1、刘永华编著计算机网络工程第2章 网络设备本章主要内容 2.1 网络设备概述 2.1.1 服务器 2.1.2 工作站2.1.3 网络适配器2.1.4 中继器2.1.5 集线器2.1.6 网桥2.1.7 交换机2.1.8 路由器本章主要内容（续）2.2 网络设备的连接2.2.1 网络设备的总体连接方法2.2.2 网络连接规则2.2.3 网络设备的主要接口2.2.4 交换机互联方式2.2.5 路由器的硬件连接2.3 网络设备的配置2.3.1 交换机配置方式2.3.2 交换机配置模式与命令2.3.3 路由器配置方式2.3.4 路由器配置模式与命令习题与思考题22.1 网络设备概述n主要讲解局域网的设备
2、组成、设备连接及设备配置，其中包括组成局域网的基本设备（包括服务器和工作站）和实现网络互联的设备。这里涉及到的网络设备有服务器、工作站、网络适配器（网卡）、中继器、集线器、网桥、交换机以及路由器。n服务器或工作站是局域网资源的主要载体，是网络服务的主要提供者和使用者。n网络适配器是将工作站或服务器连到网络上，实现数据转换和电信号匹配，实现资源共享和相互通信。n中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。n集线器可以说是一种特殊的中继器，作为网络传输介质间的中央节点，它克服了介质单一通道的缺陷。n网桥是一个局域网与另一个局域网之间在网络体系结构第二层上建立连接的
3、桥梁。n网络交换技术是近几年来发展起来的一种结构化的网络解决方案。交换机是这种结构化网络中的核心设备。n路由器是在网络层的互联设备，用于连接多个逻辑上分开的网络，路由与分组转发是其主要功能。2.1.1 服务器n服务器的英文名称为Server，指的是在网络环境中为客户机（Client）提供各种服务的特殊的专用计算机。在网络中，服务器承担着数据的存储、转发、发布等关键任务，是各类基于客户机/服务器（C/S）模式网络中不可或缺的重要组成部分。1网络服务器的作用（1）文件服务。（2）打印服务。（3）通信服务。（4）电子邮件服务。（5）WWW服务。2网络服务器的分类n按应用层次划分是服务器最为普遍的一种
4、划分方法，它主要根据服务器在网络中应用的层次（或服务器的档次来）来划分。按这种划分方法，服务器可分为入门级服务器、工作组级服务器、部门级服务器、企业级服务器。（1）入门级服务器。（2）工作组服务器。（3）部门级服务器。（4）企业级服务器。2.1.2 工作站1工作站的用途n顾名思义，网络工作站是指从事上网操作的主机系统。网络用户通过操作网络工作站使用网络，完成自己的网络工作。网络工作站常常简称为工作站（Work Station）。与服务器系统相比，网络工作站的最大特点就是配置低，面向一般网络用户使用。2工作站的分类按照配置的不同，工作站可以分成以下四类。（1）商用台式个人计算机（含笔记本）。（2
5、）无盘工作站（Diskless Workstation）。（3）网络计算机（Network Computer，NC）。（4）移动网络终端（Mobile Network Terminal）。另外，按照工作站的特殊用途，可以把工作站分成以下几种：（1）用户工作站。（2）网管工作站。（3）安全工作站。2.1.3 网络适配器n网络适配器，又称为网卡，是将工作站或服务器连到网络上，实现数据转换和电信号匹配，实现资源共享和相互通信。1网络适配器的功能n网络适配器（即网卡）是局域网中最基本的部件之一，可以说是必备的。网卡，通常又称为网络卡或网络接口卡，英文简称NIC，全称为Network Interface
6、 Card，如图2-1所示。n网卡（NIC）插在计算机的主板插槽中，负责将用户要传递的数据转换为网络上其他设备能够识别的格式，通过网络介质传输。它的主要技术参数为带宽、总线方式、电气接口方式等。它的基本功能为：从并行到串行的数据转换，包的装配和拆装，网络存取控制，数据缓存和网络信号。目前主要是8位和16位网卡。它的主要工作原理为：整理计算机上发往网线上的数据并将数据分解为适当大小的数据包之后向网络上发送出去。对网卡而言，每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，是网卡生产厂家在生产时烧入ROM中的，且保证绝对不会重复。n网卡必须具备两大技术：网卡驱动程序和I/O技术。驱动程序使网卡和网络操作系统兼容
