第五章 计算机网络设备.ppt

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1、 第五章第五章 计算机网络设备计算机网络设备传输介质传输介质 传输介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路,传输介质的特征对网络数据通信质量有很大的影响,这些特征是:1.物理特征:说明传输介质的特征。2.传输特征:包括是使用模拟信号还是数字信号进行传输，调制技术，传输容量以及传输的频率范围。3.地理范围:在不用中间设备并将失真限制在允许范围之内的情况下,所允许的最大距离,以及整个网络所允许的最大距离。4.抗干扰特征:防止噪声对传输数据影响的能力。5.相对价格:包括元件，安装和维护等的价格。同轴电缆由内部导体环绕绝缘层以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的护套组成，这种结构的金属屏蔽网可防止中心导体

2、向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号。同轴电缆又分为两种：50的同轴电缆和70的同轴电缆。绝缘体绝缘体铜质或铝质铜质或铝质导线导线网状导线网状导线外皮外皮同轴电缆同轴电缆 50的同轴电缆，又称为基带同轴电缆，主要用于数字传输系统中。与双绞线相比，基带同轴电缆的抗干扰能力强，广泛用于局域网中。70的同轴电缆，又称为宽带同轴电缆，主要用于模拟传输系统中，如有线电视传输系统中。宽带同轴电缆频带宽度可达400MHZ，传输距离可达100公里。但在传送数字信号时，必须将其转换为模拟信号。在接收时，再把模拟信号转换为数字信号。一般来说，每秒传输1比特需要14Hz的带宽，因此通常带宽为30

3、0 MHZ的同轴电缆可以支持150Mb/s的传输速率。宽带同轴电缆通常划分为若干独立信道，例如，每一个6 MHZ的信道可以传输一路模拟电视信号，并且信道完全独立，因而电视信号与数据信号可以在一根同轴电缆中混合传输。双绞线双绞线构成：塑料外套金属屏蔽层彩色绝缘层铜芯塑料外套彩色绝缘层铜芯双绞双绞线（上为线（上为UTPUTP，下为下为STPSTP）双绞线是把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法扭绞起来就构成了双绞线。采用这种扭起来的结构是为了减少对相邻导线的电磁干扰。通常一定数量的这种双绞线捆在一起，在其外面包上硬的护套，为了提高双绞线的抗电磁干扰能力，可以在双绞线的外面再加上一个用

4、金属丝编织成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线，简称STP（Screened Twsited Pair）。它的价格比无屏蔽双绞线要贵。无屏蔽的双绞线简称为UTP（Unscreened Twisted Pair）。电话系统中普遍采用双绞线作传输介质。目前，第五类双绞线是目前网络布线的主流。市场上还出现了超五类双绞线和六类双绞线。超五类双绞线与五类双绞线相比，抗干扰能力更强，最大传输距离可达到130米甚至更长。还有六类双绞线。双绞线最大的缺点是抗电磁干扰能力不强，特别是UTP。但价格便宜。因此广泛应用于计算机网络中。双绞线（Twisted-PairCable；TP）是由不同颜色的4对8芯线组成，每两条按一

5、定规则绞织在一起，成为一个芯线对。作为以太局域网最基本的连接、传输介质，人们对双绞网线的重视程度是不够的，总认为它无足轻重，其实做过网络的人都知道绝对不是这样的，相反它在一定程度上决定了整个网络性能。如果双绞线本身质量不好，传输速率受到限制，您说即使其它网络设备的性能再好，传输速度再高又有什么用呢？因为双绞线已成为整个网络传输速度的一个瓶颈。它一般有屏蔽屏蔽（ShieldedTwicted-Pair；STP）与非屏蔽非屏蔽（UnshieldedTwisted-Pair；UTP）双绞线之分，屏蔽的当然在电磁屏蔽性能方面比非屏蔽的要好些，但价格也要贵些。RJ-45水晶头水晶头之所把它称之为“水晶头

