组网与网络管理技术.doc

组网与网络管理技术第一讲教学安排一、课程简介组网与网络管理技术课程是中央电大计算机应用专业一门专业基础课，4学分，72学时，其中含实验35学时。该课程主要使学生可以全面而细致地了解组建一个计算机网络的各个环节；从实际出发介绍一些实际的组网和网络管理方法；提高学生对计算机网络基本原理和实际网络的关系的深刻理解；提高学生的计算机网络应用水平；掌握组建网络和进行网络管理所需要的各种专业技术知识。二、课程教材本课程的文字教材包括组网与网络管理技术主教材和组网与网络管理技术实验实验教材两本，录像教材为10讲，每讲50分钟，均由中央广播电视大学出版社出版，陈平主编、主讲。三、其他教学媒体中央电大直播课堂：共1讲，50分钟，主要对教学重点、难点的讲解、期末复习辅导和有关考试说明。网址：/中央电大在线信息发布：给出该课程教学大纲、教学设计方案、期末复习提要、考核说明、教学辅导文章等信息。网址：/武汉电大在线信息发布：给出该课程教学实施方案、期末复习辅导、教学辅导文章等信息。网址：/四、教学媒体进度安排面授辅导：面授辅导和答疑24课时分八次进行，第4、5、6、7、14、15、16、17周周一晚上课。作业练习：共4次作业，完成一次作业将是获得平时成绩的12.5。采用中央电大作业。11月9日前交第一、二次作业。上机实验：每个学生做7个上机实验。保证两人一机。不完成实验不得参加期末卷面考试。五、教学交流与答疑安排两次网上答疑：第一次：10月16日7：309：30，第二次：12月18日7：309：30。六、网上教研会安排两次网上教研会：第一次：9月25日7：309：30，第二次：12月11日7：309：30。七、教学要求见教学大纲。第1章 组网的物理基础内容简介本章主要介绍组网信道的概念、信道类型和特性。介绍各种传输介质的应用领域和具体的参数指标，以及常用的几种连接传输介质的接插件和接口标准。学习目标通过本章的学习，应该做到：1掌握传输介质及接插件的不同特性和应用领域；2理解组网用的物理信道的概念、分类和特性；3了解不同物理信道对传输的影响，最新的信道通信技术。学习进度本章教学安排一次面授辅导。11网络信道112传输技术的分类从广义上讲，网络采用的传输技术有2种类型：广播式网络、点到点网络。广播式网络：网络上的所有机器共享一条通信信道。广域网作用范围通常几十至几千公里。一般采用点到点网络传输技术。局域网在一个较小的范围里，通常是一个单位或一幢大厦。一般采用广播式传输技术。城域网作用范围通常在一个城市范围。一般采用广播式传输技术。113信道的类型我们已经学习了开放系统互连（OSI，Open Systems InterConnection），知道OSI参考模型分为七个层次：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。其中物理层将比特流送到物理媒体上传送，这是通过信道传送的。信道与电路并不等同，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。信道有以下三种工作方式： 单向通信：又称为单工通信。 双向交替通信：又称为半双工通信。 双向同时通信：又称为全双工通信。根据数据在信道上传送的时间顺序，可分为串行传输方式和并行传输方式。为了正确的发送和接收数据，通信双方必须实现某种程度的时钟同步。因此，根据实现同步的方式不同，又可分为同步通信和异步通信。同步通信需要发送方周期性地发送时钟同步信号（可与数据在同一个信道，也可以在不同的信道），接收方根据接收到的时钟信号对数据进行同步接收。在信道上传输的信号类型有两大类： 模拟信号 数字信号114信道的多路复用信道的多路复用技术有几类： 频分多路复用（FDM） 时分多路复用（TDM） 波分多路复用（WDM）频分多路复用的方法是将整个频带划分成若干逻辑信道，每个用户独占某些频段。而时分多路复用则是有所有的用户轮流瞬时地占用整个信道。波分多路复用其实是在光纤信道上使用频分多路复用的一个变种。对于广播信道一般采用多路访问技术。常用的多路访问技术有ALOHA、CSMA/CD、TOKEN RING、TOKEN BUS。115信道的特性信道的重要特性是在给定的信道上存在最高码元传输率和最高信息传输率的限制。通常码元的传输速率为波特（baud），即每秒信号的变化次数。而信息的传输率单位为比特率（bps），即每秒能传输的比特数。两者之间有一定的关系。对于采用二进制的信号方式而言，信道能够以多少波特传输信号，就能够以多少比特率传输比特信息，这时比特率就是波特。