《網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)與實踐》第二章

第二章網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備及互聯(lián)介質(zhì)本章學習目標了解常見網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備及其工作層次掌握集線器、交換機及路由器相關(guān)知識了解常見的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)介質(zhì)精通雙絞線的分類、制作以及選擇掌握同軸電纜、光纖的分類及特點了解常見的無線傳輸介質(zhì)熟悉無線電波、微波以及紅外線的特點2.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時需要涉及一些硬件設(shè)備，稱為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，常用的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備有中繼器、集線器、網(wǎng)橋、交換機、路由器、防火墻以及入侵檢測、入侵防御系統(tǒng)等

中繼器是局域網(wǎng)互聯(lián)的最簡單設(shè)備，它工作在OSI體系結(jié)構(gòu)的物理層，集線器是有多個端口的中繼器，簡稱HUB。目前中繼器以及集線器均退出市場，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中已經(jīng)很少見到它們的身影。

網(wǎng)橋工作于OSI體系的數(shù)據(jù)鏈路層。交換機是多接口的網(wǎng)橋，同樣工作在數(shù)據(jù)鏈路層。目前在網(wǎng)絡(luò)工程中，常見的數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備為交換機，網(wǎng)橋已經(jīng)不再使用。

路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層。主要用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。

防火墻通常部署在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)之間，用于隔離內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)，防止外部網(wǎng)絡(luò)對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的攻擊，起到加強內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安全的作用。

入侵檢測系統(tǒng)（IntrusionDetectionSystem，IDS）指的是依據(jù)一定的安全策略，對網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)的運行狀況進行即使監(jiān)視，盡可能發(fā)現(xiàn)各種攻擊企圖、攻擊行為或者攻擊結(jié)果，以保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源的機密性、完整性和可用性。IDS是一種積極主動的安全防護技術(shù)，主要分為基于網(wǎng)絡(luò)的入侵檢測系統(tǒng)、基于主機的入侵檢測系統(tǒng)以及分布式入侵檢測系統(tǒng)。

入侵防御系統(tǒng)（IntrusionPreventionSystem，IPS）是針對網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)不斷提高，網(wǎng)絡(luò)安全漏洞不斷發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)防病毒軟件、防火墻以及入侵檢測系統(tǒng)無法應(yīng)對新的安全威脅形勢而產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。它是對已有安全設(shè)施的補充。入侵防御系統(tǒng)能夠監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的行為。對惡意報文能夠及時中斷、調(diào)整或隔離，對濫用報文進行限流以保護網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。2.1.1集線器

集線器俗稱HUB，主要功能是對接收到的信號進行放大，以擴大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，同時把所有節(jié)點集中在以它為中心的節(jié)點上。集線器工作在OSI參考模型的物理層，它采用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測）介質(zhì)訪問控制機制。集線器的接口功能簡單，每個接口只做簡單的收發(fā)比特，收到1就轉(zhuǎn)發(fā)1，收到0就轉(zhuǎn)發(fā)0。

集線器屬于純硬件網(wǎng)絡(luò)底層設(shè)備，不具有智能記憶和學習能力，它發(fā)送數(shù)據(jù)時都是沒有針對性的，而是采用廣播方式發(fā)送。即它向某節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，不是直接把數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點，而是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到除接收該數(shù)據(jù)包的接口外其他與集線器相連的所有節(jié)點。2.1.2交換機

交換機（Switch）意為“開關(guān)”，是一種用于電（光）信號轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。為接入交換機的任意兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供獨享的電（光）信號通路。最常見的交換機是以太網(wǎng)交換機。其他常見的還有電話程控交換機。

交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網(wǎng)或一臺高性能服務(wù)器或工作站。交換機也被稱為多端口網(wǎng)橋。

交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機內(nèi)部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應(yīng)，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發(fā)往該MAC地址的數(shù)據(jù)包將僅僅送往其對應(yīng)的端口，而不是所有的端口。因此交換機可以劃分沖突域，但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層的廣播，即廣播域。

