網(wǎng)絡(luò)故障診斷與實(shí)訓(xùn)第3章物理層維護(hù)

第三章

物理層維護(hù)第1頁，共42頁。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解物理層在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的功能與作用。正確識(shí)別物理層的網(wǎng)絡(luò)組件，重點(diǎn)掌握網(wǎng)絡(luò)物理層的傳輸介質(zhì)、傳輸設(shè)備的特性。掌握物理層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，常用的測(cè)試方式與故障排除。第2頁，共42頁。本章要點(diǎn)內(nèi)容計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中物理層的主要功能；物理層的主要網(wǎng)絡(luò)組件及組網(wǎng)規(guī)范；物理層故障診斷與維護(hù)。第3頁，共42頁。本章學(xué)前要求

對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)有清楚的理解。已經(jīng)掌握局域網(wǎng)組網(wǎng)工程方面的知識(shí)。對(duì)常用的組網(wǎng)傳輸介質(zhì)與設(shè)備的使用方法比較了解。第4頁，共42頁。3.1物理層的功能物理層的主要功能為定義了網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)及互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，傳輸?shù)碾姶艠?biāo)準(zhǔn)，比特流的編碼及網(wǎng)絡(luò)的通信同步等。其決定了網(wǎng)絡(luò)連接類型（端到端或多端連接）及物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。簡單地說，這一層主要負(fù)責(zé)實(shí)際的信號(hào)傳輸，物理層最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的二進(jìn)制位流的透明傳輸。OSI模型中的物理層的功能物理層是OSI的第一層，它雖然處于最底層，卻是整個(gè)開放系統(tǒng)的基礎(chǔ)。物理層為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。其主要的功能定義為三個(gè)方面：1）為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)的通路。2）傳輸數(shù)據(jù)。3）完成物理層的一些管理工作。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的物理接口標(biāo)準(zhǔn)物理層協(xié)議規(guī)定了建立、維持及斷開物理信道所需的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的方面的特性。其作用是確保比特流能在物理信道上傳輸。第5頁，共42頁。3.1物理層的功能1．定義DTE和DCE之間互聯(lián)規(guī)則OSI模型的物理層所做的定義為：在物理信道實(shí)體之間合理地通過中間系統(tǒng)，為比特傳輸所需的物理連接的激活、保持和去除提供機(jī)械的、電氣的、功能性和規(guī)程性的手段。比特流傳輸可以采用異步傳輸，也可以采用同步傳輸完成。

另外，CCITT在X.25建議書第一級(jí)（物理級(jí)）中也做了類似的定義：利用物理的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性在DTE和DCE之間實(shí)現(xiàn)對(duì)物理信道的建立、保持和拆除功能。這里的DTE(DateTerminalEquipment)指的是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，是對(duì)屬于用戶所有的連網(wǎng)設(shè)備或工作站的統(tǒng)稱，它們是通信的信源或信宿，如計(jì)算機(jī)、終端等；DCE(DateCircuitTerminatingEquipment或DateCommunicationsEquipment)，指的是數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備或數(shù)據(jù)通信設(shè)備，是對(duì)為用戶提供入接點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)稱，如自動(dòng)呼叫應(yīng)答設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器等。第6頁，共42頁。3.1物理層的功能DTE-DCE的接口框如圖3-2所示，物理層接口協(xié)議實(shí)際上是DTE和DCE或其它通信設(shè)備之間的一組約定，主要解決網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與物理信道如何連接的問題。物理層協(xié)議規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)接口的機(jī)械連接特性、電氣信號(hào)特性、信號(hào)功能特性以及交換電路的規(guī)程特性，這樣做的主要目的，是為了便于不同的制造廠家能夠根據(jù)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)各自獨(dú)立地制造設(shè)備，使各個(gè)廠家的產(chǎn)品都能夠相互兼容。圖3-2DTE-DCE接口框圖第7頁，共42頁。3.1物理層的功能

2．網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的接口標(biāo)準(zhǔn)舉例EIARS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(ElectronicIndustryAssociation)在1969年頒布的一種目前使用最廣泛的串行物理接口，下面以此為例來討論網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的接口標(biāo)準(zhǔn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)組建中的功能與作用。RS-232標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)利用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒體，并通過調(diào)制解調(diào)器將遠(yuǎn)程設(shè)備連接起來的技術(shù)規(guī)定。遠(yuǎn)程電話網(wǎng)相連接時(shí)，通過調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)，以使其能與電話網(wǎng)相容；在通信線路的另一端，另一個(gè)調(diào)制解調(diào)器將模擬信號(hào)逆轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)比特流的傳輸。圖3-3(a)給出了兩臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過電話網(wǎng)相連的結(jié)構(gòu)圖。從圖中可看出，DTE實(shí)際上是數(shù)據(jù)的信源或信宿，而DCE則完成數(shù)據(jù)由信源到信宿的傳輸任務(wù)。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口只控制DTE與DCE之間的通信，與連接在兩個(gè)DCE之間的電話網(wǎng)沒有直接的關(guān)系。第8頁，共42頁。3.1物理層的功能

RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口也可以如圖3-3(b)所示用于直接連接兩臺(tái)近地設(shè)備，此時(shí)既不使用電話網(wǎng)也不使用調(diào)制解調(diào)器。由于這兩種設(shè)備必須分別以DTE和DCE方式成對(duì)出現(xiàn)才符合RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口的要求，所以在這種情況下要借助于一種采用交叉跳接信號(hào)線方法的連接電纜，使得連接在電纜兩端的DTE通過電纜看對(duì)方都好象是DCE一樣，從而滿足RS-232C接口需要DTE-DCE成對(duì)使用的要求。這種使用方式目前被廣泛采用。圖3-3RS-232C的遠(yuǎn)程連接和近地連接第9頁，共42頁。3.1物理層的功能

RS-232C的功能特性定義了25芯標(biāo)準(zhǔn)連接器中的20根信號(hào)線，其中2根地線、4根數(shù)據(jù)線、11根控制線、3根定時(shí)信號(hào)線、剩下的5根線做備用或末定義。表3-1給出了其中最有用的10根信號(hào)線的功能特性。RS-232C功能特性引腳號(hào)信號(hào)線功能說明信號(hào)線型連接方向1

2

3

4

5

6

7

8

20

22AA

BA

BB

CA

CB

CC

AB

CF

CD

CE保護(hù)地線(GND)

發(fā)送數(shù)據(jù)(TD)

接收數(shù)據(jù)(RD)

請(qǐng)求發(fā)送(RTS)

清除發(fā)送(CTS)

數(shù)據(jù)設(shè)備就緒(DSR)

信號(hào)地線(Sig.GND)

載波檢測(cè)(CD)

數(shù)據(jù)終端就緒(DTR)

振鈴指示(RI)地線

數(shù)據(jù)線

數(shù)據(jù)線

控制線

控制線

控制線

地線

控制線

控制線

控制線

→DCE

→DTE

→DCE

→DTE

→DTE

→DTE

→DCE

→DTE表3-1RS-232C引腳功能特性第10頁，共42頁。3.2物理層的組件物理層對(duì)所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)的可靠性、高效能有著重要的影響。網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)與設(shè)備的選擇、安裝及測(cè)試在決定網(wǎng)絡(luò)能否滿足用戶現(xiàn)在以及將來的信息系統(tǒng)需要的過程中起著至關(guān)重要的作用。3.2.1物理層組件概述物理層組件包括網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)、連接器、接插面板以及網(wǎng)卡、集線器、收發(fā)器、介質(zhì)轉(zhuǎn)換器等設(shè)備。銅纜可以分為兩種類型：同軸電纜與雙絞線。在以太網(wǎng)中使用比較廣泛的同軸電纜類型是細(xì)電纜和粗電纜。雙絞線雙被分為5類，其中只有從種類3到種類5的電纜可以應(yīng)用于局域網(wǎng)組網(wǎng)之中?，F(xiàn)在新設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)不再使用同軸電纜，但是在已經(jīng)安裝網(wǎng)絡(luò)中仍然在使用同思電纜。它的帶寬為10Mbps，由于具有總路線式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此在解決故障的過程中會(huì)遇到很多困難。同軸電纜的主要優(yōu)點(diǎn)是分段長度較長且抗干擾能力強(qiáng)。五類非屏蔽雙絞線（5E）是現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)銅質(zhì)線纜，它所支持的帶寬最高可以達(dá)到1000Mbps,最大分段長度為100米，但是可以通過使用轉(zhuǎn)發(fā)器來擴(kuò)展。由于缺乏抗電磁能力，所以必須特別注意雙絞線的正確終端聯(lián)結(jié)方式。第11頁，共42頁。3.2物理層的組件

如果一臺(tái)以太網(wǎng)設(shè)備不能處理某種介質(zhì)信號(hào)時(shí)就必須使用收發(fā)器。收發(fā)器是一種相對(duì)簡單的設(shè)備，而且也不易出現(xiàn)故障。但是如果一臺(tái)具有收發(fā)器的設(shè)備不能正常工作時(shí)，還是應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行檢查。介質(zhì)轉(zhuǎn)換器可以將一種介質(zhì)產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)換為另一種所需的信號(hào)類型。假設(shè)現(xiàn)在計(jì)劃將兩棟建筑物用光纜連接起來，但是交換機(jī)、集線器以及路由器等設(shè)備的接口為雙絞線，在這種情況下就可以使用介質(zhì)轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)絡(luò)物理層組件的正確選擇、配置和安裝，可以為網(wǎng)絡(luò)的可靠性提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于網(wǎng)絡(luò)中其他各層都依賴于物理層的正確配置，所以對(duì)物理層的正確設(shè)計(jì)、組件的正確選擇和安裝可以有效防止以后可能發(fā)生的各種難以解決的故障。第12頁，共42頁。3.2物理層的組件

