校园网的组建方案

校园网组建方案

绪论

1.1 校园网的概述

随着技术和市场的逐渐成熟，网络正以无处不在、无时不在的网络连接方式，改变者人们对“网络”和“信息化”的传统看法。目前，由于观念和习惯等原因，在已建成的校园网中大概有50%以上没有真正发挥互联网应有的效益，即使在大学也一样。因此，提高校园网的使用效率是校园网建设的重要考核指标之一

1.2 什么是校园网

校园网是一个基本能覆盖整个校园范围的计算机网络，能将学校内各种计算机、服务器、终端设备互连起来，并通过某种接口连接到Internet 网。利用校园网络，可建立起校园内部、校园与外部Internet 间的信息沟通体系，以满足教学、科研和管理的网络环境需求，并为学校各种人员提供资源共享和充分的网络信息服务。

2. 1 网络基础知识

要胜任对校园网的维护和管理，必须掌握一定的网络基础知识。目前的网络通讯普

遍采用TCP/IP 协议，因此对TCP/IP 协议应有一定的了解，本节针对TCP/IP 网络，介绍一些必备的相关知识。

1．网络的拓扑结构

网络的拓扑结构分为物理拓扑结构和逻辑拓扑结构。物理拓扑结构是指网络各节点的位置和互联的几何布局，也是网络中传输介质的整体结构，也就是说这个网络“看起来”是一种什么形状。网络的结构在实际应用中通常不是单一的，而是同时采用多种结构混合组网。常见的物理拓扑结构有：总线型（Bus），星形（Star），环形(Ring)，网状形（Mesh）。

⑴总线型

由一条高速公用总线连接若干个节点所形成的网络。其中一个节点是网络服务器，由它提供网络通信及资源共享服务，其他节点是网络工作站，如图1 所示。总线形网络采用广播通信方式，因此总线的长度及网络中工作站节点的个数都是有限制的。特点：网络结构简单灵活，可扩充，信道利用率高，传输速率高，网络建造容易。但实时性较差，且总线的任何一点故障都会造成整个网络瘫痪。

优点：①总线结构所需电缆数量少；②结构简单又是无源工作，有较高的可靠性；③易于扩充，增减用户方便。

缺点：①传输距离有限，通信范围受到限制；②故障诊断和隔离困难；③分布式协议不保证信息及时传送，不具实时功能。站点必须是智能的，要有媒体访问控制功能，增加站点软件和硬件的开销。

图 1 总线型结构

总线结构中，每一网络段总线的长度一般不应超过180m，每个网段上最多能同时连接30 台设备。在总线与设备之间的连接距离不应超过0.2m，总线上设备与设备之间不应小于

0.46m，在每一网络段总线两端必须安装一对50Ω的终端电阻。

⑵星形

星形结构是指各工作站以星形方式连接成网。每个节点都通过一条单独的通信线路，直接与中心节点连接，各个从节点间不能直接通信。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。星形结构使用集线器或交换机作为中心设备，连接多台计算机，现代的网络中，由于交换机其数据交换方式优于集线器，而且价格也比较接近，很多星形网络都采用交换机作中心役备来改善网络的性能。结构如图2 所示。

优点：①控制简单，便于建网与管理，更新网络设备容易；②故障诊断和隔离容易；

③方便服务；④网络延迟时间较小，传输误差较低；⑤各段介质都是分离的，相互之间互不影响。

缺点：①电缆长度和安装工作量可观；②中央节点负担较重，形成瓶颈；③各站点的分布处理能力较低；④成本高、可靠性较低、资源共享能力也较差。

图 2 星形网络结构

星形结构中，中心设备与节点之间的连线不应超过120m，设备连接的数量取决于中心设备的接口数量。在这种结构中，集线器与集线器之间有两种连接方式，一是堆垒方式（这种方式主要用于堆垒式集线器），这种方式中，集线器与集线器之间使用堆垒线相连接；另一种是串联（级联）方式，这种方式中集线器好象允当了一个中继器的角色，其最大的串联为4 级。