而如果采用多进制（如四进制，即每次信号变化代表了2个比特信息），虽然波特没有改变，但每个码元所携带的比特信息数增加了，因此同样的信道能够更快地传输比特信息（如采用四进制时比采用二进制时快一倍）。任何信道都不是理想的，而且带宽有限，在传输信号时的各种失真和干扰，使得信道上存在一个码元传输率的上限。香农关于热噪声信道的主要结论是：任何带宽为HHz，信噪比为S/N的信道，其最大数据传输率为：最大数据传输率（b/s）=Hlog2（1+S/N）。由香农公式可知：信道的带宽愈大和信噪比越大，传输速率就越高。例1.1.1填空：从广义上讲，计算机网络的传输技术有2种主要类型： 和点到点。(P2) 广播式例1.1.2填空：广播式网络中所有机器共享一条_ _。(P2) 通信信道例1.1.3填空：广域网作用的范围较大，一般采用_网络传输技术；局域网在一个相对小的范围内传输信息，一般采用_网络传输技术。(P2) 点到点 广播式例1.1.4填空：开放系统互连OSI的英文全称为_。(P2) Open Systems InterConnection例1.1.5填空：OSI参考模型的七个层次是： 、 、 、 、 、 、 、。(P2) 应用层 表示层 会话层 运输层 网络层 数据链路层 物理层例1.1.6填空：信道有三种工作方式，即： 、 、 。(P3) 单向通信 双向交替通信 双向同时通信例1.1.7填空：为正确的发送和接收数据，通信双方必须实现某种程度的_。(P3) 时钟同步例1.1.8填空：在信道上传输的信号有两大类： 和 。(P3) 模拟信号 数字信号例1.1.9填空：信道的复用的方式通常有： 、 、 。(P3) 频分多路复用（FDM） 时分多路复用（TDM） 波分多路复用（WDM）例1.1.10填空：频分多路复用的方法是将整个频带划分成_，每个用户_ _，时分多路复用则是_ _。(P3) 若干逻辑信道 独占某些频段 所有的用户轮流的瞬时的占用整个信道例1.1.11填空：码分多路复用技术多用于_ _。(Px) 移动技术例1.1.12填空：信道的重要特性是 和 。(P4) 存在最高码元传输率 最高信息传输率的限制例1.1.13填空：对于采用四进制的信号方式，每次信号变化代表 _ 个比特的信息。(P4) 2例1.1.14填空：信道上码元传输速率与带宽之间符合 _ 定理。(P4) 香农例1.1.15单选：在A工作站与B工作站之间可以同时发送和接受信息和数据，这种工作方式称为( )。A单工通信 B双工通信C半双工通信 D全双工通信(P3) D例1.1.16单选：下述( )不属于信道工作方式。A单工通信 B半双工通信C双工通信 D交替通信(P3) D例1.1.17单选：若采用4相调制技术，在1200波特的信道上信息的传输率为( )bps。A1200 B2400C4800 D9600(P4) B例1.1.18多选：关于比特率的描述正确的是( )。A比特率的单位是bpsB比特率的单位是baudC比特率与波特是一回事D比特率与波特之间存在一定的关系(P4) AD例1.1.19判断：广域网一般采用点到点的网络传输技术， 局域网一般采用广播式的网络传输技术。 （ ）(P2) 例1.1.20判断：信道与电路不同，一条通信电路往往包含一条发信信道和一条接收信道。（ ）(P2) 例1.1.21判断：同步通信中的时钟信号必须与数据在同一个信道上发送。 ( )(P3) 例1.1.22简答：对于广播信道，常用的多路访问技术有哪些？(P3)答：常用的多路访问技术有：ALOHA、CSMA/CD、TOKEN RING和TOKEN BUS例1.1.23简答：假设某信道的最大码元传输速率为2400baud，采用四电平的编码方式，该信道的最高数据传输速率是多少？(P4)最高数据传输速率=最大码元传输速率*log2 m (m为电平数)=2400*log2 4=4800(bit/s)答：4800 bps。12传输介质双绞线（TP：Twisted Pairwire）是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。目前，绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP：Unshilded Twisted Pair）和屏蔽双绞线（STP：Shielded Twisted Pair）。虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间，信号的衰减比较大，并且产生波形畸变。