第四章-計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

1主編裴有柱電子工業(yè)出版社計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)(第2版)中等職業(yè)教育國家規(guī)劃教材

要點：①網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)②各種網(wǎng)間互聯(lián)設(shè)備(中繼器、HUB、路由器、網(wǎng)橋及網(wǎng)關(guān)等)的性能和應用③各種網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備（包括網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等）的應用。目標：

網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)雙絞線、同軸電纜和光纖的性能及使用，網(wǎng)卡、路由器、HUB的性能及應用，中繼器、網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)橋的應用。*本章學習要點、目標、導讀：

第4章計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備導讀：

本章介紹連接網(wǎng)絡(luò)的各種傳輸設(shè)備、接口設(shè)備及網(wǎng)間互聯(lián)設(shè)備的性能與應用。通過學習本章應充分了解各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在實際中的使用特性，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和組建以及異種網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)有一定的指導作用。4.1網(wǎng)路傳輸介質(zhì)

網(wǎng)路傳輸介質(zhì)是在網(wǎng)路中信息傳輸?shù)拿襟w，常用的傳輸介質(zhì)通常分為有線傳輸介質(zhì)和無線傳輸介質(zhì)兩大類。有線傳輸介質(zhì)主要包括雙絞線、同軸電纜和光纖。無線傳輸介質(zhì)主要有無線電波、微波、紅外線和激光。

有線傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖無線電波紅外線激光將信號約束在一個物理導體之內(nèi)1.雙絞線電纜概述雙絞線能提供良好的傳導率，既可以傳輸模擬信號，也可以用來傳輸數(shù)字信號，對于模擬信號，每5~6KM需要一個放大器；對于數(shù)字信號，每2~3KM需要一個中繼器。在局域網(wǎng)中，雙絞線被用來進行直接的數(shù)字信號傳輸，單傳輸距離受到限制。在100kb/s速率距離可達1km；使用10MB/S和100MS/B的數(shù)據(jù)傳輸速率，距離不能超過100M.雙絞線TP（TwistedPair）在內(nèi)部由若干對兩兩絞在一起的相互絕緣的銅導線組成，導線的典型直徑為1mm（在0.4mm1.4mm之間）。采用兩兩相絞的絞線技術(shù)可以抵消相鄰線對之間的電磁干擾和減少近端串擾。雙絞線電纜一般由多對雙絞線外包纏護套組成，其護套稱為電纜護套。電纜的對數(shù)可分為4對雙絞線電纜、大對數(shù)雙絞線電纜（包括25對、50對、100對等）。雙絞線電纜中的每一根絕緣線路都用不同顏色加以區(qū)分，這些顏色構(gòu)成標準的編碼，因此很容易識別和正確端接每一根線路。每個線對都有兩根導線。其中一根導線的顏色為線對的顏色加一個白色條紋，另一根導線的顏色是白色底色加線對顏色的條紋，即電纜中的每一對雙絞線對稱電纜都是互補顏色。4對UTP電纜的4對線具有不同的顏色標記，這四種顏色是藍色、橙色、綠色、棕色。2.雙絞線電纜的分類雙絞線非屏蔽雙絞線（UTP）屏蔽雙絞線（STP）十字星形填充的雙絞線對稱電纜構(gòu)造是在電纜中建一個十字交叉中心，把4個線對分成不同的信號區(qū)，這樣就可以提高電纜的抗近端串擾性能，減少在安裝過程中由于電纜連接和彎曲引起的電纜物理上的失真，十字骨架構(gòu)造在保證前后位置精準方面做了更多的改進。3.連接器件雙絞線電纜連接硬件包括電纜配線架、信息插座和接插軟線等。4.雙絞線的主要品牌（1）AVAYA（亞美亞）（2）美國安普（AMP）（3）美國IBM公司（4）西蒙（SIEMON）公司（5）美國泛達Panduit綜合布線系統(tǒng)（7）法國阿爾卡特（ALCATEL）公司（8）大唐電信科技股份有限公司（9）TCL國際電工1.同軸電纜的結(jié)構(gòu)同軸電纜共有四層組成：一根中央銅導線、包圍銅線的絕緣層、一個網(wǎng)狀金屬屏蔽層以及一個塑料保護外皮。它的內(nèi)部共有兩層導體排列在同一軸上，所以稱為“同軸”。其中，銅線傳輸電磁信號，它的粗細直接決定其衰減程度和傳輸距離；絕緣材料將銅線與金屬屏蔽物隔開；網(wǎng)狀金屬屏蔽層（網(wǎng)狀金屬屏蔽層在各個方向上圍繞著導線）一方面可以屏蔽噪聲，另一方面可以作為信號地，能夠很好地隔離外來的電信號。4.2.1同軸電纜（CoaxialCable）同軸電纜1.光纜的組成光纖是光纜的纖芯，光纖由光纖芯、包層和涂覆層三部分組成。最里面的是光纖芯，包層將光纖芯圍裹起來，使光纖芯與外界隔離，以防止與其他相鄰的光導纖維相互干擾。