根據(jù)工作層數(shù)的不同，可以將交換機劃分為二層交換機以及三層交換機。1．二層交換機

二層交換技術(shù)的發(fā)展比較成熟，它屬于數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中。具體工作流程如下：

⑴當交換機從某個端口收到一個數(shù)據(jù)包,它先讀取包頭中的源MAC地址,這樣它就知道源MAC地址的機器是連在交換機的哪個端口上;

⑵讀取包頭中的目的MAC地址,并在地址表中查找相應(yīng)的端口;

⑶如表中有與這目的MAC地址對應(yīng)的端口,把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上;

⑷如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應(yīng)時，交換機又可以記錄這一目的MAC地址與交換機端口的對應(yīng)關(guān)系，下次傳送數(shù)據(jù)時就不再需要對所有端口進行廣播了。交換機不斷循環(huán)這個過程，對于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學習到，二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。2．三層交換機三層交換機的特點

⑴由硬件結(jié)合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。不是簡單二層交換和路由器的疊加，三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線上，突破了傳統(tǒng)路由器的接口速率限制。

⑵簡潔的路由軟件使路由過程簡化。大部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是由二層模塊高速轉(zhuǎn)發(fā)，路由軟件大多都是經(jīng)過處理的高效優(yōu)化軟件，并不是簡單照搬路由器中的軟件。3．二層和三層交換機的選擇

二層交換機用于小型的局域網(wǎng)，在小型的局域網(wǎng)中，廣播包影響不大，二層交換機的快速交換功能、多個接入端口和低廉價格為小型網(wǎng)絡(luò)用戶提供了很完善的解決方案。

三層交換機的優(yōu)點在于接口類型豐富，支持的三層功能強大，路由能力強大，適合大型網(wǎng)絡(luò)間的路由，它的優(yōu)勢在于選擇最佳路由，負荷分擔，鏈路備份及和其他網(wǎng)絡(luò)進行路由信息的交換等等路由器所具有的功能。4．交換機的啟動過程

交換機加載啟動加載器軟件。啟動加載器是存儲在NVRAM中的小程序，并且在交換機第一次開啟時運行。啟動加載器執(zhí)行以下操作

⑴執(zhí)行低級CPU初始化。啟動加載器初始化CPU寄存器，寄存器控制物理內(nèi)存的映射位置、內(nèi)存量以及內(nèi)存速度。

⑵執(zhí)行CPU子系統(tǒng)的加電自檢（POST）。啟動加載器測試CPUDRAM以及構(gòu)成閃存文件系統(tǒng)的內(nèi)存設(shè)備部分。

⑶初始化系統(tǒng)主板上的閃存文件系統(tǒng)

⑷將默認操作系統(tǒng)軟件映像加載到內(nèi)存中，并啟動交換機。啟動加載器先在與CiscoIOS映像文件同名的目錄中查找交換機上的CiscoIOS映像，如果在該目錄中未找到，則啟動加載器軟件搜索每一個子目錄，然后繼續(xù)搜索原始目錄。

⑸操作系統(tǒng)使用在操作系統(tǒng)配置文件config.text（存儲在交換機閃存中）中找到的CiscoIOS命令來初始化接口。5．交換機接口類型

思科交換機端口類型有：配置端口、百兆端口、千兆端口以及萬兆端口等

交換機配置接口有兩個，分別是Console和AUX，Console通常是用來進行交換機的基本配置時通過專用連線與計算機連用的，而AUX是用于交換機的遠程配置連接用的。

⑴Console端口Console端口使用配置專用連線直接連接至計算機的串口，利用終端仿真程序（如Windows下的超級終端）進行交換機本地配置。交換機的Console端口多為RJ-45端口。⑵AUX端口AUX端口為異步端口，主要用于遠程配置，也可用于撥號連接，還可通過收發(fā)器與MODEM進行連接。AUX端口與Console端口通常同時提供，因為它們各自的用途不一樣。2.1.3路由器

