局域网基础知识及网络设备.

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1、第6章 局域网基础知识及网络设备 第6章 局域网基础知识及网络设备 6.1 网络传输介质 6.2 网络接口卡 6.3 集线器 6.6 以太网交换机 6.5 网络互连设备 6.6 调制解调器 6.7 校园网网络设备认识 第6章 局域网基础知识及网络设备 6.1 网络传输介质 网络传输介质是网络中发送方和接收方的物理连接通路， 是信息传送的载体。目前常用的传输介质有双绞线、同轴电缆 、光纤电缆和无线传输介质。 传输介质的特性对网络数据通信质量有很大的影响，这些 特性是： (1) 物理特性，指对传输介质的特性、物理结构的描述。 (2) 传输特性，包括是用模拟信号发送还是用数字信号发送 ，调制技术，传

2、输容量及传输的频率范围等内容。 第6章 局域网基础知识及网络设备 (3) 连通性，指点到点或者多点连接。 (6) 地理范围，即网上各点之间的最大距离，包括在建筑物 内、建筑物之间或扩展到整个城市。 (5) 抗干扰性，即防止噪音对传输数据影响的能力。 第6章 局域网基础知识及网络设备 6.1.1 双绞线电缆 1物理特性 双绞线长期以来一直用来支持语音通信，到了最近，它已成为 局域网的标准布线技术。一根双绞线是由两根相对较细的导线构 成(如图6-1所示)，这些电线被一层PVC 薄膜包裹着，并螺旋式相 互缠绕。这样缠绕具有很好的电气特性：通过在两根电线之间提 供平衡的能量辐射，有效地抑制可能引入的电

3、磁干扰，消除信号 的失真。 双绞线有多种尺寸和形状，既有只有一对的用于语音级的连 线，也有含有几百对的电缆电线。在局域网中我们通常使用的是 如图6-1所示的6对封装在一起的双绞线。局域网中所使用的双绞线 主要有两种类型：屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。 第6章 局域网基础知识及网络设备 图6-1 双绞线示意图 第6章 局域网基础知识及网络设备 1物理特性 双绞线长期以来一直用来支持语音通信，到了最近，它已成 为局域网的标准布线技术。一根双绞线是由两根相对较细的导线 构成(如图6-1所示)，这些电线被一层PVC 薄膜包裹着，并螺旋式 相互缠绕。这样缠绕具有很好的电气特性：通过在两根

4、电线之间 提供平衡的能量辐射，有效地抑制可能引入的电磁干扰，消除信 号的失真。 双绞线有多种尺寸和形状，既有只有一对的用于语音级的连 线，也有含有几百对的电缆电线。在局域网中我们通常使用的是 如图6-1所示的6对封装在一起的双绞线。局域网中所使用的双绞 线主要有两种类型：屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。 第6章 局域网基础知识及网络设备 (1) 屏蔽双绞线(STP，Shielded Twisted Pair)。屏蔽双绞线 (STP)的特征是在双绞线的外部有一层金属层或金属网编制的屏 蔽层。金属屏蔽层位于双绞线封套的下面，它的作用是使双绞线 在有电磁干扰的环境中也能正常工作。但是，

5、金属屏蔽层在保护 信号不受外部电磁辐射干扰的同时也使导线本身正常的辐射不能 散发。这种电磁辐射由金属屏蔽层反射回铜导线，会导致信号自 阻碍。 第6章 局域网基础知识及网络设备 (2) 非屏蔽双绞线(UTP，Unshielded Twisted Pair)。非屏蔽双 绞线(UTP)由四对对绞的铜线所组成，其外部环绕一层塑料外皮 ，没有屏蔽层，不具有抗外来干扰的能力。但其价格较低，使 用率远远大于屏蔽双绞线，我们常见的双绞线大多是非屏蔽双 绞线。若无特殊用途，使用非屏蔽双绞线即可满足要求。 第6章 局域网基础知识及网络设备 2传输特性 双绞线的传输速率与其类型有关，根据传输特性和目前公认 的ANS