7、，实现PC机与网络的通信。I/O技术可以通过数据总线实现PC和网卡之间的通信。网卡是计算机网络中最基本的元素。在计算机局域网络中，如果有一台计算机没有网卡，那么这台计算机将不能和其他计算机通信，也就是说，这台计算机和网络是孤立的。2网络适配器的分类n网卡按其传输速度可分为10M网卡、10/100M自适应网卡以及千兆（1000M）网卡。n网卡按其主板上的总线类型来分，又可分为ISA、VESA、EISA、PCI等接口类型。n网卡按其连线的插口类型来分，又可分为RJ-45水晶口、BNC细缆口、AUI三类及综合这几种插口类型于一身的2合1、3合1网卡。n除了以上网卡类型以外，市面上还经常可见到服务器专
8、用网卡、笔记本专用网卡、USB接口网卡等。2.1.4 中继器n中继器（RP Repeater）又称为转发器，是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作，如图2-2所示为中继器的一种。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。n由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。n一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但
9、有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。n从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。以太网络标准中就约定了一个以太网上只允许出现5个网段，最多使用4个中继器，而且其中只有3个网段可以挂接计算机终端。2.1.5 集线器n集线器也称为集散器或HUB，可以说是一种特殊的多端口中继器，作为网络传输介质间的中央节点，它克服了介质单一通道的缺陷。图2-3为集线器的图示。以集线器为中心的优点是：当网络系统中某条线路或某节点出现故障时，不会影响网络上其他节点的正常工作。
10、n集线器可分为无源（Passive）集线器、有源（Active）集线器和智能（Intelligent）集线器。n无源集线器只负责把多段介质连接在一起，不对信号作任何处理，每种介质段只允许扩展到最大有效距离的一半。n有源集线器类似于无源集线器，但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能。n智能集线器除具有有源集线器的功能外，还可将网络的部分功能集成到集线器中，如网络管理、选择网络传输线路等。n集线器的端口类型有两种：一类用于连接RJ-45端口，这类端口可以是8、12、16、24个等。另一类用于连接粗缆的AUI端口等向上连接的端口。集线器的特点如下：（1）表面上看，使用集线器的局域网在
11、物理上是一个星型网，但由于集线器使用电子器件模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。也就是说，使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。网络中的各个计算机必须竞争对传输媒体的控制，并且在一个特定时间至多只有一台计算机能够发送数据。因此，这种10Base-T以太网又称为星型总线（star-shaper bus）。用集线器可将多个网段连接可形成一个大的局域网，如图3-4所示。图2-4 集线器将多个网段连接形成一个局域网网段1网段2网段3集线器集线器集线器集线器主干集线器（2）一个集线器有许多端口，每个端口通过RJ-
12、45插头用两对双绞线与一个工作站上的网卡相连。因此，一个集线器很像一个多端口的转发器。（3）集线器和转发器都工作在物理层，它的每个端口都具有发送和接收数据的功能。当集线器的某个端口接收到工作站发来的比特时，简单地将该比特向所有其他端口转发。若两个端口同时有信号输入（即发生碰撞），那么所有的端口都收不到正确的帧。（4）集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。这样就可使端口转发出去的较强信号不致于对该端口接收到的较弱信号产生干扰。每个比特在转发之前还要进行再生整形并重新定时。2.1.6 网桥n网桥（Bridge）又称桥接器，是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁，如图2-5所示。从协
