第03章-网络通信介质及通信设备

1、第3章 网络通信介质及通信设备本章内容网络通信介质 同轴电缆 双绞线 光纤 红外线传输 微波通信网络通信设备 网卡 调制解调器 集线器 交换机 路由器 无线设备3.1.1 同轴电缆1、同轴电缆的结构外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体同轴电缆由内导体铜质芯线单股实心线或多股绞合线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层组成。同轴电缆的特点由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有较好的抗干扰特性特别是高频段，能够保证数据在电缆中准确无误地传输。适合高速数据传输。数据在同轴电缆中的传输距离也比双绞线远，不过价格自然也比双绞线高。广泛使用的同轴电缆有两种：阻抗为50 (欧姆)的基带同轴电缆一般用

2、于二进制数据信号的传输，多用于计算机局域网阻抗为75 的宽带同轴电缆用于高带宽数据通信，支持多路复用,常见于有线电视系统的信号传输2、同轴电缆的分类分类阻抗用途RG-5975有线电视RG-5850细缆以太网RG-1150粗缆以太网同轴粗缆和同轴细缆应用于计算机网络的基带同轴电缆主要有两种，即“粗缆和“细缆。1同轴粗缆粗同轴电缆，直径1.27cm 简称AUI同轴粗缆的特点同轴粗缆由于直径较粗，因此弹性较差粗缆的连接头的制作方法也相对复杂得多，不能直接与计算机连接，它需要通过一个转接器转换后，才能连接到计算机上。粗缆的强度较强，具有较高的可靠性，网络抗干扰能力强，最大传输距离也比细缆长，粗缆的主要

3、用途是用作网络的主干线。同轴粗缆的配件BNC接头收发器终端电阻 2同轴细缆 细缆细同轴电缆，直径0.26cm，简称BNC 最大传输距离185m 同轴细缆外观和内部结构 同轴细缆的特点线材价格和连接头本钱都比较低，且不需要购 置集线器等设备。适合架设终端设备较为集中的小型以太网络。安装时，同轴细缆线总长不要超过180m，否那么信号将严重衰减。同轴细缆的配件终端电阻T型接头BNC接头 关于BNC接头 BNC接头，是一种用于同轴电缆的连接器，全称是Bayonet Nut Connector刺刀螺母连接器，这个名称形象地描述了这种接头外形，又称为British Naval Connector英国海军连

4、接器，可能是英国海军最早使用这种接头或Bayonet Neill ConselmanNeill Conselman刺刀，这种接头是一个名叫Neill Conselman的人创造的。 BNC接头可没有被淘汰，因为同轴电缆是一种屏蔽电缆，有传送距离长、信号稳定的优点。目前它还被大量用于通信系统中，如网络设备中的E1接口就是用两根BNC接头的同轴电缆来连接的，在高档的监视器、音响设备中也经常用来传送音频、视频信号。 被淘汰只不过是10Base-2以太网，这种网络使用50欧的RG-58A/U同轴电缆的，速率为10Mb的，总线型网络，维护不便。所以现在组建这种网络的BNC接口网卡也被淘汰了。3.1.2

5、双绞线 双绞线Twisted Pair是一种最常使用的有线物理传输介质。它由两根绝缘的铜线互绞在一起而得名。将两根导线绞在一起的目的是减少来自其他导线中的信号干扰。相对于其他有线物理传输介质同轴电缆和光纤来说，双绞线价格廉价，也易于安装使用，但在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制。双绞线电缆的分类 屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线(UTP)1屏蔽双绞线STP 屏蔽双绞线 封套/外壳 金属箔屏蔽层 双绞线对 2非屏蔽双绞线UTP 非屏蔽双绞线 封套/外壳 双绞线对 2、双绞线的分类 TIA/EIA 568标准中对双绞线进行了标准的说明，将双绞线电线分成1,2,3,4,5和6类，

