第四章-計算機網絡設備

1主編裴有柱電子工業出版社計算機網絡基礎(第2版)中等職業教育國家規劃教材

要點：①網絡的傳輸介質②各種網間互聯設備(中繼器、HUB、路由器、網橋及網關等)的性能和應用③各種網絡接口設備（包括網卡、調制解調器等）的應用。目標：

網絡傳輸介質雙絞線、同軸電纜和光纖的性能及使用，網卡、路由器、HUB的性能及應用，中繼器、網關和網橋的應用。*本章學習要點、目標、導讀：

第4章計算機網絡設備導讀：

本章介紹連接網絡的各種傳輸設備、接口設備及網間互聯設備的性能與應用。通過學習本章應充分了解各種網絡設備在實際中的使用特性，對網絡設計和組建以及異種網絡之間的互聯有一定的指導作用。4.1網路傳輸介質

網路傳輸介質是在網路中信息傳輸的媒體，常用的傳輸介質通常分為有線傳輸介質和無線傳輸介質兩大類。有線傳輸介質主要包括雙絞線、同軸電纜和光纖。無線傳輸介質主要有無線電波、微波、紅外線和激光。

有線傳輸介質傳輸介質無線傳輸介質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，也可以用來傳輸數字信號，對于模擬信號，每5~6KM需要一個放大器；對于數字信號，每2~3KM需要一個中繼器。在局域網中，雙絞線被用來進行直接的數字信號傳輸，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的數據傳輸速率，距離不能超過100M.雙絞線TP（TwistedPair）在內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。電纜的對數可分為4對雙絞線電纜、大對數雙絞線電纜（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分，這些顏色構成標準的編碼，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，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（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.同軸電纜的結構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、一個網狀金屬屏蔽層以及一個塑料保護外皮。它的內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；網狀金屬屏蔽層（網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。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。光纖特點1.優點：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路的主干線。光纖的最大問題是與他傳輸介質相比價格昂貴。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，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）按照傳輸的總模數來分單模光纖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。單模光纖通常用在工作波長為1310nm或1550nm的激光發射器中。在綜合布線系統中，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。常用于建筑物內干線子系統、水平子系統或建筑群之間的布線。3．光纖通信系統目前在局域網中實現的光纖通信是一種光電混合式的通信結構。通信終端的電信號與光纜中傳輸的光信號之間要進行光電轉換，光電轉換通過光電轉換器完成。

4．光纖連接器光纖收發器光接口網卡有些服務器需要與交換機之間進行高速的光纖連接，這時，服務器中的網卡應該具有光纖接口。主要有Intel、IBM、3COM和D-Link等大公司的產品系列。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器設計成通用接口的光纖模塊，根據不同的需要選用，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成，厚度約為250m，在光纖的制造過程中就已經涂覆到光纖上。（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

交換技術只是把數據從源站點發送到目的站點，中間節點不關心數據內容。網絡中常使用的交換技術是線路交換、報文交換和分組交換。

6．多路復用技術

是指為充分利用傳輸介質在一條物理線路上建立多條通信信道的技術。頻分多路復用是以信道頻帶作為分割對象，在發送端把要傳輸多路信號用互不重疊的頻率分割開，然后發送；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發送。

1.微波微波數據通信系統有兩種形式：地面系統和衛星系統。采用微波傳輸的站必須安裝在視線內，傳輸的頻率為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，通信雙方不受環境位置的影響，并且不需事先鋪設電纜。4.1.4無線傳輸介質2.激光通信激光通信的優點是帶寬更高、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上，采用光發射二極管、激光二極管或光電二極管來進行站點與站點之間的數據交換。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。紅外線傳輸技術數據傳輸速率相對較低，在面向一個方向通信時，數據傳輸率為16Mbps。如果選擇數據向各個方向上傳輸時，速度將不能超過1Mbps。4.1.3傳輸介質的選擇⑴網路拖布結構；⑵網路連接方式；⑶網路通信容量；⑷系統傳輸時的可靠性要求；⑸所傳輸的數據類型；⑹環境因素，如網絡覆蓋的地理范圍、節點間局等。