⑶环形结构

环形结构由由通信线路将各节点连接成一个闭合的环，数据在环上单向流动，网络中用令牌控制来协调各节点的发送，任意两节点都可通信。结构如图3 所示。

图 3 环形拓扑结构

2．网络通讯协议

⑴什么是通讯协议

网络通讯协议相当于通讯双方所使用的交流“语言”，计算机彼此间要实现正常通讯，必须安装相关的通讯协议。计算机可同时安装多种通讯协议，以便能与使用不同协议的主机进行交流和通讯。协议是为计算机间进行数据交换而建立的一套规则、标准或约定的集合。

⑵常用协议简介

在局域网中，常用的协议主要有NETBEUI、IPX/SPX 和TCP/IP 协议，使用最广泛最多的主要是TCP/IP协议。

①NETBEUI 协议

NetBEUI 是NetBIOS Extended User Interface 的缩写，称为NetBIOS 用户扩展接口。它是IBM 公司于1985年开发的，是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。该协议是一种不可路由的协议，因此只能用于局域网中。

②IPX/SPX 协议

IPX/SPX 称为网际包交换/顺序包交换协议，是NOVELL 公司开发的通信协议，其体积比较大，在复杂环境下有很强的适应性，具有路由功能，能实现多网段间的跨段通信。若用户要访问NetWare 服务器，IPX/SPX协议应是其最好的选择。

③TCP/IP 协议

TCP/IP 是Transmission Control Protocol /Internet Protocol 的缩写，称为传输控制协议/

网际协议，是微软公司为跨局域网和广域网应用而设计的，支持跨网段和路由，能很好地胜任大规模网络互联的需要。TCP/IP 协议已成为一个国际标准的协议，同时也是Internet 的基础协议，要访问Internet，用户计算机必须安装TCP/IP协议。TCP/IP 协议是由100 多个协议构成的一个协议组（协议集），TCP 和IP 协议是其中的两个最基本和最重要的两个协议，故用TCP 和IP 来代表该协议组。

IP 协议是TCP/IP 协议集的核心协议之一，IP 协议详细地规定了通信时应遵循的规则的全部具体细节。各种物理网络都有最大帧长度（MTU）限制，为了使较大的数据能以适当的大小在物理网络上传输，IP 协议首先要根据物理网络所允许的最大发送长度，对数据进行长度检查，必要时将数据分成若干段发送。在对数据分段时，每段都加上IP 报头，形成IP 数据报（将遵守IP 规范的分组称为IP 数据报，数据报由报头和报文数据构成），各IP 数据报之间是相互独立的。将数据封装为IP 数据报后，通过网络接口发送出去。若目的主机与源主机在同一网络内，则IP 直接将数据报传送给目的主机；若目的主机是在非本地网络，则IP 将数据报传送给本地路由器，由本地路由器将数据报传送给下一个路由器或目的主机。

在互联网络中，各IP 数据报进行独立的传输，它们在经过中间路由器转发时可能选择

不同的路由，这样，到达目的主机的IP 数据报顺序与发送的顺序就会不相同，此时目的主机的IP 协议就必须根据IP 数据报中的相关字段（标识，长度，偏移及标志等），将各个IP 数据报重新组装成完整的原始数据报（按分段偏移顺序排队，只保留第1 段IP 数据报报头，而其他段的IP 报头均删除，组装成一个完整的原始IP 数据报，并重新计算其报文长度，填入IP 报头相应的字段），然后再提交给上层协议。IP 协议主要提供将分组从源传送到目的地的方法，不保证数据报传送的可靠性。数据报在传输过程中，由于各种原因，可能会造成某些数据报的丢失，此时，TCP 就起作恢复丢失的数据报的功能（通过发送端重发来实现。当数据报到达最终的目的地时，接收端的TCP 会向源主机发送回一个确认信息；发送端发送数据报后，会自动启动一个计时器，若在规定的时间内未收到回执信息，则要求重新发送该数据报），因此，TCP协议主要保证传输过程的可靠性，解决了IP 协议没有解决的问题，TCP 可检测并丢弃重复的数据报，保证精确地按原发送顺序重新组装数据，并在数据丢失时重发数据。