6、I的EIA/TIA Category标准，双绞线又可分为五类：Category 15(通常“Category”简写成“Cat”)，其中Category 1、Category 2只 适用于低速通信及语音通信；Category 3 适用于10 Mb/s的以太网 ，最高支持16 Mb/s的容量；Category 6用于比Category 3距离更长 且速度更高的网络环境，可以支持最高20 Mb/s的容量；Category 5 用于高性能的数据通信，可以支持高达100 Mb/s的容量，甚至可以 支持155 Mb/s的ATM数据传输。因此，在目前的局域网中绝大部 分都使用Category 5这种双绞线(

7、一般在线的外皮上可以看到厂商名 称和Category 5的字样)。 第6章 局域网基础知识及网络设备 3连通性 双绞线既可以用于点到点的通信连接，还可以用于多点连接 ，具有较强的灵活性。 6地理范围 对于模拟信号，大约每56 km需要一个放大器。对于数字 信号，每23 km使用一台中继器。双绞线的最大传输距离可达 15 km。而用于局域网时与集线器的最大距离不超过100 m。 5抗干扰性 双绞线的抗干扰性取决于是否有屏蔽以及线对的扭曲长度。 第6章 局域网基础知识及网络设备 6.1.2 同轴电缆 同轴电缆，也称“co-ax”，是网络中最初指定的传输介质， 它可以在距离相对较长而无中继器的情况下

8、支持高带宽的通信 。但由于存在相对脆弱、不易布线且不能用力弯曲及价格较贵 等缺点，同轴电缆正逐步退出局域网的使用舞台。目前，同轴 电缆大都用来传输有线电视信号。因此，我们在此仅作简要介 绍。 第6章 局域网基础知识及网络设备 1物理特性 同轴电缆的结构如图6-2所示，它由内导体、外屏蔽层、绝缘 层及外部保护层等组成。内导体为无氧铜杆或铜包铝线，使用PE 塑料高物理发泡作为绝缘，外导体为铝塑复合带及镀锡铜丝、铝 美合金丝或裸铜丝编织，外层为PE或PVC塑料单层或双层绝缘护 套。不同型号、不同类别的电缆其机械尺寸和所使用的材料各不 相同。 图6-2 同轴电缆的结构图 第6章 局域网基础知识及网络设

9、备 2传输特性 不同类型的同轴电缆其带宽不一样，根据其传输的信号类 型和方式可以将同轴电缆分为两大类：基带同轴电缆(也称50 同轴电缆)和宽带同轴电缆(也称75 同轴电缆)。基带同轴电缆 一般用于数字通信中传输基带数字信号，而宽带同轴电缆使用 复用方式可以在一条同轴电缆上传输多路信号，它是有线电视 系统(CATV)中的标准，其传输模拟信号时频率可高达300600 MHz。在局域网中常用的同轴电缆为RG 58(50 同轴电缆)。 第6章 局域网基础知识及网络设备 3连通性 同轴电缆既支持点到点的连接，也支持多点之间的连接。 6地理范围 传输基带信号的基带同轴电缆其传输距离一般不超过几千米 ，以R

10、G 58(50同轴电缆)为例，在10Base 2物理层规范中，同轴 电缆以10 Mb/s的速度进行信号传输时其距离最大为185 m。宽带 同轴电缆最大传输距离可达几十千米。 5抗干扰性 同轴电缆的抗干扰能力较强。 第6章 局域网基础知识及网络设备 6.1.3 光纤电缆 光纤电缆是目前网络传输介质中性能最好的一种。其传输容 量大，带宽宽，抗干扰能力强，为骨干网络、千兆网络的主选 传输介质。由于光缆使用光而不是电信号来传输数据的，因此 在光缆中光只能沿一个方向移动。要实现双向通信，光缆一般 需成对使用，一根用于传送，一根用于接收。在局域网中光缆 通常用于服务器之间的连接或是服务器与集线器、集线器与

