网络工程设计实用教程

1. 网络工程设计实用教程 编著：刘昭斌、曹钧尧、谭方勇

2. 教学提示：本章将介绍网络连接中的各类传输介质以及它的连接方式，同时，对网络中使用的相关互联设备进行论述，对典型的网络互联设备进行介绍和选择。教学提示：本章将介绍网络连接中的各类传输介质以及它的连接方式，同时，对网络中使用的相关互联设备进行论述，对典型的网络互联设备进行介绍和选择。 • 教学目标：培养学生掌握网络连接中的各类传输介质的区别以及它的连接方式，在组建网络时，对典型的网络互联设备如何进行相关的选择。 • 重点知识：能根据网络方案设计的要求，进行网络传输介质的选择，确定网络建设中所需的网络互联设备和应用。

3. 4.1 网络建设工程中的传输介质 • 4.2 信息模块的压接技术选择 • 4.3 光缆连接安装技术 • 4.4 网卡选择 • 4.5 集线器选择 • 4.6 交换机选择 • 4.7 路由器选择 • 4.8 中继器选择 • 4.9 网桥选择 • 4.10 网关 • 本章小结

4. 4.1 网络建设工程中的传输介质 在组建计算机网络时，首先应考虑通信线路和通道的选择，也就是考虑与OSI参考模型的物理层相关传输介质的种类、性能以及机械和电气特性。建立物理层的目的就是将原始的比特流从一个节点传输到另一个节点。目前，有多种传输介质可用于网络中比特流的传输，同时在传输的过程中，每一种传输介质在带宽、延时、成本和安装维护难度上都存在一定的差异。而网络传输介质的选择极大地影响通信质量，我们将详细介绍网络传输介质的相关特性和选择。

5. 4.1.1 双绞线 现行双绞线电缆中一般包含4个双绞线对，双绞线的接头模块（信息模块）为具有国际标准的RJ-45连接头(水晶头)和插座。

6. 4.1.1 双绞线 双绞线分为屏蔽(shielded)双绞线(STP)和非屏蔽(Unshielded)双绞线(UTP)，屏蔽双绞线的外面具有一个金属层的甲套，对电磁干扰具有较强的抵抗能力，同时具有较高的数据传输率，但屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线高，适用于网络流量较大的高速网络中应用。与屏蔽双绞线相比，非屏蔽双绞线只有一层塑料的线缆外皮作为屏蔽层，因而质量轻、易弯曲、易安装、组网灵活，非常适合于结构化布线，适用于无特殊要求的相对网络流量不大的场合中。

7. 4.1.1 双绞线 双绞线根据性能又可分为5类、6类和7类，现在常用的为5类非屏蔽双绞线，其频率带宽为100MHz，能够可靠地运行4MB、10MB和16MB的网络系统。当运行100MB以太网时，可使用屏蔽双绞线以提高网络在高速传输时的抗干扰特性。6类、7类双绞线分别可工作于200MHz和600MHz的频率带宽之上，且采用特殊设计的RJ-45插头(座)。双绞线多应用于基于CMSA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collission Detection，载波感应多路访问/冲突检测)技术，即10BASE－T(10Mbps)和100BASE－T(100Mbps)的以太网中，具体规定有：

8. 4.1.1 双绞线 • 一段双绞线的最大长度为100米，它们之间只能连接一台计算机。 • 双绞线的两端中，每端需要一个RJ-45插件(连接头或插座)。

9. 4.1.2 同轴电缆 同轴电缆（Coaxial Cable）又是我们使用的另一种传输介质，广泛使用的同轴电缆有两种：一种为50Ω同轴电缆，用于数字信号的传输，即基带同轴电缆；另一种为75Ω同轴电缆，它既可以用于传输数字信号，也可以传输模拟信号，即宽带同轴电缆。同轴电缆以单根铜导线为内芯，外裹一层绝缘材料，外覆密集网状导体，最外面是一层保护性塑料。故同轴电缆比双绞线具有更高的带宽和更好的噪声抑制特性。

