《网络设备配置与管理》课件第3章.ppt
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1、第第3章章 网络互连与以太网网络互连与以太网 3.1 网络互连设备 3.2 网络传输介质 3.3 以太网 本章小结 练习与思考 3.1 网络互连设备网络互连设备在建立计算机网络时为了分隔网络、简化配置、优化网络性能,必然需要一些互连设备,这些互连设备主要包括网络适配器、集线器、交换机和路由器等。3.1.1 网络适配器网络适配器网络适配器(网卡)是把计算机连接到网络上,实现网络资源的共享和相互通信的基本设备,网络适配器执行数据链路层的通信规程,实现物理层信号的转换。在计算机网中通常把它做成一块设备卡,安装在计算机的扩展槽中,因而又称之为网络接口卡,简称网卡。当计算机所连接网络的发送与接收位串的速
2、度比计算机CPU的运行速度快时,则不需要CPU来处理位串的发送与接收,而是由连接计算机和网络的网络适配器来处理数据包的传输和接收的所有细节。所以说,网络适配器是一种I/O设备,是为特定的网络技术而制造的,不需要CPU就能处理数据的传输和接收细节。由于网络技术的飞速发展,网卡的总线位数已由8位提高到16位、32位乃至64位。其带宽也由10 Mb/s升至100 Mb/s,千兆网卡目前也开始投入应用。3.1.2 集线器集线器在计算机网络中,集线器是一种连接多个计算机或其他设备的连接设备,是对网络进行集中管理的最小单元,主要工作于OSI体系的数据链路层。许多种类型的网络都依靠集线器来连接各种设备并把数
3、据分发到各个网段。集线器也是一个共享设备,其实质是一个中继器,主要提供信号放大和中转的功能,把一个端口接收的全部信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号加强后重新发出,一些集线器则排列信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。集线器主要用于星型以太网,是解决从服务器直接到桌面最经济的方案。使用集线器组网灵活,它处于网络的一个星型结点,对结点相连的工作站进行集中管理,不会使出问题的工作站影响整个网络的正常运行,并且用户的加入和退出也很自由。3.1.3 交换机交换机随着网络传输媒体类型的日益丰富,图形、图像及各种流媒体等多媒体内容的出现,使得人们对高网络数据传输速度和传输性能的要求日益
4、提高。由于集线器的共享介质传输、单工数据操作和广播数据发送方式等都先天决定了很难满足用户的上述速度和性能要求,因此,在用户的需求和全球各大网络设备开发商的努力下,一种更新、更实用的集线设备交换机出现了。从外观上看,交换机与集线器基本上没有多大区别,都是带有多个端口的长方形盒状体。交换机是按照通信两端传输信息的需要,用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。交换机完全克服了集线器的上述种种不足之处,所以在短时间内得到了业界广泛的认可和应用。同时,随着交换机技术的迅猛发展,数据传输速度的发展也是一日千里。目
5、前最快的以太网交换机端口带宽可达到10 Gb/s,千兆(G位)级的交换机在各企业骨干网络中早已得到广泛应用。3.1.4 路由器路由器路由器是一种连接多个网络的网络互连设备,它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”,以使它们能够相互“读懂”数据,从而构成一个更大的网络。与前面所介绍的集线器和交换机不同,路由器不是应用于同一网络中的设备,而是应用于不同网络之间的设备,属网际设备。路由器之所以能在不同网络之间起到“翻译”的作用,是因为它不再是一个纯硬件设备,而是具有相当丰富的路由协议的软、硬结构设备,如RIP协议、OSPF协议、EIGRP协议、IPV6协议等。这些路由协议是用来实现不同网络之间
