目錄

第一章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)..............................2

第二章網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)................................8

第三章組建簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)...............................24

第四章網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn).............................32

第五章網(wǎng)絡(luò)尋址...................................45

第六章網(wǎng)段分割...................................59

第七章路由技術(shù)...................................63

第八章建設(shè)TCP/IP局域網(wǎng)..........................75

第九章廣域網(wǎng).....................................86

第十章互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)............................103

第十一章網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)安全.......................111

第一章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

盡管電子計(jì)算機(jī)在上世紀(jì)40年代研制成功，但是到了30年后的80年代初期，計(jì)算機(jī)

網(wǎng)絡(luò)仍然被認(rèn)為是一個(gè)昂貴而奢侈的技術(shù)。近20年來(lái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,

在今天，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)本身一樣精彩紛呈，普及到人們的生活和商業(yè)活

動(dòng)中，對(duì)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了如此廣泛而深遠(yuǎn)的影響。

1.1.1早期的計(jì)算機(jī)通訊

在PC計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，計(jì)算機(jī)的體系架構(gòu)是：-臺(tái)具有計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)主機(jī)掛接多

臺(tái)終端設(shè)備。終端設(shè)備沒(méi)有數(shù)據(jù)處理能力，只提供鍵盤(pán)和顯示器，用于將程序和數(shù)據(jù)輸入給

計(jì)算機(jī)主機(jī)和從主機(jī)獲得計(jì)算結(jié)果。計(jì)算機(jī)主機(jī)分時(shí)、輪流地為各個(gè)終端執(zhí)行計(jì)算任務(wù)。

這種計(jì)算機(jī)主機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，就是最早的計(jì)算機(jī)通訊。

圖4.1計(jì)算機(jī)主機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸

盡管有的應(yīng)用中計(jì)算機(jī)主機(jī)與終端之間采用電話線路連接，距離可以達(dá)到數(shù)百公里，但

是，在這種體系架構(gòu)下構(gòu)成的計(jì)算機(jī)終端與主機(jī)的通訊網(wǎng)絡(luò)，僅僅是為了實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之

間的對(duì)話，并不是真實(shí)意義上的計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊。

1.1.2分組交換網(wǎng)絡(luò)

?直到1964年美國(guó)Rand公司的Baran提出“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”和1966年英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)

室的Davies提出“分組交換”的方法，獨(dú)立于電話網(wǎng)絡(luò)的、實(shí)用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)才開(kāi)始了真

正的發(fā)展。

分組交換的概念是將整塊的待發(fā)送數(shù)據(jù)劃分為一個(gè)個(gè)更小的數(shù)據(jù)段，在每個(gè)數(shù)據(jù)段前面

安裝上報(bào)頭，構(gòu)成一個(gè)個(gè)的數(shù)據(jù)分組(Packets)?每個(gè)Packet的報(bào)頭中存放有目標(biāo)計(jì)算機(jī)的

地址和報(bào)文包的序號(hào)，網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)這樣的地址決定數(shù)據(jù)向哪個(gè)方向轉(zhuǎn)發(fā)。在這

樣概念下由傳輸線路、交換設(shè)備和通訊計(jì)算機(jī)建設(shè)起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，被稱為分組交換網(wǎng)絡(luò)。

圖4.2分組交換網(wǎng)

分組交換網(wǎng)絡(luò)的概念是計(jì)算機(jī)通訊脫離電話通訊線路交換模式的里程碑。電話通訊線路

交換的模式下，在通訊之前，需要先通過(guò)用戶的呼叫（撥號(hào)），有網(wǎng)絡(luò)為本次通訊建立線路。

這種通訊方式不適合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通訊的突發(fā)性、密集性特點(diǎn)。而分組交換網(wǎng)絡(luò)則不需要實(shí)現(xiàn)

建立通訊線路（？“實(shí)現(xiàn)建立通信線路”這句話不通），數(shù)據(jù)可以隨時(shí)以分組的形式發(fā)送到

網(wǎng)絡(luò)中。分組交換網(wǎng)絡(luò)不需要呼叫建立線路（？“呼叫建立線路”這樣的說(shuō)法讓人不太理解）

的關(guān)鍵在于其每個(gè)數(shù)據(jù)包（分組）的報(bào)頭中都有目標(biāo)主機(jī)的地址，網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備根據(jù)這個(gè)地

址就可以隨時(shí)為單個(gè)數(shù)據(jù)包提供轉(zhuǎn)發(fā)，將之沿正確的路線送往目標(biāo)主機(jī)。

美國(guó)的分組交換網(wǎng)ARPANET于1969年12月投入運(yùn)行，被公認(rèn)是最早的分組交換網(wǎng)。

法國(guó)的分組交換網(wǎng)CYCLADES開(kāi)通于1973年，同年，英國(guó)的NPL也開(kāi)通了英國(guó)第一個(gè)分

組交換網(wǎng)。到今天，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：以太網(wǎng)、幀中繼、Internet都是分組交換網(wǎng)絡(luò)。

1.1.3以太網(wǎng)

以太網(wǎng)目前在全球的局域網(wǎng)技術(shù)中占有支配地位。以太網(wǎng)的研究起始與1970年早期的

夏威夷大學(xué)，目的是要解決多臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)使用同一傳輸介質(zhì)而相互之間不產(chǎn)生干擾的問(wèn)

題。夏威夷大學(xué)的研究結(jié)果奠定了以太網(wǎng)共享傳輸介質(zhì)的技術(shù)基礎(chǔ)，形成了享有盛名的

CSMA/CD方法。

圖4.3以太網(wǎng)