3.2.2網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)、連接各網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的實(shí)體。網(wǎng)絡(luò)信息還可以利用無線電系統(tǒng)、微波無線系統(tǒng)和紅外技術(shù)等傳輸。目前常見的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖等。當(dāng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)存在多種網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)可供選擇。徹底地了解各種介質(zhì)的功能、特點(diǎn)、安裝事項(xiàng)、測(cè)試需求以及故障排除的方法等對(duì)正確地選擇網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)至關(guān)重要。下面我們主要討論的是銅質(zhì)電纜以及光纖介質(zhì)。1．雙絞線1）雙絞線概述。雙絞線(TP:TwistedPairwire)是網(wǎng)絡(luò)綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起,可降低信號(hào)干擾的程度,每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會(huì)被另一根線上發(fā)出的電波抵消。圖3-6和圖3-7所示為兩種常見的雙絞線類型。第13頁，共42頁。3.2物理層的組件雙絞線一般由兩根22～26號(hào)絕緣銅導(dǎo)線相互纏繞而成。如果把一對(duì)或多對(duì)雙絞線放在一個(gè)絕緣套管中便成了雙絞線電纜。在雙絞線電纜內(nèi),不同線對(duì)具有不同的扭絞長度,一般地說,扭絞長度在38.1cm至14cm內(nèi),按逆時(shí)針方向扭絞,相臨線對(duì)的扭絞長度在12.7cm以上。與其他傳輸介質(zhì)相比,雙絞線在傳輸距離、信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速度等方面均受到一定限制,但價(jià)格較為低廉。目前,雙絞線可分為非屏蔽雙絞線(UTP:UnshildedTwistedPair)和屏蔽雙絞線(STP:ShieldedTwistedPair)。圖3-6非屏蔽雙絞線

圖3-6屏蔽雙絞線第14頁，共42頁。3.2物理層的組件

2）雙絞線的規(guī)格型號(hào)。EIA/TIA為雙絞線電纜定義了五種不同質(zhì)量的型號(hào)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合布線使用第三、四、五類。雙絞線分為屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線兩大類。在這兩大類中又分100歐姆電纜、雙體電纜、大對(duì)數(shù)電纜、150歐姆屏蔽電纜。具體型號(hào)有多種,如圖3-7所示：圖3-7常用雙絞線分類第15頁，共42頁。3.2物理層的組件

3）雙絞線的性能指標(biāo)。對(duì)于雙絞線,用戶最關(guān)心的是表征其性能的幾個(gè)指標(biāo)，這些指標(biāo)包括衰減、近端串?dāng)_、阻抗特性、分布電容、直流電阻等。(1)衰減衰減(Attenuation)是沿鏈路的信號(hào)損失度量。衰減與線纜的長度有關(guān)系,隨著長度的增加,信號(hào)衰減也隨之增加。衰減用"db"作單位,表示源傳送端信號(hào)到接收端信號(hào)強(qiáng)度的比率。由于衰減隨頻率而變化,因此,應(yīng)測(cè)量在應(yīng)用范圍內(nèi)的全部頻率上的衰減。(2)近端串?dāng)_串?dāng)_分近端串?dāng)_(NEXT)和遠(yuǎn)端串?dāng)_(FEXT),測(cè)試儀主要是測(cè)量NEXT,由于存在線路損耗,因此FEXT的量值的影響較小。近端串?dāng)_損耗是測(cè)量一條UTP鏈路中從一對(duì)線到另一對(duì)線的信號(hào)耦合。對(duì)于UTP鏈路,NEXT是一個(gè)關(guān)鍵的性能指標(biāo),也是最難精確測(cè)量的一個(gè)指標(biāo)。隨著信號(hào)頻率的增加,其測(cè)量難度將加大。第16頁，共42頁。3.2物理層的組件

NEXT并不表示在近端點(diǎn)所產(chǎn)生的串?dāng)_值,它只是表示在近端點(diǎn)所測(cè)量到的串?dāng)_值。這個(gè)量值會(huì)隨電纜長度不同而變,電纜越長,其值變得越小。同時(shí)發(fā)送端的信號(hào)也會(huì)衰減,對(duì)其它線對(duì)的串?dāng)_也相對(duì)變小。實(shí)驗(yàn)證明,只有在40米內(nèi)測(cè)量得到的NEXT是較真實(shí)的。如果另一端是遠(yuǎn)于40米的信息插座,那么它會(huì)產(chǎn)生一定程度的串?dāng)_,但測(cè)試儀可能無法測(cè)量到這個(gè)串?dāng)_值。因此,最好在兩個(gè)端點(diǎn)都進(jìn)行NEXT測(cè)量?，F(xiàn)在的測(cè)試儀都配有相應(yīng)設(shè)備,使得在鏈路一端就能測(cè)量出兩端的NEXT值。(3)直流電阻TSB67無此參數(shù)。直流環(huán)路電阻會(huì)消耗一部分信號(hào),并將其轉(zhuǎn)變成熱量。它是指一對(duì)導(dǎo)線電阻的和,11801規(guī)格的雙絞線的直流電阻不得大于19.2歐姆。每對(duì)間的差異不能太大(小于0.1歐姆),否則表示接觸不良,必須檢查連接點(diǎn)。(4)特性阻抗與環(huán)路直流電阻不同,特性阻抗包括電阻及頻率為1～100MHz的電感阻抗及電容阻抗,它與一對(duì)電線之間的距離及絕緣體的電氣性能有關(guān)。各種電纜有不同的特性阻抗,而雙絞線電纜則有100歐姆、120歐姆及150歐姆幾種。第17頁，共42頁。3.2物理層的組件

