网络传输介质与网络设备

计算机网络技术(第二版）主编傅建民中国水利水电出版社第3章网络传输介质与网络连接设备本章任务网络传输介质网络连接设备3.1网络传输介质3.1网络传输介质计算机与其他计算机之间进行通信，它们之间需要建立物理连接。所有的连接材料都可以称为介质。用连接计算机的传输介质有很多种，包括电话线、双绞线、同轴电缆、光纤、卫星和微波等。3.1.1电话线目前家庭或小型局域网经常会用到的ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine即非对称数字线路)就是在普通电话线上传输高速数字信号的技术。速度最高可以达到10Mbps。图3-2ADSL的硬件连接图3.1.2双绞线双绞线（TP，TwistedPair）是目前使用最广的一种传输介质，它有价格便宜、易于安装，适用于多种网络拓扑结构等优点。由4对扭在一起且相互绝缘的铜导线组成，如图3-3，两条线扭绞在一起可以减少对邻近线对的电子干扰。两对四对图3-3双绞线按结构分类，双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP，UnshieldedTwistedPair）和屏蔽双绞线（STP，ShieldedTwistedPair）两类。按性能指标分类，双绞线可分为1类，2类，3类，4类，5类，超5类，6类双绞线。1．屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线(1)屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)电缆中的缠绕线对被一种金属(如箔)制成的屏蔽层所包围，而且每个线对中的电线也是相互绝缘的。两个双绞线对箔屏蔽层封套/外壳图3-4屏蔽双绞线(2)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)电缆包括一对或多对由塑料封套包裹的绝缘电线对。封套/外壳图3-4非屏蔽双绞线2．双绞线的型号电子工业协会（EIA）根据导体的技术性能和绞扭的密度对双绞线进行分类：1类、2类、3类、4类、5、超5类、6类和7类。双绞线屏蔽双绞线非屏蔽双绞线3类5类7类3类4类5类超5类6类图3-6双绞线的分类(1)3类双绞线3类双绞线的最高传输频率为16MHz，最高传输速率为10Mbps，主要应用于语音和最高传输速率为10Mbps的以太网中。最大网段长度为100m，连接器采用RJ型式。(2)4类双绞线该类双绞线的最高传输频率为20MHz，最高传输速率为16Mbps，可用于语音传输和最高传输速率达到100MbPs的以太网。其最大网段长度也是100m，连接器采用RJ型式。(3)5类双绞线由于5类双绞线增加了绕线密度，外套使用了高质量的绝缘材料。其最高传输频率达到了100MHz，最高传输速率达100Mbps，既可用于语音，也可用于100Mbps以太网的数据传输。其最大网段长度也是100m，连接器采用RJ型式。(4)超5类双绞线超5类双绞线是增强型的5类双绞线，由于材料技术的提高，超5类双绞线的衰减和串扰比5类小。虽然原标准规定超5类的传输特性与普通5类的相同，但现在许多厂家的产品都已远远超出标准的要求，最高的传输频率可达200MHz，在工作于全双工通信时，最高传输速率可达近1000Mbps。其最大网段长度也是100m，连接器采用RJ型式。(5)6类双绞线6类双绞线是1000Mbps数据传输的最佳选择。6类的性能超过超5类，标准规定其带宽为250MHz。6类双绞线的绞距比超5类更密，线对间的相互影响更小，从而提高了串扰的性能。其最大网段长度也是100m，连接器采用RJ型式。(6)7类双绞线7类电缆系统是欧洲提出的一种电缆标准，其带宽为600MHz，但是其连接模块的结构与目前的RJ45完全不兼容，它通常采用非RJ接口。7类电缆是一种屏蔽系统，它在传统护套内加裹金属屏蔽层的基础上又增加了每个双绞线对的单独屏蔽。3．双绞线的连接器双绞线与网络设备的接口是RJ-45，根据连接的双绞线的类型，有不同类型的RJ-45连接头，如图3-6所示。