第3章傳輸介質與網絡設備3.1傳輸介質3.2網卡3.3物理層設備3.4交換機3.5路由器3.6案例──校園網網絡設備3.1傳輸介質3.1.1雙絞線3.1.2同軸電纜3.1.3光纖3.1.4無線傳輸介質傳輸介質是網絡中傳輸數據、連接各網絡節點的實體，可以分為有線傳輸介質和無線傳輸介質兩大類。

有線傳輸介質：利用金屬、石英光纖、塑料光纖等導體傳輸信號。

無線傳輸介質：不利用導體，信號完全通過空間從發射器發射到接收器。3.1.1雙絞線雙絞線是局域網最基本的傳輸介質，由具有絕緣保護層的4對8線芯組成，每兩條按一定規則纏繞在一起，稱為一個線對。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair，UTP）和屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair，STP）。1．雙絞線的類型（1）非屏蔽雙絞線（UTP）。圖3-1非屏蔽雙絞線外觀圖3-2五類4對非屏蔽雙絞線結構鋁箔屏蔽的雙絞線獨立屏蔽雙絞線（2）屏蔽雙絞線。圖3-3STP外觀圖3-4五類4對STP結構在實際應用中，目前一般以UTP電纜為主，它具有以下優點。

無屏蔽外套、直徑小、節省空間。

重量輕、易彎曲、易安裝。

將串擾減至最小甚至消除。

具有阻燃性。

具有獨立性和靈活性，適用于結構化綜合布線。一類線二類線三類線四類線五類線超五類線六類線2．雙絞線的型號3.1.2同軸電纜圖3-6同軸電纜同軸電纜有兩種：一種為75

Ω同軸電纜；另一種為50

Ω同軸電纜。1．規格分類同軸電纜一般用于總線型網絡布線連。2．網絡應用圖3-7總線型網絡3.1.3光纖1．光纖結構與原理光纖（光導纖維）的結構一般是雙層或多層的同心圓柱體，由透明材料做成纖芯，在它周圍采用比纖芯的折射率稍低的材料做成包層。

纖芯

包層

涂覆層圖3-8光纖結構圖3-9光纖通信原理光纖通信的原理是：在發送端首先要把傳送的信息（如圖像）變成電信號，然后經過轉換設備把信號調制到激光器發出的激光上，使光的強度隨電信號的幅度（頻率）變化而變化，光波通過光纖發送出去，傳播到接收端，檢測器收到光信號后用設備把它調制轉換成電信號，再恢復為原始信息。2．光纖的分類（1）按傳播模式分為單模光纖和多模光纖（2）按折射率分布分為跳變式光纖和漸變式光纖。（a）光纜結構（b）光纜實物與模型圖3-10光纜3．光纜光纜的類型有如下所述的幾種。

按敷設方式分有：自承重架空光纜、管道光纜、鎧裝地埋光纜和海底光纜。

按光纜結構分有：束管式光纜、層絞式光纜、緊抱式光纜、帶式光纜、非金屬光纜和可分支光纜。

按用途分有：長途通信用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建筑物內用光纜。

通信速度快

傳輸距離長

信號干擾小，安全性能好。光纖本身比較堅固，能抵抗一般的風吹雨打和暴曬，甚至擠壓，穩定性較好，使用壽命較長。另外，重量輕，便于施工布線和運輸。

光纖無輻射，難于竊聽，安全性較好。

但光纖也有一些缺點，由于其玻璃質的結構，使分路、耦合都比較麻煩，而且光纖設備相對較貴4．光纖的優缺點光纖要能正常使用，在兩端先要把里面的芯熔接上跳線或尾纖。5．光纖的應用圖3-11各種各樣的尾纖和跳線圖3-12SC接口光模塊（1）通過交換機上的光模塊進行連接光纖接口是用來連接光纖線纜的物理接口。常用的類型介紹如下。