(5)衰減串?dāng)_比(ACR)在某些頻率范圍,串?dāng)_與衰減量的比例關(guān)系是反映電纜性能的另一個(gè)重要參數(shù)。ACR有時(shí)也以信噪比(SNR:Signal-Noiceratio)表示,它由最差的衰減量與NEXT量值的差值計(jì)算。ACR值較大,表示抗干擾的能力更強(qiáng)。一般系統(tǒng)要求至少大于10分貝。(6)電纜特性通信信道的品質(zhì)是由它的電纜特性描述的。信噪比SNR是在考慮到干擾信號(hào)的情況下,對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)強(qiáng)度的一個(gè)度量。如果信噪比SNR過低,將導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)在被接收時(shí),接收器不能分辨數(shù)據(jù)信號(hào)和噪音信號(hào),最終引起數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。因此,為了將數(shù)據(jù)錯(cuò)誤限制在一定范圍內(nèi),必須定義一個(gè)最小的可接收的信噪比。2．同軸電纜1）同軸電纜概述。同軸電纜以硬銅線為芯，外包一層絕緣材料。這層絕緣材料用密織的網(wǎng)狀導(dǎo)體環(huán)繞，網(wǎng)外又覆蓋一層保護(hù)性材料。有兩種廣泛使用的同軸電纜。一種是50歐姆電纜，用于數(shù)字傳輸，由于多用于基帶傳輸，也叫基帶同軸電纜；另一種是75歐姆電纜，用于模擬傳輸，也叫寬帶同軸電纜。這種區(qū)別是由歷史原因造成的，而不是由于技術(shù)原因或生產(chǎn)廠家。同軸電纜的結(jié)構(gòu)如圖3-8所示：第18頁，共42頁。3.2物理層的組件

同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)，使它具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性。同軸電纜的帶寬取決于電纜長度。1km的電纜可以達(dá)到1Gbps-2Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。還可以使用更長的電纜，但是傳輸率要降低或使用中間放大器。目前，同軸電纜大量被光纖取代，但仍廣泛應(yīng)用于有線電視和某些局域網(wǎng)。

2）同軸電纜的規(guī)格型號(hào)。同軸電纜可分為兩種基本類型,基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。目前基帶常用的電纜,其屏蔽線是用銅做成的網(wǎng)狀的,特征阻抗為50(如RG-8、RG-58等);寬帶同軸電纜常用的電纜的屏蔽層通常是用鋁沖壓成的,特征阻抗為75(如RG-59等)。圖3-8同軸電纜的結(jié)構(gòu)第19頁，共42頁。3.2物理層的組件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一般選用RG-8以太網(wǎng)粗纜和RG-58以太網(wǎng)細(xì)纜。RG-59用于電視系統(tǒng)。RG-62用于ARCnet網(wǎng)絡(luò)和IBM3270網(wǎng)絡(luò)。3）同軸電纜的性能指標(biāo)。(1)同軸電纜的特性阻抗。同軸電纜的平均特性阻抗為50±2Ω,沿單根同軸電纜的阻抗的周期性變化為正弦波,中心平均值±3Ω,其長度小于2米。(2)同軸電纜的衰減。一般指500米長的電纜段的衰減值。當(dāng)用10MHz的正弦波進(jìn)行測(cè)量時(shí),它的值不超過8.5db(17db/公里);而用5MHz的正弦波進(jìn)行測(cè)量時(shí),它的值不超過6.0db(12db/公里)。(3)同軸電纜的傳播速度。需要的最低傳播速度為0.77C(C為光速)。(4)同軸電纜直流回路電阻電纜的中心導(dǎo)體的電阻與屏蔽層的電阻之和不超過10毫歐/米(在20℃下測(cè)量)。3．光纖1）光纖概述。光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是15μm-50μm，大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)。而單模光纖芯的直徑為8μm-10μm。芯外面包圍著一層折射率比芯的折射率低的玻璃封套，以使光纖保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護(hù)封套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護(hù)。纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆,易斷裂,因此需要外加一保護(hù)層。其結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。第20頁，共42頁。3.2物理層的組件

2）光纖的規(guī)格型號(hào)。主要分以下兩大類:（1）傳輸點(diǎn)模數(shù)類。傳輸點(diǎn)模數(shù)類分單模光纖(SingleModeFiber)和多模光纖(MultiModeFiber)。單模光纖的纖芯直徑很小,在給定的工作波長上只能以單一模式傳輸,傳輸頻帶寬,傳輸容量大。多模光纖是在給定的工作波長上,能以多個(gè)模式同時(shí)傳輸?shù)墓饫w。與單模光纖相比,多模光纖的傳輸性能較差。（2)折射率分布類。折射率分布類光纖可分為跳變式光纖和漸變式光纖。跳變式光纖纖芯的折射率和保護(hù)層的折射率都是一個(gè)常數(shù)。在纖芯和保護(hù)層的交界面,折射率呈階梯型變化。漸變式光纖纖芯的折射率隨著半徑的增加按一定規(guī)律減小,在纖芯與保護(hù)層交界處減小為保護(hù)層的折射率。纖芯的折射率的變化近似于拋物線。圖3-9光纖的結(jié)構(gòu)第21頁，共42頁。3.2物理層的組件