3．IP 地址的格式与分类

⑴IP 地址的格式

对于采用TCP/IP 协议通信的主机，都必须至少有一个IP 地址，这是由IP 协议规定的，IP 协议规定当与网络建立连接时，每台主机都必须为这个连接分配一个32bit 的地址，该地址就是所谓的IP 地址。IP 地址主要用于识别网络中的每一台主机，同时它还隐含着网络路径信息。在网络中，每台主机的IP 地址都是唯一的，不允许重复，根据这个唯一的地址，就可以找到Internet 上的任何一台主机。IP 地址实际上是分配给网络适配器（网卡）的，一台计算机若安装有多个网络适配器，则该主机就可有多个IP 地址。IP 地址采用一个32 位的二进制数来表示，如下所示：

11000 00000

为便于记忆，在实际应用中，通常将这个32 位的二进制数分成4 段，每段由8 位二进制数构成，段与段之间用“.”进行分隔，最后再将每段的二进制数的值转换为十进制值，从而就形成了类似192.168.0.1 格式的IP 地址，这种IP 地址的表示方法，称为点分十进制法，因此IP 地址有二进制和十进制两种表达格式。IP 地址采用两级结构，左边部分（即高位字节）代表主机所属的网络，右边部分代表该主机在网络中的ID 值，其结构如图所示。

网络ID，也称为网络地址，用于标识大规模TCP/IP 网际网络(由网络组成的网络)内的每个子网络（网段）。主机ID，也称为主机地址或主机标识号，用于标识和区别当前网络内部的每台主机(如：工作站、服务器、路由器或其他TCP/IP 设备)。对于同一网络内的主机，其网络ID 是相同的，其主机ID 是不相同的；对于不同网络的每台主机，其网络ID 是不相同的，但可以具有相同的主机ID。

⑵IP 地址的分类

由于网络规模有大有小，为了充分利用IP 地址空间，IP 协议规定了5 类IP 地址，分为A 类、B 类、C类、D 类和E 类，其中A、B、C 三类由国际网络信息中心InterNIC（Internet Network Information Center）在全球范围内统一分配，D 和E 分属于多路广播地址和实验用

地址。IP 地址采用高位字节的高位来标识地址的类别。

①A 类地址

A 类地址是为大型网络而提供的。A 类地址采用最左边（即高位字节）的8 位二进制数来表示网络ID，其中最高位固定为0，用低7 位编码来表示网络号；后面24 位二进制数用来表示网络内的主机ID，如图1.7所示。

从中可见，A 类地址的第1 个字节为网络ID，该字节的最高位为0，后面3 个字节为主机ID。8 位二进制数编码表示的数的范围为0~255，由于0 和255 在IP 协议中有特殊用途，每组数真正可使用的范围为1~254，

因此，A 类地址可提供126 个网络ID，即W 部分的取值范围为1~126；每个网络最多可支持16 777 214 个主机。例如：10.128.68.54 即是一个A 类地址，其中10 为网络号，128.68.54 为主机号。

判断A 类地址的方法：若是二进制表达格式，则第一位是以0 开头；对于十进制表达格式，W 部分的值应小于128。

② B 类地址

B 类地址用于大中型网络，采用最左边的两个字节来表示网络号，二进制格式的最左边两位以10 开头，网络ID 与主机ID 分配情况如图1.8 所示。

图 1.8 B 类址的网络ID 与主机ID

例如168.220.170.54 就是一个B 类地址，其中168.220 为网络号，170.54 为主机号，代表该台主机在168.220

这个网络中的编号。

B 类地址可提供16 256 个网络ID，每个网络中最多可以容纳64 576 台主机。判断B 类地址的方法是：对于二进制表达法，其最左边两位应为10；对于十进制表达法，W 部分的值应大于127，小于192。

③ C 类

C 类地址用于小型网络，如企业网或校园网等。C 类地址采用前三个字节来表示网络号，最左边三个二进制位固定为110，用最后一个字节来表示主机号，其分配情况如图所示。

C 类地址可提供2 064 512 个网络号，每个网络中可拥有254 个主机。例如192.168.10.12 就是一个C 类地址，其中192.168.10 为网络号，12 为主机号。

判断C 类地址的方法：对于二进制表达格式，最左边三个二进制位为110；对于十进制表达法，W 部分的值应介于192 至223。

另外，C 类地址中的192.168 是为企业内部网使用保留的。这类地址的使用不需要申请，在企业或校园网内部可直接使用。

④D 类

D 类地址用于多路广播组，这些组可以有一台或多台主机。D 类地址的最高4 个二进制位固定为1110，因此W 部分的值介于224 和239 之间，其余位用于指明主机所属的组。在多路广播操作中没有表示网络或主