13、议层次看，网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的数据帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后确定将该帧转发到哪一个端口。1网桥的结构n图3-6给出了一个网桥的内部结构要点。最简单的网桥有两个端口，复杂的网桥可以有更多的端口。网桥的每个端口与一个网段相连。图2-6的网桥，其端口1与网段A相连，端口2连接到网段B。网桥从端口接收到网段上传送的各种帧。每当收到一个帧时，就先暂存在其缓存中。若此帧未出现差错且欲发往的目的站MAC地址属于另一个网段，则通过查找转发表，将收到的帧通过对应的端口转发出去。若该帧出现
14、差错，则丢弃此帧。因此，仅在同一个网段中通信的帧不会被网桥转发到另一个网段去，因此不会加重整个网络的负担。例如，设网段A上的三个站H1、H2、H3的MAC地址分别为MAC1、MAC2、MAC3；网段B上的三个站H4、H5、H6的MAC地址分别为MAC4、MAC5、MAC6。若网桥的端口1收到站H1发给站H5的帧，则在查找转发表后，把这个帧送到端口2转发给网段B，然后再传给站H5。若端口1收到站H1发给站H2的帧，由于目的站对应的端口就是这个帧进入网桥的端口1，表明不需要经过网桥转发，于是丢弃这个帧。n网桥是通过内部的端口管理软件和网桥协议实体来完成上述操作的。转发表也叫做转发数据库或路由目录。
15、图2-6 网桥的内部结构站表端口管理 软件网桥协议 实体端口1端口2缓存网段B网段A111222站地址 端口网桥网桥2网桥的特点（1）过滤通信量。网桥工作在链路层的MAC子层，可以使局域网各网段成为隔离的碰撞域，从而减轻了扩展的局域网上的负荷，同时也减小了在扩展的局域网上的帧的平均时延。工作在物理层的转发器就没有网桥的这种过滤通信量的功能。（2）扩大了物理范围，因而增加了整个局域网上工作站的最大数目。（3）提高了可靠性。当网络出现故障时，一般只影响个别网段。（4）可互联不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mbps和100Mbps以太网）的局域网。网桥也有一些缺点（1）由于网桥对接收的帧
16、要先存储和查找转发表，然后才转发，这就增加了时延。（2）在MAC子层并没有流量控制功能。当网络上的负荷很重时，网桥中的缓存可能不够而发生溢出，以致产生帧丢失现象。（3）使用网桥扩展的局域网称为一个广播域。网桥只适合于用户数不太多（不超过几百个）和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。2.1.7 交换机n网络交换技术是近几年发展起来的一种结构化的网络解决方案。它是计算机网络发展到高速传输阶段而出现的一种新的网络应用形式。它不是一项新的网络技术，而是现有网络技术通过交换设备提高性能。图2-7为普通交换机的图示。1交换机的功能n以太网交换技术（S
17、witch）是在多端口网桥的基础上于20世纪90年代初发展起来的，实现OSI模型的下两层协议，与网桥有着千丝万缕的关系，甚至被业界人士称为“许多联系在一起的网桥”，因此现在的交换式技术并不是什么新的标准，而是现有技术的新应用而已，是一种改进了的局域网桥，与传统的网桥相比，它能提供更多的端口（488）、更好的性能、更强的管理功能以及更便宜的价格。而现在，局域网交换机也实现了OSI参考模型的第三层协议，将二层转发与三层路由选择功能相结合，形成了三层交换机，已成为现代局域网的核心设备。相对于三层交换机，我们把二层交换机又称为传统交换机。在本书中，若不特指三层交换机，交换机指的是传统的二层交换机。以太
18、网交换机与电话交换机相似，除了提供存储转发（Store-and-Forward）方式外，还提供了其他的桥接技术，如直通方式（Cut Through）。n直通方式的以太网络交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储，延迟（Latency）非常小、交换非常快，这是它的优点；它的缺点是：因为数据包的内容并没有被交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力，由于没有缓存，不能
19、将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且当网络交换机的端口增加时，交换矩阵变得越来越复杂，实现起来相当困难。存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式，它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC（奇偶校验）检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，尤其重要的是它可以支持不同速度的输入输出端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。2交换机的分类n由于交换机市场发展迅速，产品繁多，而且功能上越来越强，所以也可按企业级、部门级、工作组级、交换到桌
