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局域网理论与实务,制作：薄静仪,第二章 局域网的硬件系统,2.1 局域网的传输介质2.2 集线器2.3 交换机2.4 路由器2.5 网卡2.6 服务器,2.1 局域网的传输介质,1、双绞线双绞线（Twisted Pair）是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以逆时针缠绕）在一起而制成的一种通用配线，属于信息通信网络传输介质。双绞线过去主要是用来传输模拟信号的，但现在同样适用于数字信号的传输。双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰，更主要的是降低自身信号的对外干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。,2.1 局域网的传输介质,双绞线分类：按照屏蔽层的有无分类 屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair，STP)屏蔽双绞线外层由铝泊包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射。常见的是铝箔屏蔽双绞线（FTP）和独立双层屏蔽双绞线（STP）FTP：整体屏蔽，在多对双绞线外包裹铝箔，最外层是电缆护套，主要应用在电磁干扰较为严重或对数据传输安全性要求较高的布线区域。铝箔总屏蔽屏蔽双绞线（F/UTP）是最传统的屏蔽双绞线，主要用于将8芯双绞线与外部电磁场隔离，对线对之间电磁干扰没有作用。STP：每个线对都有各自的屏蔽层，在每对线外包裹铝箔后，再在铝箔外包裹铜编织网构成。一般用于电磁干扰比较严重，对数据传输安全性要求很高，或者对网络传输速度要求很高的布线区域。它除了可以抵御外来的电磁干扰外，还可以对抗线对之间的电磁干扰（串扰）。,2.1 局域网的传输介质,非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair，UTP)非屏蔽双绞线电缆最早在1881年被用于贝尔发明的电话系统中。1900年美国的电话线网络亦主要由UTP所组成，由电话公司所拥有。非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间 重量轻，易弯曲，易安装 将串扰减至最小或加以消除 具有阻燃性 具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线 价格便宜,2.1 局域网的传输介质,按照线径粗细分类双绞线常见的有3类线，5类线和超5类线，以及最新的6类线，前者线径细而后者线径粗，如下：1）一类线（CAT1）：最高频率带宽是750kHZ，用于报警系统，或只适用于语音传输（八十年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。2）二类线（CAT2）：最高频率带宽是1MHZ，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4MBPS规范令牌传递协议的旧的令牌网。3）三类线（CAT3）：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率16MHz，最高传输速率为10Mbps（10Mbit/s），主要应用于语音、10Mbit/s以太网（10BASE-T）和4Mbit/s令牌环，最大网段长度为100m，目前已淡出市场。4）四类线（CAT4）：传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbps（指16Mbit/s令牌环）的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和 10BASE-T/100BASE-T。最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器，未被广泛采用。5）五类线（CAT5）：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，线缆最高频率带宽为100MHz，最高传输率为100Mbps，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。这是最常用的以太网电缆。,2.1 局域网的传输介质,6）超五类线（CAT5e）：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（Structural Return Loss）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。