组建计算机局域网-组建小型快速局域网

第三章计算机网络基础3.1计算机网络概述3.2网络体系结构和协议3.3局域网组网技术

3.3.1局域网常见类型3.3.2网络互联设备3.3.3互联网接入方式3.3.4网络操作系统3.3.5网络安全

思考与分析题3.3局域网组网技术

局域网具有其显著特点：1）通常覆盖的地理范围比较小，不超过几十米，甚至在一个园区、一幢建筑或一个房间内；敷设专用的传输介质如双绞线、同轴电缆、光纤等。2）局域网数据传输的速率比较高，从最初的1Mbps到后来的10Mbps、100Mbps，近年来已达到1000Mbps、10Gbps；3）数字数据信号基带传输，局域网具有较低的延迟和误码率，其误码率一般为10-8

—10-11；4）共享介质访问控制技术，避免多个用户同时使用通道而产生冲突，是局域网的关键技术，CSMA/CD、Token。5）局域网的经营权和管理权属于某个机构单位所有，实现数据通信和资源共享，与广域网通常由服务商提供形成对照。局域网技术分类以太网（Ethernet）——最早产品为10base-5,10base-2,传 输速率10Mbit/s，后来10base-T；快速以太网：100BaseTX、100BaseT4和100BaseFX；千兆以太网：1000BaseLX、1000BaseSX、1000BaseCX、 1000BaseT令牌网（TokenRing）—20世纪70年代由美国IBM公司开发，传输速率16Mbit/s，时至今日仍然是IBM的主要局域网技术。FDDI（FiberDistributedDataInterface)光纤分布式数据接口——由美国国家标准学会制订协议，传输速率100Mbit/s

。ATM(AsynchronousTransferMode)网——采用基于信元的异步传输模式和虚电路结构。传输速率155Mbit/s。3.3.1局域网常见类型目前常见的局域网类型包括——以太网（Ethernet）、令牌环网（TokenRing）、光纤分布式数据接口（FDDI）等，它们在拓朴结构、传输介质、传输速率、数据格式等多方面都有许多不同。其中应用最广泛的当属以太网——一种总线结构的LAN以太网——是1973年美国Xerox公司开发成功的，不久后由Xerox、DEC、Intel三家公司联合开发发布了以太网规范说明2.0，CSMA/CD介质访问控制方式。经修改后，1985年以IEEE802.3标准公布。10Mbps以太网物理层1.以太网（Ethernet）CSMA/CD的要点是： “多点接入” “载波监听” “碰撞检测”

“随机延迟后重发”（1）传统以太网

10Base以太网传统以太网——指最早进入市场的10Mbit/s速率的以太网。10Base以太网——10-传输速率为10Mbit/s，Base-基带传输。 10base-5——粗同轴电缆网 10base-2——细同轴电缆网 10base-T——双绞线+HUB网(a)粗同轴电缆组网10Base-5网络结构图10Base-5总线型网络结构粗缆以太网是最初使用的以太网10Base-5网设备组成

用户工作站——每一台连到网络上的个人计算机（PC），向局域网请求服务并访问共享资源。可以有自己单独的操作系统，并安装网络操作系统中的工作站连接软件，引导连接工作站上网。网络适配器（网卡NIC）——采用曼彻斯特数字编码方式。网卡通过DB-15型接口(15针，类似于显示器接口)与AUI电缆相连。AUI电缆——即收发器电缆(transceivercable)，连接网卡与收发器（AUI）。10Base-5网设备组成（续）媒体连接接口

(AttachmentUnitInterface)

——又称收发器AUI，由两部分组，一部分是含有电子元器件的媒体连接单元MAU

(MediumAttachmentUnit)，另一部分是没有电子元器件的插入式分接头(tap)，称为媒体相关接口MDI(MediumDependentInterface)，它直接插入到电缆中(不用切断电缆)就能和粗同轴电缆（50Ω）连接。收发器的内部导线有良好的接触连接。传输介质—采用RG-11andRG-850Ω(直径约10mm）的粗同轴电缆网络互联设备—中继器网络服务器—网络服务之核心，规模较大/配置较高的计算机。具有三个网段的10BASE-5结构10Base-5网络特点最大网段长度500m。最大网段数5个，其中3个网段可以连接节点，其余被用作加长距离；最大网络长度2500m。工作站到收发器的最大距离50m，收发器最小间隙2.5m。最多使用4个中继器。每网段最多100个节点（设备）。最大网络节点数300个。干线段每一端均需有一个50Ω终结电阻，其中之一必须接地。（b）细同轴电缆组网中继器10BASE-2网络结构图10Base-2总线型网络结构10BASE-2网设备组成用户工作站—广义上的用户（PC机等）网络适配器（网卡）——采用曼彻斯特数字编码方式。通过BNC接头连接BNC-T型细同轴电缆连接器，衰减极大，抗干扰稍差，适于短距离、较少分解头。传输介质——采用RG-58A/U50Ω(直径约5mm）的细同轴电缆。（RG-58/75Ω——CableTV）T型连接器网络互联——中继器网络服务器——一台或多台规模较大/配置较高的计算机，提供文件服务/打印服务/邮件服务等网络服务10Base-2网络特点最大网段长度185m。最大网段数5个，其中3个网段可以连接节点，其余被用作加长距离；最大网络长度925m。最多使用4个中继器。BNC-T型连接器间最小间隙2.5m。每网段最多30个节点（设备）。最大网络节点数90个。干线段每一端均需有一个50Ω终结电阻，其中之一必须接地。10BASE-5与10BASE-2配置比较（c）10BASE-T网络结构HUB+双绞线星形结构，由此出现综合布线系统。传输介质传输介质——使用0.4-0.6mm