6、不久又提出了7类，所有这些电缆都必须符合TIA/EIA 568标准，使用最多的是3类或5类双绞线。1类线CAT 1：一种包括两个电线对的UTP形式。1类适用于话音通信，而不适用于数据通信。因为其每秒最多只能传输20千位Kbps的数据。2类线(CAT 2):一种包括4个电线对的UTP形式。数据传输速率可以到达4Mbps。由于其数据传输速率较低，因此2类线很少用于目前的网络中。常用的双绞线的类别、带宽和典型应用绞合线类别带宽典型应用316MHz低速网络；模拟电话420MHz短距离的10BASE-T以太网5100MHz10BASE-T以太网；某些100BASE-T快速以太网5E（超5类）100MHz

7、100BASE-T快速以太网；某些1000BASE-T吉比特以太网6250MHz1000BASE-T吉比特以太网；ATM网络7600MHz可能用于今后的10吉比特以太网至今为止，国际标准化组织有关7类双绞线的标准还没有正式推出。3、双绞线的连接方法 双绞线双绞线的线序标准有两种 EIA/TIA 568 AEIA/TIA 568 B EIA/TIA规定的两种线序标准标准568A：白绿，绿，白橙，蓝，白蓝，橙，白棕，棕。 标准568B：白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕。RJ45水晶头1直接连接法直通线正线两端线序一样，都是568B标准568B：白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕。这种网线

8、一般是用在集线器或交换机与计算机之间的连接。 2交叉连接法交叉线一端为另一端的1、3和2、6线对调，一端是568A，另一端是568B 1 2 3标准568A：白绿，绿，白橙，蓝，白蓝，橙，白棕，棕。 6 标准568B：白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕。这种网线一般用在集线器交换机的级连、效劳器与集线器交换机的连接、对等网计算机的直接连接等情况下。经常用于两台电脑直接互连传送数据。双绞线交叉连接法的各线的作用 3.1.3 光纤光纤是光导纤维的简称，是一种性能非常优秀的网络传输介质。 依靠光波承载信息，用光脉冲的出现表示“1 ，不出现表示“0 。由于可见光的频率非常高，因此一个光纤通信系统的

9、传输带宽远远大于目前其它各种传输媒体的带宽。(通常2500030000GHz)1、光纤的结构和物理特性 护套包层通常，光纤一端的发射装置使用发光二极管light emitting diode,LED或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件来检测脉冲。光缆由于光纤非常细，连包层一起的直径也不到0.2mm，因此必须将光纤做成很结实的光缆。光缆的芯数就是里面有几根纤芯，常用的有4，6，8，12，24，48，96，144等 入射角临界角，反射高密度低密度光线的发射与折射光线在光纤中的折射折射角入射角 包层（低折射率的媒体） 包层（低折射率的媒体） 纤芯（高折射率的媒体） 包层纤

10、芯如果从纤芯射到纤芯外表的光线的入射角足够大大于某一个临界角度，光线碰到包层时就会折射回纤芯，出现全反射。这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。光纤的成分光纤的材料主要有超纯二氧化硅SiO2多成分光导玻璃纤维塑料纤维 等 几种材料构成的光纤的特点 采用超纯二氧化硅制成的光导纤维，技术和价格本钱都非常高，但是其传输损耗是所有光纤材料中最小的。采用多成分光导玻璃纤维材质制作的光纤，性价比最高。目前，用户通常使用的就是这种光导纤维。采用塑料纤维制造的光纤传输损耗最大，但是本钱较低，一般只用于短距离通信。2、光纤分类1多模光纤2单模光纤多模阶跃光纤多模渐变光纤(多模梯度光纤)1多模光纤 多模光纤的

