计算机网络基础之网络设备

计算机网络基础与应用第三章计算机网络设备主讲：钟名春第3章计算机网络设备3.1传输介质3.2网卡3.3集线器3.1节3.2节3.3节3.4交换机3.5路由器3.6其他网络设备3.4节3.5节3.6节3.7实训3.7节计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1传输介质传输介质是网络中传输数据、连接各网络节点的实体，可以分为有线传输介质和无线传输介质两大类。•有线传输介质：利用金属、玻璃纤维以及塑料等导体传输信号，一般金属导体被用来传输电信号，通常由铜线制成，双绞线和大多数同轴电缆就是如此。有时也使用铝，最常见的应用是有线电视网络覆以铜线的铝质干线电缆；玻璃纤维通常用于传输光信号的光纤网络；塑料光纤（POF）用于速率低、距离短的场合。•无线传输介质：不利用导体，信号完全通过空间从发射器发射到接收器。辐射介质有时被称为无线介质。只要发射器和接收器之间有空气，就会导致信号减弱及失真。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.1双绞线双绞线是局域网最基本的传输介质，由具有绝缘保护层的4对8线芯组成，每两条按一定规则缠绕在一起，称为一个线对。两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。不同线对具有不同的扭绞长度，从而能够更好地降低信号的辐射干扰。双绞线一般用于星型拓扑网络的布线连接，两端安装有RJ45头，用于连接网卡与交换机，最大网线长度为100m。如果要加大网络的范围，在两段双绞线之间可安装中继器，最多可安装4个中继器，连接5个网段，最大传输范围可达500m。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.1双绞线1、非屏蔽双绞线。在传输期间，信号的衰减比较大，并且会产生波形畸变。采用UTP双绞线的局域网带宽取决于所用导线的质量、长度及传输技术。一般五类以上UTP双绞线的传输速率可以达到100Mbit/s。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.1双绞线1、非屏蔽双绞线。在传输期间，信号的衰减比较大，并且会产生波形畸变。采用UTP双绞线的局域网带宽取决于所用导线的质量、长度及传输技术。一般五类以上UTP双绞线的传输速率可以达到100Mbit/s。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.1双绞线2、屏蔽双绞线。STP需要一层金属箔即覆盖层把电缆中的每对线包起来，有时候利用另一覆盖层把多对电缆中的各对线包起来或利用金属屏蔽层取代这层包在外面的金属箔。覆盖层和屏蔽层有助于吸收环境干扰，并将其导入地下以消除这种干扰。屏蔽双绞线又包括以下两种类型。•铝箔屏蔽的双绞线•独立屏蔽双绞线计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.1双绞线2、屏蔽双绞线。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.1双绞线EIA/TIA（美国电子和通信工业协会）为双绞线电缆定义了5种不同规格的型号。•一类线：主要用于传输语音，不用于数据传输。•二类线：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率为4Mbit/s的数据传输。•三类线：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。该电缆的传输频率为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbit/s的数据传输，主要用于10base-T网络。•四类线：该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率为16Mbit/s的数据传输，主要用于基于令牌网和10base－T/100base－T网络。•五类线：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输速率为100Mbit/s，用于语音传输和最高传输速率为100Mbit/s的数据传输，主要用于10base－T/100base－T网络，这是最常用的以太网电缆。计算机网络基础与应用第3章：计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.1双绞线在使用双绞线组建网络时，必须遵循“5－4－3”规则，即网络中任意两台计算机间最多不超过5段线（集线设备到集线设备或集线设备到计算机间的连线）、4台集线设备、3台直接连接计算机的集线设备。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.2同轴电缆同轴电缆是局域网中较早使用的传输介质，主要用于总线型拓扑结构的布线，它以单根铜导线为内芯（内导体），外面包裹一层绝缘材料（绝缘层），外覆密集网状导体（外屏蔽层），最外面是一层保护性塑料（外保护层）。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.2同轴电缆同轴电缆有两种：一种为75Ω同轴电缆；另一种为50Ω同轴电缆。•75Ω同轴电缆：常用于CATV（有线电视）网，故称为CATV电缆，传输带宽可达1Gbit/s，目前常用的CATV电缆传输带宽为750Mbit/s。•50Ω同轴电缆：常用于基带信号传输，传输带宽为1～20Mbit/s，总线型以太网就使用50Ω同轴电缆。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.2同轴电缆同轴电缆一般用于总线型网络布线连接计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.2同轴电缆粗缆适用于较大局域网的网络干线，布线距离较长，可靠性较好。用户通常采用外部收发器与网络干线连接。粗缆网络每条干线的长度可达500m，如要拓宽网络范围，则需要使用中继器，采用4个中继器连接5个网段后最大传输范围可达2500m。