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第3章计算机网络设备计算机网络技术第3章计算机网络设备3.1传输介质3.2物理层上的网络设备3.3数据链路层上的网络设备3.4网络层上的网络设备3.5无线网络设备3.1传输介质3.1.1同轴电缆3.1.2双绞线3.1.3光纤3.1.4无线传输介质计算机网络技术与应用电磁波谱10010210410610810101012101410161018102010221024无线电微波红外紫外线可见光X-射线γ-射线1041051061071081091010101110121013101410151016f(Hz)f(Hz)双绞线同轴电缆无线电(AM)无线电(FM)电视频道卫星通信地面微波通信光纤频段LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF各波段:•长波:30k~300kHz/10000~1000m绕射/地面波•中波:300k~3M/1000~100m绕射/反射•短波:3M~300M/100~10m电离层反射•超声波~微波:300M~300G直线传播•移动:GSM903~909/948~954M•联通:GSM909~915/954~960M•联通:CDMA825~835/870~880M3.1.1同轴电缆计算机网络技术与应用1．同轴电缆的结构与分类结构，由内导体、绝缘层、屏蔽层和外保护层组成。计算机网络技术与应用同轴电缆主要有以下型号（1）RG-8或RG-11。匹配阻抗为50Ω，用于10Base5以太网，又叫粗缆网。（2）RG-58A/U，匹配阻抗为50Ω，用于10Base2以太网，又叫细缆网。（3）RG-59/U，匹配阻抗为75Ω，用于ARCnet和有线电视网。（4）RG-62A/U，匹配阻抗为93Ω，用于ARCnet基带同轴电缆和宽带同轴电缆•基带同轴电缆屏蔽层使用网状铜丝织成，其特性阻抗为50Ω，适合传输数字信号；•宽带同轴电缆屏蔽层使用铝箔缠绕而成，其特性阻抗为75Ω或93Ω，主要用于传输模拟信号。•粗同轴电缆:可靠性好，抗干扰能力强•收发器:发送/接收,冲突检测,电气隔离•收发器电缆:用于连接收发器和网卡•网卡:带AUI（连接件单元接口）插座的以太网卡•终结器:•需遵循5-4-3规则•用于网络骨干连接粗缆收发器AUI电缆NIC最大段长度500米每段最多站点数100两站点间最小距离2.5米网络最大跨度2.5公里1)10Base5网络最多5个段传统以太网组网•总线使用细同轴电缆，可靠性稍差•BNCT型接头连接•网卡:带BNC接头的以太网卡•BNC终结器•用于办公室LAN细缆BNC接头NIC两站点间最短距离0.5m每段最大长度185m每段最多站点数30网络最大跨度925m网络最多5个段2）10Base2•物理拓扑结构为星形，逻辑上仍是总线形。•Hub（集线器）——多端口转发器。转发器/中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。•双绞线介质：3类或5类UTP•网卡:带RJ－45接头的以太网卡•用于小型LAN。NICHUB段最大长度100m3）10BaseT计算机网络技术与应用2．同轴电缆主要特性•连接距离：粗缆可达2500m（单段最远500米），细缆的最大传输距离可达925m（单段最远185米）•安装维护：粗缆安装时不需要切断电缆，需要单独安装收发器和收发器电缆，难度大，造价高；细缆安装则比较简单、造价低，由于安装过程中要切断电缆，当接头多时容易产生接触不良的隐患•抗干扰能力：有较强的抗干扰能力•拓扑结构：用粗缆和细缆连接的网络都是总线拓扑结构3.1.2双绞线(TwistedPair)1．双绞线的结构与分类1）双绞线的结构双绞线是由两根绞合的绝缘铜线外部包裹橡胶外皮而构成，有两对线型和四对线型，两对线型的接插头称为RJ-11，四对线型的接插头称为RJ-45。内导体芯线绝缘箔屏蔽铜屏蔽外套计算机网络技术与应用双绞线电缆分为屏蔽双绞线STP和非屏蔽双绞线UTP两大类2）双绞线分类以铝箔屏蔽以减少干扰和串音•双绞线外没有任何附加屏蔽计算机网络技术与应用2）双绞线分类按照传输特性分，双绞线分为7类。