11、中心玻璃芯较粗，一般为50m或62.5m，大致与人的头发的粗细相当，可传输多种模式的光。但其模间色散较大，而且随距离的增加会更加严重，这就限制了传输数字信号的频率。因此，多模光纤传输的距离比较近，一般只有几公里。 根据光纤的折射率沿径向分布函数不同又进一步分为多模阶跃光纤，和多模渐变光纤。 2单模光纤 单模光纤的中心玻璃芯很细直径为8m10m ，一般为9m或10m，只能传一种模式的光。这是与多模光纤最大的区别。 正因为如此，单模光纤的模间色散很小，对光源的稳定性的要求较高，适用于远程通信。单模光纤和多模光纤的区别 单模光纤和多模光纤的区别在于光线在光纤内的传播方式不同光纤的传播模式1、多模，阶

12、跃折射率模式2、多模，渐变折射率模式3、单模有失真有失真几乎无失真单模光纤和多模光纤的比照单模光纤的传输性能优于多模光纤，但单模光纤价格较贵单模光纤多用于长距离、大容量的主干光缆传输系统多模光纤只适合近距离传输，一般多在局域网中使用3、光纤的特点优点：体积小，重量轻频带宽，通信容量非常大传输过程中信号衰减小中继器数量少，中继距离长，对远距离传输特别经济电磁隔离，抗雷电干扰性能好无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据缺点：安装困难，将两根光纤精确地连接需要专用设备目前光电接口价格高几种导向传输媒体的比较抗3.1.4 无线传输使用非导向媒体进行无线传输的原因：在交通不便、施工不便的地方高山、海

13、洋、城市，或距离较远的情况下，使用无线传输方式，本钱较低。信息技术的开展，人们要求在运动中进行 通信或计算机通信。1、红外线传输 红外线通信是一种近距离、低功耗、保密性强的通讯方案。 红外线链路只需一对收发器，可调制不相干的红外光，在视线距离的范围内传输，具有很强的方向性。 主要应用于近距离进行“点对点的直线数据传输，因此在小型的移动设备中获得了广泛的应用。蓝牙通信蓝牙技术是爱立信、IBM等5家公司在1998年联合推出的一项无线网络技术。“蓝牙Bluetooth开始于瑞典爱立信公司的一个工程，最初的名字叫Harald Blaatand。哈洛德Harald Blaatand是丹麦的一个国王940

14、981年他统一了丹麦和挪威。 Blaatand翻译成英语的Bluetooth。 Bluetooth是一种采用了全球通用的短距离无线连接技术，使用与微波相同的2.4GHz附近免付费、免申请的无线电频段。为防止此频段电子装置众多而造成的相互干扰，因而以一千六百次高难度跳频以及加密保密技术。传输速率在432Kbps到721Kbps不等，传输范围大约为10米左右。蓝牙标准中广为应用的成熟版本为 1.1，带宽约1Mbps，而也有的版本达2Mbps。 2.0版速率是3Mbps。2、微波通信 微波在空间主要是直线传播。主要的工作频率范围为2 GHz40 GHz。传统的微波通信分为：地面微波通信：利用定向抛物

15、线在较低的GHz范围内收发信号。卫星微波通信：在定向抛物线和天线之间传输信号。1地面微波通信 地面微波通信是以直线方式传播，各个相邻站点之间必须形成无障碍的视距传播，这就是经常看到采用高架天线塔进行微波发送的主要原因。 地面微波的工作频率范围一般为120 GHz，由于受到地形和天线高度的限制，两微波站间的通信距离一般为3050 km。2卫星通信 卫星通信适合播送数据发送，通过卫星中继站，可以将信号向多个接收结点进行发送。卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。信息传输的时延和平安性差是卫星通信的两个最大的弊端。同步卫星发射出的电磁波能辐射到地球上的通信覆盖区的跨度达18000