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线的质量、长度及传输技术。对于双绞线，用户最关心的是表征其性能的几个指标。1衰减。2近端串扰,串扰分近端串扰（NEXT）和远端串扰（FEXT）。3直流电阻4特性阻抗5衰减串扰比（ACR）6电缆特性有两类双绞线在计算机网络中经常使用。3类双绞线和5类双绞线。5类双绞线比3类双绞线拧的密度更大，绝缘更好，抗干扰性更强，传输距离更长，适合高速网络通信。122同轴电缆有两种广泛使用的同轴电缆。一种是50欧姆电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆；另一种是75欧姆电缆，用于模拟传输，即宽带同轴电缆。同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。同轴电缆具有高带宽和极好的噪声抑制特性。同轴电缆的带宽取决于电缆长度。1公里的电缆可以达到1Gb/s2Gb/s的数据传输速率。还可以使用更长的电缆，但是传输速率要降低或使用中间放大器。目前，同轴电缆大量被光纤取代，但仍广泛应用于有线电视和某些局域网。使用有线电视电缆进行模拟信号传输的同轴电缆系统被称为宽带同轴电缆。“宽带”这个词来源于电话业，指比4kHz宽的频带。然而在计算机网络中，“宽带电缆”却指任何使用模拟信号进行传输的电缆网。如果系统覆盖的区域较广，则需要模拟放大器周期性地加强信号。这些放大器仅能单向传输信号，因此，如果计算机间有放大器，则报文分组就不能在计算机间逆向传输。不过可以采用双缆系统或双向频段来实现逆向传输。从技术上讲，宽带电缆在发送数字信号上比基带电缆差，但它的优点是已被广泛安装。最常用的同轴电缆有下列几种:RG-8或RG-11（50）RG-58（50）RG-59（75）RG-62（93）123光缆光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。在多模光纤中，芯的直径是15m50m，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8m10m。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，它质地脆,易断裂,因此需要外加一保护层。光传输系统由三部分组成，即光源（发射机）、传输介质和检测器（接收机）。习惯上，检测到一个光脉冲表示比特1，而无光脉冲表示0。传输介质是极细的玻璃纤维，称为光纤。当光照到检测器时，它产生一个电脉冲。在光纤的一端放上光源，另一端放上检测器，就组成了一个单向传输信道。电信号被转成光信号后再传输出去，然后接收端再把光脉冲转换为电信号。有两种光源可被用作信号源：发光二极管LED（light-emitting diode）和半导体激光ILD（injection laser diode）。光缆由一捆光纤组成。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质。光在光纤内传输是利用全反射的原理，因此可以几乎无损耗地传输几公里。光纤有单模光纤（Single Mode Fiber）和多模光纤（Multi Mode Fiber）之分，同一根光纤内可以有多种不同的光以不同的反射角传输，这种光纤称为多模光纤。而如果光纤的直径被减少到一个光波波长大小的时候，则光纤就如同一个波导，光在其中没有反射，而沿直线传输，这种光纤称为单模光纤。多模光纤的特点是：成本低，宽芯线，聚光好，耗散大，低效，用于低速度、短距离的通信。单模光纤的特点是：成本高，窄芯线，需要激光源，耗散小，高效，用于高速度、长距离的通信。在使用光缆互联多个小型机的应用中，必须考虑光纤的单向特性，如果要进行双向通信，那么就应使用双股光纤。由于要对不同频率的光进行多路传输和多路选择，因此在通信器件市场上又出现了光学多路转换器。在普通计算机网络中安装光缆是从用户设备开始的。因为光缆只能单向传输。为了实现双向通信，光缆就必需成对出现，一个用于输入，一个用于输出。光缆两端接光学接口器。光缆的优点是：（1）频带较宽。（2）电磁绝缘性能好。（3）衰减较小。（4）中继器的间隔较大。124微波通信微波通信有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。卫星通信的主要特点：1频率高，频段范围宽，通信信道容量大；2传输质量高；3可靠性高；4微波传播受天气影响大；5隐蔽性和保密性较差。