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

按照網絡技術的不同可分為以太網卡、令牌環網卡、FDDI網卡等。目前以太網網卡最常見。按照傳輸速率，單單以太網卡就提供了10Mbps、100Mbps、1000Mbps和10Gbps等多種速率。數據傳輸速率是網卡的一個重要指標。按照總線類型分類，網卡可分為ISA總線網卡、EISA總線網卡、PCI總線網卡及其他總線網卡等。按照所支持的傳輸介質，網卡可分為雙絞線網卡、粗纜網卡、細纜網卡、光纖網卡和無線網卡。同軸電纜網卡雙絞線網卡光纖網卡網卡按總線接口分類ISA網絡接口：較早（20世紀80年代末90年代初）的網卡。PCI網絡接口：是現在PC機上最普遍的網卡。PCI-X網絡接口：服務器上使用的網卡。PCMCIA網絡接口：筆記本上使用的網卡。USB網絡接口：是一種新型的總線技術。按網絡接口分類RJ-45網卡：雙絞線以太網應用BNC網卡：細同軸電纜上應用 AUI網卡：粗同軸電纜上應用FDDI網卡：100M/S帶寬的光纖網應用ATM網卡：ATM光纖或雙絞線網絡中應用。按帶寬分類 10M/S網卡100M/S網卡10/100M/S網卡1000M/S網卡4.3網絡互聯設備常用的網絡互聯設備有中續器、集線器、網橋、交換機、路由器等。4.3.1中繼器中繼器又稱轉發器，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構，所以當網絡規模增加時，可能會需要許許多多的單進單出結構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不能形成環形網；另一個必須遵守MAC（介質訪問控制）協議的定時特性，即用中繼器將電纜連接起來的段數是有限的。對于以太網，最多只能使用4個中繼器，意味著只能連接5個網段，即遵守以太網的5-4-3-2-1規則。其中：5是指局域網最多有5個網段；4是指全信道上最多可連4個中繼器；3是指其中3個網段可連網站；2是指有兩個網段只能用來加長而不連任何網站，其目的是減少競發網站的個數，而減小發生沖突的幾率；1是指由此組成一個共享局域網，總站數小于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絡的最廉價的方法。安裝簡單方便。只用于使用相同協議的同構型網絡的連接。如：不能把以太網和令牌網進行連接。沒有隔離和過濾功能。無線4.3.2集線器（HUB）集線器是中續器的一種，區別在與集線器能夠提供更多的接口服務，所以集線器也叫多中續器。集線器主要以優化網絡布線結構，簡化網絡管理為目標而設計的。以集線器為節點中心的優點 當網絡系統中某條線路或某節點出現故障時，不會影響網上其他節點的正常工作，這就是集線器剛推出時與傳統的總線網絡的最大的區別和優點。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集線器是網路早期產品，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。克服了100Mb/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路管理劃分不可以網路管理型集線器稱為傻瓜集線器。可以網路管理型集線器，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，易構成網路風暴。非雙工傳輸，網路通信效率低。4.4交換機（Switch）以太網交換機（以下簡稱交換機）是工作在OSI參考模型數據鏈路層的設備，外表和集線器相似。它通過判斷數據幀的目的MAC地址，從而將幀從合適的端口發送出去。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中完成信息交換功能的設備。如果數據幀的目的MAC地址是廣播地址或者組播地址，則向交換機所有端口轉發（除數據幀來的端口）。如果數據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發（除數據幀來的端口）。如果數據幀的目的地址在交換機的地址表中，那么就根據地址表轉發到相應的端口。如果數據幀的目的地址與數據幀的源地址在一個網段上，它就會丟棄這個數據幀，交換也就不會發生。交換數據幀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局域網交換機的種類①從廣義上來看，交換機分為兩種：廣域網交換機和局域網交換機。②按照現在復雜的網絡構成方式，網絡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從傳輸介質和傳輸速度上看，局域網交換機分為以太網交換機、快速以太網交換機、千兆位以太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等多種。④從規模應用上又有企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。

⑤按照OSI的參考網絡模型，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，它們的區別在于對SNMP、RMON等網管協議的支持。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，局域網交換機分為桌面型交換機、工作組型交換機和校園網交換機3類。⑨根據交換技術的不同，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）和數據交換機（Switch）。當然，目前在數據上的語音傳輸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）”端口(2)交換機沒有“UpLink（級聯）”端口(3)堆疊交換機與集線器的區別工作層次不同。交換機和集線器在OSI/RM開發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（數據鏈路層），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（網絡層）和第4層（傳輸層）。交換機的數據傳輸方式不同。集線器的數據傳輸方式是廣播方式。而交換機的數據傳輸是有目的的，數據只對目的節點發送，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送了，又是有目的的發送。這樣的好處是數據傳輸效率提高，不會出現廣播風暴，在安全性方面也不會出現其他節點偵聽的現象。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的，這樣在上行通道上集線器一次只能傳輸一個任務，要么是發送數據。而交換機則不一樣，它是采用全雙工方式來傳輸數據的，因此在同一時刻可以用手進行數據的接受和發送，這不但令數據的傳輸速度大大加快，而且在整個系統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路的核心設備。路由器工作于網路層，它具有不同網路間的地址翻譯，協議交換和數據格式轉換的功能，以實現廣域網之間、廣域網和局域網之間的互聯。網絡層數據鏈路層物理層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層傳輸層物理層路由器