16、多公里。而同步卫星的视角几乎是120度宽。因此从原理上讲，只要地球赤道上空的同步轨道上，等距离地放置3颗相隔120度的卫星，就能根本上实现全球的通信。 卫星微波波段频率(GHz)下行(GHz)上行(GHz)问题C4/63.74.25.9256.425地面上的干扰Ku11/1411.712.214.014.5降雨Ka20/3017.721.727.530.5降雨，设备价格高近地卫星 高度在500千米以下的航天器轨道称为低轨道，500km 2000km高的轨道称为中轨道。中、低轨道合称为近地轨道。地球同步卫星地球同步卫星距赤道的高度约为 36000km，相对于地球静止于赤道上空。从地面上看，卫星保

17、持不动；从地球之外看，卫星与地球共同转动。信号带宽：(bandwidth)是指信号具有的频带宽度，单位是Hz赫或千赫、兆赫、吉赫等。在模拟信道中，表示通信线路允许通过的信号频带范围就称为线路带宽(通频带)。 在数字信道中，“带宽是所能传送的“最高数据率同义语，单位是“比特每秒。3.2 网络通信设备3.2.1 网卡网卡，又称为网络接口卡 NIC (Network Interface Card)或网络适配器(adapter) 网卡的作用CPU高速缓存存储器I/O 总线计算机至局域网网络接口卡（网卡）串行通信并行通信计算机通过网卡和局域网进行通信网卡的重要功能： 进行串行/并行转换；对数据进行缓存；

18、在计算机的操作系统安装设备驱动程序；实现以太网协议。网卡的种类 1.根据网络种类划分 ATM网卡令牌环网网卡以太网网卡 以太网的连接比较简单，使用和维护起来比较容易，我们日常使用的网卡都是以太网网卡。 2.根据传输速率划分 按传输速率即其支持的带宽分为:10Mbps网卡100Mbps网卡10/100Mbps自适应网卡千兆网卡应用于效劳器等产品领域 3.根据工作对象来划分效劳器专用网卡PC网卡笔记本电脑专用网卡无线局域网网卡 1效劳器专用网卡 效劳器专用网卡是为了适应网络效劳器的工作特点而设计的。为了尽可能降低效劳器CPU的负荷，一般都自带控制芯片。2PC网卡 在市场上常见的通常都是适合于PC机

19、使用的PC网卡，此类网卡价格低廉、工作稳定，现已被广泛应用。 现在很多主板上都有集成网卡。 3笔记本电脑专用网卡 笔记本专用网卡，即为PCMCIA网卡。PCMCIA是英文“PERSONAL COMPUTER MEMORY CARD INTERNATIONAL ASSOCIATION的缩写(个人计算机存储卡国际协会 )PCMCIA是专门用在笔记本或PDA、数码相机等便携设备上的一种接口标准总线结构。4无线局域网网卡 无线局域网网卡是针对无线用户的网卡，它遵循IEEE802.11a、802.11b、802.11g标准。 IEEE美国电子电气工程师协会 4.根据主板总线类型划分 1)ELSA与ISA

20、网卡 由于EISA和ISA是早期的总线类型，ISA总线不支持100MHz的数据传输，因此ISA总线的网卡几乎已经被淘汰。2PCI网卡 PCI是一种32位或64位的总线结构，它已经成为几乎所有个人计算机所采用的总线结构之一。 ISA网卡 PCI网卡3USB网卡 USB接口网卡是新近推出的产品，这种网卡是外置式的，具有不占用计算机扩展槽的优点，因而安装更为方便，主要是为了满足没有内置网卡的笔记本电脑用户。5.根据网卡接口划分 1RJ-45接口 2BNC接口 3混合接口 (RJ-45接口、BNC接口、AUI接口 )3.2.2 调制解调器 一、调制解调器的功能与用途 是一个将数字信号与模拟信号进行互相