20、面进行分类。n交换机的端口类型有以下几种，一类是用于连接RJ-45端口，这类交换机可以是8、12、16、24个端口等，另一类是用于连接粗缆的AUI端口，还有光纤接口等，后两种都是向上连接的端口。交换机有10Mbps、10/100Mbps自适应、100Mbps快速、千兆位交换机等多种，根据组网的需要，不同档次的交换机被应用到网络中的不同位置。图2-8为千兆位交换机的图示。3集线器与二层交换机的区别（1）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设备。也就意味着集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对数据传输中的短帧、碎片等无法进行有
21、效的处理，不能保证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形，而且可以过滤短帧、碎片等。（2）从工作方式来看，集线器是一种广播模式，也就是说集线器的某个端口在工作时，其他所有端口都能够收听到信息，容易产生广播风暴，当网络较大时网络性能会受到很大影响，那么用什么方法避免这种现象呢？交换机就能够起到这种作用！当交换机工作时，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，因此交换机能够隔离冲突域，但要注意的是，作为二层交换机，它不能抑制广播风暴的产生。（3）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
22、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而且可以工作在全双工模式下。2.1.8 路由器1路由器的功能n路由器在互联网中起着重要的作用，它连接两个或多个物理网络，负责将从一个网络收来的IP数据报，经过路由选择转发到一个合适的网络中。一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成，如图2-9所示。172.10.0.0/16172.20.0.0/16n路由器（Router）是网络层互联设备，可将多个不同的逻辑网（即子网）相互联接从而形成一个互联网络，网桥或传统交
23、换机互联起来的网络则是一个单个的逻辑网。n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，路由器只接收源端或其他路由器的信息，属于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一致的软件。n路由器可以连接不同的传输介质，如同轴电缆、双绞线、光缆、微波、卫星等；可以连接不同的介质访问控制方法，如CSMA/CD（以太网）和Token Ring（令牌环网）；可以连接不同的拓扑结构，如总线型、环型、星型、树型等；可以连接不同的编址方法，如以太网、令牌环网采用6字节地址，而ATM地址用20字节表示
24、；可以连接不同的分组长度，如以太网帧的最大长度是1518字节，令牌环网上的最大长度是8198字节，而ATM的一个信元只有53字节；可以连接不同的协议规范；可以连接不同的协议功能定义和不同的协议格式等；可以连接不同的服务类型，如面向连接服务和无连接服务，ATM是面向连接，以太网是无连接。2路由器的分类（1）从能力上分，路由器可分为高端路由器和中低端路由器。（2）从结构上分，路由器可分为模块化结构与非模块化结构。（3）从网络位置划分，路由器可分为核心路由器与接入路由器。（4）从功能上分，路由器可分为通用路由器与专用路由器。（5）从性能上分，路由器可分为线速路由器以及非线速路由器。2.1.9 无线设
25、备n无线局域网设备主要包括无线网卡、无线访问点（Access Point，AP）、无线桥接设备（Bridging）、无线宽带路由器（Wireless Broadband Router）和天线等设备。1无线网卡nWLAN网卡的作用与有线网卡一样，WLAN主机通过WLAN网卡发送和接收无线信号。无线网卡主要包括NIC单元、扩频通信机和天线三个功能模块。NIC单元完成数据链路层功能，如建立主机与物理层之间的连接、载波侦听。扩频通信机实现无线电信号的接收与发射，同时负责无线信号的差错判断与处理。3COM 11Mbps PCI WLAN网卡的产品外观如图2-10所示。2无线访问点（AP）n无线访问点AP