6、的相互“理解”的。从本质上说,路由器也是一台计算机,其操作系统是在计算机引导时从ROM中装入内存的。随着Internet和企业网络的不断普及,路由器也被大量地采用。目前,市场上的路由器品牌很多,其中Cisco路由器在路由器技术方面最为权威,从某种意义上来说它是路由器的代名词,所以一讲到路由器,人们就会想到Cisco这个名字。Cisco的路由器不仅产品线非常齐全,其技术也是最先进的,它引导着整个路由器市场。3.1.5 网关网关网关又称信关,当异种网(指异种网络操作系统)互连,或者局域与大型机互连,以及局域网与广域网互连时,就需要配置网关。网关设备比路由器要复杂得多,当异型局域网连接时,网关除具有
7、路由器的全部功能外,更重要的是由于操作系统差异而引起的不同通信协议之间的转换。网关的实现非常复杂,工作效率也很难提高,一般只提供有限的几种协议的转换功能。常见的网关设备都用于网络中心的大型计算机系统之间的连接,为普通用户访问更多类型的大型计算机系统提供帮助。当然,有些网关通过软件来实现协议转换操作,并能起到与硬件类似的作用,但它是以损耗机器的运行时间来实现的。3.2 网络传输介质网络传输介质网络传输介质是网络中传输数据以及连接不同网络结点的载体。常见的网络传输介质有双绞线、同轴电缆、光缆三种。其中,双绞线是最常使用的传输介质,它一般用于星型网络中;同轴电缆一般用于总线型网络中;光缆一般用于主干
8、网中。3.2.1 双绞线双绞线双绞线是将一对或一对以上的绝缘铜导线封装在一个绝缘外套中而形成的一种传输介质,是局域网中最常用的一种布线材料,如图3-1所示。图3-1 双绞线从图3-1中可以看出,双绞线中的每一对都是由两根绝缘铜导线相互缠绕而成的,这是为了降低信号的干扰程度。双绞线一般用于星型网络的布线连接,两端安装有RJ-45头(接口),最大网线长度为100 m。如果需要加大网络传输的范围,可以在两段双绞线之间安装中继器来扩大传输信号(在两段双绞线之间最多只能安装4个中继器)。如果在5个网段之间安装了4个中继器,可以使网络最大传输范围达500 m。1双绞线的分类双绞线的分类双绞线按照是否有屏蔽
9、层分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两大类。在局域网中,UTP分为1类、2类、3类、4类、5类、超5类和6类;STP分为3类和5类,如图3-2所示。适用于计算机网络的双绞线有3类、5类和6类UTP,而目前,局域网中常用到的是非屏蔽5类4对(即8根导线)的双绞线。5类UTP的传输速率为10100 Mb/s,阻抗为100,线缆的最大传输距离为100m。增强型5类UTP线缆通过性能增强设计后可支持1000Mb/s的传输速率,所以又称为超5类或5e线。6类UTP线缆是专为1000Mb/s传输制定的布线标准(该标准于2003年颁布)。图3-2 双绞线的分类STP内有一层金属隔离膜,这层膜可
10、以使数据传输时减少电磁干扰,所以屏蔽双绞线的稳定性较高。UTP内没有这层金属膜,所以其稳定性较差。在使用双绞线组建局域网络时必须遵循“5-4-3规则”。“5-4-3规则”规定:网络中任意两台计算机间最多不超过5段线(集线设备到集线设备或集线设备到计算机间的连线)、4台集线设备、3台直接连接计算机的集线设备。2双绞线线序和双绞线线序和RJ-45接口引脚序号接口引脚序号双绞线由8根铜导线组成,其排列顺序分别为橙白-1,橙-2,绿白-3,蓝-4,蓝白-5,绿-6,棕白-7,棕-8,如图3-3所示。这8根铜导线的布线规则是1、2、3、6线有用,4、5、7、8线闲置。RJ-45接口由金属片和塑料构成。当