6、”，估计是因为它的外表晶莹透亮的原因而得名的吧。双绞线的两端必须都安装RJ-45插头，以便插在网卡、集线器或交换机接口上。水晶头也有几种档次之分，一般比较好的也是如AMP这样的名牌大厂的质量好些。价格嘛，约为1.5元一个。不过在选购时千万别贪图便宜，否则质量得不到保证，主要体现在它的接触探针是镀铜的，容易生锈，造成接触不良，网络不通。质量差的还有一点明显表现为塑料扣位不紧（通常是变形所致），也很容易造成接触不良，网络中断。水晶头虽小，但在网络的重要性一点都不能小看，在许多网络故障中就有相当一部分是因为水晶头质量不好而造成的。双绞线网线制作工具双绞线网线制作工具在双绞网线制作中，最简单的方法就只

7、需一把网线压线钳即可，它可以完成剪线、剥线和压线三种用途。在购买网线钳时一定要注意选对种类，因为网线钳针对不同的线材会有不同的规格，一定要选用双绞线专用的压线钳才可用来制作双绞以太网线。信息插座信息插座信息插座一般是安装在墙面上的，也有桌面型和地面型的，主要是为了方便工作站的移动，并且保持整个布线的美观。网线模块网线模块模块是安装在信息插座中的，一般是通过卡位来实现固定的，通过它把从交换机出来的网线与接好水晶头的到工作站端的网线相连。打线钳打线钳网线的卡入需用一种专用的卡线工具，称之为“打线钳”。网线选购网线选购（1）看）看看外包装的防伪标记和包装上印刷质量看外皮颜色及标识：双绞线绝缘皮上应当

8、印有诸如厂商的地址、执行标准、产品类别和线长标识之类的字样。最常见的一种安普5类双绞线塑料皮颜色为深灰色，外皮发亮。看绞合密度：如果发现电缆中所有线对的扭绕密度相同，或线对的扭绕方向不符合要求，均可判定为伪品。看导线颜色：里面的双色线的颜色绝对不是后来用染料染上去的，而是使用相应的塑料制成的。看阻燃情况：双绞线最外面的一层包皮除应具有很好的抗拉特性外，还应具有阻燃性。用火烧一下，不阻燃的线肯定不是真品。看铜线的粗细：可以拿几个品牌的网线对比。也可比较铜的颜色来区别含铜量的多少。(2)闻。闻。闻电缆：真品双绞线应当无任何异味，而劣质双绞线则有一种塑料味道。闻气味：点燃双绞线的外皮，正品线采用聚乙

9、烯，应当基本无味；而劣质线采用聚氯乙烯，味道刺鼻。(3)问。问。问价格：真货的价格要贵一些，而假货较便宜，一般是真货价格的一半左右。问来历：问网线的来历，并要求查看其进货凭证和单据。问质保：正规厂商的网线都有相应的技术参数，都提供完善的质量保证。(4)试。试。试手感：真线手感舒服，外皮光滑，用手捏一捏线，手感应当饱满。试弯曲：线缆还应当可以随意弯曲，以方便布线。劣质网线的危害劣质网线的危害网线品牌推荐：安普网线品牌推荐：安普光纤光纤光纤，也称为光缆，是用很细的玻璃纤维或石英玻璃纤维制作的传输介质。光纤的传输过程如下：把激光二极管连接到光纤维的一端，在光纤的另一端，连接光电二极管（把光脉冲信号转

10、换为电信号），这样就构成了一个通过光纤传输电信号的单向传输系统。光纤系统是把电信号转换为光信号进行传输的，由于可见光的频率非常高，约为108MHZ的量级，因此光纤通信系统的传输带宽远远大于其他各种传输介质的带宽。光纤系统可以在1km范围内以1000Mb/s的速度发送数据。不同的传输介质所适应的拓扑结构的性能比较不同的传输介质所适应的拓扑结构的性能比较 媒介速率（Mb/s）距离（m）标准拓扑安装无屏蔽双绞线（UTP）41610010020050EthernetTokenRingFDDI星型易屏蔽双绞线（STP）416100200400100Token RingFDDI环型星型中同轴电缆10200