10. 4.1.3 光缆 光纤为圆柱状，由3个同心部分组成--纤芯、包层和护套，每一路光纤包括两根，一根接收数据，一根发送数据。与同轴电缆比较，光纤可提供极宽的频带且功率损耗小、传输距离长、传输率高、抗干扰性强，是构建安全性网络的理想选择。 光缆又分为两类：分别为单模光纤和多模光纤。单模光纤：由激光作光源，仅有一条光通路，传输距离长，2千米以上。多模光纤：由发光二极管作光源，用于低速短距离传输，2千米以内。

11. 4.1.4 网络传输介质的选择 在选择网络传输介质时应当考虑几个因素： • 传输容量。也叫带宽，在传输数字信号时，我们也可以通过传输介质在有效频带宽度内数据的传输速率来描述。 • 信号衰减。在传输过程中信号被传输介质削弱的趋势或失真变形的程度，由于衰减的存在，传输介质在传输数据时的距离是有限的。 • 抗干扰能力。由于外界电磁场的存在，传输介质在传输数据时就会受到干扰。不同传输介质对电磁干扰的抑制能力是不同的。 • 安装难度。介质的安装难易程度影响网络的投资费用和维护费用。 • 价格。在使用中选择性价比较高的传输介质。

12. 4.1.4 网络传输介质的选择

13. 4.2 信息模块的压接技术选择 信息模块的压接就是如何将双绞线与RJ-45连接头（水晶头）或插座进行的连接，在连接过程中，既要考虑双绞线的线序，又要考虑在压接时的注意要点，保证其双绞线与RJ-45连接头或插座连接的可靠。

14. 4.2.1 EIA/TIA568A和EIA/TIA568B的关系 EIA/TIA568A和EIA/TIA568B是由美国通信工业协会和电子工业协会共同制定的商业电信布线标准它们所定义的双绞线各芯线排列的对应关系。

15. 4.2.1 EIA/TIA568A和EIA/TIA568B的关系 EIA/TIA568A和EIA/TIA568B标准规定的双绞线色线的排列

16. 4.2.1 EIA/TIA568A和EIA/TIA568B的关系 直通网线：网线两端的RJ-45连接头与双绞线的连接均按T568A或T568B标准制作，两端的两对双绞线1-2脚和3-6脚直接对应。用在交换机与交换机、集线器与集线器、计算机与计算机之间的连接。 交叉网线：网线一端的RJ-45连接头与双绞线的连接按T568A标准制作，另一端按T568B标准制作。即一对双绞线在一端连1-2脚，另一端连3-6脚；另一对双绞线在一端连3-6脚，另一端连1-2脚，即两端的1-2脚和3-6脚交叉对应。用在交换机、集线器与计算机之间的连接或级联交换机。

17. 4.2.2 双绞线与信息模块的连接技术 双绞线信息模块（插座），左方的信息模块一般用于安装在墙体上的，右方的信息模块一般用于安装在机柜中的。

18. 4.2.2 双绞线与信息模块的连接技术 • 插座制作方法如下： • 根据需要的长度用斜口钳剪取一段双绞线，注意长度至少有0.6m，但最多不超过100m。 • 将双绞线的一端插入压线钳的剥线端，使其露出约2cm，压下钳子的顶部（注意不要太用力），再转动钳子，将双绞线的绝缘层切开，去掉绝缘层，即露出双绞线的内部结构； • 将双绞线白线与色线分开，按照T568A或T568B将8根芯线排列整齐，放入信息模块中的相应卡槽中； • 用压线工具直接压接相应卡槽，将双绞线与卡槽压实，然后盖好信息模块相应的罩盖。用同样的方法完成另一端信息模块的制作。 • 如果条件允许，可利用一些专用检测工具(如RJ-45网线检查器、网络测试仪等)检查线缆的工作是否正常，或者在线路两端利用双绞线缆分别连接两台计算机后，采用Ping命令来检测连通情况。只要制作时认真细心，一般不会出现问题。

