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1、网络基础篇第二章 网络硬件知识,第二章 网络硬件知识,第一节 网络传输介质第二节 网络硬件设备第三节 双绞线的制作,2.1 网络传输介质,传导型介质辐射型介质传导型介质与辐射型介质的比较,传导型介质,常用的传导型介质有：双绞线同轴电缆光纤,双绞线,互相缠绕可防电磁干扰既可传输模拟信号，也可传输数字信号分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两类,屏蔽双绞线,非屏蔽双绞线,非屏蔽双绞线,非屏蔽双绞线有1、2、3、4、5、6六类，最常用的是3类线和5类线，5类线既可支持100Mbps的快速以太网连接，是连接桌面设备的首选传输介质。,3 类UTP5 类UTP,六类标准已经颁布，七类线已经是屏蔽双绞线,非屏蔽双绞
2、线,应用较广泛的非屏蔽双绞线：3类线：10Mb/s，主要用于10BaseT网络5类线：100Mb/s，主要用于100BaseT网络超5类线：100Mb/s，在近端串扰、串扰总和、衰减和信噪比四个主要指标上都有较大的改进，主要用于100BaseT网络6类线：2002年通过的标准，可达1000Mb/s，用于千兆以太网7类线：ISO 7类线标准已经不是非屏蔽双绞线，而是屏蔽双绞线，,非屏蔽双绞线,性能参数衰减近端串扰直流电阻特性阻抗衰减串扰比电缆特性,非屏蔽双绞线连接器,使用RJ-45头做连接器,屏蔽双绞线,早期的STP用在令牌环网中和FDDI（分布式光纤接口）中早期的STP只有两对双绞线7类线标准
3、有四对双绞线，,7类屏蔽双绞线,7类线标准有四对双绞线，每一对双绞线有单独的屏蔽层，也叫独立屏蔽双绞线7类线可用于万兆网络，但万兆网络中大量使用的是光纤，前景不明,同轴电缆,同轴电缆的两端需要有终结器(用50欧姆或75欧姆的电阻连接内外导体)，中间连接需要收发器、T形头、筒形连接器等器件。分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆,基带同轴电缆,一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输细同轴50 ，D=1.02cm，10Mbps185m、4个中继器、5段（925m）外皮颜色为黑色粗同轴50 ，D=2.54cm，10Mbps500m、4个中继器、5段（2500m）外皮颜色为黄色,宽带同轴电缆,用于有线电视
4、系统一条电缆同时传输不同频率的几路模拟信号，75 ，用于模拟传输，带宽300450MHz，100km。宽带同轴电缆通常划分为若干个独立信道外皮颜色为白色,光纤,工作原理：利用大入射角时光的全反射原理。光纤构成：纤芯-折射率高、玻璃包层-折射率低。光传输系统：光源、介质、光检测器光纤传输模式：多模光纤、单模光纤光缆分类：单芯光缆、多芯光缆光纤连接方式：接入连接头并插入光纤插座用机械方法结合完全融合成一根光纤,光线在光纤中的折射,折射角,入射角,包层（低折射率的媒体）,包层（低折射率的媒体）,纤芯（高折射率的媒体）,包层,纤芯,光纤,单模和多模光纤,光纤,典型光缆,辐射型传输介质,辐射型传输介质指
5、无线传输介质。短波通信微波通信红外线毫米波通信短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。微波在空间主要是直线传播。 地面微波接力通信卫星通信,地面微波接力 (Microwave),两个地面站之间传送距离：50 -100 km；频率：2G -40GHz依赖于天气和频率应用：长距离传输话音和电视信号；大厦之间LAN互连,地面站之间的直视线路,微波传送塔,优点：微波波段频率很高，频段范围宽，通信信道的容量很大；因为工业干扰的主要频谱成分比微波频率低得多，对微波通信的危害比对短波通信小得多，因而微波传输质量较高；微波接力通信的可靠性较高；微波接力通信与相同容量和长度的电缆载波通信比较，建
6、设投资少，见效快。缺点：相邻站之间必须直视，不能有障碍物。微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差；中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。,微波接力 的特点,通信卫星：微波中继站,使用微波使用转发器接收和转发可支持点到多点传送,地球,地面站,地面站,C波段 4/6 GHz 上行5.925 - 6.425 GHz 下行3.7 - 4.2 GHz KU波段 12/14 GHz 上行14 - 14.5 GHz 下行11.7 - 12.2 GHz,应用：传输电视信号、远距离话音传输、组建专用网,地球同步卫星,与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖全球,3
7、6,000公里,地球,红外线和毫米波,用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控也可用于无线LAN缺点：不能穿透固体,光波传输 应用：在屋顶用激光连接两个建筑物的LAN 缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响,传导型介质和辐射型介质比较,传导型介质干扰小、信号好、部署慢、成本高辐射型介质干扰大、信号差、部署快、成本低传导型介质不受频谱资源限制辐射型介质受到频谱资源限制,2.2 网络硬件设备,网卡中继器集线器网桥交换机路由器网关宽带路由器防火墙,网卡,是链路层设备，实现链路层的大部分功能。网卡按传输速率分为：10Mbp/s、 100Mbp/s、 10/100Mbp/s自适应网卡、千兆网卡网卡的参数：网
