第6章 局域网基础知识及网络设备.ppt

,第6,6.1网络传输介质6.2网络接口卡6.3集线器6.6以太网交换机6.5网络互连设备6.6调制解调器6.7校园网网络设备认识,6.1网络传输介质,网络传输介质是网络中发送方和接收方的物理连接通路，是信息传送的载体。目前常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤电缆和无线传输介质。传输介质的特性对网络数据通信质量有很大的影响，这些特性是：(1)物理特性，指对传输介质的特性、物理结构的描述。(2)传输特性，包括是用模拟信号发送还是用数字信号发送，调制技术，传输容量及传输的频率范围等内容。,(3)连通性，指点到点或者多点连接。(6)地理范围，即网上各点之间的最大距离，包括在建筑物内、建筑物之间或扩展到整个城市。(5)抗干扰性，即防止噪音对传输数据影响的能力。,6.1.1双绞线电缆,1物理特性双绞线长期以来一直用来支持语音通信，到了最近，它已成为局域网的标准布线技术。一根双绞线是由两根相对较细的导线构成(如图6-1所示)，这些电线被一层PVC薄膜包裹着，并螺旋式相互缠绕。这样缠绕具有很好的电气特性：通过在两根电线之间提供平衡的能量辐射，有效地抑制可能引入的电磁干扰，消除信号的失真。双绞线有多种尺寸和形状，既有只有一对的用于语音级的连线，也有含有几百对的电缆电线。在局域网中我们通常使用的是如图6-1所示的6对封装在一起的双绞线。局域网中所使用的双绞线主要有两种类型：屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。,图6-1双绞线示意图,1物理特性双绞线长期以来一直用来支持语音通信，到了最近，它已成为局域网的标准布线技术。一根双绞线是由两根相对较细的导线构成(如图6-1所示)，这些电线被一层PVC薄膜包裹着，并螺旋式相互缠绕。这样缠绕具有很好的电气特性：通过在两根电线之间提供平衡的能量辐射，有效地抑制可能引入的电磁干扰，消除信号的失真。双绞线有多种尺寸和形状，既有只有一对的用于语音级的连线，也有含有几百对的电缆电线。在局域网中我们通常使用的是如图6-1所示的6对封装在一起的双绞线。局域网中所使用的双绞线主要有两种类型：屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。,(1)屏蔽双绞线(STP，ShieldedTwistedPair)。屏蔽双绞线(STP)的特征是在双绞线的外部有一层金属层或金属网编制的屏蔽层。金属屏蔽层位于双绞线封套的下面，它的作用是使双绞线在有电磁干扰的环境中也能正常工作。但是，金属屏蔽层在保护信号不受外部电磁辐射干扰的同时也使导线本身正常的辐射不能散发。这种电磁辐射由金属屏蔽层反射回铜导线，会导致信号自阻碍。,(2)非屏蔽双绞线(UTP，UnshieldedTwistedPair)。非屏蔽双绞线(UTP)由四对对绞的铜线所组成，其外部环绕一层塑料外皮，没有屏蔽层，不具有抗外来干扰的能力。但其价格较低，使用率远远大于屏蔽双绞线，我们常见的双绞线大多是非屏蔽双绞线。若无特殊用途，使用非屏蔽双绞线即可满足要求。,2传输特性双绞线的传输速率与其类型有关，根据传输特性和目前公认的ANSI的EIA/TIACategory标准，双绞线又可分为五类：Category15(通常“Category”简写成“Cat”)，其中Category1、Category2只适用于低速通信及语音通信；Category3适用于10Mb/s的以太网，最高支持16Mb/s的容量；Category6用于比Category3距离更长且速度更高的网络环境，可以支持最高20Mb/s的容量；Category5用于高性能的数据通信，可以支持高达100Mb/s的容量，甚至可以支持155Mb/s的ATM数据传输。因此，在目前的局域网中绝大部分都使用Category5这种双绞线(一般在线的外皮上可以看到厂商名称和Category5的字样)。,3连通性双绞线既可以用于点到点的通信连接，还可以用于多点连接，具有较强的灵活性。6地理范围对于模拟信号，大约每56km需要一个放大器。对于数字信号，每23km使用一台中继器。双绞线的最大传输距离可达15km。而用于局域网时与集线器的最大距离不超过100m。5抗干扰性双绞线的抗干扰性取决于是否有屏蔽以及线对的扭曲长度。,6.1.2同轴电缆同轴电缆，也称“co-ax”，是网络中最初指定的传输介质，它可以在距离相对较长而无中继器的情况下支持高带宽的通信。但由于存在相对脆弱、不易布线且不能用力弯曲及价格较贵等缺点，同轴电缆正逐步退出局域网的使用舞台。目前，同轴电缆大都用来传输有线电视信号。因此，我们在此仅作简要介绍。,1物理特性同轴电缆的结构如图6-2所示，它由内导体、外屏蔽层、绝缘层及外部保护层等组成。内导体为无氧铜杆或铜包铝线，使用PE塑料高物理发泡作为绝缘，外导体为铝塑复合带及镀锡铜丝、铝美合金丝或裸铜丝编织，外层为PE或PVC塑料单层或双层绝缘护套。不同型号、不同类别的电缆其机械尺寸和所使用的材料各不相同。,图6-2同轴电缆的结构图,2传输特性不同类型的同轴电缆其带宽不一样，根据其传输的信号类型和方式可以将同轴电缆分为两大类：基带同轴电缆(也称50同轴电缆)和宽带同轴电缆(也称75同轴电缆)。