11、集 线器之间的连接(图6-3)。 第6章 局域网基础知识及网络设备 图6-3 光纤连接示意图 第6章 局域网基础知识及网络设备 1物理特性 光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，由纤芯和包层 构成双层通信圆柱体。纤芯的折射率比包层高。光纤的纤芯一 般为5100 m不等，而在典型的局域网中通常使用62.5 m的玻 璃光纤。多条光纤就构成了一条光缆，根据其排列的方式不同 可分为层绞式、中心束管式等不同类别，如图6-6所示。 第6章 局域网基础知识及网络设备 图6-6 光纤结构示意图 第6章 局域网基础知识及网络设备 2传输特性 当光线从高折射率的媒质射向低折射率的媒质时，其折射角 将大于入射角。如

12、果入射角足够大，就会出现全反射，即当光线 碰到包层时就会折射回纤芯。这个过程不断重复，光就沿着光纤 向前传输(如图6-5所示)。 如果存在许多条不同入射角度的光线在一条光纤中传输，我 们就把这种光纤称为多模光纤。由于以不同角度进入光纤的光线 在到达接收端时，虽然传输速度一致，但由于角度不同造成经历 的路径不相同，出现了时间上的分散，导致信号脉冲脉宽的严重 展宽，这种现象称为多径色散。色散严重影响了光纤的传输距离 。但是，若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一 根波导一样，使光线一直向前传播，而不会发生多次反射，这样 的光纤称为单模光纤。单模光纤的传输性能远远优于多模光纤。 第6章 局

13、域网基础知识及网络设备 图6-5 光纤传输示意 第6章 局域网基础知识及网络设备 3连通性 光纤的连接常常是将一段一段点到点的链路串接起来构成 一个环路，通过T形连接器连接到计算机。另外，光纤也可以采 用多点连接方式。 6地理范围 光纤的传输损耗小，中继距离长，它在68 km范围内不需 使用中继器就可实现数据的高速传输。 第6章 局域网基础知识及网络设备 5抗干扰性 由于光纤采用的是石英材料，因此它不受外界雷电和电磁 波的干扰，具有很好的抗干扰性能。双绞线的误码率一般在10- 510-6之间；同轴电缆的误码率在10-710-9之间；光纤的误 码率一般低于10-10。同时，由于光纤传输无串音，不

14、易被窃听 ，因此安全性和保密性都优于其它传输介质。 第6章 局域网基础知识及网络设备 6.1.6 无线传输介质 双绞线、同轴电缆和光纤都属于“有线传输”中使用得最为广 泛的三种传输介质。但是，如果通信要通过高山、海岛或施工 不便的地方时，使用有线传输将既费时又成本昂贵。而利用无 线电波在自由空间的传播可以经济方便地实现各种通信。 在局域网中也可以利用无线传输的物理层来实现，这种网络称 为无线局域网。目前在该领域已经有了标准(IEEE802.11)，且已 经出现了相应的无线连接产品。 第6章 局域网基础知识及网络设备 1电磁波谱 当电子运动时，它们可以产生自由传播的电磁波。这种电 磁波由英国科学

15、家麦克斯韦于1865年预言，并且于1887年由德 国物理学家赫兹首次发现。电磁波每秒振动的次数称为频率。 两个相邻的波峰(或波谷)间的距离称为波长。 在电路上加入适当大小的天线，电磁波便可被有效地广播 ，并被相距一段距离的接收器收到。所有的无线通信都是基于 这个原理来实现的。电磁波谱如图6-6所示。 第6章 局域网基础知识及网络设备 图6-6 电磁波谱如图 第6章 局域网基础知识及网络设备 无线电波、微波、红外线和可见光部分都可通过调节振幅 、频率或波的相位来传输信息。紫外线、伽玛射线因为其频率 更高，传输性能将更好一些，但是由于它们很难生成和调制， 穿过建筑物传播的性能不好，而且对生物有害，因此在实际中 很少使用。图6-6