FCSTSCPCAPC圖3-13光纖收發器及其應用（2）通過光纖收發器進行連接3.1.4無線傳輸介質1．無線電波無線電波是指在自由空間（包括空氣和真空）傳播的射頻頻段的電磁波。無線電技術是通過無線電波傳播聲音或其他信號的技術。圖3-14無線接入設備微波通信是在對流層視線距離范圍內利用無線電波進行傳輸的一種通信方式，頻率范圍為2～40

GHz。微波通信分為模擬微波通信和數字微波通信兩種。2．微波通信圖3-15微波通信衛星通信是在地球站之間利用位于36

000km高空的人造同步地球衛星作為中繼器的一種微波接力通信。3．衛星通信圖3-16衛星通信紅外系統采用光發射二極管（LED）或激光二極管（LD）來進行站與站之間的數據交換。4．紅外通信這是最常見的方式，如大家常用的遙控器。（1）點到點式紅外系統。廣播式紅外系統是把集中的光束，以廣播或擴散的方式向四周散發。（2）廣播式紅外系統。圖3-17廣播式紅外系統3.2網卡3.2.1網卡的功能與分類3.2.2配置網卡的IP地址3.2.3查看網卡的MAC地址圖3-18網卡3.2.1網卡的功能與分類網卡能夠完成物理層和數據鏈路層的大部分功能，包括網卡與網絡電纜的物理連接、介質訪問控制（如實現CSMA/CD協議）、數據幀的拆裝、幀的發送與接收、錯誤校驗、數據信號的編/解碼（如曼徹斯特代碼的轉換）、數據的串行/并行轉換等功能。網卡的一個重要功能就是進行串行/并行轉換。網卡的功能大同小異，其主要功能有以下3個方面。數據的封裝與解封鏈路管理編碼與譯碼1．網卡的功能2．網卡的分類（1）按傳輸速率分類。按傳輸速率可分為10

Mbit/s、100

Mbit/s、10/100

Mbit/s自適應以及1

000

Mbit/s網卡。圖3-19百兆網卡和吉比特網卡早期的網卡主要分AUI粗纜接口和BNC細纜接口兩種目前，網卡主要有RJ45接口和光纖接口兩種類型（2）按接口類型分類。圖3-20AUI接口和BNC接口網卡圖3-21USB網卡（3）按總線插口類型分類。圖3-22PCMCIA接口網卡圖3-23無線網卡3.2.2配置網卡的IP地址【例3-1】配置網卡IP地址。要求：設置IP地址為“192.168.0.100”、子網掩碼為“255.255.255.0”、默認網關為“192.168.0.1”、首選DNS服務器為“192.168.0.10”。圖3-24【網絡連接】窗口1．圖3-25【本地連接屬性】對話框2.圖3-26【Internet協議（TCP/IP）屬性】對話框3.圖3-27設置IP地址4.5．單擊按鈕，關閉對話框。計算機的IP地址設置完成。6．為網卡連上網線，現在計算機就可以順利訪問局域網了。3.2.3查看網卡的MAC地址

MAC（MediaAccessControl，介質訪問控制）地址也稱為物理地址（PhysicalAddress），是內置在網卡中的一組代碼，由12個十六進制數組成，每個十六進制數長度為4