基带同轴电缆一般用于数字通信中传输基带数字信号，而宽带同轴电缆使用复用方式可以在一条同轴电缆上传输多路信号，它是有线电视系统(CATV)中的标准，其传输模拟信号时频率可高达300600MHz。在局域网中常用的同轴电缆为RG58(50同轴电缆)。,3连通性同轴电缆既支持点到点的连接，也支持多点之间的连接。6地理范围传输基带信号的基带同轴电缆其传输距离一般不超过几千米，以RG58(50同轴电缆)为例，在10Base2物理层规范中，同轴电缆以10Mb/s的速度进行信号传输时其距离最大为185m。宽带同轴电缆最大传输距离可达几十千米。5抗干扰性同轴电缆的抗干扰能力较强。,6.1.3光纤电缆光纤电缆是目前网络传输介质中性能最好的一种。其传输容量大，带宽宽，抗干扰能力强，为骨干网络、千兆网络的主选传输介质。由于光缆使用光而不是电信号来传输数据的，因此在光缆中光只能沿一个方向移动。要实现双向通信，光缆一般需成对使用，一根用于传送，一根用于接收。在局域网中光缆通常用于服务器之间的连接或是服务器与集线器、集线器与集线器之间的连接(图6-3)。,图6-3光纤连接示意图,1物理特性光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯的折射率比包层高。光纤的纤芯一般为5100m不等，而在典型的局域网中通常使用62.5m的玻璃光纤。多条光纤就构成了一条光缆，根据其排列的方式不同可分为层绞式、中心束管式等不同类别，如图6-6所示。,图6-6光纤结构示意图,2传输特性,当光线从高折射率的媒质射向低折射率的媒质时，其折射角将大于入射角。如果入射角足够大，就会出现全反射，即当光线碰到包层时就会折射回纤芯。这个过程不断重复，光就沿着光纤向前传输(如图6-5所示)。如果存在许多条不同入射角度的光线在一条光纤中传输，我们就把这种光纤称为多模光纤。由于以不同角度进入光纤的光线在到达接收端时，虽然传输速度一致，但由于角度不同造成经历的路径不相同，出现了时间上的分散，导致信号脉冲脉宽的严重展宽，这种现象称为多径色散。色散严重影响了光纤的传输距离。但是，若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导一样，使光线一直向前传播，而不会发生多次反射，这样的光纤称为单模光纤。单模光纤的传输性能远远优于多模光纤。,图6-5光纤传输示意,3连通性光纤的连接常常是将一段一段点到点的链路串接起来构成一个环路，通过T形连接器连接到计算机。另外，光纤也可以采用多点连接方式。6地理范围光纤的传输损耗小，中继距离长，它在68km范围内不需使用中继器就可实现数据的高速传输。,5抗干扰性由于光纤采用的是石英材料，因此它不受外界雷电和电磁波的干扰，具有很好的抗干扰性能。双绞线的误码率一般在10-510-6之间；同轴电缆的误码率在10-710-9之间；光纤的误码率一般低于10-10。同时，由于光纤传输无串音，不易被窃听，因此安全性和保密性都优于其它传输介质。,6.1.6无线传输介质双绞线、同轴电缆和光纤都属于“有线传输”中使用得最为广泛的三种传输介质。但是，如果通信要通过高山、海岛或施工不便的地方时，使用有线传输将既费时又成本昂贵。而利用无线电波在自由空间的传播可以经济方便地实现各种通信。在局域网中也可以利用无线传输的物理层来实现，这种网络称为无线局域网。目前在该领域已经有了标准(IEEE802.11)，且已经出现了相应的无线连接产品。,1电磁波谱当电子运动时，它们可以产生自由传播的电磁波。这种电磁波由英国科学家麦克斯韦于1865年预言，并且于1887年由德国物理学家赫兹首次发现。电磁波每秒振动的次数称为频率。两个相邻的波峰(或波谷)间的距离称为波长。在电路上加入适当大小的天线，电磁波便可被有效地广播，并被相距一段距离的接收器收到。所有的无线通信都是基于这个原理来实现的。电磁波谱如图6-6所示。,图6-6电磁波谱如图,无线电波、微波、红外线和可见光部分都可通过调节振幅、频率或波的相位来传输信息。紫外线、伽玛射线因为其频率更高，传输性能将更好一些，但是由于它们很难生成和调制，穿过建筑物传播的性能不好，而且对生物有害，因此在实际中很少使用。图6-6底部列出的频率是正式的ITU名字，划分依据是波长。LF频率从110km(约30300kHz)，LF、MF和HF分别是指低、中、高频。更高的频段后来被命名为甚高频、超高频、特高频等。,2无线电传输无线电波很容易产生，可以传播很远，很容易穿过建筑物，因此被广泛用于通信。不管是室内还是室外，无线电波全方向传播，也就是说它能从源向任意方向传播，因此其发射和接收装置不必在物理上进行很准确的对准。在VLF、LF、MF波段，无线电波沿着地面传播，在较低频率上可在1000km以外检测到，在较高频率上则检测距离要近一些。在这些波段里的无线电波能容易地穿过建筑物。用这些波段来进行数据通信的主要问题是它们的带宽相对较低。在HF和VHF波段，地表电波被地球吸收，但是，到达电离层(离地球l00500km高度的带电粒子层)的电波被它反射并送回地球，在某些天气情况下，信号可能被多次反射。