26、负责为其所有关联的无线客户端之间进行数据通信，也负责将无线客户端桥接到有线以太网，是架构无线局域网模式的中心设备。无线访问点还兼有网络管理的功能，可对无线节点实施控制。无线访问点都带有天线，天线有内置和外置的，如图2-11所示是一款外置天线的无线访问点。3无线桥接设备n无线桥接设备（如图2-12所示）用于将分布在不同地方的局域网通过无线桥接设备进行连接，可分为点对点的桥接（将两个局域网互联）和点对多点的桥接（将多个局域网进行互联）两种方式。n无线网桥的应用使WLAN不需要租用专线或者自己布线，就可以把网络扩展到以前难以到达的用户那里，应用时只需要把一个网桥连接到局域网A上，把另一个网桥连接到另
27、一座楼里面的局域网B上就可以了，另外WLAN网络也非常适合连接多个建筑物、临时教室和临时网络。如果网络需求或地点发生改变，无线楼到楼网桥可以很方便地重新布署。图2-11 无线访问点AP 图2-12 无线网桥4无线宽带路由器n无线宽带路由器具有多种功能，它是一个宽带路由器，具有多种宽带接入能力以让一个局域网的所有用户共用一个宽带账号访问Internet，它同时也是一个无线访问点，方便用户在小型办公区域、家庭和公众运营网络等场合快速构建高速共享的无线与有线融合网络。5高增益天线n无线局域网使用频率较高的2.4GHz或5GHz的微波频段，它所使用的天线与一般收音机、电视机或移动电话所用的天线不同，设
28、计和构造都有自身的特点。天线的功能是将载有源数据的高频电流，藉由天线本身的特性转换成电磁波而发送出去，发送的距离与发射的功率和天线的增益成正向变化。天线的增益用分贝表示，分贝愈高，所能发送的距离也就愈远。天线有指向性天性与全向性天线两种。前者在某一指向上的发送信号强度远远大于其他方向，适合于长距离使用；而后者的发送强度在各个方向上相同，适合于区域性的应用。如图2-13所示为高增益天线的示意图。图2-13 天线2.2 网络设备的连接n网络设备的连接看似简单，好像都是直接用网线插入网络接口中。其实这只是表面现象，在一些小型、非智能网络中，这样是可以一次成功的；但是对于中型以上，特别是网络结构比较复
29、杂的网络，必须遵循一定的原则，否则可能造成网络通信不畅，甚至无法通信。正确的连接是保证网络设备运转高效的前提。2.2.1 网络设备的总体连接方法n目前在企业局域网中最主要的网络设备是交换机、路由器，这两种主要网络设备的连接又是有相应规则的。通过前面的学习，我们知道交换机有二层交换机与三层交换机，三层交换机主要用来连接整个网络的不同子网，一般处于网络的核心位置；而二层交换机一般处于网络的末端，用于桌面设备或组用户的接入。路由器一般处于网络的边缘，经防火墙与网络的核心交换机连接在一起，通常的连接顺序是核心交换机防火墙路由器，如图2-14所示。路由器与防火墙可以互换位置。图2-14 路由器与核心交换
30、机的连接 内部 网络Internetn在如图2-14所示的方案中，内部网络核心交换机与网络防火墙的内部网络专用端口连接，防火墙的外部网络专用端口与边界路由器的局域网（LAN）端口连接，最终通过路由器的广域网端口与其他网络（包括外部专用网和广域网，如互联网等）连接。在这样一种网络中，防火墙通常还有一个专门用于连接内部网络中公共部分的以太网端口，用于为像Web服务器、E-mail服务器和FTP服务器等这种为公共用户提供服务的服务器提供特殊安全防护策略，形成一个DMZ（非军事化区域）。连接网络设备的传输介质也有明确的规定（1）在10Base-TX、100Base-TX、1000Base-T双绞线以太
31、网中，三类、四类、五类、超五类和六类100W的屏蔽或非屏蔽双绞线的最大长度为100m。（2）对于单一交换链接，1000Base-SX光纤千兆以太网采用带宽为160MHz/km的62.5/125mm多模光纤时，光纤最大长度为220m；如果采用的是带宽为400MHz/km的50/125mm多模光纤，则光纤最大长度为500m；如果采用带宽为500MHz的50/125mm多模光纤，则光纤最大长度为550m。（3）对于单一交换链接，1000Base-LX光纤千兆以太网，当采用9/125mm单模光纤时，光纤最大长度可达到5000m。（4）对于单一交换链接，100Base-FX光纤电缆的长度：多模光纤不超过