11、（细）500（粗）Ethernet总线中光纤41610020002000EthernetTokenRingFDDI星型较易同轴电缆同轴电缆同轴电缆也是局域网中最常见的传输介质之一，它主要应用于环形的小型局域网中。虽然这种网络相对而言双绞线星形网络来说存在诸多不足之处，但是它的优点也是非常明显的，那就是它无需任何集中接入设备，就可以同时接入多达20台工作站，所以它的网络构建成本非常低，是以前许多小型企业的首选！同轴电缆以太网连接的传输介质就是采用同轴电缆，如我们常见的有线电视电缆差不多。应用于计算机网络的同轴电缆主要有两种，即“粗缆”和“细缆”，都属于“基带同轴电缆”（以区别于广播电视所用的“宽

12、带同轴电缆”）。粗缆的全称为“粗同轴电缆”，简称为“AUI”，如图5-4所示。细缆是指“细同轴电缆”，它的英文简称为“BNC”，细同轴电缆与粗同轴电缆结构类似，只是直径细些。光纤光纤光纤的分类光纤的分类根据传输点模数的不同，光纤分为单模光纤和多模光纤两种。单模光纤的纤芯直径很小，约为28gm，采用激光二极管LD作为光源。单模光纤的传输频带宽、容量大，传输距离长，但需激光源，成本较高，通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。单模光纤是当前计算机网络研究和应用中的重点。多模光纤的纤芯直径较大，约为50125gm，采用发光二极管LED作为光源。多模光纤的传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但成本低

13、，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中.光纤的特点光纤的特点与铜质电缆相比较，光纤明显具有其他传输介质所无法比拟的优点：传输信号的频带宽，通信容量大；信号衰减小，传输距离长，抗干扰强，应用范围广；抗化学腐蚀能力强，适用于一些特殊环境下的布线；原材料资源丰富。当然,光纤也存在缺点:如质地脆,机械力度差;切断和连接技术要求高,价格贵等。网卡网卡网卡的分类网卡的分类1.按总线接口类型分按总线接口类型分按网卡的总线接口类型来分我们一般可分为早期的ISA接口网卡、PCI接口网卡。笔记本电脑所使用的网卡是PCMCIA接口类型的。还有USB网卡.2.按网络接口划分按网络接口划分目前常见的接口主要有以太网的

14、RJ-45接口、细同轴电缆的BNC接口和粗同轴电AUI接口、FDDI接口、ATM接口等。而且有的网卡为了适用于更广泛的应用环境，提供了两种或多种类型的接口，如有的网卡会同时提供RJ-45、BNC接口或AUI接口。3.按带宽划分按带宽划分主要有10Mbps网卡、100Mbps以太网卡、10Mbps/100Mbps自适应网卡、1000Mbps千兆以太网卡四种。中继器中继器中继器（Repeater）工作于OSI的物理层，是局域网上所有节点的中心，它的作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。由于传输线路噪声的影响，承载信息的数字信号或模拟信号只能传输有限的距离，中继器的功能是对接收信号进行再生

15、和发送，从而增加信号传输的距离。它是最简单的网络互连设备，连接同一个网络的两个或多个网段。如以太网常常利用中继器扩展总线的电缆长度，标准细缆以太网的每段长度最大185米，最多可有5段，因此增加中继器后，最大网络电缆长度则可提高到925米。一般来说，中继器两端的网络部分是网段，而不是子网。中继器可以连接两局域网的电缆，重新定时并再生电缆上的数字信号，然后发送出去，这些功能是ISO模型中第一层-物理层的典型功能。中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，并不管数据中是否有错误数据。集线器集线器 集线器的英文名称是“HUB”，英文“HUB”是“中心”意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再