因此可以利用这个波段来进行长距离通话。,3微波传输把频率在100MHz以上的电磁波称为微波，微波是沿直线传播的，因此可以集中于一点，通过卫星电视接收器把所有的能量集中于一小束，从而获得较高的信噪比。该种方式下，发射天线和接收天线必须精确地对准，这种方向性使成排的多个发射设备可以和成排的多个接收设备通信，而互不发生串扰。由于微波的直线传播，每隔一段距离就需要一个中继站。目前，微波通信已被广泛用于电视传播、长途电话通信、蜂窝电话和其他应用当中。,6.红外传输无导向的红外线被广泛用于短距离通信，电视、录像机使用的遥控装置都利用了红外线装置。红外线不能穿透坚固的墙壁，这意味着一间房屋里的红外系统不会对其他房间里的系统产生串扰。正是由于这个原因，红外线成为室内无线网的候选对象。在实际应用中，由于红外线具有很高的背景噪声，受日光、环境照明等影响较大，一般要求的发射功率较高，而采用现行技术，特别是LED，很难获得高的比特速率(10Mb/s)，尽管如此，红外无线LAN仍是目前“100Mb/s以上、性能价格比高的网络”惟一可行的选择。,6.2网络接口卡,6.2.1概述网卡是局域网中最基本的部件之一。作为网络硬件来说，它是最基本、应用最广泛的一种网络设备。网卡的全名为网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)，它的主要工作为：组织计算机上发往网线上的数据，并将数据分解为适当大小的数据包之后再通过网络发送出去。网卡的标准是由IEEE来定义的。网卡工作于开放式系统互连OSI(OpenSystemInterface)的最低层，也就是物理层，该层定义了网卡的有关连接头、针的使用、电流、编码等。每种不同的网卡必须要有相应的网线或者其它网络设备跟它相对应，不能盲目混用。,因此，对于每块网卡而言，都有一个惟一的网络节点地址，它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM或EEPROM中的，且保证绝对不会重复，这个地址称为介质访问控制地址MAC(MediaAccessControl)。硬件地址以6字节表示，前三个字节表示厂商代号，后3个字节为流水号。每个厂商都必须向IEEE登记注册，才能获得合法的、惟一的厂商代号。,6.2.2以太网卡的分类我们日常使用的网卡都是以太网网卡。我们可以从以下几个方面对网卡进行分类。(1)根据传输速度，网卡可以分为10Mb/s网卡，10/100Mb/s自适应网卡，以及千兆(1000Mb/s)网卡等。我们目前常使用的是10Mb/s和10/100Mb/s自适应网卡两种。因为它们价格便宜，所以比较适合于一般用途。对于千兆的网卡，目前主要用于高速的服务器。,(2)根据总线，网卡可分为ISA、VESA、EISA、PCI、USB等接口类型。ISA网卡又可分为8位和16位的两种，由于ISA网卡最多只有16位带宽，带宽速度最多只有11Mb/s，故目前ISA接口的网卡已被淘汰。VESA、EISA网卡也是早期的总线网卡，目前在市场上很少见且已被淘汰。现在市场上主流的网卡是PCI接口的网卡，PCI网卡的理论带宽为32位133Mb/s。PCI网卡主要可分为10Mb/sPCI网卡、10/100Mb/sPCI自适应网卡和千兆服务器网卡三种类型。10Mb/sPCI网卡价格较便宜，被低端用户广泛采用；10/100Mb/sPCI自适应网卡作为当今的主流产品，已逐渐为广大用户接受，10/100Mb/sPCI自适应网卡可根据需要自动识别连接网络设备的工作频率，自动工作于10Mb/s或100Mb/s的网络带宽下。USB接口网卡是最近几年才出现的产品，主要是为了满足没有内置网卡的笔记本用户，它通过USB接口引出(如图6-7所示)。,图6-7USB接口网卡,(3)根据接口，网卡又可分为RJ65水晶口、BNC细缆口，AUI及FDDI等几类及综合了这几种插口类型于一身的二合一、三合一网卡。RJ65插口是采用10Baset双绞线的网络接口类型，它的一端就是电脑网卡上的RJ65插口，连接的另一端就是集线器Hub上的RJ65插口，如图6-8所示。而BNC接头是采用10Base2同轴电缆的接口类型，它同带有螺旋凹槽的同轴电缆上的金属接头相连，如T形头等，它主要应用于总线拓扑结构中，网线要使用细同轴电缆。而AUI接口很少用，这种网卡主要应用于总线拓扑结构中，网线要使用粗同轴电缆。FDDI接口主要是应用于光纤网络，比较少见，这种接口的网卡连接起来要求比较严格。,图6-810/100Mb/sRJ65接口网卡,(6)根据需不需网线，网卡可分为有线网卡和无线网卡两种。有线网卡就是我们平时所使用的普通网卡，有线即需要有网线连接的意思。无线网卡主要为特别用途而应用的网卡，它的最主要特点就是不需要网线，这是因为这种网卡集成了一块具有接收信号功能的IC。现在无线网卡的技术已经非常成熟，一些部门已经大力推广这种无线网络。图6-9为一种无线网卡的外形。,图6-9无线网卡,6.2.3网卡的参数设置在PC机上通常会连接各种输入、输出设备，如鼠标、键盘等，我们把这些设备统称为“I/O设备”。当这些设备工作时需要先向CPU发出特定的请求信号，这个信号称为“中断请求信号”即“IRQ”(InterruptRequest)信号。