bit，總長48

bit。對于MAC地址的作用，可簡單地歸結為以下兩個方面。1．網絡通信基礎2．保障網絡安全【例3-2】查看網卡MAC地址。1．選擇【所有程序】/【附件】/【命令提示符】命令，打開【命令提示符】窗口。2．輸入“ipconfig/all”命令并按Enter鍵，則窗口中出現本機的地址信息。圖3-28本機的地址信息3.3物理層設備3.3.1中繼器3.3.2集線器在物理層通常提供兩種類型的網絡互連設備，即中繼器（Repeater）和集線器（Hub）。3.3.1中繼器中繼器是連接網絡線路的一種裝置，常用于兩個網絡節點之間物理信號的雙向轉發工作。圖3-29中繼器連接結構圖3-30光纖中繼器3.3.2集線器集線器就是通常所說的Hub，它實際是一種多端口中繼器，區別僅在于中繼器只是連接兩個網段，而集線器能夠提供更多的端口服務。圖3-31集線器（1）集線器在OSI（開放系統互連）七層模型中處于物理層，其實質是一個中繼器。（2）集線器只是一個多端口的信號放大設備。（3）集線器只與它的上連設備進行通信，同層的各端口之間不直接進行通。圖3-32廣播方式數據傳輸這種廣播發送數據方式的不足之處如下。用戶數據包向所有節點發送，很可能帶來數據通信的不安全因素。由于所有數據包都是向所有節點同時發送，加上以上所介紹的共享帶寬方式，就更可能造成網絡阻塞現象，降低網絡執行效率。集線器在同一時刻每一個端口只能進行一個方向的數據通信。3.4交換機3.4.1交換機的功能3.4.2交換機的分類3.4.3交換機的工作原理3.4.4交換機的應用3.4.5多層交換機圖3-33交換機3.4.1交換機的功能交換是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。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。交換機和集線器的本質區別是：當A發信息給B時，如果通過集線器，則接入集線器的所有網絡節點都會收到這條信息（也就是以廣播形式發送），只能通過網卡在硬件層面過濾掉不是發給本機的信息；而如果通過交換機，除非A通知交換機廣播，否則發給B的信息C絕不會收到。交換機的主要功能包括物理編址、網絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。1．交換機的主要功能（1）學習（2）轉發/過濾（3）消除回路（1）它不僅對數據的傳輸起到同步、放大和整形作用，而且還能在數據傳輸過程中過濾短幀和碎片等，不會出現數據包丟棄、傳送延時等現象，保證了數據傳輸的正確性。（2）交換機檢測到某一端口發來的數據包，根據其目標MAC地址，查找交換機內部的“端口—地址”表，找到對應的目標端口，打開源端口到目標端口之間的數據通道，將數據包發送到對應的目標端口上。2．交換機的主要特點圖3-34交換方式數據傳輸（3）從帶寬上來看，交換機上每個端口都獨占帶寬，同時交換機還支持全雙工通信。（4）交換機上的每個端口屬于一個沖突域，不同的端口屬于不同的沖突域，交換機上所有的端口屬于同一個廣播域。（5）從維護角度上來看，交換機的維護比較簡單。3.4.2交換機的分類1．根據網絡覆蓋范圍劃分（1）廣域網交換機。（2）局域網交換機。（1）以太網交換機。（2）快速以太網交換機。（3）吉比特以太網交換機。（4）十吉比特以太網交換機。（5）ATM交換機。2．根據傳輸介質和傳輸速度劃分（1）企業級交換機。（2）部門級交換機。3．根據應用層次劃分圖3-36部門級交換機（3）工作組交換機。圖3-37工作組交換機（4）桌面型交換機。圖3-38桌面型交換機4．按交換機的端口結構來分（1）固定式交換機。圖3-39機架式交換機（2）模塊化交換機。圖3-40模塊化交換機光纖模塊圖3-41模塊化交換機RJ45模塊3.4.3交換機的工作原理1．構造和維護MAC地址表【例3-3】生成交換地址表。圖3-42MAC地址表為空圖3-43從接收到的數據幀中提取源MAC地址圖3-44MAC地址表提取完畢圖3-45查找已有的MAC地址表項交換機在轉發數據幀時，遵循以下規則。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（除源端口）轉發。如果數據幀的目的MAC地址是單播地址，但這個MAC地址并不在交換機的地址表中，則向所有端口（除源端口）轉發。如果數據幀的目的MAC地址在交換機的地址表中，則打開源端口與目標端口之間的數據通道，把數據幀轉發到目標端口上。如果數據幀的目的MAC地址與數據幀的源MAC地址在一個網段（同一個端口）上，則丟棄此數據幀，不發生交換。2．交換數據幀【例3-4】數據幀交換過程。圖3-46數據幀交換過程3．幀交換技術（1）直通交換方式。直通交換方式的優點如下。由于不需要存儲，延遲非常小、交換速度快。直通交換方式的缺點如下。不支持不同速率的端口交換。缺乏幀的控制、差錯校驗，數據的可靠性不足。存儲轉發方式的優點如下。支持不同速度端口間的轉換，保持高速端口和低速端口間協同工作。交換機對接收到的數據幀進行錯誤檢測，保證了數據的可靠性，在線路傳輸差錯率大的環境下，能提高傳輸效率。存儲轉發方式的缺點如下。數據幀處理的時延大，要經過串到并、校驗、并到串的過程。（2）存儲轉發方式。3.4.4交換機的應用交換機是一個靈活的網絡設備，一般用于構造星型網絡拓撲結構。圖3-47星形網絡拓撲結構級聯是將兩臺或兩臺以上的交換機通過一定的拓撲結構進行連接。級聯時可采用全雙工技術和端口匯聚技術。1．交換機級聯（1）雙絞線端口的級聯。圖3-48雙絞線端口的級聯（2）光纖端口的級聯。圖3-49光纖端口的級聯目前流行的堆疊模式有菊花鏈模式和星形模式兩種。2．交換機堆疊（1）菊花鏈模式。圖3-50菊花鏈式堆疊圖3-51星形堆疊（2）星形堆疊模式。級聯的交換機之間可以相距很遠，而一個堆疊單元內的多臺交換機之間的距離必須很近。級聯一般采用普通端口，而堆疊一般采用專用的堆疊模塊（專用端口）和堆疊線纜。一般來說，不同廠家和不同型號的交換機可以互相級聯，而堆疊則必須在可堆疊的同類型交換機（至少應該是同一廠家的交換機）之間進行。3．級聯和堆疊之間的差異級聯是交換機之間的簡單連接，級聯線的傳輸速率將是網絡的瓶頸。堆疊使用專用的堆疊線纜，提供高于1