3）光纖的性能指標(biāo)。對(duì)光纖傳輸通道的性能要求，其前提是每一根光纖通道使用單個(gè)波長窗口。下面我們按照國際布線標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC11801：1995（E），給出單模和多模光纖通道的性能指標(biāo)。3.2.3網(wǎng)絡(luò)物理層設(shè)備在物理層工作的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要涉及到兩方面的工作：如何對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼以及接收到信號(hào)以后應(yīng)該如何處理。常見的物理層設(shè)備有網(wǎng)卡、轉(zhuǎn)發(fā)器、集線器、收發(fā)器以及介質(zhì)轉(zhuǎn)換器等。下面介紹中繼器、集線器、網(wǎng)卡及介質(zhì)轉(zhuǎn)換器。1．中繼器中繼器（Repeater）是連接網(wǎng)絡(luò)線路的一種裝置，常用于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間物理信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。中繼器是最簡單的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，主要完成物理層的功能，負(fù)責(zé)在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理層上按位傳遞信息，完成信號(hào)的復(fù)制、調(diào)整和放大功能，以此來延長網(wǎng)絡(luò)的長度。2．集線器

第22頁，共42頁。3.2物理層的組件集線器（Hub）可以說是一種特殊的中繼器，作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)間的中央節(jié)點(diǎn)，它克服了介質(zhì)單一通道的缺陷。以集線器為中心的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中某條線路或某節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)影響網(wǎng)上其他節(jié)點(diǎn)的正常工作。集線器可分為無源（Passive）集線器、有源（Active）集線器和智能（Intelligent）集線器。普通集線器的外觀如圖3-10所示：圖3-10普通集線器的外觀第23頁，共42頁。3.2物理層的組件

3．網(wǎng)卡我們最常用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備當(dāng)屬網(wǎng)卡了。網(wǎng)卡本身是LAN(局域網(wǎng))的設(shè)備，通過網(wǎng)關(guān)、路由器等設(shè)備就可以把這個(gè)局域網(wǎng)連接到Internet上。網(wǎng)卡有許多種，按照物理層來分類有無線網(wǎng)卡、RJ-45網(wǎng)卡、同軸電纜網(wǎng)卡、光纖網(wǎng)卡等等。它們?cè)谖锢砩系倪B接方式不同、數(shù)據(jù)的編碼、信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)、電平等也不同。以下主要介紹我們最常用到的以太網(wǎng)網(wǎng)卡。

以太網(wǎng)采用的CSMA/CD(載波偵聽多路訪問/沖突檢測(cè))的控制技術(shù)。他主要定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的工作方式。數(shù)據(jù)鏈路層和物理層各自實(shí)現(xiàn)自己的功能，相互之間不關(guān)心對(duì)方如何操作。二者之間有標(biāo)準(zhǔn)的接口(例如MII，GMII等)來傳遞數(shù)據(jù)和控制。以太網(wǎng)卡的物理層可以包含很多種技術(shù)，常見的有RJ45、光纖、無線等，它們的區(qū)別在于傳送信號(hào)的物理介質(zhì)和媒質(zhì)不同。這些都在IEEE的802協(xié)議族中有詳細(xì)的定義?，F(xiàn)主要討論的RJ45的網(wǎng)卡屬于IEEE802.3定義的范圍。第24頁，共42頁。3.3物理層的組網(wǎng)規(guī)范任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有自己的特性和適用范圍，只有在規(guī)定的范圍內(nèi)使用才能正常發(fā)揮其功能。實(shí)踐證明，網(wǎng)絡(luò)物理層的傳輸介質(zhì)與設(shè)備在組網(wǎng)的過程中都有一定的條件限制，違背這些組網(wǎng)規(guī)范就會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的性能，甚至造成嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)故障。下面就分別討論常見的物理層傳輸介質(zhì)與設(shè)備在組網(wǎng)中的規(guī)范。3.3.1傳輸介質(zhì)的組網(wǎng)規(guī)范在日常的組網(wǎng)工程中，主要使用的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是雙絞線、同軸電纜和光纖。這三種傳輸介質(zhì)的特性差別較大，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，目前在不同的組網(wǎng)環(huán)境中都在采用，下面分別介紹其使用條件與要求。1．雙絞線我們已經(jīng)討論了雙絞線電纜的一些普通特點(diǎn)。因?yàn)?類雙絞線是局域網(wǎng)中銅線電纜的標(biāo)準(zhǔn)，所以關(guān)于雙絞線電纜的特點(diǎn)和維護(hù)問題的更深入討論將直接針對(duì)5類雙絞線。另外，對(duì)于這個(gè)問題的討論集中在以太網(wǎng)中。第25頁，共42頁。3.3物理層的組網(wǎng)規(guī)范

