第3章计算机网络的物理设备

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1、第三章 计算机网络的物理设备 第一节 网络传输媒体第二节 网络连接设备第三节 网络互连设备第四节 路由器的原理与作用 第一节 网络传输媒体双绞线、同轴电缆和光纤是常用的三 种有线媒体。卫星、无线电通信、红外 线通信、激光通信以及微波通信传送信 息的载体都是属于无线通信。 一、双绞线双绞线电缆（以下称“双绞线”）是 将一对或一对以上的双绞线封装在一个 绝缘外套中而形成的一条传输介质，是 目前局域网最常用到的一种物理传输媒 体。 双绞线一般用于星型网的布线连接，两端安 装有RJ45头（水晶头），连接网卡与集线器， 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

2、安 装4个中继器。如安装4个中继器连接5个网段 ，则最大传输范围可达500m。双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞 线（STP）两大类。局域网中非屏蔽双绞线分 为三类、四类、五类和超五类四种。屏蔽双绞 线分为三类和五类两种。目前，局域网中常用到的双绞线一般都是 非屏蔽的五类4对（即8根导线）的电缆线。这 些双绞线的传输速率都能达到1000Mbps。 二、同轴电缆 由四个部分构成。第一个部分是最里层的传导 物，一根铜质或铝质裸线。一层绝缘体包围着裸线 ，以防金属导体碰到第三层材料。第三层材料通常 是一层紧密缠绕的网状导线。同轴电缆的最外一层 是起保护作用的塑料外皮。 同轴电缆可分为两种基本

3、类型,基带同轴电缆和宽 带同轴电缆。目前基带常用的电缆，其屏蔽线是用 铜做成的网状的，特征阻抗为50(如RG-8、RG- 58等)；宽带同轴电缆（粗缆）常用的电缆的屏蔽 层通常是用铝冲压成的，特征阻抗为75(如RG-59 等)。同轴电缆按直径分为粗缆和细缆。 计算机网络一般选用RG-8以太网粗缆和RG -58以太网细缆。RG-59 用于电视系统。RG-62 用于ARCnet网络和IBM3270网络。 三、光导纤维 光纤使用光线而不是电流来传输信息。光纤 不受电子噪音的干扰，并具有巨大的信息传输 容量。另外，光纤很细 。光纤的三个主要部分是核心、覆层和保护层 。光纤是通过在核心媒体中传输光线来工

4、作的 。 四、无线通信 有两种类型的无线通信十分重要：微波传输和卫 星传输。1. 微波传输微波传输一般发生在两个地面站之间。微波 传输一般发生在两个地面站之间。微波传输的 两个特性限制了它的使用范围。首先，微波是 直线传播的，它无法象某些低频波那样沿着地 球的曲面传播。其次，大气条件和固体物将妨 碍微波的传播。 2. 卫星传输首先，卫星传输是微波传输的一种，只不 过它的一个站点是绕地球轨道运行的卫星。 卫星传输的确是当今一种更为普遍的通信手 段。 第二节 网络连接设备一、网络连接器 网络线路与用户节点具体衔接时，可能用到以下 几种器件： T型连接器； 收发器； 屏蔽或非屏蔽双绞线连接器RJ-4

5、5； RS232接口（DB-25）； DB-15接口； VB35同步接口； 网络接口单元；调制解调器。 1、T型连接器和BNC连接器 T型连接器与BNC接插件同是细同轴电缆的连接器。 同轴电缆与T型连接器是依赖于BNC接插件进行连接的 。2、RJ型连接器将双绞线与设备间连 接起来，俗称水晶接头。RJ 45水晶接头是非屏蔽双绞线连 接器，有8根连针， 在10BASE-T标准中，仅使用4根，即第1对双绞线使用 第1针和第2针，第2对双绞线使用第3针和第6针（第3 对和第4对作备用）3、DB-25（RS-232）接口是目前微机与线路接口的常 用方式。是标准的串行接口。 4、AUI接口：DB-15接口

6、用于连接网络接口卡的AUI接口 ，可将信息通过收发器电缆送到收发器，然后进入主 干介质。5、终端匹配器（也称终端适配器）：安装在同轴电 缆（粗缆或细缆）的两个端点上，它的作用是防止电 缆无匹配电阻或阻抗不正确。6、调制解调器（Modem）它是在计算机和网络之间进行数字/模拟信 号的转换的设备，其功能是将计算机的数字信 号转换成模拟信号或反之，以便在电话线路或 微波线路上传输。调制解调器利用现有的模拟电话线路实现 数字数据的传输。调制方式有：调幅AM、调频 FM、调相PM三种。数字调制信号被称为键控信 号，由此数字调制又形成振幅键控ASK、频移 键控FSK、相移键控三种基本方式。 调制解调器的功

7、能： a、差错控制协议 b、数据压缩协议 c、流量控制 二、网络适配器（网卡）网络适配器是将工作站或服务器连到网络上 ，实现数据转换和电信号匹配，实现资 源共 享和相互通信。它的主要工作原理为整理计算 机上发往网线上的数据并将数据分解为适当大 小的数据包之后向网络上发送出去。 目前常用的是10M网卡和10100M自适应网卡 两种 。目前市场上的主流网卡是PCI接口的网卡。 三、 中继器中继器（RPrepeater）是连接网络线路的一种装置 ，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作 。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层 的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息， 完成信号的复