24AWG

双绞线 UTP——UnshieldedTwistedPair STP——ShieldedTwistedPairUTPSTP568A的RJ-45插座对于模拟式语音终端，全行业的标准作法是将触点信号和振铃信号置入工作站软线4、5（线对1）的两个引针上。剩余的引针1、2（RD）3和6（TD）分配给数据信号（线对2和3）。引针7、8直接连通（线对4），留作备用。12345678Pair2,(Orange)Pair3,(Green)Pair1,(Blue)Pair4,(Brown)568B的RJ-45插座12345678Pair2,(Orange)Pair3,(Green)Pair1,(Blue)Pair4,(Brown)网络适配器(NIC-网卡)网卡的作用提供计算机到网络的物理连接（如RJ-45接头连接集线器）它同时将PC机的总线系统中并行数据转换成网络介质要求的串行数据，及反转换。提供基本的寻址功能，网卡硬件地址（MAC地址）在网卡出产时被烧制在网卡的只读存储器上，并且是唯一的。网卡能够对信道中的信息进行侦听，并根据自身的MAC地址识别自己应该接收的信息。当与网卡连接的计算机或其他设备作好接受信息的准备后，网卡便将从外部接收的信息提交给这些设备；当与网卡连接的计算机或其他设备需要向外界发送信息时，网卡会在信道信息流中寻找间隙，并将信息送上信道。10BASE-T网络设备-集线器网络互联设备——中继器、集线器（Hub）、交换机10Base-T网络特点传输速度10Mbps。通常使用RJ-45连接器，针1、2用于发送，针3、6 用于接收最大收发长度100m。最大网段数5个，其中3个网段可以连接节点。最大网络节点数1024个。三级HUB的10BASE-T网粗缆、细缆和双绞线混合网HUB有8、12、16或24个双绞线接口，一个BNC和DIX接口三种以太网布线上述的三种以太网的主要指标的比较如表5-1所示。三种以太网比较（2）以太网技术总线网的特点——当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据。这种通信方式是广播通信。为了在总线上实现一对一的通信——可以使每一台计算机拥有一个与其他计算机都不同的地址。在发送数据帧时，在帧的首部写明接收站的地址。仅当数据帧中的目的地址与计算机的地址一致时，该计算机才能接收这个数据帧。CSMA—控制方式CSMA/CD的媒体接入控制方式，其意思是带冲突检测的载波侦听多路接入（CarrierSense,MultipleAccesswithCollisionDetection）——一个站要发送，首先需监听总线，以确定介质上是否存在其他站的发送信号；如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。因为电磁波在总线上总是以有限的速率传播的。因此当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非是空闲的。传输时延—对载波监听影响强化碰撞CSMA/CD工作流程图使用CSMA/CD协议时，以太网工作站不可能全双工通信同时进行发送和接收而只能进行半双工通信双向交替。每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。以太网的这一特点称为发送的不确定性以太网的端到端往返时延2

称为——争用期(contentionperiod)。争用期又称为碰撞窗口(collisionwindow)。为了使每个站都能尽可能早地知道是否发生了碰撞，以太网还采取一种叫做强化碰撞的措施。这就是当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号(jammingsignal)以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞如图所示。CSMA/CD控制特点CSMA/CD要点载波监听多路访问／冲突检测协议（CSMA/CD-CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）——不但先听后发，还边听边发，任何站的冲突侦听电路检测出总线上的冲突，即停止发送帧，并向总线广播干扰阻塞信号。

CSMA/CD的要点是：“多点接入”“载波监听”“碰撞检测”“随机延迟后重发”为了通信的简便，以太网采取了两种方法。采用无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据（载波监听，广播通信）。不要求收到数据的目的站发回确认。不要确认的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的，因此：以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付以太网通信服务特点（3）快速以太网传输速率为100Mbit/s。信道编码——采用4B/5B编码替代曼彻斯特码。共享网仍采用IEEE802.3的CSMA/CD的介质访问协议。增加自适应功能，同时支持10M和100M带宽（共享/交换网），便于网络升级100BASE标准中的信号线分工技术发送接收电压10BASE-T1,23,62.5V±0.3V100BASE-TX1,23,61.0±50mV100BASE-T41,2/4,5/7,83,6/4,5/7,83.5V±0.35V线缆对数和线路电压比较（4）1000Base吉比特以太网吉比特以太网帧结构（不变）吉比特以太网编码技术图吉比特以太网的体系结构以太网最大网段距离传输介质以太网10BASE快速以太网100BASE吉比特以太网1000BASE最大网段距离5类以上UTP100米100米100米STP/同轴线缆500米100米25米多模光纤2千米412米(半双工)220米(半双工)2千米(全双工)单模光纤25千米20千米5千米以太网主要技术参数以太网快速以太网吉比特以太网编码方式曼彻斯特编码4B/5B、8B/6T8B/10B工作频率20MHz31.25MHz125MHz双工方式半双工/全双工半双工/全双工半双工/全双工（半双工不常用）时间槽512位时间512位时间512字节时间帧间间隔9.6μs0.96μs0.096μs最大帧长度1518字节1518字节1518字节最小帧长度64字节64字节512字节重发上限16次16次16次后退上限10次10次10次阻塞序列32位32位32位典型吉比特以太网的配置（5）10吉比特以太网10Gbps传输介质与传输距离名称描述传输介质传输距离10GBase-SR805nmLAN接口50/125um光纤65m10GBase-LR1310nmLAN接口62.5/125um光纤300m10GBase-ER1550nmLAN接口50/125um光纤240m10GBase-LW1310nmWAN接口单模光纤10km10GBase-EW1550nmWAN接口单模光纤40km10吉比特以太网特点10吉比特以太网只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也受CSMA/CD协议限制。这就使得10吉比特以太网的传输距离不再受进行碰撞检测的限制而大大提高了。吉比特以太网的物理层使用已有的光纤通道的技术，而10吉比特以太网的物理层则是新开发的。有下述两种不同的物理层（1）局域网物理层LANPHY（2）可选的广域网物理层WANPHY10吉比特以太网工作范围已经从局域网(校园网、企业网)扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输数字通信系统信源编码——将信息（如文字、符号、数据）或信号（语音、图像）接一定的规则进行数字化。信道编码——为了让数字基带信号能够适应传输信道的特性（电或光）所进行的码型转换。信道编码—非归零码(NRZ)不归零码(NRZ，Non-ReturntoZero)二进制数字0、1分别用两种电平来表示。常常用－5V表示1，＋5V表示0（与常识高电平1，低0相反）。缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。曼彻斯特编码(ManchesterCode)用电压的变化表示二进制数字0和1。