速度為10Mbps、使用雙絞線電纜的以太網(wǎng)的IEEE設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是10BastT。使用雙絞線連接速度為100Mbps的以太網(wǎng)有兩種選擇：一是使用兩組電線，稱為100BaseTX；另一種是使用四組電線，稱為100BaseT4。我們將集中討論目前占主要地位的100BaseTX標(biāo)準(zhǔn)。雙絞線有兩種接法：EIA/TIA568B標(biāo)準(zhǔn)和EIA/TIA568A標(biāo)準(zhǔn)。具體接法如圖3-14所示：

圖3-14雙絞線接法第26頁，共42頁。3.3物理層的組網(wǎng)規(guī)范2．同軸纜同軸電纜分粗纜和細(xì)纜，在現(xiàn)實(shí)的組網(wǎng)中，細(xì)纜應(yīng)用較多，接下來我們主要分析一些細(xì)纜的特性。3．光纜光纖和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是光傳播的玻璃芯。在多模光纖中，芯的直徑是15μm-50μm，大致與人的頭發(fā)的粗細(xì)相當(dāng)。而單模光纖芯的直徑為8μm-10μm。芯外面包圍著一層折射率比芯的折射率低的玻璃封套，以使光纖保持在芯內(nèi)。在外面的是一層薄的塑料外套，用來保護(hù)封套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護(hù)。纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆,易斷裂,因此需要外加一保護(hù)層。第27頁，共42頁。3.3物理層的組網(wǎng)規(guī)范3.3.2物理層設(shè)備的組網(wǎng)規(guī)范介質(zhì)僅代表了物理層的一半影響因素。介質(zhì)連接的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也必須維護(hù)。在物理層工作的設(shè)備基本上關(guān)心兩件事情：位信號(hào)如何編碼，以及接收了位信號(hào)該如何處理？位信號(hào)的編碼是用來在物理層介質(zhì)中代表0或1的方法。依靠物理設(shè)備的功能，一旦接收了位信號(hào)，該設(shè)備就采取不同的行為。這一部分討論網(wǎng)卡、中繼器和集線器的使用規(guī)范。1．網(wǎng)卡使用規(guī)則網(wǎng)卡為計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備提供了連接到網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的接口。它們也處理接收和發(fā)送位信號(hào)以及存取介質(zhì)的細(xì)小環(huán)節(jié)。為工作站選擇合適的網(wǎng)卡的重要性經(jīng)常被忽略。網(wǎng)卡可以有多種選擇，您的選擇會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)的性能和可管理性。網(wǎng)卡在數(shù)據(jù)鏈路層中也起到作用，這在第四章中將再次提及，所以這里我們僅僅涉及網(wǎng)卡在物理層中的作用。部分包括網(wǎng)卡總線類型、支持介質(zhì)類型、運(yùn)行速度和幾個(gè)在選擇網(wǎng)卡時(shí)可能首要考慮的因素。2．中繼器和集線器使用規(guī)則第28頁，共42頁。3.3物理層的組網(wǎng)規(guī)范物理層設(shè)備直接互聯(lián)組建的網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中的所有工作站都處于同一個(gè)沖突域中，及同一時(shí)刻只能有一臺(tái)工作站向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)。隨著網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)的增加，網(wǎng)絡(luò)的性能將逐漸的下降。為確保網(wǎng)絡(luò)的可用性和可靠性。IEE802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以太網(wǎng)組網(wǎng)規(guī)范，其中有一個(gè)很著名的規(guī)則就是5-4-3規(guī)則。以太網(wǎng)中5-4-3準(zhǔn)則的內(nèi)容是：在一個(gè)10Mbps以太網(wǎng)中，在兩個(gè)工作站之間最多可以有5個(gè)網(wǎng)段、4個(gè)中繼器，同時(shí)5個(gè)網(wǎng)段中只有3個(gè)可以用于安裝電腦等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。第29頁，共42頁。3.4物理層故障診斷與排除在日常的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中，物理層的網(wǎng)絡(luò)故障占的比例較大。一個(gè)前期使用正常的網(wǎng)絡(luò)忽然發(fā)生不能上網(wǎng)的故障，通常是物理層故障引起的。下面分別討論常見的物理層故障的維護(hù)。3.4.1雙絞線網(wǎng)絡(luò)故障排除100BaseT或100ＢaseTX網(wǎng)絡(luò)中最常見的問題是關(guān)于電纜終端合適與否，以及是否符合設(shè)備和安裝標(biāo)準(zhǔn)。好的方面是一個(gè)網(wǎng)段只連接一臺(tái)工作站，所以如果一個(gè)連接器或電纜出現(xiàn)問題，它只會(huì)影響一臺(tái)工作站。但不好的一面是在星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的雙絞線以太網(wǎng)中，每一個(gè)工作站都連接到中央集線器，所以集線器的生產(chǎn)商在集線器中加入了能夠隔離故障的性能。本節(jié)將集中討論個(gè)別網(wǎng)段上可能出現(xiàn)的問題。