21、转换的网络设备。调制把数字信号转换为模拟信号的过程。解调把模拟信号转换为数字信号的过程。 调制解调器PC 机电话交换网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 源系统目的系统传输系统PC 机二、调制解调器的种类 1内置式Modem 2外置式Modem 将网络互相连接起来要使用中间设备，中间设备又称为中间系统或中继relay系统。根据中继系统所在的层次，可以有以下几种中继系统： 物理层中继系统：中继器或转发器(repeater)。特殊的中继系统：集线器(hub)。数据链路层中继系统：交换机或网桥(bridge)。网络层中继系统：路由器(router)。网络层以上的中继系统：网关(gatew

22、ay)。当中继系统是中继器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。 网关由于比较复杂，目前使用得较少。互联网都是指用路由器进行互连的网络。中继器在保证信号质量的前提下，双绞线的最大传输距离为 100米。当两台电脑之间的距离超过100米时，需要安装一个“中继器，将已经衰减得不完整的信号经过整理，重新产生出完整的信号再继续传送。 中继器就是普通集线器的前身，集线器实际就是一种多端口的中继器。集线器一般有4、8、16、24、32等数量的RJ45接口，通过这些接口，集线器便能为相应数量的电脑完成“中继功能。由于它在网络中处于一种“中心位置，因此集线器也叫做“

23、Hub 3.2.3 集线器 集线器的英文称为Hub(义为：中心、枢纽) 集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有结点集中在以它为中心的结点上。 集线器集线器类型 1按端口数量来分 8口、16口、24口、32口等种类 集线器上每个端口的真实速度除了与集线器的带宽有关外，与同时工作的设备数量也有关。各个用户会平分总带宽，却又不能同时通信。例如，一个带宽为10Mb的集线器上连接了8台计算机，当这8台计算机同时工作时，那么每台计算机真正所拥有的带宽是10/8=1.25Mb 2.按带宽划分 通常可分为l0Mbps, 100Mbps,10/100Mbps自适应 3

24、种10Mb带宽的集线器的传输速度最大为10Mbps，即使与它连接的计算机使用的是100Mbps网卡，在传输数据时速度仍然只有10Mbps。 10/100Mbps自适应集线器能够根据与端口相连的网卡速度自动调整带宽，当与10Mbps的网卡相连时，其带宽为10Mb；与100Mbps的网卡相连时，其带宽为100Mb，因此这种集线器也叫做“双速集线器。 集线器的缺乏 用户的数据包向所有结点发送，很容易遭到网络中其他计算机非法截获，导致数据通信不平安。 集线器采用共享带宽方式，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，将导致集线器的工作效率很差，如发生信息堵塞、碰撞等。集线器连接

25、了一个冲突域的网络。 3个限制阻碍了主干集线器应用当各系的LAN用集线器互联时，先前独立的这些系的碰撞域变成了一个大的、公共的碰撞域。如果各个不同的系使用不同的以太网技术，采用一个主干集线器也许不能将这些系的集线器互联。每个以太网技术10Base2、10Base5 、10BaseT等对在碰撞域内最大允许的节点数、碰撞域内两台主机之间的最大距离，以及在多级设计内最大允许级数都有约束。这些约束限制了能够连接到一个多级LAN的主机总数和改多级LAN的地理范围。如：某大学有三个系，各自有一个局域网三个独立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用集线器组成更大的以太网(都在一个碰撞域中)一系三系二系主干

26、集线器一个更大的碰撞域碰撞域一系当把主干集线器换成交换机之后，每一个系的那局部网段是一个独立的碰撞域。三系二系碰撞域碰撞域碰撞域交换机3.2.4 交换机 交换机的英文名为“Switch，也叫交换式集线器，它通过对信息进行重新生成，并经过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用。由于交换机根据所传递分组的目的地址，将每一分组独立地从源端口送至目的端口，防止了和其他端口发生碰撞。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。 快速以太网交换机 交换机在同一时刻可进行多个端口组之间的数据传输。并且每个端口都可视为是独立的网段，相互通信的双方单独享有全部的带宽，无须同其他设备竞争