19. 4.2.3 双绞线与RJ-45连接头的连接技术 • 水晶头制作过程如下： • 根据需要的长度用斜口钳剪取一段双绞线，注意长度至少有0.6m，但最多不超过100m。 • 将双绞线的一端插入压线钳的剥线端，使其露出约1.5cm，压下钳子的顶部（注意不要太用力），再转动钳子，将双绞线的绝缘层切开，去掉绝缘层，即露出双绞线的内部结构； • 如果在剥除双绞线的外皮时，某些双绞线电缆上含有一条柔软的尼龙线，觉得裸露出的部分太短，而不利于插入RJ-45连接头，可以紧握双绞线的外皮，再捏住尼龙线往外皮的下放剥开，就可以得到较长的裸露线； • 将双绞线白线与色线分开，按照568A或568B将8根芯线排列整齐，再用压线钳上的刀片将线头切齐；

20. 4.2.3 双绞线与RJ-45连接头的连接技术 • 根据排线顺序将双绞线插入RJ-45连接头，注意要插到底，直到在另一端可以清楚的看到每根线的铜线芯为止。如果制作的是屏蔽双绞线，还要注意将双绞线外面的一层金属屏蔽层压入RJ-45连接器的金属片下，不能脱离，否则起不到屏蔽的作用； • 再将RJ-45连接头放入压线钳的 RJ-45插座，用力按下压线钳的手柄，使RJ-45接头夹紧在双绞线上，这样一个RJ-45连接头就做好了。用同样的方法完成另一端的制作。 • 如果条件允许，可利用一些专用检测工具(如RJ-45线路检查器、网络测试仪等)检查线缆的工作是否正常。只要制作时认真细心，一般不会出现问题。

21. 4.2.4 连接信息模块和RJ-45连接头时要注意的事项 • 1、连接双绞线与信息模块时应注意的要点 • 双绞线是成对相互拧在一处的，按一定距离拧起的导线可提高抗干扰的能力，减小信号的衰减，压接时一对一对拧开放入与信息插座相应的卡槽内； • 在双绞线压处不能拧、撕开，并防止有断线的伤痕； • 使用压线工具压接时，要压实，不能有松动的地方； • 双绞线开绞不能超过一定长度要求。

22. 4.2.4 连接信息模块和RJ-45连接头时要注意的事项 • 2、连接双绞线与RJ-45连接时应注意的要点 • 按双绞线色标线序排列，不要有差错； • 双绞线与RJ-45接头点要斩实； • 使用压线钳压实时用力要均匀。

23. 4.3 光缆连接安装技术 光缆中的光纤发出的光信号只能是单向传播，因此在实际应用中一般都是有两条以上的偶数条光纤组成，而且两端都有光接收和发送设备。介绍有关光纤布线中的应用元件和连接方法等。

24. 4.3.1 光纤布线元件 1、多模光缆和单模光缆 所谓“模”是指以一定角速度进入光缆的一束光，单模光缆只能传一种模式的光，多模光缆可传多种模式的光。单模光缆采用激光二极管LD作为光源，多模光缆采用发光二极管作为光源。

25. 4.3.1 光纤布线元件 光缆千兆位以太网的传输距离

26. 4.3.1 光纤布线元件 2、光缆连接器 光缆连接器是用于连接两根光缆或形成连续光通路的可以重复使用的无源器件，已经广泛用在光缆传输线路、光缆配线架、光缆测试仪器和仪表中，是目前使用最多的光缆器件。

27. 4.3.1 光纤布线元件 2、光缆连接器 光缆连接器是用于连接两根光缆或形成连续光通路的可以重复使用的无源器件，已经广泛用在光缆传输线路、光缆配线架、光缆测试仪器和仪表中，是目前使用最多的光缆器件。

28. 4.3.1 光纤布线元件 • 按传输媒介的不同可分为单模光缆连接器和多模光缆连接器； • 按结构的不同可分为FC、SC、ST、D4、DIN、Biconic、MU、LC、MT等各种型式； • 按连接器的插针端面不同可分为FC、PC（UPC）和APC； • 按光缆芯数分还有单芯、多芯之分； • 按端面接触方式分为PC、UPC和APC型。 一般按照光缆连接器结构的不同来加以区分 。

29. 4.3.1 光纤布线元件 （1）FC型光缆连接器 其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光缆端面对微尘较为敏感。