8、制、调整和放大功能，以此来延长网络 的长度。它在OSI参考模型中的位置是在物理层。 四、集线器（Hub）集线器可以说是一种特殊的中继器，作为网络传输介 质间的中央节点，它克服了介质单一通道的缺陷。以 集线器为中心的优点是：当网络系统中某条线路或某 节点出现故障时，不会影响网上其他节点的正常工作 。集线器可分为无源（Passive）集线器、有源（ Active）集线器和智能（Intelligent）集线器。五、交换机 网络交换技术是近几年来发展起来的一种结构化的网络 解决方案。它是计算机网络发展到高速传输阶段而出 现的一种新的网络应用形式。 集线器与交换机的区别 ：1）从OSI体系结构来看，集线

9、器属于OSI的第一层物理 层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。 2）从工作方式来看，集线器是一种广播模式，也就是说 集线器的某个端口在工作的时候，其他所有端口都能 够收听到信息，容易产生广播风暴，当网络较大时网 络性能会受到很大的影响，当交换机工作的时候，只 有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响 其他端口，因此交换机就能够隔离冲突域和有效的抑 制广播风暴的产生。 3）从带宽来看，集线器不管有多少个端口， 所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能 有二个端口传送数据，其他端口只能等待，同 时集线器只能工作在半双工模式下；而对于交 换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当

10、二个端口工作时并不影响其他端口的工作，同 时交换机不但可以工作在半双工模式下而且可 以工作在全双工模式下。 第三节 网络互连设备一、网桥网桥（Bridge）是一个局域网与另一个局域网之间建 立连接的桥梁。它的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中 转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选择地将 有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质 ，并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。 二、路由器路由器（Router）是在网络层的互联设备，用于连接 多个逻辑上分开的网络。路由器有两大典型功能，即数据通道功能和控制功能 。 三、网关网关是在应用层的互联设备。在一个计算机 网络中，当连接不同

11、类型而协议差别又较大的 网络时，则要选用网关设备。网关的功能体现 在OSI模型的最高层，它将协议进行转换，将 数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系 统之间进行通信。图3.16 光电收发器 四、光电收发器光电收发器是由发光二极管和光敏三极管构成 ，通过光栅轮的光栅切断光束形成与二极管位 移相关的脉冲信号。用于主干网间数据传输， 需要成对使用，实现100Mbs快速以太网双绞线 到多模/单模光纤介质之间的转换，将网络的 有效距离拓展到2公里至100公里。第四节 路由器的原理与作用 一、路由器的原理路由器的主要工作就是为经过路由器的每个 数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有 效地传送到目的站点

12、。由此可见，选择最佳路 径的策略即路由算法是路由器的关键所在。 为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传 输路径的相关数据路径表（Routing Table ），供路由选择时使用。路径表中保存着子网 的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由 器的名字等内容。 二、路由器的功能 （1）在网络间截获发送到远地网段的报文，并对 报文进行转发。（2）选择最合理的路由，引导通信。 （3）路由器在转发报文的过程中，为了便于在网 络间传送报文，按照预定的规则把大的数据包 分解成适当大小的数据包，到达目的地后再把 分解的数据包包装成原有形式。 （4）多协议的路由器可以连接使用不同通信协议 的网络段，作为不同通

13、信协议网络段通信连接 的平台。（5）路由器的主要任务是把通信引导到目的地 网络，然后到达特定的节点站地址。后一个功 能是通过网络地址分解完成的。 路由器负责将数据分组（Packet）从源端主机经 最佳路径传送到目的端主机，它的两个最基本 的功能是：最佳路径选择和完成信息分组的传 送，即路由选择和数据转发。 三、路由器的分类 1、从能力上分，路由器可分高端路由器和中低 端路由器。 2、从结构上分，路由器可分为模块化结构与非 模块化结构。 3、从网络位置划分，路由器可分为核心路由器 与接入路由器。 4、从功能分，路由器可分为通用路由器与专用 路由器。 5、从性能上分，路由器可分为线速路由器 以及非

14、线速路由器。 四、路由器软件 路由器技术中最核心的技术是软件技术 。路由软件是最复杂的软件之一。 路由器软件一般实现 路由协议 功能、查 表转发 功能和管理维护 等其他功能。 五、路由器接口路由器接口用作将路由器连接到网络， 可以分为局域网接口及广域网接口两种。 六、 路由器性能指标1、背板能力：通常指路由器背板容量或者总线能力 。 2、吞吐量：指路由器包转发能力。 3、丢包率：指路由器在稳定的持续负荷下由于资源 缺少而在应该转发的数据包中不能转发的数据包所 占比例。 4、转发时延：指需转发的数据包最后一比特进入路 由器端口到该数据包第一比特出现在端口链路上的 时间间隔。 5、路由表容量：指路由器运行中可以容纳的路由数 量。 6、可靠性：指路由器可用性、无故障工作时间和故 障恢复时间等指标。