（1）1类线：主要用于传输语音，不用于数据传输。（2）2类线：用于语音传输和传输速率4Mbps的数据传输，（3）3类线：主要用于10兆以太网（10BASE—T）。（4）4类线：主要用于16兆的令牌环局域网和10兆以太网。（5）5类线：主要用于百兆以太网（100BASE-T）是最常用的电缆。（6）超5类线：主要用于千兆位以太网（1000BASE-T）。（7）6类线：适用于传输速率高于1Gbps的应用。计算机网络技术与应用2．双绞线的主要特性（1）传输距离一般不超过100米，传输速度随双绞线类型而异；（2）价格低，重量轻，易弯曲，安装维护容易；（3）可以将串扰减至最小或加以消除，屏蔽双绞线抗外界干扰能力强；（4）具有阻燃性；（5）适用于结构化综合布线。计算机网络技术与应用3．双绞线的接线方式RJ-45线槽12345678色彩标记绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕EIA/TIA568A接线标准EIA/TIA568B接线标准RJ-45线槽12345678色彩标记橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕1）接线标准计算机网络技术与应用2）直连线（或直通线、正接线）和交叉线（或反接线）双绞线接线可以根据需要制作成直连线和交叉线•直连线是指双绞线两端接线线序一致，用于连接不同类型的设备•交叉线是指双绞线两端分别使用不同的接线标准，一端用T568A，另一端用T568B，用于连接相同类型的设备橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕绿白绿橙白白蓝蓝白橙棕白棕不同设备，内部线序不同直连线橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕同类设备，内部线序相同交叉线（a）直连线连接不同设备（b）交叉线连接相同设备图3-3直连线与交叉线的使用PinNo.NICHUBorSWITCH1Tx+Rx+2Tx-Rx-3Rx+Tx+6Rx-Tx-网卡RJ-45插座引脚功能定义：引脚功能定义1发送数据2发送数据3接收数据6接收数据4，5，7，8保留集线器RJ-45插座引脚正好相反：引脚功能定义1接收数据2接收数据3发送数据6发送数据4，5，7，8保留交换机之间连接时，网线的选择：1、交换机的UpLink口连接到交换机的普通口；2、交换机的UpLink口连接到交换机的UpLink口；3、交换机的普通口连接到交换机的普通口；UpLink端口——直连线——交叉线——交叉线普通端口注意：当网线所连接的两边端口的性质相同时，用交叉线3.1.3光纤计算机网络技术与应用1．光纤的结构光纤的横截面为圆形，由纤芯、包层、外保护套构成图3-4光纤的结构光纤:一根很细的可传导光线的纤维媒体，其半径仅几微米至一、二百微米。制造光纤的材料可以是超纯硅、合成玻璃或塑料。计算机网络技术与应用2．光纤传输原理在发送端先将电信号通过发光二极管转换为光信号。在接收端使用光电二极管将光信号转换成电信号。电光转换光电转换输出电信号输入电信号发光二极管光电二极管光纤中传输光信号3-5光纤传输系统计算机网络技术与应用光纤分为单模光纤和多模光纤两种类型。•单模光纤内径为10μm，只传输单一频率的光，光信号沿轴路径直线传输，速率高，可达百G，传输距离远，达数十公里、成本高，用红外激光管作光源(ILD)。•多模光纤纤芯直径为50~62.5μm，可以传输多种频率的光，光信号在光纤壁之间波浪式反射，多频率（多色光）共存，传输距离近，约2公里左右，损耗大，成本低，用发光二极管作光源(LED)。光纤的分类3-6光信号传输过程（a）单模光纤中的信号传输（b）多模光纤中的信号传输计算机网络技术与应用3．光纤的主要特性（1）信道带宽大，传输速度快，可达1000Mbps以上；（2）传输距离远，就单段光纤的传输距离而言，单模光纤可达几十公里，多模光纤可达几公里；（3）抗干扰能力强，传输质量高。