高→低的跳变代表0，

低→高的跳变代表1每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，这种编码也称为自同步码(Self-SynchronizingCode)。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。4B/5B编码教材：第二章P18-19页2.令牌环网令牌环（Token-Ring）与IEEE802.5网全等同或兼容。数据在环内单方向传送，那个站点收到令牌Token才有权将数据负载在令牌上传达，同时置“忙”符号，令牌在环中不断循环。令牌环（Token-Ring）IEEE802.5令牌环网最初由IBM开发，是一种非常可靠的网络体系结构。令牌环网使负载很重，仍具有确定的响应时间。令牌环IEEE802.5标准规定了三种操作速率：1Mbit/s、4Mbit/s和16Mbit/s。Token-Ring其组成包括节点（适配器即网卡）、插入器(TAP)、插入器连线、及传输媒体。实际上Token-Ring是环形与星形的组合，结构较复杂。令牌总线（ARCnet/Token-Bus）IEEE802.4令牌总线访问控制是在物理总线上建立一个逻辑环，每个站被赋予一个顺序的逻辑位置，和令牌环一样，站点只有取得令牌才能发送帧，令牌在逻辑环上一次传递。这种结构用的较少。令牌总线MAC帧格式3.光纤分布式数据接口（FDDI）WS-WorkstationSRV-ServerFDDI—双令牌环网组网方式FDDI网特点FDDI（FiberDistributedDataInterface)光纤分布式数据接口是一个采用光纤做传输介质的双令牌环网，主要特点如下双环上的数据传输以相反的方向访问，双环中有一个作主环，传输数据，另一个是次环，备用。FDDI的介质访问控制采用分时令牌环，每一刻可以有多各令牌随带数据包在环上传送，传输速度100Mbit/s。相邻站间最大长度可达2km，最大站间距离为200km，连接500多台设备。具有动态分配带宽能力，故能同时提供同步和异步数据服务,分组长度最大为4500字节不受电磁和射频噪声干扰。FDDI主要用作校园环境的主干网4.ATM信元头部有效载荷5Byte

48Byte信元将话音、数据和图像等数据分解成长度固定的数据块各数据块前加上地址、优先级等控制信息ATM是一种高速分组交换技术，采用了以信元(Cell)为单位的存储转发，故又称为信元交换。信元由5字节的信元头部和48字节的有效载荷构成信元结构同步时分复用-TDM原理——把时间分割成小的时间片（帧），每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。由于每路数据总是使用每个时间片的固定时隙，所以这种时分复用称为同步时分复用（Synchronous—TDM)

在ATM网络中，空信元以一定的速率出现，发送站只要获得空信元即可把信息插入到信元中发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步传输模式ATM(AsynchronousTransferMode)，实际上就是统计时分复用。异步传输模式ATMATM网特点采用基于信元的异步传输模式和虚电路结构：面向连接(虚连接)，按序递交；固定大小的信元，便于高速处理(可用硬件实现)，传输速率155-622Mbps。支持语音、视频和数字多媒体通信，即B-ISDN，可以实时地传送语音和活动图像。以ATM交换机为局域网核心交换机。ATM是现今唯一可同时应用于局域网与广域网两种网络应用领域的网络技术。局域网技术的发展路径FDDI网100Mbps2km以太网10Mbps100m快速以太网100MbpsATM155Mbps吉比特以太网3km10吉比特以太网令牌网16Mbps5.无线局域网IEEE802.11无线局域网（WLAN）——使用电磁频谱来传递信息。它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。（1）WLAN有2种主要的拓扑结构——即自组织网络（对等网络，即人们常称的AdHoc网络）和基础结构网络（infrastructure）自组织网络基础结构网络自组网和基础结构网自组织型WLAN——是一种对等网络,是最简单的无线局域网，是一种无中心的拓扑结构。由一组有无线接口卡的无线终端（特别是移动电脑）组成。这些无线终端以相同的工作组名、扩展服务集标识号（SSID）和密码以对等的方式相互直连，在WLAN的覆盖范围之内，进行点对点或点对多点之间的通信。它的建立是为了满足暂时需求的服务。基础结构型WLAN——要求有一个无线固定基站充当无线接入中心站（AP，AccessPoint），所有站点对无线网络的访问，均由AP中心站控制。在这种拓扑结构中，利用AP中心站可以实现高速的有线或无线骨干传输网接入。*便携站与移动站便携站(portablestation)和移动站(mobilestation)表示的意思并不一样。便携站当然是便于移动的，但便携站在工作时其位置是固定不变的。移动站不仅能够移动，而且还可以在移动的过程中进行通信。移动站一般都是使用电池供电。无线局域网组网无线局域网组成——由无线网卡、无线接入点（AP）、计算机和有关设备组成。无线局域组网方式点对点型——常用于固定的要联网的两个位置之间。优点是传输距离远，传输速率高，受外界环境影响较小。点对多点型——常用于有一个中心点，多个远端点的情况下。特点是组建网络成本低、维护简单；由于中心使用了全向天线，设备调试相对容易，但是，波束的全向扩散使得功率大大衰减，网络传输速率低，对于较远距离的远端点，网络的可靠性不能得到保证。混合型——用于所建网络中有远距离的点、近距离的点，还有建筑物或山脉阻挡的点。对于远距离的点使用点对点方式，近距离的多个点采用点对多点方式，有阻挡的点采用中继方式。无线局域网用途用于一些布线困难、上网设备经常移动的环境，及搭建临时性的网络。因其自身的优越特性被作为有线网络的补充技术被广泛的应用。（2）802.11标准--物理层802.11标准中物理层的3种实现方法：红外线基带物理层和直接序列扩频DSSS与跳频扩频FHSS