7）六类线（CAT6）：该类电缆的传输频率为1MHz250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。8）七类线（CAT7）：带宽为600MHz，可能用于今后的10吉比特以太网。通常，计算机网络所使用的是3类线和5类线，其中10 BASE-T使用的是3类线，100BASE-T使用的5类线。,2.1 局域网的传输介质,2、光纤 光纤具有链路带宽高，传输距离长的特点，不仅应用与楼宇之间的布线，还被广泛应用于服务器机房的布线，以实现中心交换机与骨干交换机，中心交换机与服务器之间的高速连接。光纤的优点：频带宽，通信容量大 损耗低，中继距离长 抗电磁干扰，适应恶劣环境 无串音干扰，保密性好 纤径细，便于铺设 原材料丰富，节约材料光纤的缺点：技术复杂，价格贵,2.1 局域网的传输介质,光纤的分类单模和多模 单模：采用激光二极管作为光源，芯径细，传输距离长。多模：采用发光二极管为光源，芯径粗，传输距离短。光缆,2.1 局域网的传输介质,3、同轴电缆 同轴电缆内外由相互绝缘的同轴心导体构成的电缆，内导体为铜线，外导体为铜管或网。电磁场封闭在内外导体之间，故辐射损耗小，受外界干扰影响小。同轴电缆从用途上可分为基带同轴电缆（网络同轴电缆）和宽带同轴电缆（视频同轴电缆）。同轴电缆根据其直径大小可分为粗同轴电缆和细同轴电缆。粗缆适用于比较大型的局部网络，它标准距离长，可靠性高，安装时不需要切换电缆，但须安装收发器电缆，安装难度大，总体造价高。细缆安装则比较简单，造价低，安装过程需要切断电缆，两头须安装基本网络连接头，然后接在T型连接器两端，接头多容易产生不良隐患。细缆和粗缆组成的局域网均为总线拓扑结构。,2.1 局域网的传输介质,4、无线传输介质1）微波,在对流层视线距离范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式，频率范围2-40GHz。微波沿直线传输，传播的距离与天线的高度有关。长途通信必须建立多个中继站，中继站的功能是变频和放大，进行功率补偿。,2.1 局域网的传输介质,4、无线传输介质2）红外线和激光 有很强的方向性，沿直线传播，需要在发送方和接收方之间有一条视线通路。3）卫星通信,2.1 局域网的传输介质,4、无线传输介质3）卫星通信,2.2 集线器,1、集线器的分类 1）独立式集线器 单个盒子，并服务于一个计算机工作组的集线器，他通过双绞线与计算机连接，组成局域网。适合于较小的独立部门，家庭办公室或实验室环境。2）堆叠式集线器 堆叠式集线器被设计成与其他集线器连在一起，并被置于一个单独的机柜里边，从逻辑上来看，堆叠式集线器代表了一个大型集线器。3）模块式集线器 模块式集线器有主板和插槽，这样就可以插入不同的适配器。插入的适配器可以使这些模块式集线器与其他类型的集线器相连。另外，他们还可以连接很多不同类型的设备。,2.2 集线器,2、集线器的连接1）集线器的堆叠 堆叠方式是指将若干集线器以电缆通过堆叠端口连接起来，以实现单台集线器端口数的扩充，只有可堆叠集线器才具备这种端口，一个可堆叠集线器中一般同时具有UP和DOWN堆叠端口。集线器堆叠是通过厂家提供的一条专用连接电缆，从一台集线器的UP堆叠端口直接连接到另一台集线器的DOWN堆叠端口2）集线器的级联 级联是指使用集线器普通的或特定的端口来进行集线器间的连接。普通端口指的是通过集线器的某一个常用端口（RJ-45）进行连接；特殊端口就是集线器为级联专门设计的一种级联端口，一般标有Uplink字样。级联的两台集线器之间，级联双绞线所连接的下一台集线器的端口不再是Uplink端口，而是连接到普通端口上。,2.3 交换机,1、交换机的原理 交换机工作在OSI的数据链路层。1）交换机的基本功能 地址学习 交换机能够记住在一个接口上所收到的每个帧的源设备硬件地址，而且他们会将这个硬件地址信息输入到被称为转发/过滤表的MAC表中。转发/过滤决定 当在某个接口上收到帧时，交换机就检查其硬件地址，并在MAC表中找到其外出的接口。帧只被转发到制定的目的端口。避免环路 使用生成树协议来放置产生网络环路。,2.3 交换机,2）交换机的工作模式 存储转发模式 直通式 无碎片模式,2.3 交换机,2、交换机的分类1）从网络覆盖范围划分 广域网交换机：主要应用于电信城域网互联、互联网接入等领域的广域网中。局域网交换机：应用于局域网络，用于连接中断设备。