11、金属片面对用户时,从右至左引脚序号依次是18,如图3-4所示。在网络连线时引脚的排列序号非常重要,千万不能搞错。图3-3 双绞线的排列顺序图3-4 RJ-45接口顺序3.2.2 同轴电缆同轴电缆同轴电缆由一根空心的外圆柱导体(铜网)和一根位于中心轴线的内导线(电缆铜芯)组成,并且内导线和圆柱导体及圆柱导体和外界之间都是用绝缘材料隔开的,如图3-5所示。同轴电缆的特点是抗干扰能力好、传输数据稳定、价格便宜,因此被广泛使用,如应用于闭路电视线等。同轴电缆根据传输频带的不同,可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型;按直径的不同,可分为粗缆和细缆。图3-5 同轴电缆结构以往的局域网中大多使用细缆组网
12、。细缆一般用于总线型网络布线连接,利用T型BNC接口连接器连接BNC接口网卡,同轴电缆的两端需安装50终端电阻器。细缆网络每段干线长度最大为185m,每段干线最多可接入30个用户。如要拓宽网络范围,则需要使用中继器,如采用4个中继器连接5个网段,使网络最大距离达到925m。细缆安装较容易,而且造价较低,但因受网络布线结构的限制,其日常维护不是很方便,一旦一个用户出故障,便会影响其他用户的正常工作。粗缆在以往的局域网布线工程中适用于较大局域网的网络干线,布线距离较长,可靠性较好。用户通常采用外部收发器与网络干线连接。粗缆局域网中每段长度可达500m,采用4个中继器连接5个网段后最大可达2500m
13、。用粗缆组网时,如果直接与网卡相连,网卡必须带有AUI接口(15针D型接口)。用粗缆组建的局域网虽然各项性能较高,具有较大的传输距离,但是网络安装、维护等方面比较困难,且造价较高。3.2.3 光缆光缆光缆是由一组光导纤维组成的细小而柔韧的传输介质,它是用来传播光束的,如图3-6所示。与其他传输介质相比较,光缆具有频带宽、电磁绝缘性能好、信号衰变小、传输距离远、传输速度快等优点。图3-6 光缆结构光缆主要用于传输距离较长的网络或者主干网的连接。光缆通信的过程大致为:由光发送机产生光束,将电信号转变为光信号,再把光信号导入光纤,在光缆的另一端由光接收机接收光纤上传输来的光信号,并将它转变成电信号,
14、经解码后再进行处理。光缆可分为两种类型:单模光缆和多模光缆。单模光缆的纤芯直径很小,在给定的工作波长上只能以单一模式传输,传输频带宽,传输容量大。多模光缆是在给定的工作波长上,能以多个模式同时传输的光纤,与单模光纤相比,多模光纤的传输性能较差。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它具有以下几方面的优点:(1)频带较宽。(2)不受电磁干扰。光纤电缆中传输的是光束,由于光束不受外界电磁干扰与影响,而且本身也不向外辐射信号,因此它适用于远距离的信息传输以及要求高度安全的场合。(3)衰减较小。较长距离范围内信号衰减只是一个常数。(4)中继器的间隔较长。在使用光缆互联多个小型机的应用中,必须考虑光纤的
15、单向特性,如果要进行双向通信,那么就应使用双股光纤。由于要对不同频率的光进行多路传输和多路选择,因此出现了光学多路转换器。3.2.4 UTP线缆的用途与制作线缆的用途与制作由前述可知,双绞线分为STP和UTP两类。STP虽抗干扰性较好,但由于价格较贵,因此采用较少。目前,布线系统规范建议采用UTP进行水平布线,而将光纤用作主干线缆,同轴电缆已经不再推荐使用。1UTP线缆的组成线缆的组成UTF线缆内部由4对线组成,每一对线由相互绝缘的铜线拧绞而成,拧绞的目的是为了减少电磁干扰,双绞线的名称即源于此。每一根线的绝缘层都有颜色,一般来说,其颜色排列可能有两种情况:第一种情况是由4根白色的线分别和l根
16、橙色、1根绿色、1根蓝色、l根棕色的线相间组成,通常把与橙色相绞的那根白色的线称为白橙色线,与绿色线相绞的白色的线称为白绿色线,与蓝色相绞的那根白色的线称为为白蓝色线,与棕色相绞的白色的线称为白棕色线;第二种情况是由8根不同颜色的线组成,其颜色分别为白橙(由一段白色与一段橙色相间而成)、橙、绿白、绿、棕白、棕、蓝白、蓝。注意:由于双绞线内部的线对均已经在技术上按照抗干扰性能进行了相应设计,所以使用者切不可将两两相绞线对的顺序打乱,如将绿白色线误作为棕白色线或其他线等。2三种三种UTP线缆的作用及线序排列线缆的作用及线序排列1)直连线直连线用于将计算机连入到集线器或交换机的以太网口,或在结构化布