机的位。

⑤ E 类

E 类地址是一种供实验用的地址，其最高的4 个二进制位固定为1111，因此W 部分的值介于240 和255之间。

⑥特殊地址

网络号127 是用来做循环测试用的，不可用做其他用途。例如，发送信息给IP 地址127．0．0．1，则此信息将传给自己。通常可通过ping 127.0.0.1 来检查TCP/IP 协议工作是否正常。

W．X．Y．Z 中的数字如果出现255，则表示广播。例如，发送信息给255．255．255．255，则表示将该信息发送给每一台主机；如果发送信息给61．186．170．255，则表示将该信息发送给网络号为61．186．170中的每一台主机。

⑶子网掩码

目前所使用的TCP/IP 协议是第四版即IPV4，在IPV4 标准中，将网络规模强制在A、B、C 这三个级别上，而在实际应用中，公司或者机构的网络规模往往是灵活多变的，为了充分利用IP 地址，通常的解决办法是将规模较大的网络，划分为多个部分，对外则像一个单一的网络，所划分出的每一部分，就称为子网Subnet）。对于网络外部，子网是不可见的，因此分配一个新子网不必向NIC 申请。

子网掩码(Subnet Mask)是用来从IP 地址中识别出网络ID 的二进制数。利用子网掩码可实现将网络分割为多个子网。在利用TCP/IP 协议进行通信时，利用子网掩码就可判断出主机是在哪个网络或网段中。子网的划分是通过路由器来实现的，各子网间的隔离或相互通信也是通过路由器来实现的。

在二进制表示的子网掩码中，子网掩码中的 1 位用来定位网络号，为0 的位用来定位主机号。利用子网掩码从IP 地址中分离出网络ID 的计算方法为：

IP 地址AND 子网掩码=网络ID

即将IP 地址与子网掩码进行逻辑与运算，所得结果即为网络号，原IP 地址中，剩下部分即为主机号。

知道网络ID 后，就可以判断应如何发送分组了。主机在发送分组前，都要通过子网掩码判断是否应将分组进行转发，其方法是将目标IP 与本机子网掩码求“与”，得出目标主机的网络ID，从而就可判断出源主机与目标主机是否在同一子网内。

例如，若某台主机的IP 地址为192.168.10.11，子网掩码为255.255.255.0，将它们的二进制数按位进行逻辑与运算，所得结果中非0 的部分即为其网络号，即192.168.10，11 即为主机号。

假设某企业申请了一个C 类网络，其网络号为220.170.68，该企业有6 个子公司，分属于各地，每地均建有一个企业网。默认情况下，C 类网的子网掩码为255.255.255.0，但要求所有计算机必须在同一个网络内，现在6 个子公司分属于各地，不可能直接连在同一个网络内，此时就可通过在220.170.68 网络内划分子网来实现。通过划分子网，这样就实现了将220.170.68 网络从逻辑上分成了6 个子网。

划分子网，采取将主机ID 中最高的若干位用来作为子网的标识，通过编码来表示各个子网。由于要产生6 个子网，所需的二进制位数应至少为3 位，也即要将原主机ID 中的最高3 位用作子网标识，因此，此时的子网掩码应为：

11111111 11111111 11111111 11100000

对应的十进制格式就为：255.255.255.224

一个3 位的二进制数的编码组合有000、001、010、011、100、101、110、111 共8 种组合，去掉不可使用的000(代表自身)与111(代表广播)，还有6 种组合，因此，255.255.255.224 子网掩码刚好可提供6 个子网，这6 个子网IP 地址的前三个字节均是220.170.68，第四个字节分别是：