1．?dāng)嗑€故障因?yàn)殡p絞線斷線（主要是線序中的1、2、3、6線）引起的故障只會(huì)影響到用戶自身的正常工作，這種故障很容易查找。如果電纜一端沒有插在集線器或交換機(jī)上，您知道如何檢查。但另外一種情況，如果電纜插在網(wǎng)卡上，您或許就會(huì)忽略連接端已經(jīng)斷開。千萬別犯這樣的錯(cuò)誤！通常將電纜連接斷開的用戶在更換電纜時(shí)有兩種傾向：太小心和太用力。ＲＪ４５型插頭有時(shí)需要您費(fèi)點(diǎn)力氣才能連接好，所以您只有聽到插入的時(shí)“嘭”的一聲時(shí)才能保證插頭已確實(shí)連接好了。第30頁，共42頁。3.4物理層故障診斷與排除2．電纜過分彎曲故障如果您未使用某種類型的電纜管在屋頂和墻壁上進(jìn)行電纜布線，就可能不滿足電纜最小曲率半徑的要求。雙絞線電纜相當(dāng)靈活，所以，在屋頂?shù)慕锹浠蛘系K物處您可以不經(jīng)意地彎曲它。需要記住，要想讓５類電纜繞過一個(gè)90°的角落，至少需要長度1英寸的電纜圈來繞過這個(gè)角落。因?yàn)檫@種電纜非常靈活，所以不用擔(dān)心會(huì)損壞它。3．雙絞線質(zhì)量故障在過去的一些電纜安裝過程中，可能使用３類電纜，或更糟的是使用１類電纜，也稱作銀緞子。銀緞子電纜是用來連接電話或調(diào)制解調(diào)器的扁平的、銀色的電纜。不幸的是，一些網(wǎng)卡生產(chǎn)商曾經(jīng)使用這些電纜，并且一些相信它的網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算機(jī)技術(shù)人員也使用它。如果僅用作接插板，這些電纜可以在10Mbps的以太網(wǎng)中使用，但是它們無法通過任何性能測(cè)試，并會(huì)給網(wǎng)絡(luò)引入很高的錯(cuò)誤。３類電纜可以很好地工作在10BaseT的網(wǎng)絡(luò)中，但是當(dāng)您想把網(wǎng)絡(luò)升級(jí)第31頁，共42頁。3.4物理層故障診斷與排除為快速以太網(wǎng)時(shí)會(huì)發(fā)生什么事情呢？３類電纜不能用在快速以太網(wǎng)中，在10BaseT的網(wǎng)絡(luò)中這種電纜沒有５類電纜可靠。如文中分析過的，任何新安裝的網(wǎng)絡(luò)中都可以使用５Ｅ類電纜。５類電纜也可以使用，但是如果在10BaseTX網(wǎng)絡(luò)中，電纜需要附加的測(cè)試。4．電纜過長引起的故障100米似乎是很長的距離，但是如果您需要管理從生產(chǎn)倉庫的一端到另一端的電纜線，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)距離并不長。當(dāng)然，您非常清楚并不是只有您才會(huì)遇到這種情況。許多雇用計(jì)算機(jī)工作人員的公司都有一個(gè)室內(nèi)維護(hù)人員，他的工作就是管理電纜。5．連接錯(cuò)誤故障不同電纜終端標(biāo)準(zhǔn)的使用將會(huì)導(dǎo)致工作站到集線器的連接斷開。如果插座終端使用568-Ａ標(biāo)準(zhǔn)，接插板568-使用Ｂ標(biāo)準(zhǔn)，您就結(jié)束了工作站上的傳輸線到集線器上的傳輸線的連接，以及工作站上的接收線到網(wǎng)絡(luò)中接收線的連接。6．做線不標(biāo)準(zhǔn)引起的故障第32頁，共42頁。3.4物理層故障診斷與排除

