局域网组建与维护技术第2章

2第2章局域网的硬件设备与操作系统学习目的与要求：组建局域网的主要设备有通信介质、通信设备、服务器以及其他配件。网络硬件是网络中计算机间互联必不可少的组成部分，组建局域网之前，选择什么样的网络硬件设备产品，对于网络的性能和可扩展性有着重要的影响，操作系统是计算机网络的灵魂。本章重点是通过实践掌握网络传输介质，如双绞线、同轴电缆和光缆的使用方法，学习网络在不同网络环境中的制作及网卡的安装调试，网络操作系统的选择。本实训的主要目的是掌握RJ-45连接线的制作。32.1双绞线网络中常见的传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤等，其中同轴电缆已经很少使用。双绞线是目前局域网布线工程中使用最为广泛的一种传输介质，下面介绍双绞线的一些知识。42.1.1双绞线的结构双绞线作为一种价格低廉、性能优良的传输介质，在综合布线系统中被广泛应用于水平布线，是当前水平布线的首选电缆。局域网中的双绞线电缆由不同颜色的4对8芯线放在一个绝缘套管中组成，如图2-1所示。双绞线可以传送数字信号，也可以传输模拟信号，其通信距离从几公里到十几公里。对于模拟信号传输，当传输距离太长时要安装放大器，以便将衰减的信号放大到合适的数值；对于数字信号传输则要加中继器，以将失真的数字信号进行整形。52.1.2双绞线的分类双绞线可分为屏蔽双绞线(ShieldedTwistedPair，STP)和非屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPair，UTP)，普通用户使用的大多是非屏蔽双绞线。屏蔽双绞线是在一对双绞线外面有金属筒缠绕，有的还在几对双绞线的外层用铜编织网包上，用作屏蔽，最外层再包上一层具有保护性的聚乙烯塑料，如图2-2所示。62.1.2双绞线的分类电气工业协会/电信工业协会(EIA/TIA)按双绞线电气特性将其定义为7种型号，级别越高性能越好。局域网中常用第5类和第6类双绞线，它们都为非屏蔽双绞线，由4对双绞线构成一条电缆。(1)1类双绞线：主要用于电话连接，通常不用于数据传输。(2)2类双绞线：通常用在程控交换机，ISDN和T1/E1数据传输也可以采用2类电缆，2类线的最高带宽为1MHz，在局域网中很少使用。(3)3类双绞线：又称为声音级电缆，适合于10Mb/s双绞线以太网和4Mb/s令牌环网的安装，同时也能运行16Mb/s的令牌环网，目前已从市场上消失。(4)4类双绞线：最高传输速率为20Mb/s，其他特性与3类双绞线一样，能更稳定地运行16Mb/s令牌环网，目前在布线中已经很少使用。(5)5类双绞线：又称为数据级电缆，最高传输速率100Mb/s，能够运行100Mb/s以太网和FDDI，传输距离为100m，目前大量应用于很多局域网中。(6)超5类双绞线：最高传输速率可达155Mb/s，传输距离可达130m，是目前最常见的双绞线类型。(7)6类、7类双绞线是新型的电缆，能提供更高的传输速率和更远的距离，其中6类双绞线的最高传输速率可以达到1000Mb/s，适用于低成本的高速以太网的骨干电路。72.1.3双绞线的制作方法双绞线的制作非常简单，就是把双绞线的4对8芯网线按一定规则插入到水晶头中，这类网络的制作所需材料是双绞线和水晶头，所需工具是一把网线压线钳，双绞线的制作就是网线水晶头的制作。1.双绞线的连接标准(1)EIA/TIA接线标准(2)直通线线序(3)交叉线线序2.双绞线的制作3.双绞线的测试82.2同轴电缆内导体是一根金属线，外导体是一层圆柱形的金属导体，一般由细金属线编织为网状结构，内、外导体之间有绝缘层，如图2-11所示。另外，同轴电缆的两端需要有终结器(用50或75的电阻连接内、外导体)，中间连接需要收发器、T形头、筒形连接器等器件。单根同轴电缆的直径为1.02～2.54cm。92.2同轴电缆常用的同轴电缆型号有下列几种：(1)RG-8或RG-11(50)——粗缆。(2)RG-58AJ或58CU(50)——细缆。(3)RG59(75)——CATV电缆。(4)RG-62(93)——IBM3270系统使用。