2）根据传输介质和传输速度 快速以太网交换机：100Mbps传输带宽 千兆以太网交换机：1000Mbps传输带宽 万兆以太网交换机：10Gbps3）根据应用层次划分 核心层交换机 汇聚层交换机 接入层交换机,2.3 交换机,2、交换机的分类4）根据交换机的结构划分 固定端口交换机 模块化交换机5）根据交换机工作的协议层划分 第二层交换机 第三层交换机 第四层交换机,2.3 交换机,3、交换机的连接1）光纤端口的级联2）双绞线端口的级联3）交换机的堆叠,2.4 路由器,1、路由器的功能 路由器工作在OSI模型的网络层。路由器通常有多个网络接口，分别连接局域网和广域网。1）连接网络 路由器用于连接多个逻辑上分开的网络，局域网内如果有多个异构网络需要互联（以太网，ATM，FDDI），就需要借助于路由器。2）路由选择和数据转发 路由选择：使用路由表来确定转发数据报的最佳路径，路由器按照一定的规则来动态地更新他所保持的路由表。数据转发：当路由器收到收据包时，他会检查其目的IP地址，并在路由表中搜索最匹配的网络地址。3）网络安全 越来越多的应用，如防火墙，VPN集成都归路由器掌控。,2.4 路由器,2、路由器的分类1）按性能划分 高端路由器：大型网络的核心路由器，拥有非常高的包处理性能，端口密度高，端口类型多，能够适应复杂的网络环境。中断路由器：适用于较大型的网络，拥有较高的包处理能力和丰富的网络接口，适应较为复杂的网络结构。低端路由器：适用于小型网络的Internet接入或者企业网络的远程接入。2）按结构划分 模块化结构：中高端路由器一般为模块化结构，可以使用各种类型的模块灵活配置路由器，增加端口的数量、提供丰富的端口类型。非模块化结构：一般为低端路由器，只能提供固定类型和数量的端口。3）按网络位置划分4）按功能划分5）按传输性能划分,2.4 路由器,3）按网络位置划分 核心路由器：位于网络中心，通常使用性能稳定的高端模块化路由器，一般被电信级大企业选用。汇聚路由器：主要适用于大型企业和系统Internet服务提供商，或者分级系统中的中继系统。这类路由器的主要特点是端口数量多，价格便宜、应用简单。接入路由器：一般位于网络的边缘，通常使用中低端产品，也是目前应用最广的一类路由器，主要应用于中小型企业或大型企业的分支机构。要求相对低速的端口以及较强的接入控制能力。4）按功能划分 通用路由器：一般的路由器均为通用路由器。专用路由器：为实现某种特定功能对路由器接口、硬件等作专门优化。5）按传输性能划分 线速路由器：高端路由器，以介质速度转发数据包；非线速路由器：非线速路由器,2.5 网卡,1、网卡的分类1）根据传输带宽划分 10Mbps 100Mbps 1000Mbps 10Gbps2）根据总线接口分类 ISA PCI PCI-X PCMCIA USB3）按网络端口划分 RJ-45端口网卡 光纤端口网卡 无线网卡4）按应用领域划分 网络客户端网卡 服务器网卡,2.6 服务器,1、服务器的特性1）可扩展性 指服务器的配置可以很方便的扩容。2）可用性 指服务器应具有很高的稳定性和可靠性。一般来说专门的服务器都需要7*24小时不间断的工作，特别是一些大型的网络服务器。3）可管理性 服务器主板上集成了多种传感器，用于检测硬件设备的运行状态。4）可利用性 服务器要有很高的数据处理能力和处理效率。,2.6 服务器,2、服务器的分类1）按照结构划分 台式服务器：一般低档服务器采用台式结构，由于功能较弱，整个服务器内部结构非常简单所以机箱不大。机架式服务器：对于信息服务企业而言，选择服务器时首先要考虑服务器的体积、功耗、发热量等物理参数，因为信息服务企业通常使用大型专用机房统一部署和管理大量的服务器资源，如何在有限的空间内部署更多的服务器直接关系到企业的服务成本，通常选用机械尺寸符合19英寸工业标准的机架式服务器。机柜式服务器：在一些高档企业服务器中由于内部结构复杂，内部设备较多，有的还具有许多不同的设备单元或几个服务器都放在一个机柜中，这种服务器就是机柜式服务器。刀片式服务器：刀片服务器是指在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元，是一种低成本服务器平台，为特殊应用行业和高密度计算环境专门设计。刀片服务器就像“刀片”一样，每一块“刀片”实际上就是一块系统主板。几种服务器的比较？,2.6 服务器,2）按照架构划分CISC是复杂指令系统计算机（Complex Instruction Set Computer）的简称，微处理器是台式计算机系统的基本处理部件，每个微处理器的核心是运行指令的电路。指令由完成任务的多个步骤所组成，把数值传送进寄存器或进行相加运算。RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80年代的MIPS主机（即RISC 机），RISC机中采用的微处理器统称RISC处理器。