两种无线电频率物理层

(a)红外技术(InfraRed)——使用波长为850-950nm的红外线作为传输介质，受阳光干扰大，适合在室内传送数据。接入速率为1

2Mbit/s，适合于近距离通信。(b)直接序列扩频DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)使用2.4GHz的ISM频段（即主要是开放给工业,科学、医学三个主要机构使用的IndustrialScientificMedical

2.4-2.4835GHz频段），在发射端扩展信号的频谱，而在接收端将扩频信号还原成原始信号。当使用二元相对移相键控时，基本接入速率为1Mbit/s。当使用4元相对移相键控时，接入速率为2Mbit/s。（c）跳频扩频FHSS跳频扩频FHSS——(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)是另一种扩频技术跳频按随机规律不断改变载频频率，接收端的频率也按随机规律变化，并保持与发射端的变化规律一致。跳频越高，抗干扰的性能越好。军用的跳频系统可以达到上万跳每秒，实际上移动通信GSM系统也是跳频系统。FHSS它也使用(2.4—2.4835GHz)的ISM频段。共有79个信道可供跳频使用。第一个频道的中心频率为2.402GHz，以后每隔1MHz一个信道。（3）无线局域网采用CSMA/CA协议IEEE802.11标准在MAC子层采用“带冲突避免(CA)”的载波监听多路访问协议，简称CSMA/CA。为了减少无线设备之间同一时刻同时发送数据导致冲突的风险，IEEE802.11引入了称为请求发送（RTS)/清除发送(CTS）的机制。（a）如果发送目的地是无线节点，数据到达AP中心站后，该AP站将会向无线节点发送一个请求发送RTS帧，请求一段用来发送数据的专用时间；（b）接收到RTS请求帧的无线节点将回应一个CTS帧，表示它将中断其它所有的通信，直到该AP站传输数据结束；（c）其它设备可以监听到传输事件的发生，同时将在此时间段的传输任务向后推迟。未能检测出媒体上已存在的信号的问题叫做隐蔽站问题(hiddenstationproblem)。站B向A发送数据。而C又想和D通信。但C检测到媒体上有信号，于是就不敢向D发送数据。其实B向A发送数据并不影响C向D发送数据。这就是暴露站问题(exposedstationproblem)。无线局域网的媒体问题（4）802.11标准—速率最初IEEE802.11标准于1997年6月公布，是第一代无线局域网标准。该标准定义了物理层和媒体访问控(MAC)协议的规范，由于在无线网络中冲突检测较困难，媒体访问控制(MAC)层采用避免冲突(CA)协议，而不是冲突检测（CD），但也只能减少冲突。无线局域网系列协议：IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g

IEEE802.11a、bIEEE802.11b——第二代无线局域网络协议标准其带宽最高可达11Mb/s，实际的工作速度可以调整为1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps，通常工作速率是5.5Mbps。IEEE802.11b使用的是开放的2.4GB频段，不需要申请。既可作为对有线网络的补充，也可独立组网

。IEEE802.11a——标准的传输优点是传输速度快，采用OFDM(正交频分复用)调制方式，速度可达54Mbps，完全能满足语音、数据、图像等业务的需要。缺点是无法与IEEE802.11b兼容，致使一些早已购买IEEE802.11b标准的无线网络设备在新的802.11a网络中不能用。IEEE802.11g标准IEEE802.11g标准——完全兼容IEEE802.11b标准且与IEEE802.11a速率上兼容。IEEE802.11g也工作在2.4GHz频段内，支持54Mbps的传输速率。这样通过IEEE802.11g原有的IEEE802.11b和IEEE802.11a两种标准的设备就可以在同一网络中使用。54Mbps的IEEE802.11a和IEEE802.11g实际可调整工作速度有54Mbps、48Mbps、36Mbps、24Mbps、18Mbps、12Mbps、11Mbps、9Mbps、6Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps，共12个不同速率可动态转换，以发挥相应网络环境下的最佳连接性能。（5）无线网络安全问题无线网络安全问题——除了具有有线网络的不安全因素外，还容易遭受窃听和干扰、冒充、欺骗等形式的攻击。WEP不具备认证、访问控制和完整性校验功能，不能完全保证加密传输的有效性，一旦WEP遭到破坏，这类机制的安全也就不复存在。3.3.2网络互联设备互联设备（中继器、集线器、网卡、交换机，调制器、路由器等）

传输介质,适配器终端设备——服务器/工作站计算机网络设备终端设备传输介质网卡网络互联设备（5）网络安全设备（6）软件1.服务器与工作站--等终端设备

服务器：网络服务之核心，一台或多台规模较大/配置较高的计算机（具备高速处理及快速存取功能的存储器），提供：文件/打印/邮件等网络服务。

工作站：广义上的用户。每一台连到网络上的个人计算机（PC），支持：多种网络协议（最广泛使用的TCP/IP协议）2.传输介质无线传输介质无线电频率传输（RadioWave)微波传输（MicroWave）红外传输（InfraredLight)激光传输介质：用于连接网络间的设备，因每种传输介质的电气性质的差异，存在连接速率、效率差异。有线传输介质双绞线（UTP-UnshieldedTwisted-Pair，STP)同轴电缆（CoaxialCable)光纤（FiberOpticCable）

常用传输介质(1)双绞线（twistedwire）双绞线：具有绝缘保护层的铜导线（1对/两根，共4对/8根）对按一定螺旋节距互绞在一起的传输媒体。每一对线作为一条通信链路，可降低传输过程中辐射的电磁波（被另一根导线产生的电磁波抵消）非屏蔽双绞线（UTP，UnshieldedTwisted-Pair）、