该信号会中断CPU当前的工作，转而为该I/O设备提供资源和服务。为了正确区分不同的IRQ，每个IRQ都有一个不同的编号，同时根据这个编号也可以设置不同IRQ的响应优先级。当有两个以上的IRQ同时请求时，CPU将首先响应优先级较高的IRQ。在计算机中，如果CPU只知道IRQ还不能正常工作，它还需知道提出该IRQ信号的I/O设备的端口地址才能进行正常的通信。如果I/O设备用IRQ通知CPU而没有告诉其I/O端口地址，那么CPU只能知道某个设备需要协助，却不能和它联系。,每个网卡都有其确定的配置参数，如网卡的“中断请求”(IRQ)设置、基本I/O端口地址和存储器地址。如果这些方面出现任何差错，或与工作站或终端中其他设备产生冲突，NIC即使能工作，也无法连续工作。一般情况下，计算机有16个IRQ号，这些IRQ号将分配给不同设备，如表6-1所示，在设备发出中断请求时，就可向处理器发出中断请求信号。I/O端口基地址作为处理器和设备之间所有信息传输的通道。,存储器基地址是为正在传输数据保留的缓冲区。如图6-10所示，网卡的参数设置通常采用“使用自动设置”进行配置，这样可以避免不必要的因人为因素造成的故障。如果需要人工配置，应重新给网卡配置为“open”的IRQ号，可通过“计算机属性”窗口查看哪些IRQ被设备占用。对于以前较老式的网卡，如果需要手动设置参数，其过程较为复杂，需要用跳线或DIP开关设置，详细过程可以参看网卡使用说明书或用户指南。,表6-1IRQ号与设备对应表,图6-10网卡参数图例,6.2.6网卡驱动程序驱动程序(Driver)是一种将硬件与操作系统相互连接的软件。现在常用的操作系统，如Windows98、Windows2000等都带有庞大的整套驱动程序，以支持常见的硬件。但是这些驱动程序就和操作系统一样会过时，大部分驱动程序的版本都还停留在操作系统第一版。因为每天都有新硬件不断地推出，所以操作系统自然不可能识别所有现存的硬件。通常在你购买的设备里面，都会带有驱动程序的磁盘或光盘。这些驱动程序一般都支持Windows95/98/ME和Windows2000。硬件驱动程序随着硬件的不同，功能上也有差别。有些部件需要驱动程序才能正常运作，而另一些部件需要依靠驱动程序来完全实现它们的性能和技术指标。,网卡也一样，如果计算机操作系统没有包含它的驱动程序，那么我们就需要为网卡安装驱动程序。通常安装驱动程序的方法有两种：一种是执行安装程序(厂家所附带的软盘或光盘中有Setup.exe或Install.exe)，另一种是到设备管理器里手动安装。先在“我的计算机”上按鼠标右键，在弹出菜单中选择“属性”，再选择“设备管理器”(如图6-11(a)所示)，接着才能打开位于窗口中央的设备管理功能。所有硬件设备是按照类型来排列的。如果您选择一种类型，那么对应的设备就会显示出来(还没安装的设备通常都会在最上方，并且有黄色的警告标示)。在需要安装驱动程序的选项上按鼠标左键先选中它，然后用鼠标左键单击“属性”按钮，就可以切换到“驱动程序”页面(如图6-11(b)所示)，并且选择“升级驱动程序”，再指定Windows该到哪个路径去寻找驱动程序就可以了。,图6-11网卡驱动程序安装,6.3集线器,集线器(Hub)是网络中最重要的互连设备之一，用来对通信设备进行物理连接。集线器最初是一种线路集中器，后来发展为较为复杂的带交换功能的集中器。集线器的基本功能是信息分发，它把从一个端口接收的所有信号向所有端口分发出去，如图6-12所示。一些集线器在分发之前将弱信号重新生成，一些集线器整理信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。,图6-12集线器示例,集线器根据其工作原理又分为被动集线器、主动集线器和智能集线器；根据其端口是否具有交换功能分为交换式集线器和非交换式集线器；也可根据其频宽分为10Mb/s、10/100Mb/s、100Mb/s集线器；还可按配置形式分为独立型集线器、模块化集线器和堆叠式集线器。集线器的连接应考虑所使用的网络传输介质，一般集线器应具有BNC和RJ65两个接口或BNC、RJ65和AUI三个接口。集线器接口数通常有8口、12口、16口、26口等几种。,6.3.1集线器工作原理1被动集线器顾名思义，被动集线器是相对静止的。它们没有专门的动作来提高网络性能，也不能帮你检测硬件错误或性能瓶颈，它们只是简单地从一个端口接收数据并通过所有端口分发，这是集线器可以做的最简单的事情。如果被动集线器的总带宽为10Mb/s，假如我们共连接了6台工作站，当这6台工作站同时上网时，每台工作站的平均带宽将仅为10/6Mb/s即2.5Mb/s。被动集线器是星型拓扑以太网的入门级设备。被动集线器通常有一个10Base2端口和一些RJ65接头。这个10Base2接头可以用于连接主干。有些集线器还有可连到收发器的AUI端口以建立主干。,2主动集线器主动集线器本身含有对信号进行放大的电子部件，即具有信号再生功能。信号再生能使网络更加健壮,容错能力更强，设备之间的距离也增加了。主动集线器具有被动集线器的所有功能，除此之外它还能监视数据、存储转发数据，在转发之前它们检查数据，并不区分优先次序，而是纠正损坏的分组并调整时序。