8、卡的物理地址中断号输入输出地址范围是否全双工,实验2-1：修改网卡MAC地址,打开：控制面板网络和 Internet网络连接（WIN7）,集线器和中继器,中继器,中继器可以放大信号。上图用中继器连接的两个以太网,集线器,集线器也叫hub，相当于多端口的中继器,网桥和交换机,网桥和交换机,利用网桥连接两个LAN,网桥概述,网桥（bridge）是工作在数据链路层的一种网络互连设备。使用网桥的原因：连接各个部门之间的LAN连接不同地理位置的LAN为减轻荷载，将一个大的LAN分为一些小的LAN当机器间距离不满足LAN的最短距离要求时增加LAN可靠性有助于安全保密，防止监听信息网桥分为透明网桥和源路由网
9、桥,透明网桥内部结构,站表,端口管理 软件,网桥协议 实体,端口 1,端口 2,缓存,网段 B,网段 A,1,1,1,2,2,2,站地址,端口,网桥,网桥,(1) 接收帧(2) 缓存(3) 查表(4) 丢弃发往同LAN 的帧；否则转发 到相应端口,透明网桥工作步骤,(1) 从端口 x 收到无差错的帧（如有差错即丢弃），在转发表中查找目的站 MAC 地址。 (2) 如有，则查找出到此 MAC 地址应当走的端口 d，然后进行(3)，否则转到(5)。(3) 如到这个 MAC 地址去的端口 d = x，则丢弃此帧（因为这表示不需要经过网桥进行转发）。否则从端口 d 转发此帧。(4) 转到(6)。(5)
10、 向网桥除 x 以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目的站）。(6) 如源站不在转发表中，则将源站 MAC 地址加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口号，设置计时器。然后转到(8)。如源站在转发表中，则执行(7)。(7) 更新计时器。(8) 等待新的数据帧。转到(1)。,透明网桥登记的信息,站地址：登记收到的帧的源 MAC 地址。端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。转发表中的 MAC 地址是根据源 MAC 地址写入的，但在进行转发时是将此 MAC 地址当作目的地址。如果网桥现在能够从端口 x 收到从源地址 A 发来的帧，那么以后就可以从端口 x 将帧转发
11、到目的地址 A。,透明网桥的问题,网桥不知道目的地址，多个网桥冗余连接LAN时，会产生回路。,生成树算法,将互联的LAN拓扑构造一棵生成树，使两个LAN之间只有一条路径。方法：选序号最小的网桥做根使用最短路径构造生成树课本9.3节介绍生成树算法,源路由网桥,源路由网桥通常用在802.5令牌环网中。源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携
12、带源站所确定的这一路由信息。广播发现帧可能引起广播风暴,广播风暴,两种网桥的比较,补充：以太网的工作方式,每个站点都可以接收到所有来自其他站点的数据需要寻址机制来标识目的站点只有一个站点将收到的帧复制下来，其他站点都将丢弃帧,补充：以太网的工作方式,忙则等待闲则发送边发送边检测冲突冲突则需重新发送,补充：以太网的工作方式,媒体忙？,发送帧,碰撞？,发送完？,发送Jam,N16?,Yes,No,No,Yes,发送成功,Yes,发送失败,No,延迟随机时间,No,Yes,发送帧,碰撞次数N+,补充：以太网的最短帧长,为确保发送完1帧前能检测到冲突。,(1) 在0时刻开始发送,(2) 大约在 - t
13、时刻快要到达 B,(3) B 开始发送; 在 时刻发生冲突,(4) 冲突信号在 2时刻到达A,A,A,A,A,B,B,B,B,发送时间,t,最大传播时延,冲突检测时间 2+ t 2,A和B是总线型网络上距离最远的两个端点,A,B,发送第1bit,发送最后1bit,帧的最小长度，与最大传播时延有关，应保证发送帧的最短时间为2。帧发送时间应该大于 2 。 最大传输时延与电缆长度和传播时延有关。 10M以太网规定：最大电缆长度2500m，四个中继器，最大往返时延51.2 微秒 因此，最小帧长512bit，即64字节100M、1000Mbit/s的网络保持向下兼容,冲突,交换机,交换机也称为多端口网桥
14、，使用类似透明网桥的方法进行数据转发。以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机的每一个端口形成一个冲突域，通常每个端口连一台主机，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。,交换机,根据功能，交换机分为三种：二层交换机：传统交换机，数据链路层设备。有一个广播域，多个冲突域VLan交换机：数据链路层设备，增加VLan功能。有多个广播域，多个冲突域。每个VLan为一个广播域三层交换机：有路由功能，可进行IP与MAC绑定，工作方式仍然是依赖硬件的数据转发关于交换机的配置，课本第3部
15、分详细介绍,交换机的三种工作方式,(1) 存储转发方式：存储转发是计算机网络领域使用得最为广泛的技术之一，以太网交换机的控制器将输入端口到来的数据包接收并缓存起来，先检查数据包是否正确，并过滤掉冲突包错误。确定包正确后，才将数据帧按照目的地址发送到指定端口。存储转发方式的特点是：数据处理时延比较大。对进入交换机的数据包进行错误检测，提供最高的交换质量。它的另一优点就是这种交换方式支持不同速度端口间的转换,交换机的三种工作方式, 直通方式采用直通交换方式的以太网交换机只对接收到的数据帧的目的地址进行检查，然后立即按照目的地址把数据帧发送到指定端口，而不进行差错和过滤处理。特点延迟小，交换速度快不能提供错误检测能力 没有缓存，不能将具有不同速率端口直接接通，易丢帧实现起来比较困难,交换机的三种工作方式,无碎片直通方式无碎片直通方式是介于直通方式和存储转发式之间的一种解决方案。由于物理线路质量的提高，以太网帧的差错主要由发送时的冲突造成。无碎片直通方式在转发前先检查数据帧的长度是否够64个字节（512 bit），如果小于64字节，说明是碎片，则丢弃该包；如果大于64字节，则根据目的MAC地址发送该帧。特点处理速度比存储转发方式快，但比直通方式慢能够避免帧碎片的转发，在很大程度上降低误码率,