30. 4.3.1 光纤布线元件 （2）SC型光缆连接器 SC型光缆连接器外壳呈矩形，所采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC完全相同。其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式，紧固方式是采用插拔闩锁，不需旋转。此类FC型光缆连接器价格低廉、插拔方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高 。

31. 4.3.1 光纤布线元件 （3）ST型光缆连接器 ST型光缆连接器外壳呈圆形，所采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC完全相同。其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式，紧固方式是采用螺丝扣。此类型光缆连接器适用于各种光缆网络，操作简便，且具有良好的互换性 。

32. 4.3.1 光纤布线元件 （4）MT-RJ型光缆连接器 MT-RJ带有与RJ-45型LAN连接器相同的闩锁机构，通过安装于小型套管两侧的导向销对准光缆，为便于与光收发信号相连，连接器端面光缆为双芯排列设计，是主要用于数据传输的高密度光缆连接器 。

33. 4.3.1 光纤布线元件 （5）LC型光缆连接器 LC型光缆连接器是著名Bell研究所开发的，采用操作方便的模块化插孔（RJ）闩锁机构制成，该连接器所采用的插针和和套筒的结构尺寸是普通SC、FC等连接器所用尺寸的一半，提高了光配线架中光缆连接器的密度。

34. 4.3.1 光纤布线元件 （6）MU型光缆连接器 MU（Miniature Unit Coupling）型光缆连接器是以SC型光缆连接器为基础研发的世界上最小的单芯光缆连接器，其优势在于能实现高密度安装。随着光缆网络向更大带宽、更大容量方向的迅速发展和DWDM技术的广泛应用，对MU型光缆连接器的需求也迅速增长。

35. 4.3.1 光纤布线元件 3、光缆配线架 光缆配线架（ODF）是光传输系统中一个重要的配套设备。它主要用于光缆终端的光缆熔接、光连接器安装、光路的调接、多余尾纤的存储及光缆的保护等，它对光缆通信网络安全运行和灵活使用有着重要作用。

36. 4.3.1 光纤布线元件 光缆配线架作为光缆线路的终端设备具有以下4项基本功能： （1）固定功能 （2）熔接功能 （3）调配功能 （4）存储功能

37. 4.3.1 光纤布线元件 光缆配线架的结构可以分为壁挂式和机架式。

38. 4.3.1 光纤布线元件 4、光缆收发器 光纤收发器可以实现双绞线和光纤两种不同传输介质的转换，能满足远距离、高速、高宽带的以太网工作组用户的需要。产品性能稳定可靠，设计方面符合以太网标准，一般有防雷击保护措施。

39. 4.3.2 光缆连接的制作 光缆连接方法主要有永久性连接、应急连接、活动连接等几种方法。 1.永久性连接（热熔） 这种连接是用放电的方法将两根光纤的连接点熔化并连接在一起。一般用在长途接续、永久或半永久固定连接。其主要特点是连接衰减在所有的连接方法中最低，典型衰减值为0.01-0.03dB/点。但连接时，需要专用设备（熔接机）和专业人员进行操作，而且连接点也需要专用容器保护起来。

40. 4.3.2 光缆连接的制作 2.应急连接（冷熔） 应急连接主要是用机械和化学的方法，将两根光纤固定并粘接在一起。这种方法的主要特点是连接迅速可靠，连接典型衰减值为0.1--0.3dB/点。但连接点长期使用会不稳定，衰减也会大幅度增加，所以只能短时间内应急用。 3.活动连接 活动连接是利用各种光纤连接器件（插头和插座），将站点与站点或站点与光缆连接起来的一种方法。这种方法灵活、简单、方便、可靠，多用在建筑物内的计算机网络布线中。其典型衰减值为1dB/点。

41. 4.3.3 光缆连接技术的设计 1、熔接方式 光纤熔接是目前较多采用的一种连接方式，相对而言，熔接是成功率和连接质量较高的方式，但是同时也应该注意到的是，熔接后的接头是比较容易受损或发生故障的主要因素之一，由于在使用和维护过程中，对设备的维护操作是必须的，因此它的安全性是我们必须考虑的问题。在通常的情况下，熔接可以得到较小的连接损耗，一般在0.2dB以下，但是回波损耗是不容易控制的，同时在光纤熔接过程中，影响熔接质量的外界因素很多，如环境条件、操作的熟练程度、光纤的匹配性等。