32、2km；单模光纤不超过20km。以上连接电缆长度的限制如表2-1所示以太网标准电缆类型最大长度接头类型10Base-T三、四、五类100W UTP100mRJ-45100Base-T五类100W UTP100mRJ-451000Base-SX50/125mm或62.5/125mm多模光纤参见表3-2SC或ST1000Base-LH9/125mm单模光纤70kmSC或ST1000Base-LX9/125mm单模光纤5kmSC或ST1000Base-T五类、超五类或六类100W UTP100mRJ-451000Base-SX网络的光纤长度限制如表2-2所示光纤直径光纤带宽（MHz/km）最大长度（
33、m）62.5/125mm16022020027550/125mm4005005005502.2.2 网络连接规则1不对称交换网络的连接规则n不对称交换机网络是指网络中各交换机的端口速率不完全一样。在这种环境中，交换机的连接通常是用高速率端口连接下级其他网络连接设备（如交换机、路由器），或连接高性能的服务器和工作站；低速率端口则用于直接连接普通的工作站，如图2-15所示。以下各级交换机的端口连接规则也一样。这样一种连接方式同时解决了主要网络设备之间，以及服务器与设备之间的连接瓶颈，并充分考虑了一些特殊应用，通过增加服务器和特殊应用工作站连接带宽可有效地防止端口拥塞的问题，提高应用性能。图2-15
34、 不对称交换网络的连接3不同性能交换机的连接规则n这里所说的“交换机性能”是指交换机的总体连接性能，而不是指各个具体端口的连接性能，主要体现在交换机带宽及所应用的交换技术上。不同档次的交换机，背板带宽和转发速率存在很大区别。性能最好的企业级或部门级交换机作为核心交换机位于网络的中心位置，用于实现整个网络中不同子网之间的数据交换；性能稍逊的部门级交换机作为骨干层交换机，用于实现某一网络子网内数据之间的交换；性能最差的交换机作为工作组交换机，用于直接连接桌面计算机，为用户直接提供网络接入，如图2-17所示。图2-17 不同性能交换机的连接工作组交换机工作组交换机工作组交换机工作组交换机工作组交换机
35、部门交换机部门交换机部门交换机中心交换机部门交换机部门交换机部门交换机工作组交换机工作组交换机工作组交换机工作组交换机工作组交换机4交换机级联时的电缆使用规则n级联是上一级交换机采用普通端口，下一级交换机可以采用普通端口，也可以采用专用的级联端口（即Uplink端口，也即MDI-II端口）的交换机连接方式。当相互级联的两个端口分别为普通端口（即MDI-X端口）和MDI-II端口时，使用直通线；当相互级联的两个端口均为普通端口（即MDI-X端口）时，使用交叉线，如图2-18所示。图2-18 交叉线与直通线的使用交叉线普通端口Uplink端口直通线n双绞线内8条细线的排列顺序遵循一定的规则。有两种
36、国际标准，T568B（橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕）与T568A（绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕）。双绞线内的8根细线在两端RJ-45插头内的排列顺序（色谱）一致，都按T568A或都按T568B排列，叫做直通线。反之，排列顺序不一致，一端为T568A，另一端为T568B，符合如图2-19所示的规则，叫做交叉线。图2-19 第1、2、3、6插槽线的顺序发生交叉12345678白/橙橙白/绿蓝白/蓝绿白/棕棕12345678白/橙橙白/绿蓝白/蓝绿白/棕棕交叉带刃的铜片n一些交换机的每个端口都为自适应端口，可以自行判断相对端口的属性，因此，任意两个端口之间的连接都可以使用直通线。
37、另外一些交换机使用一个普通端口兼做Uplink端口，并利用一个开关（MDI/MDI-X转换开关）在两种类型之间进行切换。510Base-T集线器的5-4-3规则n现在新购买网络设备时一般不会再选用10Base-T的集线器，但早期创办的小型企业可能将这种设备用于网络边缘。10Base-T集线器的使用遵循5-4-3规则。所谓5-4-3规则，是指在10Mbps以太网中，一个网段中最远端不得超过5条连接电缆、4台集线器，且5条电缆中只有3条可连接其他网络设备（如工作站用户和服务器等）。图2-20就是一个单一集线器串联级联示意图。图2-20 单一集线器串联的5-4-3规则如果一个集线器同时级联多个网段，