第一个子网：00100001 到，也即33 到62

第二个子网：01000001 到，也即65 到94

第三个子网：01100001 到，也即97 到126

第四个子网：10000001 到，也即129 到158

第五个子网：10100001 到，也即161 到190

第六个子网：11000001 到，也即193 到222

因此各子网可使用的IP 地址为：

第一个子网：220.170.68.33 到220.170.68.62

第二个子网：220.170.68.65 到220.170.68.94

第三个子网：220.170.68.97 到220.170.68.126

第四个子网：220.170.68.129 到220.170.68.158

第五个子网：220.170.68.161 到220.170.68.190

第六个子网：220.170.68.193 到220.170.68.222

每个网段内，能代表主机的编码从00001 至11110，因此每个子网都可支持30 台主机，6 个子网共支持

180 台主机，从中可以发现，划分子网后，有一些IP 地址将无法再使用了，如第一、二子网间的220.170.68.63和220.170.68.64。

同理，若子网掩码设置为255.255.255.240，由于240 对应的二进制数为，可见子网标识有4 位，

4 位的二进制数有16 种编码组合，去除不可用的0000 和1111，共可提供14 个子网，每个子网支持14 台主机。

⑷IP 地址的管理

IP 地址不是任意分配的，是由国际网络信息中心（InterNIC）在全球范围内统一分配和管理的。该国际组织负责分配A 类IP 地址，可授权下级组织分配B 类IP 地址，有权重新调整IP 地址的分配。

分配B 类IP 地址的国际组织有InterNIC、APNIC 和ENIC。这三个组织的分工是：ENIC 负责欧洲地址的分配工作; InterNIC 负责北美地区；APNIC 负责亚太地区，设在日本东京

大学。我国属于APNIC 管理的地区，共分配给中国CERNET（教育科研网）10 个B 类地址。

分配C 类IP 地址的组织是国家或地区网络的网络信息中心。例如，CERNET 的网络信息中心设在清华大学，CERNET 各地区的网管中心需向清华大学的网络信息中心申请分配C 类IP 地址。

由于IP 地址数量有限，因特网地址分配机构还规定了一组可在不同企业内网重复使用的私有IP 地址，以解决IP 地址的紧缺问题。私有IP 地址可在局域网中任意使用，不需要申请，可使用的私有地址有：

一个A 类地址10.0.0.0/8，16 个B 类地址172.16.0.0/16～172.31.0.0/16 和256 个C 类地址192.168.0.0/16。

公有地址是除私有地址以外的其他IP 地址，可在Internet 网中被路由，也称为合法的IP 地址。

2.2 综合布线系统

综合布线系统设计除符合上述国际标准外，还应符合《中国建筑电器规范》、《工业企业通信设计规范》、《中国工程建设标准化协会标准》，《综合布线用电缆、光纤技术要求》及《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》等国内标准。布线系统是一个模块化的开放系统，主要由六个子系统组成，这六个系统示意图所示：

3.1 校园网络的传输设备

在组建网络时，用到的传输设备主要有网络接口卡、集线器、交换机和路由器。下面分别对这些设备进行介绍。

1．网卡

网卡是网络接口卡（Network Interface Card,NIC）的简称，是计算机与网络之间的连接设备。

网卡的类型很多，不同的网络所使用的网卡是不同的，根据网络的不同，可分为以太网卡、令牌环网卡、FDDI 网卡、ATM 网卡等。对于以太网卡，又可分为不同的类型。

⑴根据带宽分类

根据网卡的带宽，也即传输速度的不同，可分为10M 网卡、10/100M 自适应网卡和1000M 网卡。10/100M自适应网卡能根据远端设备的速度（集线器，交换机），自动选择与之相匹配的速度进行工作，这是目前的主流网卡。1000M 网卡能提供更高的网络速度，常作为服务器端网卡。

⑵根据总线类型

根据总线类型的不同，网卡可分为ISA 网卡、PCI 网卡、PCMCIA 网卡、USB 网卡

⑶根据网卡是否需要连接网线，可将网卡分为有线网卡和无线网卡两大类。无线网卡根据总线接口的不同，分为PCI 总线、PCMCIA 总线和USB 总线几种。

⑷根据网卡与网络介质连接的接口类型，网卡有RJ-45 接口网卡、AUI(粗缆)接口网卡、BNC 接口（细缆）网卡和FX 接口（光纤）网卡。按接口的数量，网卡又可分为单接口网卡、双接口网卡（如：RJ-45+BNC）和3 接口网卡（RJ-45+BNC+AUI）等2．集线器（HUB）