27、使用。对端口组的理解：当主机A向主机D发送数据时，主机B可同时向主机C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽假设此时它们使用的是10Mbps的交换机，那么该交换机此时的总流通量就等于210Mbps=20Mbps。 交换机与集线器的区别 工作原理不同集线器的数据传输方式是播送方式, 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，当网络规模较大时性能会受到很大的影响，很容易产生“播送风暴；交换机的数据传输是有目的的，数据只对目的结点发送，并且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带宽占用方式不同(集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享带宽，在同一时刻只能有两个端口

28、传送数据，其他端口只能等待；而交换机每个端口都有一条独占的带宽)传输模式不同(集线器半双工，交换机全双工)工作层面不同(从OSI体系结构来看，集线器在物理层，交换机工作在数据链路层交换机与集线器智能与非智能的区别集线器只是连接多个计算机的网络设备，它只能起到信号放大和传输的作用，不能对信号中的碎片进行处理，所以在传输过程中容易出错。而交换机那么可以看作为是一种智能型的集线器，它除了拥有集线器的所有特性外，还具有自动寻址、交换、处理的功能。并且在数据传递过程中，发送端与接收端独立工作，不与其它端口发生关系，从而到达防止数据丧失和提高吞吐量的目的。 例题有10个站连接到以太网上，试计算以下三种情况

29、下每一个站所能得到的带宽：10个站都连接到一个10Mbps的以太网集线器；10个站都连接到一个100Mbps的以太网集线器；10个站都连接到一个10Mbps的以太网交换机；10站共享10Mbps，每站1Mbps10站共享100Mbps，每站10Mbps每站都有10Mbps交换机的种类 1根据网络覆盖范围分 1广域网交换机 2局域网交换机 2.根据传输介质和传输速度划分 1以太网交换机 2快速以太网交换机 3) 千兆以太网交换机 4) ATM文换机 5FDDI交换机 6令牌环交换机 3.2.5 路由器 路由器，英文名称为Router。是一种连接多个网络或网段的网络设备。路由器能将不同网络、网段或

30、VLAN之间的数据信息进行“翻译，以使它们能够相互“读懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。金门大桥南北横跨宽度1900多米的金门海峡，将旧金山市与Marin县连结起来。1933年开工，1937年5月竣工，花费四年多时间和10万多吨钢材，耗资达3550万美元建成 。 被誉为近代桥梁工程的一项奇迹，也被认为是旧金山的象征。1980年夏天 路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最正确传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。路由器的作用当主机 A 要向另一个主机 B 发送数据报时，先要检查目的主机 B 是否与源主机 A 连接在同一个网络上。如果是，就将数据报直接交付给目的主机 B 而

31、不需要通过路由器。但如果目的主机与源主机 A 不是连接在同一个网络上，那么应将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。这就叫作间接交付。间接交付间接交付间接交付ABC直接交付直接交付直接交付不需要使用路由器但间接交付就必须使用路由器最正确路由不存在一种绝对的最正确路由算法。所谓“最正确只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。 路由选择是个非常复杂的问题它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。 路由器如何确定最正确路由？路由表

32、目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表未给出默认路由器路由表Routing Table是保存到达其他网络的路由信息的数据库，包含目的网络地址网络号、传输路径、传输开销等。以及子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好静态路由；也可以由系统动态修改动态路由：由路由器自动调整，或由主机控制 根据目的网络地址查找路由表并确定分组转发路径的过程称为路由选择Routing。路由

33、表的信息随网络拓扑的变化而变化建立、更新路由表的算法称为路由算法Routing Algorithm：网络中的每个路由器都会根据路由算法，定时地更新路由表中的信息或在网络拓扑发生变化时更新其路由表。自动学习、记忆网络的变化并根据路由算法重新计算路由的协议称为路由选择协议Routing Protocol。内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol) 即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP路由信息协议 和 OSPF 开放最短路径优先协议。外部网关协议 EGP (External Gateway Protocol) 假设源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报