16、生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI参考模型第二层，即“数据链路层”。特点：特点：（1）用户带宽共享，带宽受限。）用户带宽共享，带宽受限。（2）易造成网络风暴。）易造成网络风暴。（3）非双工传输，网络通信效率低。）非双工传输，网络通信效率低。网桥网桥 网桥（Bridge）像一个聪明的中继器。中继器从一个网络电缆里接收信号，放大它们，将其送入下一个电缆。它们毫无目的的这么做，对它们所转发消息的内容毫不在意。相比较而言，网桥对从关卡上传下来的信息更敏锐一些。网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理。它工作于数据链路层，不但能扩展网

17、络的距离或范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。网络1和网络2通过网桥连接后，网桥接收网络1发送的数据包，检查数据包中的地址，如果地址属于网络1，它就将其放弃，相反，如果是网络2的地址，它就继续发送给网络2。这样可利用网桥隔离信息，将网络划分成多个网段，隔离出安全网段，防止其他网段内的用户非法访问。由于网络的分段，各网段相对独立，一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行。网桥的分类网桥的分类 1、透明网桥、透明网桥2、源路由选择网桥、源路由选择网桥交换机交换机 交换机的工作原理交换机的工作原理交换机和集线器在外型上非常相似，而且都遵循IEEE802.3及其扩展标准，介质存取方式也均为CS

18、MACD，但是它们之间在工作原理上还是有着根本的区别。简单地说，由交换机构建的网络称之为交换式网络，每个端口都能独享带宽，所有端口都能够同时进行通讯，并且能够在全双工模式下提供双倍的传输速率。而集线器构建的网络称之为共享式网络，在同一时刻只能有两个端口（接收数据的端口和发送数据的端口）进行通讯，所有的端口分享总带宽。交换机技术交换机技术 1、直通交换方式、直通交换方式2、存储转发方式、存储转发方式3、碎片隔离式（、碎片隔离式（Fragment Free）共享式与交换式以太网共享式以太网 交换式以太网 共享传输通道 独占传输通道 共享带宽 独占带宽 只允许一对站点通信 允许多对站点同时通 系统带

19、宽固定，拓宽整个系统带宽 端口多带宽低 端口多带宽高 每个站平均带宽=系统带宽=系统带宽/n交换机端口带宽n 提高带宽采取的措施 灵活的接口速度 网络微段化 高度的可扩充性和网络延展性 共享式带来的问题交换式的优点不能提供足够的带宽能提供足够的带宽降低了带宽利用率提高了带宽利用增加了网络延时 高度的可扩充性和网络延展影响了网络效率可划分VALN路由器路由器 路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，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”对方的数据，从而构成一个更大的网络。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

20、丰富路由协议的软、硬设备，如RIP协议、OSPF协议、EIGRP协议等。路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中，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。路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备，它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。在局域网接入广域网的众多方式中，通过路由器接入互联网是最为普遍的方式。使用路由器互联网络的最大优点是：各互联子网仍保持各自独立，每个子网可以采用不同的拓扑结构、传输介质和网络协议，网络结构层次分明，还有的路由器具有VLAN管理功能。通过路由器与互联网相连，则可完全屏蔽公司

21、内部网络，起到一个防火墙的作用，因此使用路由器上网还可确保内部网的安全。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据路由表（RoutingTable），供路由选择时使用。路由表中通常至少有四个字段：目的网络地址，子网掩码，下一跳，发送接口。网关网关 网关（Gateway）又叫协议转换器，是一种复杂的网络连接设备，可以支持不同协议之间的转换，实现不同协议网络之间的互连。网关具有对不兼容的高层协议进行转换的能力，为了实现异构设备之间

22、的通信，网关需要对不同的链路层、专用会话层、表示层和应用层协议进行翻译和转换。所以说，网关是一个智能超群的路由器，一个智能超群的网桥，一个智能超群的中继器。若要使两个完全不同的网络（异构网）连接在一起，一般使用网关，在Internet中两个网络也要通过一台称为网关的计算机实现互联。这台计算机能根据用户通信目标计算机的IP地址，决定是否将用户发出的信息送出本地网络，同时，它还将外界发送给属于本地网络计算机的信息接收过来，它是一个网络与另一个网络相联的通道。为了使TCP/IP协议能够寻址，该通道被赋予一个IP地址，这个IP地址称为网关地址。网关主要用于不同体系结构的网络或者局域网与主机系统的连接。