4.1.3光纖（1）光纖芯光纖芯是光的傳導部分，而包層的作用是將光封閉在光纖芯內(nèi)。光纖芯和包層的成分都是玻璃，光纖芯的折射率高，包層的折射率低，這樣可以把光封閉在光纖不斷反射傳輸在芯內(nèi)。光纖特點1.優(yōu)點：①傳輸速率高，目前實際可達到的傳輸速率魏幾十兆比特/秒至幾兆比特/秒。②抗電磁干擾能力強、重量輕、體積小、韌性好、安全保密性高。③傳輸距離長衰減極小。2.缺點：①光纖通信多用于作為計算機網(wǎng)路的主干線。光纖的最大問題是與他傳輸介質(zhì)相比價格昂貴。②光纖銜接和光纖分支均較困難，而且在分支，信號能量損失很大。2.光纖的分類（1）按照折射率分布不同來分均勻光纖：光纖纖芯的折射率n1和包層的折射率n2都為一常數(shù)，且n1>n2，在纖芯和包層的交界面處折射率呈階梯型變化，這種光纖稱為均勻光纖，又稱為突變型光纖。非均勻光纖：光纖纖芯的折射率n1隨著半徑的增加而按一定規(guī)律減小，到纖芯與包層的交界處為包層的折射率n2，即纖芯中折射率的變化呈近似拋物線型。這種光纖稱為非均勻光纖，又稱為漸變型光纖。（2）按照傳輸?shù)目偰?shù)來分單模光纖SMF（SingleModeFiber）：單模光纖的纖芯直徑很小，約為4m~10m，理論上只傳輸一種模態(tài)。單模光纖通常用在工作波長為1310nm或1550nm的激光發(fā)射器中。在綜合布線系統(tǒng)中，常用的單模光纖有8.3/125m突變型單模光纖，常用于建筑群之間的布線。多模光纖MMF（MultiModeFiber）：在一定的工作波長下，當有多個模態(tài)在光纖中傳輸時，則這種光纖稱為多模光纖。工作波長為850nm或1300nm。在綜合布線系統(tǒng)中常用纖芯直徑為50m、62.5m，包層均為125m，也就是通常所說的50m、62.5m。常用于建筑物內(nèi)干線子系統(tǒng)、水平子系統(tǒng)或建筑群之間的布線。3．光纖通信系統(tǒng)目前在局域網(wǎng)中實現(xiàn)的光纖通信是一種光電混合式的通信結(jié)構(gòu)。通信終端的電信號與光纜中傳輸?shù)墓庑盘栔g要進行光電轉(zhuǎn)換，光電轉(zhuǎn)換通過光電轉(zhuǎn)換器完成。

4．光纖連接器光纖收發(fā)器光接口網(wǎng)卡有些服務(wù)器需要與交換機之間進行高速的光纖連接，這時，服務(wù)器中的網(wǎng)卡應該具有光纖接口。主要有Intel、IBM、3COM和D-Link等大公司的產(chǎn)品系列。帶光纖接口的交換機許多中高檔的交換機為了滿足連接速率與連接距離的需求，一般都帶有光纖接口。有些交換機為了適應單模和多模光纖的連接，還將光纖接口與收發(fā)器設(shè)計成通用接口的光纖模塊，根據(jù)不同的需要選用，把這些光纖模塊插入交換機的擴展插槽中。（2）涂覆層由一層或幾層聚合物構(gòu)成，厚度約為250m，在光纖的制造過程中就已經(jīng)涂覆到光纖上。（3）緩沖保護層分緊套管緩沖和松套管緩沖兩類。（4）光纜加強元件光纜加強元件有芳綸砂、鋼絲和纖維玻璃棒等三種。（5）光纜護套光纜護套是光纜的外圍部件，它是非金屬元件，作用是將其他的光纜部件加固在一起，保護光纖和其他的光纜部件免受損害。5．交換技術(shù)

交換技術(shù)只是把數(shù)據(jù)從源站點發(fā)送到目的站點，中間節(jié)點不關(guān)心數(shù)據(jù)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)中常使用的交換技術(shù)是線路交換、報文交換和分組交換。

