硬件工程师第20章局域网

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运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运算机。网

络可以很小且简单到只由两台运算机组成，它们之间可以共享只连在其中一台运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，每台运算机可以和其他的运算机共享资源或运算机保留对该资源的控制。而在两

台运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运算机操纵着打印任

务，任何运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储备来自不同

运算机上的打印任务。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

实际上任何储备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。

•协作功能答应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。

•多台运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、工作组或是家庭一一办公室小网络所需要的手把手的实践信息。

如果治理一个使用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畴的因素。

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“网络升级与保护”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

里的运算机及组件构成。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。

,Interneto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

不公布的互联网。

•Extraneto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ExtranetoExtranet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一样依靠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

•《网络升级与保护》第2版，ISBN0-7897-2034-50

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运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运算机通信。基于

在运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，每台运算机都有具体的职责分工。服务器是为和

网络上的其他客户运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，这是因为服务器上储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

他运算机就以客户机的形式工作（请参见图20-1）。

工作站

管理员发送和接收财务财务销售

图20-1客户/服务器型局域网组件

1.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储备空间，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一

——例如WindowsNT月艮务器版、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。对有特别要求的运算任务，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运算机登录到服

务器的共享资源上的软件包。

20.4,2对等网

相比较而言，对等网上的每台运算机是同等的，而且如果它被授予了登录权限的话，它能和网络上的

其他任何一台运算机通信（请参见图20-2）o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

到只由两台运算机组成，也可以大到由成百上千的运算机构成。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台运算机，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专业版就限制了运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

一台运算机作为文件服务器。相反，每台运算机都能和其他的运算机共享资源。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，因为用户们一样自己治理自己的系统，而客户/服务器型的网络有

着集中治理的优势。

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保护上也需要

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供用户通过资源上的口令列表；每个资源分别要求

只能登录到它的清单上的资源不同的口令；全部/无登录权限；没有集中的

用户能被授予不同层次的权限用户列表

安全性安全性高，因为登录是由用户或组识别的安全性低，因为任何人知道口令都可登录到

共享资源上

性能性能高，因为服务器不用浪费时间或资源去性能低，因为服务器常常以工作站的形式工

执行工作站的任务作

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

硬件的高性能特性及冗余的特点决定的共享资源变成服务器

软件成本每个工作站用户的注册费用都是网络操作系免费的，所有的客户软件都包括在Windows

统服务器软件（WindowsNT,Windows20009x版本和WindowsNT工作站版及Windows

服务器版本，和NovellNetWare）的一部分2000专业版里

备份当数据储备在服务器上时集中备份；使得高由用户决定备份与否；常常每个工作站会混

速的有着先进归类方法的大容量磁盘驱动器合使用备份设备

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务器无论在对等“服务器”还是在客户机上都没

都有真正的

很普遍；网络操作系统一样能自动使用冗余冗余；需要手动干涉故障，使得数据丢失的

设备可能性很高

Windows9x、WindowsMe、WindowsNT和Windows2000已经将构建对等网的要求包括在里面了。

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

除非被连接的运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：

•运算机之间通过物理（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运算机共享和对共享资源进行拜访控制的软件，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。

•使得运算机可以登录到具有共享资源的运算机上的软件，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

挑选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点的标

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）。IEEE802.11b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。

现在最主要的两种挑选是以太网和令牌环,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。在以下的部分说明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;能通过双速集线

10BaseT-2个（lOBaseT）粗电缆器或交换机和快速以太网互联;使用

10Base2-30个网（同轴电缆：交换机和路由器米克服构建超大型

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

10BaseFL-2个（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或非屏蔽双绞线：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挑选并不容易。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，且在每段上答应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，且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

随着上百万运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Linux工作站、Apple运算机、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,UnshieldedTwistedPair）o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,是以太网原先传输率的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标准的以太网的一样形式中，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先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升级与保护”第11版。也可以参见“网络升级与保护”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，就可以挑选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

在大多数运算机上，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。有些运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

大多数网络治理员更愿意自己挑选喜爱的NIC0

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的举荐性能

下面是我所举荐的客户工作站（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）在两台运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运算机是1995年以后制造的，就应该只考虑基于PCI总线的网卡（这些运算机

通常有3个以上的PCI扩展槽）。尽管几乎所有的运算机也还保留1个以上的ISA扩展槽，但PCI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挑选。