路由器（Router）又稱網(wǎng)關(guān)設(shè)備（Gateway），是連接互聯(lián)網(wǎng)中各局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的設(shè)備。路由器用于連接多個邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)，所謂邏輯網(wǎng)絡(luò)是代表一個單獨的網(wǎng)絡(luò)或者一個子網(wǎng)。當數(shù)據(jù)從一個子網(wǎng)傳輸?shù)搅硪粋€子網(wǎng)時，可通過路由器的路由功能來完成。因此路由器具有判斷網(wǎng)絡(luò)地址和選擇IP路徑的功能。屬于網(wǎng)絡(luò)層的一種互聯(lián)設(shè)備。

路由器是互聯(lián)網(wǎng)中主要的結(jié)點設(shè)備。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇。作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了基于TCP/IP的國際互聯(lián)網(wǎng)的主體脈絡(luò)，也可以說，路由器構(gòu)成了互聯(lián)網(wǎng)的骨架。它的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一。它的可靠性直接影響網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的質(zhì)量。因此，在園區(qū)網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)、甚至互聯(lián)網(wǎng)中，路由器技術(shù)始終處于核心地位。1．路由器啟動過程

⑴路由器在加電后首先進行上電自檢（POST：PowerOnSelfTest），對硬件進行檢測。

⑵POST完成后，讀取ROM里的BOOTStrap程序進行初步引導(dǎo)。

⑶初步引導(dǎo)完成后，嘗試定位并讀取完整的IOS鏡像文件。路由器將會首先在FLASH中查找IOS文件，如果找到了IOS文件的話，那么讀取IOS文件，引導(dǎo)路由器。

⑷如果在FLASH中沒有找到IOS文件，那么路由器將會進行BOOT模式，在BOOT模式下可以使用TFTP上的IOS文件。路由器就可以正常啟動到CLI（command-lineinterface,命令行界面）模式。

⑸當路由器初始化完成IOS文件后，就會開始在NVRAM中查找STARTUP-CONFIG文件，STARTUP-CONFIG叫做啟動配置文件。該文件保存了對路由器所做的所有的配置和修改。當路由器找到該文件后，路由器就會加載文件里的所有配置，并且根據(jù)配置來學習、生成、維護路由表，并將所有的配置加載到RAM（路由器的內(nèi)存）里后，進入用戶模式，最終完成啟動過程。

⑹如果在NVRAM里沒有STARTUP-CONFIG文件，則路由器會進入詢問配置模式，也就是俗稱的問答配置模式，在該模式下所有關(guān)于路由器的配置都以問答的形式進行配置。不過，一般情況下，基本不用問答形式的配置模式，而是通過進入CLI命令行模式對路由器進行配置。2．路由器接口類型

路由器帶有各種不同的接口，如配置接口、快速以太網(wǎng)接口、千兆以太網(wǎng)接口以及串行接口等。

路由器配置接口通常有兩個，分別是Console口和AUX口，Console口通常是對路由器進行基本配置時通過專用連線與計算機相連，而AUX口是用于對路由器進行遠程配置時采用的配置接口。

⑴Console端口Console端口使用配置專用連線直接連接至計算機的串口，利用終端仿真程序（如Windows下的超級終端）進行路由器本地配置。路由器的Console端口通常為RJ-45端口。

⑵AUX端口AUX端口為異步端口，主要用于遠程配置，也可用于撥號連接，還可通過收發(fā)器與MODEM進行連接。AUX端口與Console端口通常同時提供，因為它們各自的用途不一樣。

⑶高速同步串口

在路由器的廣域網(wǎng)連接中，應(yīng)用最多的端口還要算高速同步串口（SERIAL）了，這種端口主要是用于連接DDN、幀中繼（FrameRelay）、X.25、PSTN（模擬電話線路）、ATM等網(wǎng)絡(luò)連接模式。在企業(yè)網(wǎng)之間有時也通過ATM或幀中繼等廣域網(wǎng)連接技術(shù)進行專線連接。這種同步端口一般要求速率非常高，因為一般來說通過這種端口所連接的網(wǎng)絡(luò)的兩端都要求實時同步。