GB的背板帶寬，堆疊的交換機的端口之間通信時，基本不會受到帶寬的限制。級聯的各設備在邏輯上是獨立的，堆疊則是將各設備作為一臺交換機來管理。級聯一般都要占用網絡端口，而堆疊采用專用堆疊模塊和堆疊總線，不占用網絡端口。級聯的層數理論上沒有限制，但實際上受線纜的跨距限制，而堆疊則由廠家的設備和型號決定最大堆疊個數。3.4.5多層交換機1．三層交換機三層交換技術就是“二層交換技術＋三層轉發技術”，是在網絡模型中的第三層實現了數據包的高速轉發。圖3-52三層交換機的工作過程從表面上看，第三層交換機是第二層交換器與路由器的合二而一，然而這種結合并非簡單的物理結合，而是各取所長的邏輯結合。第四層交換機是基于傳輸層數據包的交換過程的，是一類基于TCP/IP應用層的用戶應用交換需求的新型局域網交換機。2．四層交換機3.5路由器3.5.1路由器的功能3.5.2路由器的分類3.5.3路由器的工作原理3.5.4路由協議路由器（Router）是網絡互聯的樞紐，是連接互聯網中各局域網、子網的邊界設備。不同路由器的端口不同。（a）路由器圖3-53路由器（b）路由器的端口圖3-53路由器1．ETHERNET端口2．AUI端口3．高速同步串口4．ISDN