根据带宽和用途不同，同轴电缆可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。宽带同轴电缆主要用于高带宽数据通信，支持多路复用，如有线电视的数据传送，较少用于计算机局域网络。102.2.1细缆细缆一般采用RG58A，适用于传输速率不高(10Mb/s)、距离近的局域网。用它组网成本低，可以连接集线器(HUB)、交换机等网络交换设备。以安装10Base2(细缆以太网)为例，需要遵守下面的物理限制：(1)细缆两端必须各加一个50的终结器。(2)网端之间的最小距离为0.5m。(3)网络的最大长度小于925m。(4)网段的最大长度小于185m。(5)每个网段最大设备数为30个。(6)最大网段数为5个网段(可带4个中继器)。112.2.2粗缆粗缆一般采用RG-11，特征阻抗50，直径0.4英寸，一段粗缆的最大长度为500m，每一段的两端必须各加一个50的终结器，每个工作站必须加一个AUI收发器。粗缆的传输率为10Mb/s。因为需要AUI收发器，组网的成本较高，因此目前使用不多。122.3光纤光纤(光导纤维电缆)，是网络传输介质中性能最好、应用前景看好的一种电缆，目前大多数大规模的局域网的主干网都采用光纤作为传输介质。它的传输速率可以达到几千兆b/s，它的优点是体积小、重量轻、传输频带宽、传输损耗小、保密性能好、误码率低、不受雷电和电磁干扰。缺点是分接和安装困难、安装和测试工具都非常昂贵。132.3.1光纤的结构和通信原理光纤在结构上和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。其通信的中心是光传播的玻璃芯，玻璃芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护，称为光缆，如图2-12所示。142.3.2多模光纤和单模光纤光纤的类型由模材料(玻璃式塑料纤维)芯和外层尺寸决定，芯的尺寸大小决定光的传输质量。根据光在光纤中的传播方式，可将光纤分为两种类型：多模光纤和单模光纤。其中的模是指以一定角度进入光线的一束光。常用的光缆类型如表2-2所示。芯径外层尺寸模8.3～10m125m单模50m125m多模62.5m125m多模85m125m多模100m140m多模152.3.2多模光纤和单模光纤单模光纤：芯径小于10m。光直线传播，频率单一，如图2-14所示。多模光纤：芯径在50m以上。光波浪形传播，频率多样，如图2-14所示。162.3.2多模光纤和单模光纤单模光纤和多模光纤的特性比较如表2-3所示。单模多模用于高速率，长距离用于低速率，短距离成本高成本低窄芯线，需要激光源宽芯线，聚光好耗散极小，高效耗散较大172.4网卡网卡(NetworkInterfaceCard，NIC)又称网络适配器或网络接口卡，用以连接计算机和网络，是组建局域网不可缺少的基本配件，网卡一方面负责接收网络中传过来的数据包，解包后，将数据通过主板的总线传输给计算机；另一方面负责将本地计算机上的数据包传输给网络。182.4.1网卡的类型根据总线接口的不同，可以将网卡分为ISA网卡、PCI网卡、专门应用于笔记本电脑的PCMCIA网卡及USB网卡。其中ISA网卡因其速度缓慢、安装复杂等问题已经退出历史舞台，在此不再详述。1.PCI网卡2.PCMCIA网卡3.USB网卡192.4.2网卡的选择网卡作为局域网组建的基本配件，对于整个网络的性能起着决定性作用。在选择网卡时应该综合考虑网络类型、传输介质类型、网络带宽及网卡的品牌、质量等。1.网卡的传输速率与接口类型2.网卡的用途根据工作对象的不同，网卡可以分为服务器网卡和普通工作站网卡。202.4.3网卡的安装网卡的安装步骤主要分为两步：硬件安装和网卡驱动程序安装。下面以PCI网卡为例介绍网卡的安装过程。(1)关闭计算机并切断电源，打开机箱盖。(2)在主板上选择一个未使用的PCI插槽，卸去该插槽后面对应的挡板。(3)用手轻握网卡两端，垂直对准主板上的PCI插槽，向下轻压到位后，再用螺钉固定即完成了网卡的安装。压的过程中要稍用些力，直到网卡的引脚全部压入插槽中为止，同时，两手的用力要均匀，不能出现一端压入，而另一端翘起的现象。