,如果信号比较弱但仍然可读，主动集线器在转发前可将其恢复到较强的状态，这使得一些性能不是特别理想的设备也可正常使用。如果某设备发出的信号不够强，使得被动集线器无法识别，那么主动集线器的信号放大器也可以使其继续正常使用。除此之外，主动集线器还可以获知哪些设备失效，从而提供了一定的诊断能力。,电磁干扰可能使分组不能按正常时序到达集线器。此时，主动集线器可以将转发的分组重新同步。有时数据根本就到不了目的地，主动集线器通过在单个端口重发分组来弥补数据的丢失。主动集线器还可以调整时序以适应较慢的、错误率较高的连接。此外时序调整实际上可以减少局域网中的冲突次数，因为不需要重复广播数据，局域网就可以传输新的数据。主动集线器提供一定的优化性能和一些诊断能力，它们比简单的被动集线器贵，可以配以多个、多种端口。,3智能集线器智能集线器比前两种集线器具有更多的优点，它可以使用户更有效地共享资源。除了具有主动集线器的特性外，智能集线器还提供了集中管理功能。如果连接到智能集线器上的设备出了问题，可以很容易地进行识别、诊断和修补。智能集线器的另一个特性是可以为不同设备提供灵活的传输速率。除了上连到高速主干的端口外，智能集线器还支持到桌面的10Mb/s、16Mb/s和100Mb/s的速率。,6.3.2集线器应用在集线器的应用中一定要注意一个规则，即5-6-3规则。它是指任意两台电脑间最多不能超过5段线(集线器到集线器、集线器到电脑间的连接线缆)、6台集线器，并且只能有3台集线器直接与电脑等网络设备连接。如图6-13所示即为10BaseT网络所允许的最大拓扑结构，以及所能级联的集线器层数。其中，位居中间的集线器是网络中惟一不能与电脑直接连接的集线器。5-6-3规则的采用与网络所允许的最大延迟有关。电脑发送完数据后，如果在一定的时间内没有得到回应，那么，它将认为是数据发送失败，于是它会不断地重复发送数据，而对方却永远无法收到。数据在网络中的传输延迟，一方面受网线长度的影响，另一方面也受集线设备的影响，因此，双绞线网络不仅对电缆的传输距离有限制，而且对集线器的数量也有限制。,图6-1310BaseT网络所允许的最大拓扑结构以及所能级联的集线器层数,在共享网络中，由于网络内部的所有电脑共享网络带宽，随着所连计算机数目的增多，每个端口所获得的传输速率将下降，为了使每个端口所获得的传输速率提高，我们可以选择速率较高的集线器，但集线器传输速率的提高并不能明显改善因网络数量过多而造成的传输效率的低下。单纯提高集线器传输速率的方式只适用于用户数量较小的网络。当网络中的电脑数量较多，通讯效率明显下降时，可以考虑采用交换机来升级网络，如图6-16所示。,图6-16采用交换机的组网方案,如果对网络的传输速率要求并不太高，可以只增加一台交换机，然后将集线器和服务器连接至该交换机，连接至不同端口的集线器间可以同时通讯，从而提高了网络传输效率。也可以将所有的集线器全部更换为交换机，网络通讯效率将得到极大的提高。交换机的传输机制与集线器完全不同，交换式网络中每个端口所能提供的传输速率就是网络标称的带宽。,6.6以太网交换机,6.6.1交换机工作原理当交换机加电时，它会广播一个特殊的帧，然后根据接收到的信息将MAC地址与交换机的端口号对应起来，如图6-15所示。由于交换机中有端口与地址的对应表，因此它能够将数据送往指定的端口，而其它端口可以继续向另外的端口传送数据，从而避免了共享集线器同时只能有一对端口工作的限制。对于一个N端口100Mb/s的交换机而言，如果每两个端口相互传送数据，由于每对端口在传送时都拥有100Mb/s的频宽，因此理论上可以获得的最大频宽为100N/2(Mb/s)，如图6-16所示。但是，如果有多个端口同时要传送数据到同一端口，此时将和共享集线器一样由多个端口争用100Mb/s带宽。,图6-15交换机工作示意图,图6-16100Mb/s交换机,1端口交换端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段(每条网段为一个广播域)，不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。以太模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度，端口交换还可细分为模块交换、端口组交换、端口级交换等。,2帧交换帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。一般来讲，每个公司的产品实现技术均会有差异，但对网络帧的处理方式一般有以下几种：(1)直接交换。交换机只要接收并检测到目的地址字段后就立即将该帧转发出去，而不管该帧数据是否正确。帧出错检测任务由节点主机完成。,(2)存储转发。交换机首先完整地接收发送帧，并先进行差错检测。如果帧是正确的，则根据帧目的地址确定输出端口号，再将其转发出去。前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全性，同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。