适应；管理接口对交换机进行配置和控制管理。 交换机支持VLAN，初始时，交换机的所有端口均属于VLAN 1，交换机是即插即用设备。网络工程技术及应用

17、 3.6.6 交换机的级联和堆叠 交换机级联指两台交换机普通端口(RJ45端口)之间连接网线(RJ45网线)，用交叉直通线将交换机连接一起，实现相互之间的通信。 交换机堆叠指把交换机背板带宽通过专用模块聚集一起，堆叠交换机总背板带宽是几台堆叠交换机背板带宽之和，使得堆叠交换机集合成为一个整体进行管理。 只有可管理、模块化的交换机才具有堆叠管理功能。 有两种堆叠方法：菊花链式堆叠和星型堆叠。 堆叠与级联区别：级联通过交换机某个端口与上级交换机连接，连接端口可能成为传输瓶颈；堆叠将交换机背板带宽通过高速线路连接一起，端口具有较好性能。网络工程技术及应用 3.6.7 多层交换的概念 二层交换的工作是

18、基于MAC地址，不涉及网络层功能，没有路由能力，当转发目的地址不明的帧时，只能广播该帧，这样在网络中会形成广播风暴，造成拥塞。 一个想法是使交换机既保持交换的高性能，又具有路由能力，这种思想导致三层路由交换机的出现。 三层交换出现，解决企业网划分子网后，子网之间必须依赖路由器通信，解决了路由器低速、复杂所造成网络瓶颈问题。具有三层交换功能的设备，实际是带有第三层路由功能的第二层交换机，是两者的有机结合。 三层交换机能够实现路由器的全部功能，是Intranet的主要组网设备。网络工程技术及应用 3.6.8 局城网采用三交换技术 局域网采用的三层交换技术主要有两种：下一跳解析协议和NetFlow交

19、换。 第一种三层交换技术称为下一跳解析协议(NHRP)，采用“路由一次，随后交换”技术，例主机A通过路由器与主机B建立通信连接，并学习到A与B间的交换路径，主机B给出响应，双方建立交换路径，路由确定交换路径，即进行通信。 Fast IP的工作原理网络工程技术及应用 3.6.8 局城网采用三交换技术NetFlow交换 局域NetFlow交换仍然是在第三层操作 NetFlow交换并没有建立连接源和目的端系统的第二层交换路径，它是在单台路由器上进行的，仅仅是利用先前缓存下来的路由信息。 NetFlow工作原理网络工程技术及应用 3.6.9 三层交换与传统交换机的比较 三层交换机可完成路由器在局域网的

20、几乎所有功能。 三层交换机安装、配置和管理较方便，路由器需记忆很多复杂命令。三层交换与传统路由器的比较网络工程技术及应用 3.7 网络服务器主机 服务器主机基本概念 服务器主机和集群技术网络工程技术及应用 3.7.1 服务器主机基本概念服务器为网络用户提供共享资源和服务，也是网络的中枢和信息化的核心。 服务器是软件的概念，人们通常讲的服务器其实是装有服务器软件的主机。 服务器主机一般采用高性能的计算机，采用一系列独特的硬件技术。如多处理器技术、SCSI接口技术、容错技术、热插拔技术、智能IO技术、磁盘阵列技术等。 服务器平台通常是指驱动服务器的引擎。 在互联网应用中，服务器无处不在。服务器性能

21、指标主要包括CPU、I/O、存储器种类和容量。 可用性主要是考察服务器的热插拔和冗余特性。 可靠性通常采用冗余技术，这是部件级的“热备概念”。网络工程技术及应用 3.7.1 服务器主机基本概念服务器类型可依据四个方面进行划分： 根据整个架构划分，可分为刀片式、机架式、塔式、IA和RISC服务器。 按照硬件配置的差别划分，可分为工作组级、部门级和企业级服务器。 按照具体安装应用软件划分，可分为高端IDC服务器、功能服务器、通用服务器、网络服务器、打印服务器、Web服务器、文件服务器、FTP服务器、E-mail服务器、数据库服务器等。 根据操作系统划分，可分为Windows系列、UNIX系列的服务器。网络工程技术及应用 3.7.2 服务器主机和集群技术 刀片式服务器是一种高可用、高密度的低成本服务器平台，适合集群计算环境。 每个刀片就是一块系统主板，刀片单元包含：CPU、硬盘、内存、网络接口等器件。机箱为多个刀片单元提供共享基础设施，如背板、电源等。 服务器主机均采用SMP(对称式多处理器)技术。SMP在一台计算机上汇集多个CPU，各CPU共享内存系统及总线。 服务器集群技术的主要特点：高度的可用性、可伸缩性，易管理性。 Microsoft服务器提供三种支持群集的技术：网络负载平衡(NLB)、组件负载平衡(CLB)、群集服务(MSCS)。网络工程技术及应用