42. 4.3.3 光缆连接技术的设计 2、冷接或现场磨接光纤连接器的方式 凡是从事过工厂制造和生产光纤产品的同仁对此十分了解，现场研磨与工厂生产制造是两种无法比拟的完全不同的方式，工厂采用的是专用研磨机器的由粗到精的五道研磨工艺，现场是无法调整压力、无法保持一致的手工研磨。在现今性能越来越高的网络中，很多指标和参数都是极为敏感的，因为链路达不到设计要求或费时费力，让设计者或施工者伤透脑筋，发生损耗超出网络设计的要求、测试无法通过等的事情时有发生。从而，造成工期延误、更改设计或重新规划等后果。

43. 4.3.3 光缆连接技术的设计 德国罗森伯格公司研发了的预连接技术——PreCONNECT，根据现场实际需要可以选择两端预先端接连接器的PE或LSZH的室内或室外光缆，预连接光缆采用专用分支部件，将光缆中的裸光纤在输出端变为可以抗拉、抗压的φ3.0或φ2.0光缆，它最大限度的消除光纤网络设计、施工和使用中，各种不定因素可能对光纤链路造成的损伤或安全影响，充分保证系统安全、满足设计要求的目的。

44. 4.3.3 光缆连接技术的设计 预连接光缆应用方面的几个特点： (1)保护企业投资的有效性和安全性，预连接光缆必须订制，对集成商的前期和实际现场勘察的能力提出更高要求，目的在于充分保证企业对于项目的控制权和使用产品的知情权，避免材料浪费和项目投资的风险。 (2)比较经济,熔接过程需要机器、耗材、时间和人员等，从总体上看，预连接方式没有增加额外的成本。 (3)操作简便、易于安装、节约安装时间，只需按照需要即插即用。

45. 4.3.3 光缆连接技术的设计 (4)已经完成损耗测试，质量稳定，使用可靠。预连接光缆是工厂100%测试的，而安装过程没有附加其他产品，现场测试简单。 (5)光纤链路保护充分。没有熔接点和裸光纤暴露在空气中，不会有老化、接头断裂等忧虑。 (6)维护方便、安全。预连接光缆的分支器的机械性能非常出色，维护或操作过程不会影响光纤正常使用。 (7)可以重新安装和移动。预连接光缆的分支器可以快速和安全的插拔和移动，根据需要重新安装。

46. 4.4 网卡选择 网卡（NIC）又称为网络适配器，是计算机网络中最重要的连接设备之一。网卡安装在计算机中，计算机通过传输介质（双绞线或光纤等）连接网卡，多台计算机通过如此连接后与互联设备（如交换机）相连，这是目前最为流行的局域网的基本结构。

47. 4.4.1 典型网卡产品介绍 1、3Com 3Com 3C905CX EtherLink 10/100MPCI网卡。为使用专用芯片完整的PC管理功能并提供高性能、高可靠性、以及高可管理性。3Com 同时提供3C905-TXM/NM 的两种版本：标准版和Low-Profile版。

48. 4.4.1 典型网卡产品介绍 2、D-link （1）D-Link DGE-530T网卡 该网卡适用网络类型为千兆以太网，传输速率为10/100/1000Mbps自适应，总线类型为PCI，网线接口类型为RJ-45，传输介质类型为3/4/5类UTP，拓扑结构为星型，支持操作系统为Windows98、2000、ME、NT、XP、NetWare。

49. 4.4.1 典型网卡产品介绍 2、D-link （2）DFE-550TX网卡采用32-bit数据传输总线，能够以10Mbps或100Mbps的传输速率对数据进行传输，支持全/半双工模式，可在Windows95、98、2000、NT环境下及运行其他操作系统的主机上运行，使用户能够对数据库进行访问，发送文件及e-mail，共享打印机，扫描仪及其跨办公室、校园外围设备。

50. 4.4.1 典型网卡产品介绍 3、TP-LINK TP-LINK TF-3239D网卡为以太网网卡，支持PCMCIA，总线接口为PCI，全双工，传输速率为10/100Mbps。