,3信元交换ATM采用固定长度为53个字节的信元交换。由于长度固定，因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但并不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还容许在源节点和目标节点间建立多个虚拟链接，以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用了统计时分电路进行复用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的带宽可以达到25Mb/s、155Mb/s、622Mb/s甚至数Gb/s的传输能力。,6.6.2交换机的使用,图6-17交换机使用示例,图6-17交换机使用示例,图6-18隔离客户机与服务器间的通信,交换机的另一个优点是它能够连接不同运行速度的网段，它可以将一个以10Mb/s速率运行的端口读入数据帧，然后把帧存储在它的缓存中，然后从一个以100Mb/s速率运行的端口发送数据帧。和上面提到的一样，如果很大的通信量从多个端口进入交换机，并且同时发往同一个服务器端口，则会产生数据量可能超过交换机存储帧能力的现象，这时交换机可能会丢失数据，此时网络表现为响应速度降低。对于这种情况的解决有很多方法，常见的方法是使用第三层路由器来代替第二层交换机。因为路由器能提供更为复杂的数据传输机制，允许多个信道作为主干链路使用。,6.5网络互连设备,6.5.1中继器信号在网络传输介质中传输时会衰减和受到外界的噪音干扰，使有用的数据信号变得越来越弱。为了保证有用数据的完整性，并在一定范围内传送，我们使用中继器把所接收到的弱信号分离，并再生放大以保持信号的正常。因此，可以看出中继器工作在OSI参考模型中的第一层(物理层)，它主要对网络起延伸作用。使用中继器同样也要考虑563规则。,6.5.2网桥网桥(Bridge)是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥与交换机的基本操作是相同的，主要区别是销售商希望把只提供基本网桥功能的低端网桥与不仅提供网桥功能而且还提供更灵活的性能但价格更贵的交换机区别开来。网桥是根据以太网帧中的68位介质访问控制地址进行操作的，帧和它的68位地址被定义在OSI参考模型中的第二层(数据链路层)，因此网桥被称为第二层设备、链路层设备或MAC层设备。它的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。,如图6-19所示，网桥可分为本地网桥和远程网桥。本地网桥是指在传输介质允许的长度范围内互连网络的网桥；远程网桥是指连接的距离超过网络的常规范围时使用的网桥，通过远程网桥互连的局域网将成为城域网或广域网。如果使用远程网桥，则远程网桥必须成对出现，此时网桥也称为半网桥。,图6-19网桥示例,6.5.3路由器路由器(Router)工作在OSI参考模型中的第三层(网络层)，是用于连接多个逻辑上分开的网络，经常使用在大型校园网和企业网中。逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。路由器具有判断网络地址和选择数据传输路由的功能，它能在多网络互连环境中建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。路由器工作在网络层，它只接收源站或其他路由器的信息，不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。,如图6-20所示，局域网A中的源节点201的网络层生成一个或几个分组，这些分组具有源IP地址与目的IP地址。如果局域网A中的源节点201要向局域网C中的目的节点106发送数据，只要将带有源IP地址与目的IP地址分组装配成帧发送出去。连接在局域网A中的路由器接收到帧后，由路由器中的网络层检查分组头，根据分组的目的IP地址去查路由表，确定该分组输出路径，然后将该分组输出到在局域网C中的目的节点106。路由器分为本地路由器和远程路由器。本地路由器用来连接网络传输介质，如光纤、同轴电缆和双绞线；远程路由器用来与远程传输介质连接，并要求有相应的设备。,图6-20路由器工作示例,6.5.6网关网关(Gateway)工作在网络层。在一个计算机网络中，当连接不同类型而协议差别又较大的网络时，要选用网关设备。网关的功能体现在OSI模型的高层，它将协议进行转换，将数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信。由于协议转换是一件复杂的事，一般来说，网关只进行一对一转换，或是少数几种特定应用协议的转换，因而网关很难实现通用的协议转换。用于网关转换的应用协议有电子邮件、文件传输和远程工作站登录等。另外，将专用网络连接到公共网络的路由器也称为网关(如图6-21所示)。目前，网关已成为网络上每个用户都能访问大型主机的通用工具。,图6-21网关和远程访问,网关实现协议转换的方法主要有两种：(1)将输入网络信息包的格式直接转换为输出网络信息包的格式。