6．多路復用技術(shù)

是指為充分利用傳輸介質(zhì)在一條物理線路上建立多條通信信道的技術(shù)。頻分多路復用是以信道頻帶作為分割對象，在發(fā)送端把要傳輸多路信號用互不重疊的頻率分割開，然后發(fā)送；時分多路復用是以信道傳輸時間作為分割對象，通過為多個信道分配互不重疊的時間片的方法來實現(xiàn)發(fā)送。

1.微波微波數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有兩種形式：地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)。采用微波傳輸?shù)恼颈仨毎惭b在視線內(nèi)，傳輸?shù)念l率為4GHz6GHz和21GHz23GHz，傳輸距離一般只有50km左右。微波通信的主要特點是有很高的帶寬(1～11GHz)．容量大，通信雙方不受環(huán)境位置的影響，并且不需事先鋪設(shè)電纜。4.1.4無線傳輸介質(zhì)2.激光通信激光通信的優(yōu)點是帶寬更高、方向性好、保密性能好等。激光通信多用于短距離的傳輸。激光通信的缺點是其傳輸效率受天氣影響較大。3.紅外線光紅外線通信不受電磁干擾和射頻干擾的影響。紅外線傳輸建立在紅外線光的基礎(chǔ)上，采用光發(fā)射二極管、激光二極管或光電二極管來進行站點與站點之間的數(shù)據(jù)交換。紅外線傳輸既可以進行點到點通信，也可以進行廣播式通信。紅外線傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，在面向一個方向通信時，數(shù)據(jù)傳輸率為16Mbps。如果選擇數(shù)據(jù)向各個方向上傳輸時，速度將不能超過1Mbps。4.1.3傳輸介質(zhì)的選擇⑴網(wǎng)路拖布結(jié)構(gòu)；⑵網(wǎng)路連接方式；⑶網(wǎng)路通信容量；⑷系統(tǒng)傳輸時的可靠性要求；⑸所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型；⑹環(huán)境因素，如網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍、節(jié)點間局等。

網(wǎng)卡是局域網(wǎng)中提供各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)相連的接口，全名是網(wǎng)絡(luò)接口卡，也叫網(wǎng)絡(luò)適配器，其品種和質(zhì)量的好壞，直接影響網(wǎng)絡(luò)的性能和網(wǎng)上所運行軟件的效果。4.2網(wǎng)卡（NIC）每一網(wǎng)卡在出廠時都被分配了一個全球惟一的地址標識，該標識被稱為網(wǎng)卡地址或MAC地址，由于該地址是固化在網(wǎng)卡上的，所以又被稱為物理地址或硬件地址。網(wǎng)卡地址由48位長度的二進制數(shù)組成。

按照網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不同可分為以太網(wǎng)卡、令牌環(huán)網(wǎng)卡、FDDI網(wǎng)卡等。目前以太網(wǎng)網(wǎng)卡最常見。按照傳輸速率，單單以太網(wǎng)卡就提供了10Mbps、100Mbps、1000Mbps和10Gbps等多種速率。數(shù)據(jù)傳輸速率是網(wǎng)卡的一個重要指標。按照總線類型分類，網(wǎng)卡可分為ISA總線網(wǎng)卡、EISA總線網(wǎng)卡、PCI總線網(wǎng)卡及其他總線網(wǎng)卡等。按照所支持的傳輸介質(zhì)，網(wǎng)卡可分為雙絞線網(wǎng)卡、粗纜網(wǎng)卡、細纜網(wǎng)卡、光纖網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡。同軸電纜網(wǎng)卡雙絞線網(wǎng)卡光纖網(wǎng)卡網(wǎng)卡按總線接口分類ISA網(wǎng)絡(luò)接口：較早（20世紀80年代末90年代初）的網(wǎng)卡。PCI網(wǎng)絡(luò)接口：是現(xiàn)在PC機上最普遍的網(wǎng)卡。PCI-X網(wǎng)絡(luò)接口：服務(wù)器上使用的網(wǎng)卡。PCMCIA網(wǎng)絡(luò)接口：筆記本上使用的網(wǎng)卡。USB網(wǎng)絡(luò)接口：是一種新型的總線技術(shù)。按網(wǎng)絡(luò)接口分類RJ-45網(wǎng)卡：雙絞線以太網(wǎng)應用BNC網(wǎng)卡：細同軸電纜上應用 AUI網(wǎng)卡：粗同軸電纜上應用FDDI網(wǎng)卡：100M/S帶寬的光纖網(wǎng)應用ATM網(wǎng)卡：ATM光纖或雙絞線網(wǎng)絡(luò)中應用。按帶寬分類 10M/S網(wǎng)卡100M/S網(wǎng)卡10/100M/S網(wǎng)卡1000M/S網(wǎng)卡4.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備常用的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備有中續(xù)器、集線器、網(wǎng)橋、交換機、路由器等。4.3.1中繼器中繼器又稱轉(zhuǎn)發(fā)器，具有對物理信號進行放大和再生的功能，其將從輸入接口接收的物理信號通過放大和整形再從輸出接口輸出。中繼器具有典型的單進單出結(jié)構(gòu)，所以當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增加時，可能會需要許許多多的單進單出結(jié)構(gòu)的中繼器作為信號放大之用。所有端口都共享一個帶寬。雙絞線中繼器光纖中繼器