BRI端口5．Console端口6．AUX端口3.5.1路由器的功能沖突域廣播域路由器的主要功能包括網絡互連、網絡隔離、網絡管理等。圖3-54網絡互連為了實現網絡的互連，路由器必須完成以下功能。地址映射數據轉換路由選擇協議轉換1．網絡互連2．網絡隔離3．網絡管理3.5.2路由器的分類1．按性能檔次劃分圖3-55各檔次的路由器從結構上分，路由器可分為模塊化結構與非模塊化結構。2．按結構劃分圖3-56模塊化結構路由器可將路由器分為核心層（骨干級）路由器、分發層（企業級）路由器和訪問層（接入級）路由器。3．按功能劃分路由器可分為通用路由器與專用路由器。4．按應用劃分如果按路由器所處的網絡位置劃分，則通常把路由器劃分為邊界路由器和中間節點路由器兩類。5．按所處網絡位置劃分3.5.3路由器的工作原理【例3-5】路由器的工作原理。圖3-57主機、路由器接口的IP地址和MAC地址圖3-58路由器R1、R2、R3的路由表3.5.4路由協議1．路由協議的概念路由協議創建了路由表，描述了網絡拓撲結構。按應用范圍的不同，路由協議可分為兩類。（1）在一個AS（AutonomousSystem，自治系統）內的路由協議稱為內部網關協議（IGP，interiorgatewayprotocol）。（2）AS之間的路由協議稱為外部網關協議（EGP，exteriorgatewayprotocol）。內部網關協議的路由算法可以分為靜態路由和動態路由，其相應的路由表稱為靜態路由表和動態路由表。2．路由協議的分類靜態路由表在開始選擇路由之前就被網絡管理員建立，并且只能由網絡管理員更改，所以只適于網絡傳輸狀態比較簡單的環境。（1）靜態路由。靜態路由具有以下特點。靜態路由無需進行路由交換，因此節省網絡的帶寬、CPU的利用率和路由器的內存。

靜態路由具有更高的安全性。在使用靜態路由的網絡中，所有要連到網絡上的路由器都需在鄰接路由器上設置其相應的路由。因此，在某種程度上提高了網絡的安全性。

有的情況下必須使用靜態路由，如DDR、使用NAT技術的網絡環境。靜態路由具有以下缺點。管理者必須真正理解網絡的拓撲并正確配置路由。

網絡的擴展性能差。如果要在網絡上增加一個網絡，管理者必須在所有路由器上加一條路由。

配置煩瑣，特別是當需要跨越幾臺路由器通信時，其路由配置更為復雜。動態路由隨網絡運行情況的變化而變化，路由器根據路由協議提供的功能自動計算數據傳輸的最佳路徑，由此得到動態路由表。根據路由算法，動態路由協議可分為距離向量路由協議（DistanceVectorRoutingProtocol）和鏈路狀態路由協議（LinkStateRoutingProtocol）。（2）動態路由。3.6案例──校園網網絡設備對于校園網的設備選型，考慮到學院教學評估、辦學規模、應用需要和擴充發展等因素，應遵循以下原則。網絡設備性能應當滿足當前及今后5～6年校園網絡的應用需要，合理運用資金選擇設備。網絡設備選型應采用技術成熟度高、性價比高、運行安全可靠、服務網絡完善的主流品牌。以前面討論的校園網建設方案為例，可以考慮采用表3-1所示的方案。表3-1 校園網網絡設備類

型型

號數量說

明核心交換機H3CS95081布置于網絡中心匯聚層交換機H3C55003布置于用戶數據流量比較大的節點接入層交換機H3CE12630布置于辦公樓、教學樓等處H3CE15230具有較多端口，布置于用戶較多的樓層或實驗室路由器CISCI26001連接Internet光纖收發器

3連接用戶較少的辦公樓、試驗室等網卡RealTekRTL8139

根據需要購買，很多計算機有集成網卡1．H3CS9508核心交換機表3-2 H3CS9508路由交換機選擇部件部件編號項目描述說明

LS－9508－N－H3H3CS9508路由交換機主機裸機，帶1個交流電源模塊

LSBM1SRP1N5H3CS9508路由交換處理板實現內部路由功能

LSBM3POWERH交流電源模塊－2

000

W實現電源冗余備份

LSBM1GV48DB124端口吉比特以太網電接口業務板（DB）－（PoE，RJ45）用于連接服務器等

LSBM1GP12DB112端口吉比特以太網光接口業務板（DB）－（SFP，LC）連接服務器、交換機等

LSBM1XP4TDB14端口10吉比特以太網光接口業務板（DB）－（XFP，LC）連接10吉比特鏈路上的匯聚層交換機XFP－SX－MM850光模塊－XFP－10

G－多模模塊－（850

nm，300

m，LC）10吉比特光纖模塊，安放在10吉比特以太網光接口業務板XFP－LX－SM1310光模塊－XFP－10G－單模模塊－（1

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