表20-3总结了这两类扩展槽的差别。

表20-3客户方PC机网卡的总线挑选

扩展槽类型速度总线宽度

PCI33MHz®32位②

ISA8.33MHz®16位④

①PCI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PCI总线适配器是64位的或是64位和32位兼容的。

③ISA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。虽然在市场上仍旧有基于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DB15的连接器

（接粗同轴电缆）。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)

50欧姆终端负载

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。

UTP电缆

宁概2■蹙

RJ-45连接器

图20-5带非屏蔽双绞线的WBaseT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，有三种挑选：

・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，从而使运算机可以

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，答应细

以太网电缆可以连接在“T”型头的两端（对于位于网络中部的运算机而言），或只有一端接电缆（对于位

于网络末端的运算机而言）。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。如今仍旧可以得到带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］

导线外壳屏蔽层绝缘材料导体

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（由邻近电缆，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。

RJ45连接器

线缆对

图20-8非屏蔽双绞线（UTP）

外壳屏蔽编织物屏蔽层绝缘材料

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运算机的使用而发展，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，后来发觉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形比现在使用非屏蔽电缆的情形更为普遍。

屏蔽电缆还有一些特别的需要考虑的问题，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形，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挑选使用非屏蔽双绞线，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

网络上每台运算机都连接到电缆（或其他介质）上的其他运算机上。连接网络上各运算机的电缆的物

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,

形成一个星形一总线网络。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类非屏蔽双绞线星形

快速以太网lOOBaseTX5类非屏蔽双绞线星形

千兆网WOOBaseTX5类非屏蔽双绞线星形

令牌环（所有）屏蔽双绞线或同轴电缆逻辑环

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运算机，

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，如果一台运算机或电缆连接显现故障，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运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。因为每台运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，其他的运算机可以连续正常工作。总线形布线比星形方式耗费的

电缆更少，但如果显现故障时，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，将局域网上的运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)。主要有两种类型的网络使用这种

环形结构：

•FDDL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运算机相连的设备中，这些设备称为多站点拜访单

元(MultiStationAccessUnit,MSAU),如图20-12所示。

产生的信号从运算机传送到集线器上，再送到下一台运算机上，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运算机。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运算机，使得其

他的运算机能够正常工作。

客户

数据在环中传送

客户

客户

MSAU

口

图20-12所有的运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”）。

所有的以太网集线器有以下特点：

•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运算机使用的接口；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。对每台要连接的运算机，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。

RJ-45连接到网络

电源上的计算机

电源指示灯

LED指示活动中的连接

图20-13典型的10BaseT5口工作组集线器。连接器1-4都和运算机相连（可以从集线器前面的灯看出

（图底））。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。

1.集线器是怎样工作的

以太网上的运算机如果想得到网络信息或某台运算机上的程序，就会通过电缆向集线器广播（送出）

一个要求，集线器会向连接在它上面的所有运算机广播这个消息。当目的运算机接收到这个消息时，就会

将所要求的信息返给集线器，集线器仍旧再一次向所有的运算机广播，虽然仅仅只有发出要求的运算机会

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，下面的挑选可能会有所

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，因为偶然要招待“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台运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，一旦想增加一台运算机到网络上，

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）。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

口数量的运算机时，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）。

要判定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，它答应用标准的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的集线器只答应用其中一个普通端口和它协同工作（请参见图20-14）。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端口和井5号端口不能同时使用。

上行接口将该集线器连接

到另一个集线器

该集线器最多能连接5台设备（计算机

和打印机）

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）。5#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，且要考虑到如果

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，集线器就放在个人运算机顶上的

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，对网络上每台运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的以太网中的运算机互联起来，它在物理上也与集线器很相似

（参见图20-15）o

5号及上行端口；两者

不能同时使用

10/100RJ-45

UTP电缆端口

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）。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运算机广播在接收和发送运算机之间直接连接

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

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运算机广播数据不同，交换机使用一种地址储备（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运算机。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

100Mbps0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，则每台的有效带宽只有25Mbps（100Mbps除以4）。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旧保持为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)而不必替换原先的设备。

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别装置。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挑选，越来越多的公司和家庭用户开始挑选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

的情形是很有用处的。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。如果把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，那么用户可能期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)一一来避免干扰，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。

•在一样运算机部门需要比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。

•期望制作标准和交叉电缆。

•期望自己挑选电缆颜色。

•需要使用的长度超出了电缆长度。

•期望节省钱。

•有制作电缆的时间。

1.挑选正确的电缆

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

lOBaseT(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