使用中繼器應遵守以下兩條原則：一是用中繼器連接的以太網(wǎng)不能形成環(huán)形網(wǎng)；另一個必須遵守MAC（介質(zhì)訪問控制）協(xié)議的定時特性，即用中繼器將電纜連接起來的段數(shù)是有限的。對于以太網(wǎng)，最多只能使用4個中繼器，意味著只能連接5個網(wǎng)段，即遵守以太網(wǎng)的5-4-3-2-1規(guī)則。其中：5是指局域網(wǎng)最多有5個網(wǎng)段；4是指全信道上最多可連4個中繼器；3是指其中3個網(wǎng)段可連網(wǎng)站；2是指有兩個網(wǎng)段只能用來加長而不連任何網(wǎng)站，其目的是減少競發(fā)網(wǎng)站的個數(shù)，而減小發(fā)生沖突的幾率；1是指由此組成一個共享局域網(wǎng)，總站數(shù)小于1024，全長小于500m（雙絞線）或2.5km（粗同軸電纜）。2.中繼器的應用特點中繼器是擴展網(wǎng)絡(luò)的最廉價的方法。安裝簡單方便。只用于使用相同協(xié)議的同構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)的連接。如：不能把以太網(wǎng)和令牌網(wǎng)進行連接。沒有隔離和過濾功能。無線4.3.2集線器（HUB）集線器是中續(xù)器的一種，區(qū)別在與集線器能夠提供更多的接口服務(wù)，所以集線器也叫多中續(xù)器。集線器主要以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)布線結(jié)構(gòu)，簡化網(wǎng)絡(luò)管理為目標而設(shè)計的。以集線器為節(jié)點中心的優(yōu)點 當網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中某條線路或某節(jié)點出現(xiàn)故障時，不會影響網(wǎng)上其他節(jié)點的正常工作，這就是集線器剛推出時與傳統(tǒng)的總線網(wǎng)絡(luò)的最大的區(qū)別和優(yōu)點。集線器分類按端口可分為8、16、24口集線器。8口16口24口2.按帶寬劃分有，10Mb/s、100Mb/s、10/100Mb/s幾種。①10Mb/s集線器是網(wǎng)路早期產(chǎn)品，屬于低端集線器。②100Mb/s集線器相對是比較先進。③10/100Mb/s集線器是自適應型?？朔?00Mb/s和10Mb/s兼容性不良的缺點。3.按照配置形式劃分①獨立型集線器②模塊化集線器③堆疊式集線器按照管理方式劃分切換式集線器共享式集線器可堆疊共享式集線器從可否進行網(wǎng)路管理劃分不可以網(wǎng)路管理型集線器稱為傻瓜集線器?？梢跃W(wǎng)路管理型集線器，稱為智能集線器。集線器的不足用戶帶寬共享，帶寬受限。廣播方式，易構(gòu)成網(wǎng)路風暴。非雙工傳輸，網(wǎng)路通信效率低。4.4交換機（Switch）以太網(wǎng)交換機（以下簡稱交換機）是工作在OSI參考模型數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備，外表和集線器相似。它通過判斷數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址，從而將幀從合適的端口發(fā)送出去。交換機是集線器的升級版，從外觀看和集線器沒什么區(qū)別，都是帶有端口的長方形的盒子。廣義的交換機就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址是廣播地址或者組播地址，則向交換機所有端口轉(zhuǎn)發(fā)（除數(shù)據(jù)幀來的端口）。如果數(shù)據(jù)幀的目的地址是單播地址，但是這個地址并不在交換機的地址表中，那么也會向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)（除數(shù)據(jù)幀來的端口）。如果數(shù)據(jù)幀的目的地址在交換機的地址表中，那么就根據(jù)地址表轉(zhuǎn)發(fā)到相應的端口。如果數(shù)據(jù)幀的目的地址與數(shù)據(jù)幀的源地址在一個網(wǎng)段上，它就會丟棄這個數(shù)據(jù)幀，交換也就不會發(fā)生。交換數(shù)據(jù)幀E0：0260.8c01.1111E1：0260.8c01.3333E2：0260.8c01.2222E3：0260.8c01.4444E3：0260.8c01.6666MACaddresstableACEBDF0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.55550260.8c01.33330260.8c01.44440260.8c01.6666E0E1E2E3E4局域網(wǎng)交換機的種類①從廣義上來看，交換機分為兩種：廣域網(wǎng)交換機和局域網(wǎng)交換機。②按照現(xiàn)在復雜的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式，網(wǎng)絡(luò)交換機分為接入層交換機、匯聚層交換機和核心層交換機。③從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上看，局域網(wǎng)交換機分為以太網(wǎng)交換機、快速以太網(wǎng)交換機、千兆位以太網(wǎng)交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環(huán)交換機等多種。④從規(guī)模應用上又有企業(yè)級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。