125各种传播介质的比较网络的一般拓扑结构分为：总线、树型、环形、星形，而传输介质与拓扑结构有一定的关系：表11 各种传输介质与拓扑结构的关系传输介质拓扑结构总线树型环型星型双绞线基带同轴宽带同轴光缆树型结构只能用宽带同轴电缆是由于宽带信号发送的非双向性使之适宜组成树型结构，而基带信号发送的双向性使之不适宜组成树型结构。星型只采用双绞线是由于其他媒体传输速率太高，在目前技术水平下，无法及时处理由各结点传输过来的数据。下表对光纤和铜线作一比较：表12 光纤和铜线的比较通信介质带宽衰减抗干扰性抗腐蚀性重量防窃听接口价格价格铜线低较大一般较差较重一般便宜中光纤高很小很好很好很轻很好较贵较低例1.2.1填空：目前，双绞线分为两类： _ 和_ 。(P4) 非屏蔽双绞线 屏蔽双绞线例1.2.2填空：串扰（绕）分 _ 和 _ 。(P5) 近端串扰 远端串扰例1.2.3填空：光缆分为 和 两种。(P6) 单模 多模例1.2.4填空：微波通信有两种方式：_ _和_ 。(P7) 地面微波接力通信 卫星通信例1.2.5单选：下列关于双绞线的描述正确的是（ ）。A双绞线的线芯是带有绝缘保护的铝线B双绞线双绞的目的是降低信号干扰程度C双绞线的传输距离高于其他传输介质D双绞线只适合于传输数字信号(P4) B例1.2.6单选：双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞在一起组成，这样可以( )。A降低信号干扰的程度 B降低成本C提高传输速度 D没有任何作用(P4) A例1.2.7单选：哪种类型的同轴电缆用于电视系统( )。ARG-8(50欧姆) BRC-59(75欧姆)CRG-58(50欧姆) DRG-62(93欧姆)(P6) B例1.2.8单选：光纤的缺点是（ ）。A频带较宽B电磁绝缘性能好C衰减较小D价格较高(P6) D例1.2.9单选：下述( )正确的描述了光缆。A多模光纤成本高于单模光纤B一条光缆只能实现单向传输，双向传输需两条光缆C光缆的电磁绝缘性能低于双绞线D光缆的传输距离低于同轴电缆(P7) B例1.2.10单选：微波通信的优点是（ ）。A用于高山之间、海岛之间等无法铺设线路的环境B容易产生多径效应，降低通话质量C微波直线传输，需要建立中继站D具有较大的传输时延(P7) A例1.2.11单选：下述关于无线通信的描述不正确的是（ ）。A微波通信主要依靠电离层B微波是直线传播，可以在距离较远的终端之间建立中继站C卫星通信的传播时延较小D卫星通信的保密性较差(P7) C例1.2.12单选：总线型拓扑结构一般不使用( )作为传输介质。A双绞线 B基带同轴电缆C宽带同轴电缆 D光缆(P8) D例1.2.13多选：局域网的带宽取决于( )。A导线的质量 B导线的长度C使用的协议 D传输技术(P5) ABD例1.2.14多选：下述( )是表征双绞线的性能指标。A衰减B近端串扰C多径效应D特性阻抗(P5) ABD例1.2.15判断：对于双绞线来说，随着线缆长度的增加，信号衰减也增加。 ( )(P5) 例1.2.16判断：多模光缆主要用于高速度、长距离的传输；单模光缆主要用于低速度、短距离的传输。 ( )(P6) 例1.2.17简答：双绞线、同轴电缆各自应用在什么场合？(P4、6)答：双绞线主要应用于星型网络；对传输距离、速度、抗噪要求不高的环境。同轴电缆用于总线型网络；用于要求具有高带宽和噪声抑制极好的环境。例1.2.18简答：采用双绞线比采用同轴电缆的优点是什么？(Px)答：双绞线与同轴电缆相比有如下优点：双绞线制线简单、重量轻、易弯曲、安装简单并节省布线占用的空间；双绞线价格较低；双绞线的抗干扰性能在逐渐提高；双绞线具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。例1.2.19简答：简述光缆的优点。(P7)答：光缆的优点是：(1)频带较宽。(2)电磁绝缘性能好。(3)衰减较小。(4)中继器的间隔较大，因此可以减少整个通道中继器的数目，可降低成本。例1.2.20简答：简述卫星通信的主要特点。(P7)答：卫星通信的主要特点是：(1)频率高，频段范围宽，通信信道容量大；(2)传输质量高；(3)可靠性高；(4)微波传播受天气影响大；(5)隐蔽性和保密性较差。13接口标准及接插件131通信接口一、传输线路与DCE传输线路主要由信号变换器和传输介质两部分组成，信号变换器是对诸如数传机、调制解调器、基带传输器、波形变换器等设备所用的总称。因为信号变换器是传输线路两端的端末设备，所以又称它为线路终端，在数据通信系统中称为“数据线路设备”（DCE，Data Circuit Equipment）。