这样一来，它能够以更快的速度执行操作（每秒执行更多百万条指令，即MIPS）。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体管和电路元件，计算机指令集越大就会使微处理器更复杂，执行操作也会更慢。VLIW：(Very Long Instruction Word，超长指令字)一种非常长的指令组合，它把许多条指令连在一起，增加了运算的速度。超长指令字(VLIW)是指令级并行，超线程(Hyper-Threading)是线程级并行，而多内核则是芯片级并行。这三种方式都是提高并行计算性能的有效途径。其中，VLIW（超长指令字）体系结构是美国Multiflow和Cydrome公司于20世纪80年代设计的体系结构，EPIC体系结构就是从VLIW中衍生出来的。,2.6 服务器,3）按照应用层次划分 入门级服务器：入门级服务器通常只使用一块CPU，并根据需要配置相应的内存（如256MB）和大容量IDE硬盘，必要时也会采用IDE RAID（一种磁盘阵列技术，主要目的是保证数据的可靠性和可恢复性）进行数据保护。入门级服务器主要是针对基于Windows NT，NetWare等网络操作系统的用户，可以满足办公室型的中小型网络用户的文件共享、打印服务、数据处理、Internet接入及简单数据库应用的需求，也可以在小范围内完成诸如E-mail、Proxy、DNS等服务。工作组级服务器：工作组级服务器一般支持1至2个服务器专用处理器，可支持大容量的ECC（一种内存技术，多用于服务器内存）内存，功能全面。可管理性强、且易于维护，具备了小型服务器所必备的各种特性，具有高可用性特性。适用于为中小企业提供Web、Mail等服务，也能够用于学校等教育部门的数字校园网、多媒体教室的建设等。部门级服务器：企业级服务器,2.6 服务器,3）按照应用层次划分部门级服务器：部门级服务器通常可以支持2至4个P Xeon（至强）处理器，具有较高的可靠性、可用性、可扩展性和可管理性。首先，集成了大量的监测及管理电路，具有全面的服务器管理能力，可监测如温度、电压、风扇、机箱等状态参数。此外，结合服务器管理软件，可以使管理人员及时了解服务器的工作状况。同时，大多数部门级服务器具有优良的系统扩展性，当用户在业务量迅速增大时能够及时在线升级系统，可保护用户的投资。目前，部门级服务器是企业网络中分散的各基层数据采集单位与最高层数据中心保持顺利连通的必要环节。适合中型企业（如金融、邮电等行业）作为数据中心、Web站点等应用。企业级服务器：企业级服务器属于高档服务器，普遍可支持4至8个64位服务器专用处理器，拥有独立的双PCI通道和内存扩展板设计，具有高内存带宽，大容量热插拔硬盘和热插拔电源，具有超强的数据处理能力。这类产品具有高度的容错能力、优异的扩展性能和系统性能、极长的系统连续运行时间，能在很大程度上保护用户的投资。可作为大型企业级网络的数据库服务器。,2.6 服务器,2、服务器的分类4）按照用途划分 通用型服务器：通用型服务器是没有为某种特殊服务专门设计的、可以提供各种服务功能的服务器，当前大多数服务器是通用型服务器。这类服务器因为不是专为某一功能而设计，所以在设计时就要兼顾多方面的应用需要，服务器的结构就相对较为复杂，而且要求性能较高，当然在价格上也就更贵些。专用型服务器：专用型（或称“功能型”）服务器是专门为某一种或某几种功能专门设计的服务器。在某些方面与通用型服务器不同。如光盘镜像服务器主要是用来存放光盘镜像文件的，在服务器性能上也就需要具有相应的功能与之相适应。,2.6 服务器,4、服务器的主要技术1）热插拔技术 是指在不关闭系统和不停止服务的前提下更换系统中出现故障的部件，打倒提高服务器系统可用性的目的。目前热拔插技术可支持硬盘，电源，扩展卡。而CPU和内存的热拔插技术也日渐成熟2）冗余磁盘阵列技术（RAID）是指将两块或者多块的廉价硬盘连接成一个冗余阵列，作为一个独立的大型存储设备出现，然后用特殊方式进行独行盘操作的一种技术。3）对称多处理器技术（SMP）指多个处理器通过共享统一存储区来协调工作。4）群集技术 群集是一组相互独立的服务器，通过高速通信网络组成一个计算机系统，并以单一系统的模式进行管理，常见技术有：服务器镜像技术，容错群集技术。,2.6 服务器,5）ISC技术 一种网络监控技术，只适用于使用Intel的带有集成管理功能主板的服务器。采用这种技术后，用户在一台普通的客户机上就可以检测网络上所有使用Intel主板的服务器。6）EMP技术 一种远程管理技术，可以在客户端通过电话线或电缆直接连接到服务器，来对服务器实施异地操作。7）负载均衡技术 提高了使用在诸如web服务器、ftp服务器和其他关键任务服务器上的因特网服务器程序的可用性和伸缩性。8）虚拟化技术,