⑷快速以太網(wǎng)接口Fastethernet口為快速以太網(wǎng)接口，用于連接以太網(wǎng)。3．路由器與三層交換機的比較

路由器與三層交換機雖然都具有路由功能。但是三層交換機的主要功能仍然是數(shù)據(jù)交換，它的路由功能通常比較簡單，因為它主要完成局域網(wǎng)的連接，路由路徑遠沒有路由器那么復(fù)雜，它用在局域網(wǎng)中的主要用途還是提供快速數(shù)據(jù)交換功能，滿足局域網(wǎng)數(shù)據(jù)交換頻繁的應(yīng)用特點。

路由器的主要功能還是路由功能，它的路由功能更多的體現(xiàn)在不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)上，如局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的連接、不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的連接等，所有路由器主要是用于不同類型的網(wǎng)絡(luò)之間。它最主要的功能就是路由轉(zhuǎn)發(fā)，解決好各種復(fù)雜路由路徑網(wǎng)絡(luò)的連接就是它的最終目的，所以路由器的路由功能通常非常強大，不僅適用于同種協(xié)議的局域網(wǎng)間，更適用于不同協(xié)議的局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)間。2.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)介質(zhì)

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)介質(zhì)分為有線介質(zhì)和無線介質(zhì)兩種，常見的有線介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜和光纖；常見的無線傳輸介質(zhì)有：無線電波、微波以及紅外線等。2.2.1雙絞線

雙絞線（TP：Twistedpair）是一種綜合布線工程中最常用的傳輸介質(zhì)，是由兩根具有絕緣保護層的銅導(dǎo)線組成。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起，目的是將導(dǎo)線在傳輸中輻射出來的電波互相抵消，有效降低信號干擾的程度。實際使用時，將多對雙絞線包在一個絕緣電纜套管里，形成雙絞線電纜。但日常生活中一般把雙絞線電纜直接稱為雙絞線。與其他傳輸介質(zhì)相比，雙絞線在傳輸距離，信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速度等方面均受到一定限制，但價格較為低廉。1．雙絞線分類

雙絞線可以根據(jù)有無屏蔽層進行分類，也可以從頻率和信噪比角度進行分類。

首先根據(jù)有無屏蔽層進行分類，將雙絞線劃分為屏蔽雙絞線（STP：ShieldedTwistedPair）與非屏蔽雙絞線（UTP：UnshieldedTwistedPair）。

屏蔽雙絞線，由4對不同顏色的傳輸線組成，在雙絞線與外層絕緣層封套之間有一層金屬屏蔽層。屏蔽層可減少輻射，防止信息被竊聽，也可阻止外部電磁干擾的進入。屏蔽雙絞線比同類的非屏蔽雙絞線具有更高的傳輸速率。

非屏蔽雙絞線，同樣由4對不同顏色的傳輸線組成，廣泛應(yīng)用于以太網(wǎng)中。電話線用的是1對非屏蔽雙絞線。在綜合布線系統(tǒng)中，非屏蔽雙絞線得到廣泛應(yīng)用，它的主要優(yōu)點如下：

⑴無屏蔽外套，直徑小，節(jié)省所占用的空間，成本低；

⑵重量輕，易彎曲，易安裝；

⑶具有阻燃性；

⑷具有獨立性和靈活性，適用于結(jié)構(gòu)化綜合布線。2．雙絞線的制作

國際上最有影響力的3家綜合布線組織為：美國國家標準協(xié)會（ANSI）、美國通信工業(yè)協(xié)會（TIA）以及美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）。在雙絞線制作標準中應(yīng)用最廣的是EIA/TIA-568A和EIA/TIA-568B。這兩個標準最主要的區(qū)別是線的排列順序不一樣。實際工程項目中，用得比較多的線序標準為EIA/TIA568B。EIA/TIA568A的線序為：白綠綠白橙藍白藍橙白棕棕EIA/TIA568B的線序為：白橙橙白綠藍白藍綠白棕棕雙絞線的制作步驟如下：⑴剪斷