⑤按照OSI的參考網(wǎng)絡(luò)模型，交換機分為第2層交換機、第3層交換機、第4層交換機等，一直到第7層交換機。⑥按照交換機的可管理性，可把交換機分為可管理型交換機和不可管理型交換機，它們的區(qū)別在于對SNMP、RMON等網(wǎng)管協(xié)議的支持。⑦按照交換機是否可堆疊，交換機分為可堆疊型交換機和不可堆疊型交換機兩種。⑧按照最廣泛的普通分類方法，局域網(wǎng)交換機分為桌面型交換機、工作組型交換機和校園網(wǎng)交換機3類。⑨根據(jù)交換技術(shù)的不同，有人又把交換機分為端口交換機、幀交換機和信元交換機3種。⑩從應用的角度劃分，交換機分為電話交換機（PBX）和數(shù)據(jù)交換機（Switch）。當然，目前在數(shù)據(jù)上的語音傳輸VoIP又有人稱之為“軟交換機”。

交換機之間的連接(1)交換機有“UpLink（級聯(lián)）”端口(2)交換機沒有“UpLink（級聯(lián)）”端口(3)堆疊交換機與集線器的區(qū)別工作層次不同。交換機和集線器在OSI/RM開發(fā)體系模型中方對應的層次就不一樣，集線器是同時工作在第1層（物理層）和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層），而交換機至少是工作在第2層，更高級的交換機可以工作在第3層（網(wǎng)絡(luò)層）和第4層（傳輸層）。交換機的數(shù)據(jù)傳輸方式不同。集線器的數(shù)據(jù)傳輸方式是廣播方式。而交換機的數(shù)據(jù)傳輸是有目的的，數(shù)據(jù)只對目的節(jié)點發(fā)送，只是在自己的MAC地址表中找不到的情況下第1次使用廣播方式發(fā)送，然后因為交換機具有MAC地址學習功能，第2次以后就不再室廣播發(fā)送了，又是有目的的發(fā)送。這樣的好處是數(shù)據(jù)傳輸效率提高，不會出現(xiàn)廣播風暴，在安全性方面也不會出現(xiàn)其他節(jié)點偵聽的現(xiàn)象。3.帶寬占用方式不同。在帶寬占用方面，集線器所以端口是共享集線器的總帶寬，而交換機的每個端口都具有自己的帶寬，這樣交換機實際上每個端口的帶寬比集線器端口可用帶寬要高許多，也就決定了交換機的傳輸速度比集線器要快許多。4.傳輸模式不同。集線器只能采用半雙工方式進行傳輸，因為集線器是共享傳輸介質(zhì)的，這樣在上行通道上集線器一次只能傳輸一個任務(wù)，要么是發(fā)送數(shù)據(jù)。而交換機則不一樣，它是采用全雙工方式來傳輸數(shù)據(jù)的，因此在同一時刻可以用手進行數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送，這不但令數(shù)據(jù)的傳輸速度大大加快，而且在整個系統(tǒng)的吞吐量方面交換機比集線器至少要加快一倍以上，因為它可以接受和發(fā)送同時進行，實際上還遠不止一倍，因為一般來說交換機端口帶寬比集線器也要寬許多倍。4.5路由器路由器是連接異型網(wǎng)路的核心設(shè)備。路由器工作于網(wǎng)路層，它具有不同網(wǎng)路間的地址翻譯，協(xié)議交換和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的功能，以實現(xiàn)廣域網(wǎng)之間、廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層物理層路由器