超5类UTPRJ-45连接头超5类屏蔽RJ-45连接头6类RJ-45连接头图3-7RJ-45连接头在一根双绞线中，有4对8根导线，每对由1根白色的导线和一根有色（棕、绿、蓝、橙）导线绞扭在一起。为了施工不发生混乱，EIA/TIA对双绞线的线序做了一个规范：T568A线序和T568B线序，如图3-7所示。图3-8T568A和T568B线序标准双绞线一般有3种线序：直连线、交叉线、翻转线。直连线用得最多，主要用于计算机（或路由器）与集线器（或交换机），以及有级联端口的交换机或集线器向上级联；交叉线主要用于连接同种设备；翻转线用在对路由器、交换机等网络设备进行初始设置时，连接计算机的串口与设备的控制台端口，通过超级终端进行设置。表3-1线序标准连接方式3.1.3同轴电缆同轴电缆是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。绝缘层塑料封套网状屏蔽层中心铜线图3-9同轴电缆的结构1．同轴电缆的分类（1）按照适宜传输的信号分类按传输信号将同轴电缆分成：基带同轴电缆、宽带同轴电缆。基带同轴电缆主要用于基带同轴电缆主要用于数字信号的基带通信，它的屏蔽网用铜线做成网状的，特征阻抗为50Ω。宽带同轴电缆主要用于模拟信号的宽带通信，如闭路电视系统中的传输线路，它的屏蔽导线常用铝冲压成的，特征阻抗为75Ω。（2）按直径的不同分类按直径可将同轴电缆分为：粗细、细缆两种。粗缆网络必须安装收发器和收发器电缆，安装难度大，造价高。因为有了更好的产品如光纤电缆等来取代它，目前粗同轴电缆已经不常使用了。在局域网中，细缆的最大传输距离可达925m,粗缆的最大传输距离可以达到2500m。2．同轴电缆的连接器同轴细缆的连接器主要有：T型连接头(图3-10)：用于连接同轴电缆的BNC连接器和网络接口卡。BNC连接器(图3-11)：安装在细线段的两端，联网时连接到T型连接头。终端匹配电阻(图3-12)：终端匹配电阻是一种特殊的连接器，细缆系统中为BNC50Ω，它内部有一个精心选择的、匹配网络电缆特性的50Ω电阻。在进行网络连接时必须接地。图3-10T型连接头图3-11BNC连接器图3-12细缆终端匹配电阻图3-13细同轴电缆网络结构3.1.4光纤光导纤维简称为光纤。在它的中心部分包括了一根或多根玻璃纤维，通过从激光器或发光二极管发出的光波穿过中心纤维来进行数据传输。光纤（内核）玻璃包层外保护套（壳）图3-14光纤的结构1．光纤的分类按照光纤中光的传输模式来分：（1）单模光纤。单模光纤和多模光纤可以从纤芯的尺寸来简单地判别。（2）多模光纤多模光纤，即发散为多路光波，每一路光波走一条通路。图3-14单模光纤与多模光纤多模光纤光光图3-15单模光纤和多模光纤单模光纤2．光纤通信过程光纤通信就是以光波为载波、光导纤维为传输介质的一种通信方式。在光纤通信系统中，起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。光纤通信系统的基本构成如图3-15所示。图3-16光纤通信系统3．光纤的优缺点(1)抗干扰性能好。因为传输的形式是光，所以光纤不会引起电磁干扰也不会被干扰。(2)传输距离远。玻璃纤维内壁对光反射能力极强，所以光纤传输信号的距离比导线所能传输的距离要远得多。(3)传输速率高。光可以对更多酌信息进行编码，所以光纤可在单位时间内传输比导线更多的信息。缺点：(1)质地较脆、机械强度低是它的致命弱点，稍不注意就会折断。(2)光纤的安装需要专门设备，以保证光纤的端面平整，以便光能透过，施工人员要有比较好的切断、连接、分路和耦合技术。(3)当一根光纤在护套中断裂(如被弯成直角)，要确定其位置非常困难。(4)修复断裂光纤也很困难，需要专门的设备联结二根光纤以确保光能透过结合部。4．光纤连接器(1)FC型光纤连接器。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射。图3-17FC型光纤连接器（2）SC型光纤连接器。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。图3-18SC型光纤连接器(3)LC型连接器。采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。