有一種電纜終端可以不遵循568-A或568-B標(biāo)準(zhǔn)，卻仍然可以在10Ｍbps以太網(wǎng)中使用。留心的電纜安裝員可能聽說過以太網(wǎng)中的電纜是直接連接的。也就是說，一個(gè)連接器上1引腳的電線連接到電纜另一端連接器上的１引腳上，其他８個(gè)引腳的連接情況一樣。實(shí)際上，這種設(shè)置適用于標(biāo)準(zhǔn)的雙絞線以太網(wǎng)中。因此，排列起四組電線――綠色、藍(lán)色、橙色、棕色—然后加入連接器的做法非常合理。7．RJ45連接電線沒有纏繞故障對(duì)短電纜的操作非常困難。一些技術(shù)員可能會(huì)剝掉幾厘米長的電纜外殼、解開纏繞的電線和接上電纜。雖然這個(gè)方法可以使得電纜終端的制作快速而簡單，但會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)連接信號(hào)微弱和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咤e(cuò)誤率。這種類型的終端會(huì)導(dǎo)致串?dāng)_以及對(duì)電磁干擾和射頻干擾更加敏感。再次強(qiáng)調(diào)，保持電纜終端線圈的纏繞是非常重要的。第33頁，共42頁。3.4物理層故障診斷與排除3.4.2細(xì)纜網(wǎng)常見故障的排除在細(xì)纜網(wǎng)中的常見故障主要涉及到電纜終端連接器的正確安裝以及是否符合10Base2網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。如果一個(gè)10Base2網(wǎng)絡(luò)由于采用總線結(jié)構(gòu)而不能正常工作，這種故障通常都涉及到多路工作站或者是全部的電纜。將各種故障分離是一項(xiàng)困難而且耗時(shí)的工作，下面列出了當(dāng)發(fā)生連接故障以及傳輸速率很慢等情況時(shí)，應(yīng)該考慮的一些故障原因。1．?dāng)嗑€故障用戶隨時(shí)可能會(huì)擾亂網(wǎng)絡(luò)，而且不幸的是許多他們可以很容易完成的工作對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生破壞。設(shè)想如果用戶想要在自己的機(jī)器上對(duì)內(nèi)存進(jìn)行升級(jí)時(shí)，他們首先會(huì)做什么呢？通常在去掉箱之前，他們會(huì)拔掉所有的插頭。畢竟他們從開始就被告知應(yīng)該這樣去做的。這種操作本身是沒有問題的，只要他們將整個(gè)T型連接器從網(wǎng)卡上拔掉，而不是將電纜從T型連接器上拔掉即可。如果用戶真的將電纜與T型連接器斷開，那么現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中就存在兩個(gè)物理網(wǎng)段，兩段網(wǎng)段在電纜的兩端都沒有終端。這將會(huì)引起整段電纜的失效。2．電纜不能滿足最小曲率半徑要求第34頁，共42頁。3.4物理層故障診斷與排除設(shè)計(jì)人員在布置電纜時(shí)，通常都非常仔細(xì)，以便使所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)能夠滿足各種應(yīng)用要求，然而隨著時(shí)間的流逝這些預(yù)防措施會(huì)逐漸地消除。當(dāng)用戶移動(dòng)一臺(tái)工作站時(shí)，許多以前能夠正常運(yùn)行的程序可能會(huì)出現(xiàn)各種奇怪的錯(cuò)誤。3．使用了錯(cuò)誤的終端連接器不同的電纜應(yīng)該使用不同的終端連接器，遺憾的是許多同軸連接器看上去或多或少都有一些近似。按照規(guī)定在細(xì)電纜網(wǎng)中使用RG58電纜應(yīng)該在端點(diǎn)處安裝一個(gè)50歐姆的終端電阻。一些終端連接器只是在連接器附近用色彩了阻抗的數(shù)值。通常情況下50歐姆的電阻為綠色的，最重要的是保證終端連接器與同思電纜的類型相匹配。否則數(shù)據(jù)傳輸過程中將會(huì)出現(xiàn)損失，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤或者徹底失去數(shù)據(jù)傳輸功能。4、網(wǎng)絡(luò)中加入了短線電纜網(wǎng)段所謂短線電纜網(wǎng)段是指使用T型連接器連接兩段電纜以實(shí)際擴(kuò)展總路線的目的，同時(shí)使用第三個(gè)連接口位于遠(yuǎn)端的一臺(tái)工作站。這種布置方式應(yīng)該盡量避免。這種類型的配置給電信號(hào)提供了多種傳輸路徑。它造成數(shù)據(jù)的映像和破壞。您應(yīng)該確保所有工作站直接連接到網(wǎng)絡(luò)主干線上，而不是形成任何節(jié)點(diǎn)。第35頁，共42頁。3.4物理層故障診斷與排除3.4.3影響以太網(wǎng)性能的常見問題1．過度沖突以太網(wǎng)采用的是一種先監(jiān)聽后發(fā)送的爭用型媒體訪問方法（CSMA/CD），因而LAN上發(fā)生一些沖突不可避免，但如果沖突過于頻繁發(fā)生，則是不正常的，這一般是由下列原因造成的：電纜連接距離超過了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)范，例如：10Base-T的以太網(wǎng)上，每個(gè)工作站應(yīng)使用長度不超過100米的電纜連接到Hub上。這種沖突一般在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀前64字節(jié)已正確發(fā)送之后出現(xiàn)，稱為后沖突；違反了以太網(wǎng)的5-4-3規(guī)則，即LAN最多有5個(gè)分段、任何兩個(gè)站點(diǎn)間不能超過4個(gè)中繼器、只有3個(gè)網(wǎng)段可以連接工作站。這也是引起網(wǎng)絡(luò)沖突的一個(gè)原因。解決的辦法是使用交換機(jī)替代集線器來隔離沖突域。2嚴(yán)重噪音干擾以太網(wǎng)易受電磁干擾，使發(fā)送的比特串被電纜上的噪音所破壞。噪音一般是由下列原因引起的：網(wǎng)絡(luò)電纜太靠近某個(gè)電氣設(shè)備，如電機(jī)。網(wǎng)絡(luò)電纜走向與電源電纜并行。網(wǎng)絡(luò)電纜連接末端的導(dǎo)線未扭轉(zhuǎn)的長度過長，從而在這段未扭轉(zhuǎn)的并行導(dǎo)線上產(chǎn)生電磁場而出現(xiàn)干擾。100Base-TX網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)該使用5類雙絞線而錯(cuò)誤使用了3類雙絞線。一般來說，當(dāng)以太網(wǎng)的沖突率在合理范圍內(nèi)，而在接收端出現(xiàn)CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤急劇增加的現(xiàn)象，應(yīng)該考慮可能是噪音的影