当网关连接两个网络时，最简单的方法是直接将输入网络的信息包格式转换成输出网络信息包的格式。连接两个网络的网关要进行相互的通信就必须进行相互的协议转换，即网络1到网络2和网络2到网络1。同样，对于连接三个不同网络的网关必须能进行6种协议的转换。对于连接N个网络的网关，则需要N(N?1)种协议转换。随着网络数目的增多，网关的工作量也急剧增加，因此提出了第二种网关工作方式。,(2)将输入网络信息包的格式先转换成一种统一的标准格式。为避免网关的工作量也急剧地增加，我们可以制定一种统一的标准网间信息格式，网关在输入端将输入包先转换成标准信息包的格式，然后在输出端再将标准格式转换成输出网络信息包格式，即网络1到网间、网间到网络1、网间到网络2、网络2到网间。如果网关连接N种网络，则需要2N种转换协议，这样将比第一种大大减少设计工作量。,6.6调制解调器,Modem其实是Modulator(调制器)与Demodulator(解调器)的简称，译成中文就是“调制解调器”。Modem的主要功能就是将计算机中的数字信号转换成能在电话线上传输的模拟信号或将电话线上传输的模拟信号转换成计算机中的数字信号(如图6-22所示)。现在的Modem基本上都带有传真和语音功能，所以通常又叫Fax/Voice/Modem。,图6-22调制解调器应用示例,6.6.1认识调制解调器1Modem的类别一般来说，Modem大致可以分为以下四类：(1)外置式Modem。外置式Modem放置在机箱外面，主机通过串行通讯口连接。这种Modem方便灵巧、易于安装。外置式Modem上有指示灯，可以了解Modem的工作状态。外置式Modem需要使用额外的电源与电缆。,(2)内置式Modem。内置式Modem直接插在主板插槽上使用，由主板电源供电，无需额外的电源与电缆。内置Modem制造工艺简单，成本低，所以售价便宜，但它需要占用主板上的一个扩展槽和一个中断，还要拆机箱。在安装时需要参考厂家的使用说明书或用户手册。(3)PCMCIA插卡式Modem。插卡式Modem主要用于笔记本电脑，体积纤巧。配合移动电话，可方便地实现移动办公。,(6)机架式Modem。机架式Modem相当于把一组Modem集中于一个箱体或外壳里，并由统一的电源进行供电。机架式Modem主要用于Internet/Intranet、电信局、校园网、金融机构等网络的中心机房。除传统的电话线Modem外，还有ISDN、CableModem、ADSL等形式。,2Modem的传输模式Modem最初只是用于数据传输，然而随着用户需求的不断增长又出现了以下一些传输模式。(1)传真模式(FaxModem)。通过Modem进行传真，省下了一台专用传真机的费用，另外可以直接把计算机内的文件传真到对方的计算机或传真机，而不用把文件打印出来，并且可以把接收到的传真方便地进行保存或编辑。(2)语音模式(VoiceModem)。语音模式主要提供了电话录音留言和全双工免提通话功能，真正使电话与电脑融为一体。,3Modem的传输速率与调制速率Modem的传输速率指的是Modem每秒钟传送的数据量大小，以b/s(比特/秒)为单位。平常说的16.6k、28.8k、33.6k指的就是Modem的传输速率。Modem的传输速率是由Modem所支持的调制协议所决定的：V.21针对300b/s的全双工Modem，V.22针对600b/s、1200b/s、2600b/s的全双工Modem，V.22bis针对1200b/s和2600b/s的全双工Modem，V.32针对6800b/s和9600b/s的全双工Modem，V.32bis将V32标准扩充到7200b/s与16.6kb/s，V.36针对28.8kb/s全双工标准协议，V.90针对56kb/s全双工标准协议。,以上我们所讲的传输速率均是在理想状况下得出的，而在实际使用过程中，Modem的速率往往不能达到标称值。实际的传输速率主要取决于以下几个因素：电话线路的质量、是否有足够的带宽、对方的Modem速率。Modem所支持的调制协议是向下兼容的，实际的连接速率取决于速率较低的一方。因此，如果对方的Modem是16.6kb/s的，即使你用的是56kb/s的Modem，也只能以16600b/s的速率进行连接。Modem的调制速率指的是从调制解调器输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的数值，单位是波特(Baud)。,表6-2传输速率与调制速率和调制相数的关系,图6-23数据传输速率与调制解调速率的区别,由国际电信联盟(ITU)起草的V.92标准在2000年11月获得批准。V.92在V.90标准的基础上体现了三个基本优势：第一，V.92可以将最大数据上传速率提高60%，提供与宽带相仿的性能；第二，由于大多数拨号用户在各自场所连接相同的号码，V.92可在这些已连接过号码的连接中，提供10s的快速启动功能，起到了减少连接时间的作用；第三，当电话网络显示外线电话进入并处于等待状态时，V.92调制解调器提供了在线接听功能，从而减少了用户加装另一条语音线的需要。,6.6.3ISDNModem56kb/s是Modem的物理速度上限，要想获得更快的上网速度，只能选择其它的上网方式。