⑴集线器的工作原理

集线器（Hub）是一种多端口的中继器，它是星形网络拓扑的接线点，是数据通信系统中的基础设备，安装连接好网线，通上电源之后即可使用，不需要特殊的配置。集线器的基本功能是使用广播技术进行信息分发，将一个端口上接收到的信号，以广播方式发送到集线器的其他所有端口，其工作原理如图4 所示。部分集线器在分发信号之前能将弱信号重新生成或整理信号的时序，以提供所有端口间的同步数据通信。

图4 集线器工作原理

图 1.10 所示的是一个具有8 个端口的集线器，每台计算机通过非屏蔽双绞线连接在集线器的一个端口上，共连接了8 台计算机，集线器处于网络的“中心”，通过集线器对信号的转发，8 台计算机之间就可互连互通，其具体的通信过程是：若计算机1 要将一个信息包发送给计算机5，当计算机1 的网卡将信息包通过双绞线送到集线器上时，集线器并不能直接将该信息包发送给计算机5，而是将信息包以广播方式，同时发送给另外的7 个端口，当这7 个端口上的计算机接收到该条广播信息后，就会对信息进行检查，若发现该信息是发给自己的，则接收，否则不予理睬。由于该信息是计算机1 发给计算机5 的，因此最终计算机5 会接收该信息，而其他6 台电脑检查完后，就会因为信息不是发送给自己的而不接收该信

集线器工作于OSI 的物理层，又被称为物理层设备，每个经集线器连接的节点都需要一条专用的线缆（一般为非屏蔽双绞线），集线器内部采用电器互联，利用集线器可建立起一个物理的星型或树型网络结构。

⑵集线器的外观

集线器一般拥有4、8、16、24、32 等数量的RJ45 接口，部分集线器还有BNC 和AUI 接口，其主要品牌有Cisco、D-Link、Intel、TP-Link 等，集线器的外观如图 5 所示。

图 5 TP-Link 16 口集线器

TP-Link16 口集线器的外部面板结构较简单，背面有交流电源插座和开关以及堆叠口，正面右边有17 个RJ45 端口，标有Uplink 字样的端口为集线器级联口；正面的左边为电源和各RJ45 端口对应的连接和工作状态指示灯。各指示灯旁标注有英文，其中的Link/Rx 即代表连接和工作状态指示，它对应于集线器的RJ45 端口，与端口的个数相同。当RJ45 端口中插入了网线，网线的另一端所连接的计算机处于开机状态时，对应的指示灯应常亮，当指示灯闪烁时，表示目前有信息交换发生，闪烁频率越高，表示数据流量越大。Col 指示灯用于指示网络传输的碰撞情况。由于以太网是使用CSMA/CD 方法来传输数据，当工作站数量愈多时，就越可能发生信号碰撞，在正常情况下，此灯不亮，若网络中发生了碰撞，它将呈闪烁状态，闪烁频率越高，说明碰撞越严重，网络负载已经很重。

⑶集线器的特点

①共享带宽

带宽是指通信时能够达到的最大传输速度。集线器的带宽主要有10Mbps、100Mbps 和10/100Mbps 自适应三种。

集线器是一种共享设备，由于工作在物理层，因此不能识别目的地址，当同一局域网内的A 主机给B 主机传输数据时，数据包在集线器中是以广播方式发送的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。

以太网遵循CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议，计算机在发送数据前必须先进行载波侦听，只有当判定网络空闲时，才发送数据。如果两个以上的站点同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这使发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败，因此，集线器在一个时钟周期中只能传输一组信息，如果一台集线器连接的机器数目较多，并且多台机器经常需要同时通信时，集线器的信息碰撞、堵塞机率将变高，从而导致集线器的工作效率变差。

一般而言，对于采用10Mbps 集线器，其工作站点不宜超过25 个，采用100Mbps 集线器时，也不宜超过35 个。

②半双工

当两台设备在发送和接收数据时，通信双方都能在同一时刻进行发送或接收操作，这样的传送方式就称为全双工。而处于半双工传送方式的设备，当其中一台设备在发送数据时，通信的另一方此时只能接收，而不能发送，因此半双工的通信效率较低。由于集线器采取的是广播方式传输信息，因此集线器传送数据时只能工作在半双工状态下。