这样可以提高光配线架中光纤连接器的密度。目前，在单模SFF方面，LC型连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。图3-19LC型光纤连接器3.1.5无线介质最常用的无线传输介质有：微波、红外线和激光。红外线和激光都对环境干扰特别敏感，例如雨和雾。而微波对环境的干扰不甚敏感，与红外线和激光系统一样，它的安装也比较容易。在无线局域网中采用的无线传输介质主要是以微波为主。3.2网络连接设备3.2.1调制解调器调制解调器（Modem）是结合了数据通信与计算机技术，用于数据通信的一个重要设备。调制解调器的作用：将来自计算机或其它数据装置送来的数字信号调制成一定频率范围的音频信号并发送出去，同样可以将通信媒体（电话线）上的音频信号解调为计算机能接受的数字信号。3．调制解调器的分类（1）根据传输信号划分，有基带调制解调器和频带（宽带）调制解调器两种。（2）根据对数字信号的调制方式可分为幅移键控、频移键控、相移键控以及相位幅度调制的相移键控。（3）根据同步方式划分，有同步调制解调器和异步调制解调器两种。（4）根据与计算机连接方式的不同，可分为内置式调制解调器和外置式调制解调器（a）内置式(b)外置式图3-21调制解调器外观3.2.2网卡网卡又称网络适配器或网络接口卡（NetworkInterfaceCard,NIC）。网络通信介质串行信号接收发送译码编码控制网络设备命令并行数据状态图3-22网卡的工作示意图2．网卡的物理地址网卡的物理地址MAC(MediumAccessControl)，即“媒体访问控制”地址，它负责标识局域网上的一台主机，使以太帧能在局域网中正确传送。每块网卡的MAC在全世界是独一无二的编号，由厂家分配给每一个网卡。网卡的MAC是一串16进制数，被固化在网卡硬件中。例如：有一台计算机上的以太网卡的MAC地址是00—A0—24—37—8F-6E，其中前6个十六进制数位是00—A0—24表示是3COM公司生产的，后6个十六进制数位37—8F—6E表示该卡的出厂编号。3．网卡的分类（1）按总线类型分类以太网网卡按总线宽度可分为8位、16位、32位和64位网卡。按总线类型又可分为ISA、EISA、PCI、PCMCIA和USB5种。USB网卡其实是一种外置式网卡，具有不占用计算机扩展槽的优点，因而安装方便。3com3c905b网卡（10/100Mb/s自适应PCI网卡）TP-LINK的TF-5239笔记本网卡2）按传输速率分类按传输速率，网卡可分为10Mb/s网卡、100Mb/s网卡、10/100Mb/s网卡自适应网卡及吉（千兆）位网卡。（3）按可连接的传输介质分类网卡可分为同轴电缆网卡、双绞线网卡、光纤网卡。网卡上与这些传输介质相连的部件称作插座(connector)或端口(port)。同轴电缆网卡图3-24双绞线网卡图3-25带水晶头的双绞线线图3-26光纤网卡双绞线、AUI及同轴电缆网卡（4）按有无物理上的通信线缆分类按有无物理上的通信线缆可以分类为：有线网卡和无线网卡。同轴电缆网卡、双绞线网卡和光纤网卡均为有线网卡。无线网卡主要分为PCMCIA、PCI和USB无线网卡3中类型。（a）PCMCIA无线网卡(b)PCI无线网卡（c）USB无线网卡3.2.3中继器与集线器1．中继器(Repeater)中继器的作用是放大电信号，提供电流以驱动长距离电缆。2．集线器（Hub）集线器(HUB)主要是指共享式集线器。相当于一个多口的中继器，一条公共的总线，能实现简单的共享和地址保护。工作在OSI模型的物理层图3-29集线器的外观示意图主干端口数据端口通风扇上行链接端口管理控制台端口（可选）连接或通信LED电源开关3.2.4网桥和交换机1．网桥(Bridge)网桥是连接两个同类网络的设备，它看上去有点像中继器，也是具有单个输人端口和单个输出端口。它与中继器的不同之处就在于它能够解析它收发的数据。2．交换机（Switch）交换机是OSI模型中数据链路层上的网络设备，并且它与网桥一样，能够解析出MAC地址信息。它实质上是一个具有流量控制功能的多端口网桥。交换机工作原理交换机是采用存储转发的机制