(4)安装完成后，盖上机箱并紧固机箱螺钉。(5)打开计算机，安装网卡驱动程序。212.5集线器早期的局域网都是总线型的，通过一条总线电缆将整个办公室甚至整栋楼的计算机连接起来。这种网络的主要缺点是线缆价格昂贵，布线困难，网络扩展和管理不方便，可靠性较差，为了解决这些问题，人们借鉴中继器的原理研制了集线器，它将所有计算机通过一些集中的端口连接在一起，这样网络的扩展和管理就方便了很多。集线器实际上是对总线电缆的一种浓缩，将总线电缆缩成集线器的内部总线并模块化，通过端口向外提供多个连接，只需要利用标准的接头直接将电缆插接在集线器的端口上即可。222.5.1集线器的工作原理集线器是星型拓扑结构网络的中心网络设备，图2-19所示为8个端口的集线器，共连接了8台计算机，集线器会对连接的计算机之间进行信号的转发传递。具体的通信过程是：当计算机1要发送一条信息给计算机8，计算机1的网卡将信息通过双绞线送到集线器上，但是集线器不会直接将信息送给计算机8，而是将信息进行“广播”，将信息同时发送给8个端口，8个端口上的计算机接收到这条广播信息时，会对信息进行检查，如果发现该信息是发给自己的则接收，否则不予理睬。232.5.2集线器的特点1.共享带宽集线器的带宽是指它通信时能够达到的最大速度。目前市面上用于中、小型局域网的集线器主要有10Mb/s、10/100Mb/s自适应和100Mb/s3种。2.半双工由于集线器采取“广播”的方式传输信息，因此集线器传送数据时只能工作在半双工状态下，比如计算机1与计算机8需要相互传送一些数据，当计算机1在发送数据时，计算机8只能接收计算机1发过来的数据，等计算机1停止发送并做好了接收准备，它才能将自己的信息发送给计算机1或其他计算机。242.5.3集线器的选择1.带宽2.扩展需求3.支持网管功能4.接口类型5.品牌和价格252.5.4集线器的连接集线器的连接比较简单，基本上不用配置，但为了使集线器满足大型网络对端口数量的要求，一般在较大型网络中采用堆叠和级联方式来解决。1.堆叠2.级联262.6交换机2.6.1交换机的主要功能交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。它可以识别数据包中的MAC地址信息，并将其存放在内部的MAC地址表中。交换机通过查看数据包头部的MAC地址信息，可以直接将数据包发往其目标端口，而不是向所有端口转发。另外，一些交换机也可以把网络“分段”，通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效地隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列及流量控制。目前一些高档交换机还具备一些芯的功能，如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持，有的甚至还具有防火墙和路由的功能。272.6.2交换机与集线器的区别从两者的工作原理来看，交换机和集线器是有很大差别的。首先，从OSI体系结构来看，集线器属于OSI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层或者更高层设备。其次，从工作方式来看，集线器采用的是广播方式，在共享网段内每次只能传送一个数据帧，多个节点发送数据帧就会出现冲突，很容易产生“广播风暴”，当网络规模较大时性能会受到很大的影响。另外，从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其他端口只能等待，同时集线器只能工作在半双工模式下；而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时并不影响其他端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下且可以工作在全双工模式下。282.6.3交换机的特点1.独享带宽由于交换机能够智能化地根据地址信息将数据快速送到目的地，因此它不会像集线器那样在传输数据时“打扰”那些非收信人，这样交换机在同一时刻可进行多个端口组之间的数