由于光纤中传输光信号，所以不受外部电磁场干扰；（4）信号串扰小，保密性好；（5）光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输；（6）光纤的材料是制作塑料和玻璃的材料，材料来源丰富，环境保护好；（7）无辐射，难于窃听；（8）光缆适应性强，寿命长。3.1.4无线传输介质计算机网络技术与应用主要的无线传输方式有无线电波、微波、卫星和红外线。1.无线电波无线电是指频率范围在10KHz～1GHz之间电磁波谱无线通信有两种方式，单频通信和扩频通信。•单频通信是指信号的载波频率单一，单频通信传输速率低、有效传输距离近，抗干扰能力很差，而且非常容易被窃听。•扩频通信是指用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的一种通信方式计算机网络技术与应用扩频技术通常有4种类型：（1）直接系列扩频，简称直扩（DS）（2）载波频率跳变扩频，简称跳频（FH）（3）跳时（TH）（4）混合扩频扩频通信的特点（1）抗干扰性能好（2）隐蔽性强、干扰小（3）易于实现码分多址计算机网络技术与应用2．微波通信•微波是频率范围在3~300GHz的无线电波•微波数据通信系统有两种形式：地面微波系统和卫星微波系统，一般微波通信指的是地面微波。•地面微波系统的主要用途是完成远距离的通信任务，适合在不便于铺设电缆的场合使用。由于微波信号具有极强的方向性，直线传播，遇到阻挡就被反射或被阻断，而地球是圆的，所以在传输距离超过50公里（有高架天线时可以更远些）或遇到高山阻隔时，需要设置中继站，将信号放大再进行传输。地球表面计算机网络技术与应用微波通信的特点:（1）通信频段的频带宽（2）受外界干扰的影响小（3）通信灵活性较大（4）天线增益高、方向性强（5）投资少、建设快计算机网络技术与应用3．卫星微波卫星通信系统实际上也是一种微波通信，它以地球同步卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信，卫星通信覆盖范围大，三颗卫星可以覆盖地球表面。卫星通信系统的特点：（1）下行广播，覆盖范围广（2）工作频带宽（3）通信质量好（4）网络建设速度快、成本低（5）信号传输时延大（6）控制复杂地球地面站地面站计算机网络技术与应用4．红外线通信•是指利用红外线作为传输手段的通信方式。•红外通信系统中红外线的传输方式主要有两种：一是点对点方式；二是广播。•红外通信主要应用于掌上计算机、笔记本计算机、个人数字处理设备和桌面计算机之间的文件交换红外通信的主要特点：价格低，高带宽，安装简单，高可靠性，轻便。缺点：不能穿透固体。常用传输介质的比较传输媒体速率传输距离抗干扰性价格应用示例双绞线模拟300-3400Hz；数字10-100Mbps几十公里可以低模拟传输数字传输用户环线LAN50同轴电缆10M1公里内较好略高于TP基带数字信号LAN75同轴电缆300-450MHz100公里较好较高模拟传输，可分多信道混合传输电视、数据及CD音频CATV光纤100M-几千Mbps30公里很好较高远距离传输长话线路，主干网短波几十-几百bps全球一般，通信质量差较低远程低速通信广播地面微波接力4-6GHz几百公里很好低于同容量和长度的电缆远程通信电视卫星4~14GHz三万六千多公里很好费用与距离无关远程通信电视、电话、数据3.2物理层上的网络设备3.2.1集线器3.2.2中继器3.2.3调制解调器计算机网络技术与应用3.2.1集线器HUB计算机网络技术与应用1．集线器(Hub)及其作用集线器是将网络中的站点连接在一起的网络设备。大多数集线器有都有信号再生或放大作用计算机网络技术与应用2．集线器的工作原理•集线器不能够识别源地址和目的地址，没有地址过滤功能•采用广播方式，即从一个端口接收数据，向除入口之外的所有端口广播。•多站点共享总线，共处于一个冲突域中•任意时刻只能有一个站点发送数据，其他站点只能接收•总线带宽被多个站点均分。计算机网络技术与应用3．集线器的分类1）按端口数量来分：8口、16口和24口等2）按带宽划分：10Mbps、100Mbps、10／100Mbps自适应3）按照配置的形式分：独立型、模块化和堆叠式4）从是否可进行网络管理来分：不可网管型集线器和可网管型集线器两种三种结构：独立式（Standalone）：固定端口配置，扩充时用级连的方法堆叠式