17、线中由配线架连到集线器或交换机等。下面给出了根据EIA/TIA 568-B标准(端接B标准)的直连线线序排列说明。2)交叉线交叉线用来将计算机与计算机、路由器(交换机)直接相连,有时也用它将计算机直接接入路由器的以太网口。下面给出了EIA/TIA 568-B标准的交叉线线序排列说明。3)反转线的作用反转线用于将计算机连到交换机或路由器的控制端口。在如图3-7所示的连接场合,计算机相当于交换机或路由器的超级终端。图3-7 反转线的连接3连接线的制作步骤连接线的制作步骤1)制作直连线的步骤(1)首先计算将要连线的两个设备之间的距离,在这个距离上至少加上12 cm作为将要截取的电缆的长度。(2)按照
18、算好的长度截取一段5类双绞线。(3)将电缆一端的塑料外皮剥掉2 cm的长度,如图3-1所示。(4)用手将4对绞在一起的线缆按橙白、橙、绿白、绿、蓝白、蓝、棕白、棕的顺序拆分开,并小心地拉直。注意尽量保持电线绞在一起,以抵消噪音。(5)手持电缆,按前面所述的顺序调整线缆的颜色顺序,即交换蓝线与绿线的位置。(6)捋直并排列好所有的电线,然后在距离电缆外皮0.50.75 cm的地方笔直地将电线铰断。应该使得电线没有交织在一起的部分尽量短,因为这一部分要是过长的话,将成为电子噪音的主要来源。(7)将一个RJ-45插头放到电缆的一端。注意插头的叉子应该朝下,橙色的一组电线对着最左边的连接器。(8)将电线
19、插入到插头中,直到透过插头的顶端可以看到电线的铜线。确认电缆的外皮是否已经进入插头,所有的电线排序是否正确。如果电缆的外皮没有进入插头,就不能很好地防止电缆的扭伤。如果没有问题,使用钳子用力夹插头,使插头上的铜片可以割破绝缘皮接触电线,从而完成导电回路,如图3-8所示。(9)使用相同的方案,重复步骤(3)(8)制作电缆另一端,完成直连线。(10)使用指示器测试刚刚完成的电缆。图3-8 钳子的使用2)制作交叉线的步骤(1)按照制作直连线中的步骤(1)(7)制作线缆的一端。(2)用剥线工具在线缆的另一端剥出一定长度的线缆。(3)用手将4对绞在一起的线缆按绿白、绿、橙白、橙、蓝白、蓝、棕白、棕的顺序
20、拆分开,并小心地拉直。注意,切不可用力过大,以免扯断线缆。(4)按前面所说交叉线的制作方法,按端2的顺序调整线缆的颜色顺序,也就是交换橙线与绿线的位置。(5)将线缆整平直并剪齐,确保平直线缆的最大长度不超过1.2 cm。(6)将线缆放入RJ-45插头,在放置过程中注意RJ-45插头的把子朝下,并保持线缆的颜色顺序不变。(7)检查已放入RJ-45插头的线缆颜色顺序,并确保线缆的末端已位于RJ-45插头的顶端。(8)确认无误后,用压线工具用力压制RJ-45插头,以使RJ-45插头内部的金属薄片能穿破线缆的绝缘层,直至完成交叉线的制作。(9)用网线测试仪检查制作完成的网线,确认其达到交叉线线缆的合格
21、要求,否则按测试仪提示重新制作交叉线。3)制作反转线的步骤(1)按制作直连线的步骤(1)(7)制作线缆的一端。(2)用剥线工具在线缆的另一端剥出一定长度的线缆。(3)用手将4对绞在一起的线缆按橙白、橙、绿白、绿、蓝白、蓝、棕白、棕的顺序拆分开,并小心地拉直,然后交换绿线与蓝线的位置。(4)将线缆整平直并剪齐,确保平直线缆的最大长度不超过1.2 cm。(5)将线缆放入RJ-45插头,在放置过程中注意RJ-45插头的把子朝上,并保持线缆的颜色顺序不变。(6)翻转RJ-45头方向,使其把子朝上,检查已放入RJ-45插头的线缆颜色顺序是否和另一端颜色顺序全部反序,并确保线缆的末端已位于RJ-45插头的
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