23、在互连设备中，它最为复杂，一般只能进行一对一的转换，或是少数几种特定应用协议的转换。网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。以太网的性能和网络分段几个概念：带宽域：域中的所有主机共享同一带宽资源，如一条总线，HUB集线器等物理层设备均属于一个带宽域；冲突域：域内所有主机争用数据发送权，如采用CSMA/CD介质访问控制方式的总线式以太网，交换机的一个端口连接等；广播域：第二层广播包所能到达的区域，任一广播包对域内的主机都是可见的，如路由器的一个端口连接，路由器

24、不传送第二层广播包，所以路由器是广播域的边界。以太网的性能和网络分段以太网最大的问题是共享介质，单总线以太网是一个冲突域，网中主机数大量增加时，冲突激增，其性能将急剧下降。分段的方法是将单个冲突域分成两个或多个冲突域，使得一个段内较少用户共享同一带宽资源，以减少段内冲突、提高以太网的性能，每个段仍使用CSMA/CD存取方法维持段上用户之间的通信。（1）路由器分段路由器在网络层操作，每个端口连接一个网段，每一网段是一IP子网，段之间的传送基于IP地址，且每一个网段组成一个广播域，是最高层次的分段；路由器端口通过一集线器（HUB）连接所有计算机，集线器相当于一条总线，代表一个带宽域，即所连设备共享

25、同一带宽，同时也是一个冲突域，因此性能受集线器的制约；路由器的一个端口相对来说比较昂贵，且数据交换速度相对较慢。带宽域/冲突域/广播域HUB带宽域/冲突域/广播域HUB路由器交换机的每一个端口是一个冲突域，在无冲突连接情况下，以太交换提高了网络上的可用带宽，每台主机独享一个交换机端口的带宽，在主机与主机、主机与服务器之间创建了点到点的通信连接。尽管交换机的每一端口是一独立的冲突域，但交换机转发广播包，因此交换机的所有端口置身于同一广播域；主机经HUB汇接后接入交换机时，由于冲突域缩小，网络性能也会有所提高；与路由器分段相比，交换机在第2层交换数据，速度相对较快，价格也较便宜。小冲突域无冲突域/

26、广播域交换机小冲突域交换机HUBHUB以太网的性能和网络分段（2）交换机分段交换机把LAN分成了若干微分段，在一个大的冲突域中产生无冲突域，是解决以太网访问冲突问题的有效方法。当交换机所连的主机流量通常向交换机的一个端口方向（如上行链路）流动时，原本无冲突域的交换机将演变成一个带宽域，此时交换机等效于HUB，性能将受制于上行链路的带宽；过多的交换机串行连接时，最底层主机的通信带宽将会受到很大影响，如右图底层主机无论访问网内服务器还是访问外网，每台主机平均有效带宽仅为1M，若20台主机并行接入第一级交换机，每台至少平均5M有效带宽。无冲突带宽域交换机无冲突带宽域交换机服务器流量模式和连接方式对性

27、能的影响交换机X9X10外网100M100M第二层交换中的路由问题交换机交换机FE1FE0FE2MAC地址端口00103C2BAC9802124357ADB8012003DFE00200103C2BAC98FE102124357ADB8FE2012003DFE002FE0交换表HUB第二层通信同样存在路由问题，交换机进行路由决策的依据是交换表，通常交换表存放在交换机中内容可寻址存储器CAM（Content-AddressableMemory）里；交换过程：交换机接收一数据帧后，取出源和目MAC地址，查交换表，若源、目地址对应同一端口，则在同一个段上，丢弃该帧，因它不需要交换；如果源、目地址对应不同端口，根据交换表中目地址指示的端口，将帧转发出去；如果在交换中未查到，除源地址所在段外，向其余所有端口发送该帧。交换表的建立：通过交换机的自学习功能，记录每个进入交换机的帧中的源MAC地址及相应端口，逐步建立交换表，并打上时间标记，动态更新。路由器