用粗缆组建局域网，如果直接与网卡相连，网卡必须带有AUI接口（15针D型接口）。粗缆网络虽然各项性能较高，具有较大的传输距离，但是网络安装和维护等方面比较困难，且造价较高。细缆利用T型BNC接口连接器连接BNC接口网卡，同轴电缆的两端需安装50Ω终端电阻器。细缆网络每段干线长度最大为185m，每段干线最多可接入30个用户，如采用4个中继器连接5个网段，最大传输范围可达925m。细缆网络安装较容易，而且造价较低，但因受网络布线结构的限制，其日常维护不是很方便，一旦某个用户出现故障，便会影响其他用户的正常工作。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.3光纤1、光纤结构与原理光纤（光导纤维）的结构一般是双层或多层的同心圆柱体，由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层。•纤芯：纤芯位于光纤的中心部位，由非常细的玻璃（或塑料）制成。•包层：包层位于纤芯的周围，是一个玻璃（或塑料）涂层。•涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层、缓冲层和二次涂覆层，由分层的塑料及其附属材料制成。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.3光纤由于纤芯的折射率大于包层的折射率，故光波在界面上形成全反射，使光只能在纤芯中传播，实现通信计算机网络基础与应用根据光纤传输模数的不同，光纤主要分为两种类型，即单模光纤和多模光纤。第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.3光纤3、光缆因为光纤本身比较脆弱，所以在实际应用中都是将光纤制成不同结构形式的光缆。光缆是以一根或多根光纤或光纤束制成，符合光学机械和环境特性的结构。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.3光纤4、优缺点计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.4无线传输介质1、微波通信微波通信是在对流层视线距离范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式，频率范围为2～40GHz。微波通信与通常的无线电波不一样，是沿直线传播的，由于地球表面是曲面，微波在地面的传播距离与天线的高度有关，天线越高距离越远，但超过一定距离后就要用中继站来接力。两微波站的通信距离一般为30～50km，长途通信时必须建立多个中继站。中继站的功能是变频和放大，进行功率补偿，逐站将信息传送下去。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.4无线传输介质2、卫星通信卫星通信是以人造卫星为微波中继站，它是微波通信的特殊形式。卫星接收来自地面发送站发出的电磁波信号后，再以广播方式用不同的频率发回地面，为地面工作站接收。卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制。一个同步卫星可以覆盖地球的三分之一以上表面，3个这样的卫星就可以覆盖地球上全部通信区域。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.1.4无线传输介质3、红外通信红外系统采用光发射二极管（LED）或激光二极管（ILD）来进行站与站之间的数据交换。红外设备发出的红外光信号（即常说的红外线）非常纯净，一般只包含电磁波或小范围电磁频谱中的光子。传输信号可以直接或经过墙面、天花板反射后，被接收装置收到。红外线没有能力穿透墙壁和其他一些固体，而且每一次反射后信号都要衰减一半左右，同时红外线也容易被强光源给盖住。红外线的高频特性可以支持高速度的数据传输，它一般可分为点到点式与广播式两类。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.2网卡计算机与外界局域网的连接是通过在主机箱内插入一块网络接口板（或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡）来实现计算机和网络电缆之间的物理连接，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节1、网卡的功能网卡能够完成物理层和数据链路层的大部分功能，包括网卡与网络电缆的物理连接、介质访问控制（如实现CSMA/CD协议）、数据帧的拆装、帧的发送与接收、错误校验、数据信号的编/解码（如曼彻斯特代码的转换）以及数据的串行/并行转换等功能。计算机网络基础与应用随着集成度的不断提高，网卡上的芯片个数在不断减少。网卡的功能大同小异，其主要功能有以下3个。•数据的封装与解封：发送时将网络层传递的数据加上首部和尾部，组成以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交网络层。•链路管理：主要是实现CSMA/CD协议。•编码与译码：一般使用曼彻斯特编码与译码。第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.2网卡2、网卡的分类网卡的种类非常多，按照不同的标准，可以作不同的分类。最常见的是按传输速率、总线接口和连接器接口进行分类。（1）按传输速率分类。按传输速率可分为10Mbit/s、100Mbit/s、10/100Mbit/s自适应以及1000Mbit/s网卡。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.2网卡2、网卡的分类网卡的种类非常多，按照不同的标准，可以作不同的分类。最常见的是按传输速率、总线接口和连接器接口进行分类。（2）按接口类型分类。网卡的接口种类繁多，早期的网卡主要分AUI粗缆接口和BNC细缆接口两种。计算机网络基础与应用第3章计算机网络设备3.1节3.2节3.3节3.4节3.5节3.6节3.7节3.2网卡（3）按总线插口类型分类。一般百兆以下网卡采用PCI总线网卡，吉比特网卡采用PCI-X总线网卡。USB网卡一般是外置式的，具有支持热插拔和不占用计算机扩展槽的优点，安装更为方便。PCMCIA接口网卡用于