38、同样需遵循5-4-3原则。2.2.3 网络设备的主要接口n1交换机主要接口n交换机用来进行局域网连接，所以它只有局域网（LAN）接口，没有像路由器那样的广域网接口。由于现在的局域网主要是双绞线或光纤以太网类型，原来的同轴电缆以太网已非常少见，所以原来的粗同轴电缆AUI接口和细同轴电缆BMC接口在交换机中已基本不见了，取而代之的是RJ-45双绞线接口或SC光纤接口两种。另外，对于网管型交换机还有一个用于本地配置的Console（控制台）接口。n（1）双绞线RJ-45接口。双绞线RJ-45接口是最常见的网络接口类型，如图2-22所示，它专门用于连接双绞线这种铜缆传输介质，该接口最早在10Base-
39、T以太网时代就开始使用，直到今天的100Base-TX快速以太网和1000Base-TX千兆以太网仍在继续广泛使用。但是支持不同以太网标准的RJ-45接口所使用的双绞线类型有些不同，如最初10Base-T使用三类线，而目前主流的百兆快速以太网则需要采用五类或超五类双绞线；1000Base-TX千兆以太网需要采用超五类或六类双绞线。（2）SC光纤接口。n光纤传输介质在100Base时代开始采用，但在当时的百兆速率下，与采用传统双绞线介质相比的优势并不明显，而价格比双绞线贵许多，所以那时光纤没有得到广泛使用。光纤真正得到应用是从1000Base千兆技术开始的，因为在这种速率下，虽然也有双绞线介质方
40、案，但性能远不如光纤，且光纤在连接距离等方面具有非常明显的优势，非常适合城域网和广域网使用。n目前光纤传输介质的发展相当迅速，各种光纤接口也是层出不穷，但在局域网交换机中，光纤接口主要是SC类型，无论是在100Base-FX还是1000Base-FX网络中。nSC接口的外观与RJ-45接口非常相似，但SC接口是长方形，缺口也更浅些，如图3-23所示。SC光纤接口中的接触弹片是一根铜柱，RJ-45接口中是8条铜弹片。（3）Console接口。nConsole接口用来进行本地配置，在交换机中，只有网管型交换机才有。Console接口有多种类型，包括DB-9型、DB-9型串口，也有采用RJ-45接口
41、作为Console接口的，如图3-24所示。n无论何种接口，在进行交换机配置时，一般都需要通过专门的Console连线接至计算机（通常提前作终端）的串行口。Console线分为两种，一种是串行线，即两端均为串行接口（两端均为母头或一端为公头，另一端为母头），两端可以分别插入计算机的串口和交换机的Console端口；另一种是两端均为RJ-45接头的扁平线。由于扁平线两端均为RJ-45接口，无法直接与计算机串口进行连接，因此，必须同时使用一个RJ-45-to-DN-9的适配器。图2-23 SC光纤接口（a）DB-9型 （b）RJ-45型2路由器主要接口n相对于交换机来说，路由器的接口类型丰富得多，
42、既有内部局域网交换机接口，一般是RJ-45双绞线以太网端口，也有用于连接各种广域网的对应类型接口，还有用于本地配置的Console接口。（1）局域网接口。n1）RJ-45接口。nRJ-45接口与交换机中的RJ-45接口相同，但在路由器中各种标准下的RJ-45接口会有不同的标注。10Base-T 10Mbps以太网RJ-45接口在路由器中通常标识为ETH x（x为端口序列号，如ETH1、ETH2等），如图2-25所示；100Base-TX以太网的RJ-45接口通常标识为10/100bTx。2）AUI端口。nAUI端口是用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种D型15针接口，这在令牌环网或总线型网络中
43、是比较常见的端口之一。路由器可以通过粗同轴电缆收发器实现与10Base-5 网络的连接，但更多的是借助于外接的收发转发器（AUI-to-RJ-45）实现与10Base-T以太网络的连接，当然，也可借助于其他类型的收发转发器实现与细同轴电缆（10Base-2）或光缆（10Base-F）的连接。AUI接口如图2-26所示。n3）SC光纤接口。路由器的SC光纤接口与交换机的相同。在百兆以太网中以100b FX标识，在千兆以太网中标识为1000b FX，如图2-27所示。（2）广域网接口。n路由器是用来连接内、外部网络的，其中的局域网接口用来与内部局域网相连，因为目前的局域网主要采用双绞线和光纤两种介
44、质，所以接口类型也相对简单。但外部网络，如广域网，其接口类型就非常复杂了。路由器为了满足用户的不同类型外部网络的连接，必须提供多种类型的外部网络接口。除了局域网中的RJ-45或AUI类型外，还可能需要有各种同步、异步串口和ISDN基群速率接口。1）同步串口。n在路由器的广域网连接中，应用最多的端口是同步串口（SERIAL），标识是SERIAL x，其中的x表示接口序号，如图2-28所示。这种端口主要用于连接目前应用非常广泛的DDN、帧中继（Frame Delay）、X.25等广域网连接技术进行专线连接。这种同步端口一般要求非常高，一般来说，通过这种端口所连接的网络的两端要求实时同步。2）异步串