屏蔽双绞线（STP，ShieldedTwisted-Pair）。特点：

成本低，速度快，可靠性高。适合近距离数据传输，广泛应用于语音和100Mb/s网络数据传输。用于网络的双绞线和用于电话系统的双绞线是有差别的。UTP类型及其应用UTP类型性能（Hz）用途CAT-1NoneNoneCAT-21MTelephonewiringCAT-316M10BaseT，TokenRing4M，ISDNlowspeedCAT-420MTokenRing16MHZEIA/TIA为非屏蔽双绞线制定了布线标准UTP类型及其应用UTP类型性能用途CAT-5100M100BaseTX，100VG-AnyLAN，TokenRing20M，CAT-5e100M基本取代了CAT5，可达125Mb/s数据传输速率CAT-6250M主要用于100Base-T网络传输CAT-7600M线缆的一个新标准，预计带宽可达600Mb/s(2)同轴电缆（CoaxialCable）同轴电缆——同轴电缆由内部导体环绕绝缘层以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的护套组成。内导体为实芯或多芯硬质铜线电缆，外导体为硬金属或金属网。内外导体之间有绝缘材料隔离，外导体外还有外皮套或屏蔽物。同轴电缆类型同轴电缆目前主要用于本地网（LAN）——基带同轴电缆有线电视（CATV，75欧：RG-59

）——宽带同轴电缆海底电缆通信中。同轴电缆特点有很好的保密性和抗干扰性。同轴电缆的频带宽度要比双绞线宽得多，其上限频率一般可达到几百兆赫兹以上。衰减与频率的平方根成正比；因此在远距离传输和宽带工作时仍需要用到均衡器。(3)光纤（FiberOpticCable）外层芯层光导纤维结构与光的传播原理光纤是由细如发丝的塑胶或玻璃纤维，外加护套的组成。阶跃折射率型光纤结构如图示，芯层是由较高折射率的材料制成，外包层是折射率较低的材料，只要光的人射角足够小，光信号就能沿着芯层传播，并且在两层之间产生全反射。光纤的规格8/125μm单模光纤62.5/125μm多模光纤单模8.3/125um

多模62.5/125um、50/125um、100/140um（IBM）光纤传输特点光纤的很多优点使得它在远距离通信中起着重要作用。光纤与电缆相比有如下优点：（1）光纤有较大的带宽，通信容量大。（2）光纤的传输速率高，能超过1000Mbit/s。（3）光纤的传输衰减小，连接的范围更广。（4）光纤不受外界电磁波的干扰，因而电磁绝缘性能好，适宜在电气干扰严重的环境中应用。（5）光纤无串音干扰，不易被窃听和截取数据，因而安全保密性好。

目前，光缆通常用高速的主干网络。无线传输介质——简称无线（自由或无形）介质或空间介质。通常无线传输介质通过空气进行信号传输。无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理的连接器，当通信设备之间由于存在物理障碍而不能使用普通传输介质时，可以考虑使用无线介质。无线电波可以穿透墙壁，也可以到达普通网络线缆无法到达的地方。(4)无线传输介质电磁频谱及其用途名称频率范围波长主要传播方式用途超低频VLF3～30kHz电话长波30～300kHz1～10km地表面波传播导航广播（远距离）中波300～3000kHz0.1～1km地表面波传播AM广播（船舶、飞行通信）短波3～30MHz10～100m地表波、电离层反射传播（Citizen’sBand）调幅广播超短波VHF30～300MHz1～10m直射波传播对流层散射传播TVandFM广播UltraHighFreq.30～3000MHz1m直射波传播TVSuperHF3～30GHzTerrestrialandsatellite微波ExtremeHF30～300GHz实验红外infrared〉300GHzTVRemoteControlLasersLasersurgery评价传输介质的性能带宽—传输介质带宽以Hz为单位，不同编码方式， 可得到不同网络带宽（以bit/s为单位）。衰减性-——抗干扰性（电磁干扰）成本——安装难易程度——3.网络设备连接器RJ45-双绞线用DIX（即AUI）粗同轴电缆用BNC-细同轴电缆用光纤头4.网络互联设备LANWAN中继器（Repeater）、集线器（Hub），网卡（NIC）、交换机（Switcher）、网桥、调制解调器（Modem），路由器（Rout）、网关。(1)中继器中继器（Repeater）是最简单的网络互联设备，工作在OSI模型的第一层物理层，主要功能连接和延伸同类型局域网（协议相同），增加网络有效传输距离，传输媒体可以不同。

由于存在损耗，在线路上传输信号的功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，导致接收错误，中继器就是为解决这一问题而设计的。——中继器负责在两个节点的物理层上按位（Bit）传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。(2)集线器（Hub）集线器（HUB）同样工作在OSI模型的物理层，其主要功能是对接收信号进行再生放大，以扩大网络传输距离，其实质是一个多口中继器；同时，集线器是对网络进行集中管理的最小单元，把所有节点集中在以它为中心的节点上。

