局域网组建与维护实用教程 第2章_局域网的硬件设备与操作系统

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2.1 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。
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2.1.1 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。
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2.6 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。
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2.5.1 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。
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2.5 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。
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2.3.1 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。
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2.3.2 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。
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2.2.1 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)。
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2.2 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。
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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。
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2.3.2 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 用于高速率，长距离 成本高 窄芯线，需要激光源
多 模 用于低速率，短距离 成本低 宽芯线，聚光好
耗散极小，高效
耗散较大
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2.4 网
卡
网卡(Network Interface Card，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。
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2.1.3 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
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2.4.1 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
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2.4.2 网卡的选择
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2.5.2 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/s 3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。
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。
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2.4.3 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。
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2.1.2Байду номын сангаас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。
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2.1.2 双绞线的分类
双绞线可分为屏蔽双绞线 (Shielded Twisted Pair， STP)和非屏蔽双绞线 (Unshielded Twisted Pair，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。
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2.6.2 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。
芯 径 外层尺寸 125m 125m 125m 单模 多模 多模 模
8.3～10m 50m 62.5m
85m 100m
125m 140m
多模 多模
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2.3.2 多模光纤和单模光纤
单模光纤：芯径小 于10m。光直线传 播，频率单一，如 图2-14所示。 多模光纤：芯径在 50m以上。光波浪 形传播，频率多样， 如图2-14所示。
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2.5.3 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
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2.5.4 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
(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。
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2.2.2 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。
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2.3 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。
2. 双绞线的制作 3. 双绞线的测试
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2.2 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。