45、口。n异步串口（ASYNC）主要应用于Modem或Modem池的连接，标识是 ASYNC，如图2-29所示。它主要用于实现远程计算机通过公用电话网接入网络。异步端口相对于同步端口来说，在速率上的要求低，它并不要求网络的两端保持实时同步，只要求能连续即可，主要是因为这种接口所连接的通信方式速率较低。3）ISDN BRI（基群速率）端口。nISDN BRI端口用于ISDN线路通过路由器实现与Internet或其他远程网络的连接，可实现128kbps的通信速率。ISDN有两种速率连接端口，一种是ISDN BRI（基本速率接口），另一种是ISDN PRI（基群速率接口）。ISDN BRI端口采用RJ-
46、45标准，标识为BRI x，x表示接口序号，如图2-30所示。（3）路由器的配置接口。n路由器的配置端口有两个，分别是Console和AUX，Console通常用来进行路由器的基本配置时通过专用线与计算机连接，AUX用于路由器的远程配置连接。1）Console端口。Console端口使用配置专用连接直接连接至计算机的串口，利用终端仿真程序进行路由器的本地配置。路由器的Console端口多为RJ-45端口。Console口的标识为CONSOLE，如图2-31所示。2）AUX端口。AUX端口为异步端口，为RJ-11电话线接口类型。它主要用于远程配置，也可用于拨号连接，还可通过收发器与Modem进行
47、连接。AUX接口的标识就是AUX，如图2-31所示。图2-31 Console端口与AUX端口2.2.4 交换机互联方式n在交换机的连接中，与其他网络设备的连接都较简单，只需把连接相应设备和网线的水晶头插入相应的端口即可。除了与其他网络设备连接外，交换机有时还需与其他交换机互联，以满足网络性能要求的不断提高和连接距离的不断扩大的需求。这主要涉及到三种技术，即级联、堆叠和集群。1级联n级联扩展模式是最常见的一种端口和距离扩展方式。目前常见的交换机的级联，根据交换机的端口配置情况又有两种不同的连接方式。如果交换机配备有Uplink端口，如图2-32所示，则可直接采用这个端口进行级联。需要注意的是，
48、在这种级联方式中上一层交换机采用的仍是普通以太网端口，仅下层交换机需要采用专门的Uplink端口。Uplink接口n因为级联端口的带宽通常较宽，所以这种级联方式的性能较好。采用此种级联扩展方式，交换机间的级联网线必须是直通线，不能采用交叉线，而且每段网线不能超过双绞线单段网线的最大长度100m。n另外一种级联方式是互联的两台交换机都通过普通端口进行连接。如果交换机没有专门提供Uplink级联端口，可采用交换机的普通以太网端口进行交换机的级联，但这种方式的性能稍差，因为下级交换机的有效总带宽实际上就相当于上级交换机的一个端口带宽。在这种级联方式中要求采用交叉线，同样单段长度不能超过100m。n级
49、联扩展模式是以太网扩展端口应用中的主流技术。它通过使用统一的网管平台实现对全网设备的统一管理，如拓扑管理和故障管理等。级联模式也面临着挑战。当级联层数较多，同时层与层之间存在较大的收敛比时，边缘节点之间由于经历了较多的交换和缓存，将出现一定的时延。解决方法是汇聚上行端口来减少收敛比，提高上级设备性能或减少级联的层次。在级联模式下，为保证网络的效率，一般建议层数不要超过4层。2堆叠n堆叠扩展模式是目前在以太网交换机上扩展端口时使用较多的另一类技术，是一种非标准化技术，各个厂商之间不支持混合堆叠，堆叠模式由各厂商制定。级联模式主要解决连接距离过长和扩展端口之间的矛盾，而堆叠扩展模式主要解决扩展端口
50、和扩展带宽两方面的问题，因为堆叠通常是几台交换机堆叠在一起，采用专用堆叠电缆进行连接，如图2-33所示。图2-33 堆叠扩展模式n当多台交换机连接在一起时，其作用就像一个模块化的交换机一样，堆叠在一起的交换机可当作一个单元设备进行管理。也就是说，堆叠中所有的交换机从拓扑结构上可视为一台交换机，其中存在一个可管理交换机，利用可管理交换机可对此可堆叠式交换机中的其他独立型交换机进行管理。可堆叠式交换机可以非常方便地实现对网络的扩充，是新建网络时最为理想的选择。n交换机堆叠技术采用了专门的管理模块和堆叠连接电缆，这样做的好处是，一方面增加了用户端口，能够在交换机之间建立一条较宽的宽带链路，这样，每个