特点：正是因为HUB只是一个信号放大和中转的设备，所以它不具备自动寻址能力，即不具备交换作用。所有传到HUB的数据均被广播到与之相连的各个端口，容易形成数据堵塞。(3)网卡网络适配器(NIC-网卡)——工作在OSI模型第二层数据链路层提供计算机到网络的物理连接（如RJ-45接头连接集线器）它同时将PC机的总线系统中并行数据转换成网络介质要求的串行数据，及反转换。网卡提供基本的寻址功能，这个硬件地址（MAC地址）在网卡出产时被烧制在网卡的只读存储器上，并且是唯一的。分10Mbit/s,10/100Mbit/s,100Mbit/s,1000Mbit/s等.交换机——是专门设计使计算机能够相互高速通信、独享带宽的网络设备。交换机拥有一条高带宽的背板总线，所有的端口都挂接在这条背部总线上，背板总线与端口构成一个内部交换矩阵。交换机进行帧交换的方式主要有：直通式、存储转发和碎片隔离三种。二层交换机工作在OSI模型的第二层“数据链路层”，交换机基于MAC地址的识别，完成数据包（帧）转发。三层交换机具有OSI模型的第三层“网络层”的功能，能解析第三层数据包的IP地址，以数据包的形式高速转发数据。(4)交换机存储转发——交换方式当交换机控制电路从某一端口接收到数据包后，先存储起来，并读取包头中的源MAC地址，将源端口与源MAC地址的对应关系添加至地址表；然后，对数据包进行CRC（循环冗余码校验）检查，无错误数据包才取出其MAC目的地址，查找其内存中的地址表，以确定该数据包发送目的地址的网卡连接在交换机的哪一个端口上；如果地址表中存在该目的MAC地址对应的端口，则立即将数据包直接复制到这个端口上；如果在MAC地址表中没有找到该MAC地址，即该目的MAC地址是首次出现，则将该帧发送到所有其它端口（源端口除外），相当于该帧是个广播帧，拥有该MAC地址的网卡在接收到该广播帧后，将立即作出应答，使交换机将“端口号—MAC地址”对照表添加到地址表。交换机根据以太网中的源地址来更新地址表——当一台计算机打开电源后，安装在该计算机中的网卡会定期发送空闲包或信号，交换机即可据此得知与其连接的计算机及其网卡的物理地址。交换机内有一个忘却机制——当某一物理地址在一定时间内不再出现（可设定，默认为300s），交换机自动将该地址从地址表中清除，当下一次该地址重新出现时，交换机将其作为新地址重新记入地址表中。交换机地址表的更新机制