二、数据链路与DTE数据链路又称逻辑链路，主要是指“数据”的传输通路及相关设备。数据链路两端的端末设备，统称为“数据终端设备”（DTE，Data Terminal Equipment）。图11 DTE与DCE之间的关系数据链路是在物理传输线路基础上开辟和连接的一种逻辑通路。因为它不仅是两点间机械的和电气的连接，更重要的是要通过执行链路层协议才能建立起来的逻辑连接。一旦协议终结，这种连接则不复存在，即使机械上和电气上仍然连接着。在一条传输线路上可以通过复用与接入控制相结合的方法同时开辟和连接多条逻辑通路。DTE与DCE由许多种信号线和控制线连接起来。发送时DTE将数据传给DCE，DCE再把数据按比特顺序逐个发往传输线路；接收时DCE从传输线路收下来串行的比特流，然后再交给DTE。很明显，这里需要高度协调的工作。为了减轻用户的负担，就必须对DTE和DCE之间的界面进行标准化。接口就是DTE与DCE之间的界面，为了使不同厂家的产品能够互换或互连，DTE与DCE在插接方式、引线分配、电气特性及应答关系上均应符合统一的标准和规范，这一套标准规范就是DTE/DCE的接口标准（或称接口协议）。世界上有许多制定接口标准的组织，学习网络技术一定要了解这些组织。EIA（Electronic Industry Association）美国电子工业协会。ITU（International Telecommunication Union）国际电信联盟。ISO（International Standards Organization）国际标准化组织。IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）电器和电子工程师协会。132物理通信接口的种类一般通信接口种类按其国际或工业标准分类，实际上就是按规程分类。常用接口有EIA-232/V.24、V.35、X.21、G.703等。其中EIA-232/V.24接口为低速接口，通常情况下其速率上限为20K；V.35、X.21、G.703等接口为高速接口。133 DTE与DCE间的物理接口特性为了完整地描述接口，需要在四个方面进行特性的描述：1机械特性。2电气特性。3功能特性。4规程特性。134 RS-232-C接口标准1机械特性RS-232-C采用表13中符合ISO 2110标准的25芯连接器。标准还规定连接器的阳面（带插针的一头）安装在DTE一侧，阴面（带针孔的一头）安装在DCE的一侧。2电气特性RS-232-C的电气特性与ITU-T V.28所规定的特性相一致，它规定接口线电路采用公共地线、非平衡驱动/接收的电路连接方式。接口线的信号电平规定315V代表逻辑“1”和“断开”；+3+15V代表逻辑“0”和“接通”。传送数据和定时信号时，从3+3V的过渡区跳变时间不得超过1ms或码元宽度的3%。信号驱动器的输出阻抗应小于300，接收器的输入阻抗应在37k之间。在上述参数范围内，可保证在15m距离以内提供最高20kbps的数据速率。3功能特性RS-232-C定义了21根接口线的功能，每根线具有一个功能。接口线功能分为五类：A类为接地线，B类为数据线，C类为控制线，D类为定时线，S类为次（辅助）信道信号线，每一根接口线用两个大写英文字母组合命名，第一个字母是该类的类别字母，第二个字母用于区分同类中的不同线名。图1-3 RS-232-C接口中的主要连接线，圆括号内为引脚号在大多数的应用中，不需使用全部21根接口线。在异步传输中，除了不用定时信号线外，多数控制线可不用，五根辅助信号线则更少使用。4规程特性DTE/DCE接口操作过程分为呼叫建立、数据传输和拆除线路等三个阶段。135 X21接口标准1机械特性X.21的机械接口采用由IS04903标准规定的15芯连接器。136 调制解调器把计算机发送的数字信号转换为适应模拟信道传输的信号的过程称为调制，实现调制的设备就称为调制器。把经过调制后信号还原成数字信号的过程称为解调，相应的设备叫做解调器。调制解调器便是具有这两种设备功能的器件。调制解调器的通信方式有三种：1单工方式。2半双工方式。3全双工方式。根据调制解调器与计算机的联接方式可以分为两种：1外接式调制解调器。2内置式调制解调器。根据信号的调制方式，调制解调器分为：1.频带调制解调器。2基带调制解调器。常用的调制解调器设置命令1拨号命令ATDT。2应答命令ATA。3摘机/挂机命令ATH。4设置缺省值ATZ。5保存设置AT&W0。例1.3.1填空：DCE的中文是 ，它又称为线路终端，是传输线路两端的 。(P9) 数据线路设备 端末设备例1.3.2填空：DTE