⑷集线器的连接

①集线器的单级使用

对于工作站数目较少的情况，使用一个集线器即可胜任的网络，其连接方式如图6 所

图 6 单级使用的集线器

②集线器的级联使用

当一个网络的工作站数目较多，一个集线器所提供的端口不够时，就可将多台集线器进行级联使用，以扩展可用的端口数。级联属于集线器之间的串接，有的集线器提供了一、二个专门用于级联的端口，其端口标识一般为Uplink、MDI 或Out to Hub，对于这类集线器，只需用正常线序的双绞线，通过级联口将集线器彼此连接起来即可。若集线器无级联口，也可通过集线器的普通端口来进行级联，此时的级联线必须使用交叉线，即在正常线序的基础上，将1、3 与2、6 反绞，然后用反绞的双绞线（交叉线）连接两个集线器的任意2 个普通端口即可，网线的线序如图7 所示。

图7 用于级联的交叉线序

集线器的级联用法如图8 所示。从图中可见，Hub2 通过与PC1-PC4 共享Hub1 的带宽，接在Hub2 上的工作站需经两次CSMA/CD 算法才能获得收发权，其获得收发权的概率要小于PC1-PC4，因此，连接Hub2上的工作站连网速度将比接在Hub1 上的要慢。

图8 集线器的级联使用

③集线器的堆叠使用

集线器的级联由于是串接方式，不同集线器的端口获得收发权的概率是不同的，利用堆叠方式，可很好解决该问题，同时堆叠也是扩展端口最快捷、最便利的方式。堆叠使用的各集线器，在逻辑上可视为是一个集线器，各端口获得收发权的概率是均等的。堆叠连接需要专用的堆叠电缆，该电缆在购买集线器时，是随机自带的，参与堆叠的集线器必须是同一型号的集线器。集线器的堆叠连接方法如图9 所示。

图9 集线器的堆叠使用

3．交换机

⑴什么是交换机

交换机是交换式集线器的简称，是网络系统的核心设备，它通过对信息的重新生成，并经内部处理后将信息包转发至目的端口，交换机具备自动寻址和交换功能。交换机工作于OSI 的数据链路层，能识别地址信息，通过解析所传递信息包的目的地址，能将每一信息包独立地从源端口转发至目的端口，从而避免了和其他端口发生碰撞，提高了网络的交换和传输速度。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的

设备。

⑵交换机的工作原理

交换机的工作原理是存储转发，它将某个端口发送的信息先存储下来，然后按照信息包中的目的地址，在交换机的地址表中查找目的计算机所连接的端口，找到后将信息直接发送给目的端口。交换机为每个端口都设立了独立的通道和带宽，一个16 口的百兆交换机，它的每一个端口都享有独立的百兆带宽。

交换机是针对共享式集线器的弱点而推出的，如果将集线器比作一个邮递员，那么这个邮递员是一个不认识字的“傻瓜”，要他去送信，他不知道直接根据信件上的地址将信件送给收信人，只会拿着信分发给所有的人，然后让接收的人根据地址信息来判断是不是自己的；而交换机则是一个聪明的邮递员，交换机拥有一条高带宽的背板总线和内部交换矩阵，交换机的所有的端口都挂接在这条背板总线上的，当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表，以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的网卡是挂接在哪一个端口上，然后通过内部交换矩阵迅速将数据包转发到目的端口。目的MAC 在地址表中若找不到，交换机便采用广播方式，将数据包广播到所有的端口，接收端口回应后，交换机便会将该MAC 地址和所对应的端口记忆下来，并将它添加到内部的地址表中，以后若要向该目的地址发送信息，则就采用直接转发了，从而可见，交换机对目的地址具有记忆和学习功能，是一种智能化的设备。

交换机的背板带宽越宽（背板带宽指的是交换机在无阻塞情况下的最大交换能力），交换机的处理和交换速度就越快。

⑶交换机的主要功能

交换机的主要功能体现在两方面，第一，交换机可以将原有的网络划分成多个子网络，能够做到扩展网络有效传输距离，并支持更多的网络节点。第二，利用交换机可有效隔离网络流量，减少网络中的冲突，缓解网络拥挤状况。

交换机的每个端口都可用来连接一个独立的网段，通常为了提供更快的接入速度，可将提供网络服务的计算机或重要的用户直接接入在交换机端口上，以提供更快的接入速度和支持