集线器——存在的主要问题是“广播”数据，所有用户共享带宽，每个用户的可用带宽随接入用户数的增加而减少。多个用户可能同时争用信道，严重影响数据传输效率。交换机——“存储转发”数据，为每个用户提供专用的信息通道，除多个源端口企图同时将信息发往同一个目标端口的情况外，各个源端口与其目标端口之间均可同时进行通信而不会发生冲突，从而可以提高数据的传输效率。交换机与集线器的区别网桥的基本功能---交换机源地址跟踪—自动建立所能发现相连站点的MAC地址数据库帧转发和过滤—自动存贮接收来的帧，通过查询地址表寻 址，转发到目标地址。过滤与源地址同LAN的帧、拒绝特定地址帧的转发（网络管理模块设定）、协议过滤生成树协议—任何两个LAN之间仅有一条逻辑路径；避免扩 展LAN的逻辑拓扑结构产生回路协议转换—将要传输的帧转换成目的网络的帧格式后再转发分帧和重组—如FDDI最大帧长度4500Byte，IEEE802.3 以太网最大帧长度1518Byte，网桥在FDDI和以太网之间 转发帧时，要进行帧分割和重组管理功能—对扩展网络状态进行监视，统计转发、丢失帧（5）网桥-Bridge网桥——网桥是连接两个局域网的一种存储转发设备。它工作在OSI的第二层（数据链路层），具有在不同网段之间再生信号的功能，更具MAC地址寻址转发帧功能，它可以有效地连接相互独立的局域网，扩大网络的服务范围。交换机是典型的网桥设备。网桥分为——本地网桥和远程网桥两类，本地网桥又分为内桥和外桥两类，此外还有无线网桥。内网桥与外网桥结构服务器内桥集线设备工作站工作站外桥工作站远程与无线网桥结构远程桥Modem公共电话网远程桥Modem(6)调制解调器Modem——调制解调器调制器——将终端和计算机数字信号转换为适合在模拟信道上传输的模拟信号。解调器——将模拟信号变换还原为数字信号。通常所说Modem集成调制器和解调器的双重功能，根据计算机连接的模拟通信网方式和类型区分为传统Modem，ADSLModem和CableModem等。调制解调器传统Modem—连接计算机RS232接口和公共电话网（PSTN）入口，速率56Kbit/s。。ADSLModem——将计算机RJ-45接口和电话集成连接到一个公共电话网（PSTN）入口，下载速率8Mbit/s，上传输速率1Mbit/s。CableModem——连接计算机RJ-45接口和有线电视（CATV-CommunityAntennaTelevision）入口，速率已达10Mbit/s。ISDN专线—2B+D=2*64+16Kpbs，ISDN路由器，RS232接口。（7）路由器-Router路由器——工作在OSI的第三层“网络层”上，其最基本的功能是基于IP地址转发数据包,常用于连接异种网络和逻辑上分开的网络的网络互联设备路由器——能在不同网络或网段之间进行数据信息“翻译”，使它们能够相互“读懂”对方的数据，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，从而构成一个更大的网络，是一种连接多种网络或逻辑子网网段的网络设备。路由器作用将两个或更多个逻辑上相互独立的子网（Subnet）连接起来，每个网络都有自己唯一的网络地址（NetworkAddress），路由器具有判断网络地址和选择路由功能，是LAN中的“默认网关”，WAN接入设备。可以在速度不同、介质不同的异种网络间进行数据转换，在两个LAN间按帧传输数据。异种网络与逻辑子网路由器能在异种网络互联与多子网互联环境中，建立灵活的连接，是适合在运行多种网络协议的大型网络中使用的网络互联设备,它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。异种网络——数据分组和介质访问（协议）不相同的网络。逻辑子网——逻辑上分开的子网络（IP地址网络ID不同）。网段——物理上或逻辑上分开的子网络。在通过路由器实现的互连网络中，路由器要对数据包进行检测，判断其中所含的目的IP地址，若数据包不是发向本地网络的某个节点，路由器就要转发该数据包，并决定从哪个网络接口转发出去（可能是路由器，也可能是最终目的节点）。路由器及工作原理(1)接收来自它连接的某个网站的数据。(2)将数据向上传递到协议栈的网际层，舍弃网络层的信息，并且重新组合IP数据报。(3)检查IP报头中的目的地址。如果目的地址位于发出数据的那个网络，那么路由器就放下被认为已经达到目的地的数据。(4)如果数据要送往另一个网络，那么路由器就查询路由表，以确定数据要转发到的目的地所在网络接口。(5)路由器确定哪个适配器负责接收数据后，就通过相应的网络层软件传递数据。*路由表—RoutingTable路由表——（RoutingTable）是路由器或者其它互联网网络设备上存储的路由信息表。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。静态路由表——在系统安装时就根据网络配置情况，由系统 管理员预先设定好的路由表。动态路由表——路由器根据路由协议(RoutingProtocol) 提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，建立并 能自动调整的路由表。*动态路由表方式——距离矢量法（DV）——路由器周期性地收集来自别的路由 器的间接资料建立自己的路由信息表，同时将自己的 路由表传递给下一台路由器。每台路由器收到路由变 化信息后要更新自身的路由表。——存在无穷计数 （Count-to-Infinity)和增加网络负载问题。仅支持 16台以下路由器的网络。连接状态法（LV）——路由器通过获得网上所有路由器的 直接路由资料在本机内结合成一张完整的路由表。每 台路由器向全网广播自己的直接路由资料。——支持 路由器达65535台网络。*连接状态法路由计算原理图A1B1网A网B网C网D路由器1路由器3路由器2A1B1B1C1C1D1A1B1B1C1C1D1A3B2C1D1路由计算*路由选择路由选择准则：Hop数——数据必须经过的中间路由器台数，愈少愈好。Tick数——数据传输到目的站所需时间(1Tick=1/18.2s) 愈短愈好。其他如收费最短标准等。路由选择——路由器按照路由通信协议，查找路由表（包 含整个互联网络各节点及节点间的路径情况和相联 系的传输费用），基于预先确定的路由选择准则选 择最优的路径。RIP--距离向量（DV）路由协议RIP协议——路由信息协议（RoutingImformatiomProtocol，RIP）是一种简单的路由选择协议，RIP通常利用跳数来作为计量标准，采用距离向量算法，所以也称为距离向量（DV）协议。RIP是一种内部网关协议。RIP协议路由器——收集所有可到达目的地的不同路径，并且保存有关到达每个目的地的最少站点数的路径信息，除到达目的地的最佳路径外，任何其它信息均予以丢弃。同时路由器把所收集的路由信息用RIP协议通知相邻的其它路由器。这样，正确的路由信息逐渐扩散到了全网。OSPF—链路状态（LV）的路由协议OSPF协议——开放最短路径优先协议（OpenShortestPathFirst，0SPF）是基于链路状态（LV）的路由协议，需要每个路由器向其同一管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息，包括所有接口信息、所有的量度和其它一些变量。利用0SPF的路由器首先必须收集网上所有链路状态信息，本机内结合成一张完整的路由表，再根据一定的算法计算出到每个节点的最短路径。路由器主要性能参数路由器主要性能参数：吞吐量、时延、支持的路由协议、网络协议和管理平台、支持LAN接口类型和服务类型。标准路由协议—IGRP、RIP（小型网）、OSPF。NAT—网络地址转换，将一个Internet唯一地址转换为多个专用网络地址（私有网络地址），连接Internet的路由器和边界路由器选用。VRRP—虚拟路由器冗余协议。VPN—虚拟专用网。通过加密技术，在公共服务线路中形成一条专用线路，为Internet连接提供安全性和保密性。DHCP—动态主机配置协议。1）路由器在网络层上实现多个网络之间互连。2）路由器在多个网络之间选择最佳路径进行数据传输。3）路由器要求节点在网络层以上的各层中使用相同或兼容的协议。路由器的特点（1）路由器的优点适用于大规模的网络。为数据提供最佳的传输路径。能更好地处理多媒体。安全性高。隔离不需要的通信量。节省局域网的频宽。减少主机负担。（2）路由器的缺点不支持NetBEUI等非路由协议。安装和设置复杂。价格较高。路由器的特点网关指在网络高层实现多个网络互联的设备。网关一般工作在OSI七层协议中的上三层（或TCP/IP协议的应用层），网关又称协议转换器，它将协议进行转换，保留原有的信息内容，但对数据重新分组，以便能在不同协议的两个网络系统间进行通信。（8）网关-Gateway网关实现网络互联层次网络层实现互联—WAN与WAN互联，网关处理互联网中网络层、数据链路层和物理层协议的转换。应用层实现互联——连接多个终端的终端控制器PAD，本质上网关执行两套（或多套）完整协议。传输层实现互联——LAN与WAN互联，网关具有将LAN传输层及其下各层协议转换成WAN传输层及其下各层的协议的功能。网关作用与特点网关作用是使处于网络上采用不同高层协议的主机仍然可以互相合作。特点是：实现异构网（不同体系LAN、WAN网）互联。网关只能针对特定应用，不可能有通用网关。网关可以采 用硬件实现也可以采用软件实现。常见网关设备都是用于网络中心的大型计算机系统之间的连接上，为普通用户访问更多类型的大型计算机系统提供帮助。3.3.3互联网接入方式将各个子网接入因特网的大家庭，目前常用的有：公共电话交换网接入综合业务数字网接入（不对称数字用户线接入）混合光纤/同轴电缆网接入数据通信网接入（X.25、FR、DDN)等方式。1.公用电话网PSTN接入

公用电话交换网(PublicSwitchTelephoneNetwork,PSTN)，也被称为“电话网”，具备两个十分实用的特点。(1)费用方面有较大实惠。(2)在实际应用中，虽然有这么多种网络接入方法，但有时却只能选择Modem拨号方式。2.综合业务数字网ISDN接入

用户终端通过终端适配器+网络终端入网综合业务数字网（IntegratedServicesDigitalNetwork—ISDN）——提供一组标准的用户/网络接口，使用户能够利用已有的一对电话线，连接各类终端设备，分别或同时进行电话、传真、数据、图像的综合业务(多媒体业务)通信。

窄带N-ISDN与宽带B-ISDN

ISDN用户终端与ISDN局端（交换机）的连接采用数字用户线。ISDN除了具有PSTN所具有的电路交换能力外，还应具有分组交换等数据交换功能和公共信道信令能力。ISDN规定了数字用户线的三种传输速率分别为192kbit/s、1544kbit/s和2048kbit/s。——称为窄带N-ISDN宽带B-ISDN——规定的用户线速率为155.2Mbit/s或622.08Mbit/s。