用網(wǎng)線鉗剪一段滿足長度需要的雙絞線⑵剝皮

把剪齊的一端插入到網(wǎng)線鉗用于剝線的缺口中，稍微握緊壓線鉗慢慢旋轉(zhuǎn)一圈，讓刀口劃開雙絞線的保護膠皮，拔下膠皮。當然也可使用專門的剝線鉗剝下保護膠皮。注意剝皮的長度要適中，剝皮過長導(dǎo)致網(wǎng)線外套膠皮不能被水晶頭完全包住，實際使用時由于水晶頭的晃動導(dǎo)致網(wǎng)線的斷裂，從而不能保護雙絞線。剝線過短，導(dǎo)致雙絞線不能插到水晶頭的底部，造成水晶頭插針不能與網(wǎng)線完好接觸。⑶排序

剝除外皮后即可見到雙絞線電纜的4對8條芯線，把每對相互纏繞的線纜解開。解開后根據(jù)規(guī)則排列好順序并理順。⑷剪齊

由于線纜之前是互相纏繞的，排列好順序并理順弄直之后，雙絞線的頂端8根線已經(jīng)不再一樣長了，此時用壓線鉗的剪線刀口把線纜頂部裁剪整齊。⑸插入

把按照一定的標準順序整理好的線纜插入水晶頭內(nèi)。注意，插入時將水晶頭有塑料彈簧片的一面向下，有針腳的一面向上。插入時要求將8根線一直插到線槽的頂端。⑹壓線：

將水晶頭插入壓線鉗的8P槽內(nèi)壓線，用力握緊線鉗，可以使用雙手一起壓，使得水晶頭凸出在外面的針腳全部壓入水晶頭內(nèi)。⑺測試：

將做好的網(wǎng)線的兩頭分別插入網(wǎng)線測試儀中，并啟動開關(guān)，觀察測線儀燈的閃爍情況來判斷網(wǎng)線制作是否成功。雙絞線直通線EIA/TIA568B標準做法雙絞線直通線EIA/TIA568A標準做法雙絞線交叉線制作3．雙絞線線型的選擇

工程項目中，往往需要對雙絞線的線型進行選擇，是使用直通線還是使用交叉線？關(guān)于雙絞線的選擇總結(jié)的規(guī)則如下：

⑴相同性質(zhì)設(shè)備之間用交叉線，不同性質(zhì)設(shè)備之間用直通線

⑵將路由器和PC機看成相同性質(zhì)設(shè)備；交換機和集線器看成相同性質(zhì)設(shè)備

根據(jù)以上規(guī)則，得到常見設(shè)備之間的連線情況如表2.1所示：

電腦集線器交換機路由器電腦交叉線直通線直通線交叉線集線器直通線交叉線交叉線直通線交換機直通線交叉線交叉線直通線路由器交叉線直通線直通線交叉線2.2.2同軸電纜

同軸電纜是指有兩個同心導(dǎo)體，而導(dǎo)體和屏蔽層公用同一軸心的電纜。最常見的同軸電纜由絕緣材料隔離的銅線導(dǎo)體組成，在里層絕緣材料的外部是另一層環(huán)型導(dǎo)體及其絕緣層，整個電纜由聚氯乙烯或特氟綸材料的護套包住。

同軸電纜從用途上分可分為50歐姆基帶電纜和75歐姆寬帶電纜（即網(wǎng)絡(luò)同軸電纜和視頻同軸電纜）兩類?；鶐щ娎|又分細同軸電纜和粗同軸電纜兩類1．細纜

細纜最大傳輸距離185米，使用時與50歐姆終端電阻、T型連接器、BNC接頭與網(wǎng)卡相連，不需要購置集線器等有源設(shè)備。2．粗纜

粗纜最大傳輸距離達到500米。不能與電腦直接連接，需要通過一個轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)成AUI接頭，然后再接到電腦上。粗纜的最大傳輸距離比細纜長，主要用于網(wǎng)絡(luò)主干2.2.3光纖

光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)工具。傳輸原理是光的全反射。

細微的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。光纖的一端發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管（LED：lightemittingdiode）或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。

在日常生活中，由于光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)消耗比電在電線傳導(dǎo)的消耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞。

光纖分為單模光纖和多模光纖，單模光纖是只能傳輸一種模式