综合业务数字网ISDN(IntegratedServiceDigitalNetwork)就是一种选择。电信部门又称其为一线通。它采用数字传输和数字交换技术，将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络中进行传输和处理。它的突出优点在于能在一条电话线上同时进行两种不同方式的通信，可以一边打电话一边发传真，还可以一边打电话一边上网等。目前我国的ISDN线路为2B+D模式，即2个基本数字信道，1个控制数字信道，每个B信道的带宽为66kb/s。,有了ISDN线路，是否就可以高速上网了呢?当然不行，用户端还必须要有相应设备。传统的Modem不能在ISDN上使用，取而代之的是ISDN的专用Modem。这类Modem也有内置和外置两种类型，当然也不排除PCMCIA这种笔记本专用接口类型。内置的ISDNModem是一片卡，插进计算机主板的扩展槽内工作，卡上有ISDN线路的RJ11接口。因其形状、功能均比较接近传统的NIC(局域网卡)，所以也被大多数人称为ISDN网卡。外置的ISDNModem其实并不是专门为计算机所设计的，因为它不仅可以作为一个Modem使用，而且可用来把ISDN的线路转换成两路普通的模拟线路，所以它就成为ISDN线路最终端的一个设备，学名为ISDN终端适配器(TerminalAdapter)，简称TA。,在TA上，有一个ISDN的接口、2个普通模拟电话的接口、一个D型接口。使用时，将ISDN线路插入ISDN接口，在两个模拟电话接口上可以连接两部普通电话机，D型接口通过一根电缆和计算机的串口或者并口连接，这样就可以实现一边上网一边打电话的功能。TA可以自动选择1个空闲的B信道来进行通讯。比如，当您仅使用一个B信道来上网的时候，如果有外线打电话进来，那么电话机就会振铃，可以正常接听电话，如果需要往外打电话，只要提起电话机，TA会自动选择空闲的B信道来进行通话。当然如果您同时使用了2个B信道，外面呼叫您的号码时将听见忙音。,6.6.6ADSLModem传统的电话系统使用的是铜线的低频部分(6kHz以下频段)，而非对称数字用户线路ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)采用DMT(离散多音频)技术，将原先电话线路0Hz1.1MHz频段划分成256个频宽为6.3kHz的子频带。其中，6kHz以下频段仍用于传送POTS(传统电话业务)，20138kHz的频段用来传送上行信号，138kHz1.1MHz的频段用来传送下行信号。DMT技术可根据线路的情况调整在每个信道上所调制的比特数，以便更充分地利用线路。一般来说，子信道的信噪比越大，在该信道上调制的比特数越多。如果某个子信道的信噪比很差，则弃之不用。,由此可见，对于原先的电话信号而言，仍使用原先的频带，而基于ADSL的业务，使用的是话音以外的频带。因此它利用数字编码技术从现有铜质电话线上获取最大数据传输容量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规话音服务。用户可以在上网的同时打电话或发送传真，而这将不会影响通话质量或降低下载Internet内容的速度。ADSL提供三个信息通道：一个速率为1.58Mb/s的高速下行通道，用于用户下载信息；一个速率为16Kb/s1Mb/s的中速双工通道，用于用户上传输出信息；一个普通的老式电话服务通道，用于普通电话服务。,因此，ADSL能够向终端用户提供8Mb/s的下行传输速率和1Mb/s的上行传输速率,比传统的28.8k模拟调制解调器快将近200倍。这也是传输速率达128Kb/s的ISDN(综合业务数据网)所无法比拟的，同时ADSL的传输距离可达到35km。,ADSL的核心是编码技术，目前有离散多音复用DMT和抑制载波幅度和相位CAP两种主要方法。两种方法的共同点是DMT和CAP都使用正交幅度调制(QAM)。DMT技术复杂，成本也要稍高一些，但由于DMT对线路的依赖性低，并且有很强的抗干扰和自适应能力，已被定为标准。DMT使用06kb/s频带传输电话音频，用26kb/s1.1Mb/s频带传输数据，并把它以6kb/s的宽度分为25个上行子通道和269个下行子通道。传输速度计算公式为：信道数每信道采样值位数调制速度,所以ADSL的理论上行速度为25156kHz=1.5Mb/s，而理论下行速度为269156kHz=16.9Mb/s与ISDN单纯划分独占信道不同的是，ADSL中使用了调制技术，相当于频带得到复用，因此可用带宽大大增加。,6.7校园网网络设备认识,随着计算机技术、网络技术的发展，网络设备的价格不断下降，同时随着政府对于教育的投入不断增加，大量计算机进入校园，组建校园网不仅是十分迫切的工作，而且可行性也非常高。那么，在组建校园网时我们将需要用到哪些设备呢？针对不同的组网方案其设备的选用将有所不同，我们以一个较为典型的校园网组网方案图给大家作一简单介绍，如图6-26所示。,图6-26典型的校园网组网方案图,1路由器路由器可以实现通过互联网数据传输的路径选择及网络地址分析；隔离网络的广播报文，使校园网的广播报文限制在自己的网段内，避免发生广播风暴；提高网络的安全性，并且可以动态