在B—ISDN中规定采用异步传输模式（ATM）的交换和复用，以避免网络资源（信息传输速率）的浪费。xDSL技术

（a）xDSL的概念——DSL是数字用户环路(DigitalSubscriberLine)的简称，它是以铜质电话双绞线为传输介质的点对点传输技术。xDSL中的x表示利用A/H/S/I/V/RA等不同数据调制实现方式，使数据或多媒体信息可以更高速地在铜质双绞线上传送。

（b）xDSL的种类对称的DSL有HDSL、SDSL和IDSL非对称的DSL有ADSL、RADSL和VDSL

ADSL接入方式非对称数字用户线ADSL接入方式用户通过ADSL接入因特网，可以独享8Mbit/s下行速度，即可自主选择流量为1.5Mbit/s的影视节目，同时还可以举行一个视频会议、高速下载文件和使用电话等。上行速度达到1Mbit/s，是普通Modem拨号速度所不能及的。3.混合光纤/同轴电缆网（HFC）使用CableModem（电缆调制解调器），利用有线电视混合光纤/同轴电缆网（HybridFiberCoaxNetwork—HFC），进行数据传输。CableModem方式接入示意图

CableModem接入特点

CableModem技术就是基于750MHzHFC双向有线电视网的网络接入技术的。

有线电视一般从42MHz～750MHz之间电视频道中分离出一条6MHz的信道，用于下行传送数据。CabelModem采用一种视频信号格式来传送Internet信息。数据是在物理层上被插入到视频信号的。CabelModem采用幅度键控(ASK)突发解调技术对每一条视频线上的数据进行译码。

服务商（ISP）的设备同用户的Modem之间建立了一个VLAN（虚拟专网）连接，大多数的Modem提供一个标准的10BaseT以太网接口供用户入网使用。4.数据通信网接入方式公用数据通信网——是为了用作计算机网络的通信子网而开发的，通过分组或帧发送使信号可经多条路由到达接收端，即使某一条路由中断，还可选用其它路由。分组或帧发送还使得无信号时可以不占用电路资源。因此，与电路交换相比，它具有非常高的传送可靠性和较高的传输电路资源利用率。X.25FRDDN(1)X.25

公共分组交换数据网是一个以数据通信为目标的公共数据网(PublicDataNetwork,PDN)。在PDN内各节点是由交换机PSE组成的，X.25网络结构如下图所示。交换机间交换的数据单元是分组(数据包)，交换机具有存储转发分组的能力。X.25分组网络层的X.25分组，在链路层中将被放入高级数据链路控制（HDLC）帧，用于X.25网络节点间链路上的传输，X.25特点X.25是面向连接的，支持交换式虚电路和永久式虚电路。交换式虚电路在一台计算机向网络发送分组要求与远程计算机通话时建立。一旦建立好连接，分组就可以在上面发送，通常按次序到达。X.25提供流量控制，以避免快速发送方淹没低速或繁忙的接收方。永久式虚电路在用法上和前者相同，但是它根据提前在客户和运载方达成的协议建立连接，它一直存在，不需要在使用时设置，它与租用线路相似。也就是说：交换式虚电路节点间的连接由交换机控制，永久虚电路指节点间具有固定连接的虚电路。X.25特点(1)统一的用户设备接口(2)高可靠性(3)多路复用技术(4)流量控制与管理（X．25标准规定链路上的传输速率为 64kbit/s，而美国则为56kbit/s）。(5)点对点协议（支持交换式虚电路和永久式虚电路）(6)可与其他网络的互连（2）帧中继

帧中继(FrameRelay)是一种面向分组的通信方法，支持非交换的面向连接的数据传输。FR携带的信息可以是X.25分组或IP分组。它主要用在公共或专用网上的局域网互联以及广域网连接。帧中继是根据当前的传输设备以及替代铜质线的光纤传输设计的，因此：帧中继省略了X.25中的分层组，它以链路层的帧为基础实现多条逻辑链路的统计复用和转换，所以被称为“帧中继”。

帧中继特点帧中继是由X.25发展而来的快速分组交换技术，省略了X.25中的分层组，具有点到点，一点到多点的数据传输功能，其性能高于X.25。帧中继内部不进行差错检测和纠正，同时还具有简单的网络拥塞管理机制。由从用户端到帧中继网络的接口称为帧中继接口，现在帧中继接口支持的速率为：64kbit/s，n×64kbit/s，1.544Mbit/s，2.048Mbit/s......34Mbit/s。帧中继协议只有OSI模型底部两层的结构，帧中继传输基本数据单元是帧，是数据链路层中数据分组的方法。（5）数字数据网DDN

数字数据网（DigitalDataNetwork，简称DDN）DDN利用光纤，数字微波或卫星等数字传输通道和数字交叉复用设备组成，能为用户提供高质量的数据传输通道，传送各种数据业务。DDN的运用对象主要是固定传输数据下的客户。

专线方式使用宽带路由，通过专线建立局域网与Internet连接。内部的DHCP服务器以动态方式分配IP地址给每一个用户，局域网上所有主机都有自己的IP地址，利用IP转换技术（NAT）共享宽带路由器IP上网，InternetADSL/CABLEModem路由器LAN:192.168.0.1ADSL/CABLE专线ISPWAN:202.96.163.233LAN:192.168.0.2192.168.0.3…192.168.0.XISPISP（因特网接入服务提供商）——任何一台计算机要想接入因特网，只要以某种方式与已经连入因特网的一台主机进行连接即可。有很多专门的机构（公司）从事这种接入服务，它们被称为因特网接入服务提供商ISP(。由这些ISP代理商直接为用户提供具体的服务。DDN与PSTN的区别

DDN专线的连接为半固定连接，而电话专线的连接是固定的物理链路。DDN与X.25的区别

X.25是一个分组交换网，而DDN不具备交换功能，是半永久式连接方式。速率高。D