以太網(wǎng)的CSMA/CD方法是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)需要使用共享傳輸介質(zhì)通訊時(shí),先偵聽(tīng)該共享

傳輸介質(zhì)是否已經(jīng)被占用。當(dāng)共享傳輸介質(zhì)空閑的時(shí)候，計(jì)算機(jī)就可以搶用該介質(zhì)進(jìn)行通訊。

所以又稱CSMA/CD方法為總線爭(zhēng)用方法。

與現(xiàn)代以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)相一致的第一個(gè)局域網(wǎng)是由施樂(lè)公司的RobertMetcalfe和他的工作

小組建成的。1980年由數(shù)字設(shè)備公司、英特爾公司和施樂(lè)公司聯(lián)合發(fā)布了第一個(gè)以太網(wǎng)標(biāo)

準(zhǔn)Ethernet。這種用同軸電纜為傳輸介質(zhì)的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)技術(shù)立即受到了歡迎，在80年代，用

10Mbps以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)造的局域網(wǎng)迅速遍布全球。

1985年，電氣和電子工程學(xué)會(huì)IEEE發(fā)布了局域和城域網(wǎng)的802標(biāo)準(zhǔn)，其中的802.3是

以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。802.3標(biāo)準(zhǔn)與1980年的Ethernet標(biāo)準(zhǔn)的差異非常小，以至同一塊以太網(wǎng)卡

可以同時(shí)發(fā)送和接收802.3數(shù)據(jù)幀和Ethernet數(shù)據(jù)幀。

上世紀(jì)80年代PC機(jī)的大量出現(xiàn)和以太網(wǎng)的廉價(jià)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不再是一個(gè)奢侈的技術(shù)。

10Mbps的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，很好地滿足了當(dāng)時(shí)相對(duì)較慢的PC計(jì)算機(jī)的需求。進(jìn)入90年代，

計(jì)算機(jī)的速度、需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來(lái)越高，100Mbps的以太網(wǎng)技術(shù)隨之出現(xiàn)。lEEElOOMbps

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，被稱為快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。1999年IEEE又發(fā)布了千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

需要回顧的是令牌網(wǎng)、FDDI網(wǎng)，甚至ATM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)的挑戰(zhàn)。以太網(wǎng)以

其簡(jiǎn)單易行、價(jià)格低廉、方便的可擴(kuò)展性和可靠的特性，最終淘汰或正在淘汰這些技術(shù)，成

為計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)中的主流技術(shù)。

1.1.4INTERNET

Internet是全球規(guī)模最大、應(yīng)用最廣的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。它是由院校、企業(yè)、政府的局域

網(wǎng)自發(fā)地加入而發(fā)展壯大起來(lái)的超級(jí)網(wǎng)絡(luò)，連接有數(shù)千萬(wàn)的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器。通過(guò)在

Internet上發(fā)布商業(yè)、學(xué)術(shù)、政府、企業(yè)的信息，以及新聞和娛樂(lè)的內(nèi)容和節(jié)目，極大地

改變了人們的工作和生活方式。

Internet的前身是1969年問(wèn)世的美國(guó)ARPANETo到了1983年，ARPANET已連接有超

過(guò)三百臺(tái)計(jì)算機(jī)。1984年ARPANET被分解為兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)用于民用，仍然稱ARPANET。

另外一個(gè)軍用，稱為MILNET。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金組織NSF從1985年到1990年期間建設(shè)

由主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)組成的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)，稱為NSFNET,并與ARPANET相連。到了

1990年，NSFNET和ARPANET和在一起改名為Internet。隨后，Internet上計(jì)算機(jī)接入的

數(shù)目與日俱增，為進(jìn)一步擴(kuò)大Internet,美國(guó)政府將Internet的主干網(wǎng)交由非私營(yíng)公司經(jīng)營(yíng)，

并開(kāi)始對(duì)Internet上的傳輸收費(fèi)，Internet得到了迅猛發(fā)展。

我國(guó)最早的Internet是于1994年4月完成的NCFC與Internet的接入。由中國(guó)科學(xué)院主

持，聯(lián)合北京大學(xué)和清華大學(xué)共同完成的NCFC（中國(guó)國(guó)家計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)設(shè)施）是一個(gè)在北京

中關(guān)村地區(qū)建設(shè)的超級(jí)計(jì)算中心。NCFC通過(guò)光纜將中科院中關(guān)村地區(qū)的三十多個(gè)研究所及

清華、北大兩所高校連接起來(lái)，形成NCFC的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。到1994年5月，NCFC已連接

了150多個(gè)以太網(wǎng)，3000多臺(tái)計(jì)算機(jī)。

我國(guó)的商業(yè)Internet——中國(guó)因特網(wǎng)ChinaNet由中國(guó)電信和中國(guó)網(wǎng)通始建于1995年。

ChinaNet通過(guò)美國(guó)MCI公司、GlobalOne公司、新加坡Telecom公司、日本KDD公司與國(guó)

際Internet連接。目前，ChinaNet骨干網(wǎng)已經(jīng)遍布全國(guó)31個(gè)省、市、自治區(qū)，干線速度達(dá)

到數(shù)十Gbps,成為國(guó)際Internet的重要組成部分。

Internet已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長(zhǎng)速度最快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有人能夠準(zhǔn)確說(shuō)出

Internet具體有多大。到現(xiàn)在，我們的Internet的概念，已經(jīng)不僅僅指所提供的計(jì)算機(jī)通訊鏈

路，而且還指參與其中的服務(wù)器所提供的信息和服務(wù)資源。計(jì)算機(jī)通訊鏈路、信息和服務(wù)資

源整體，這些概念一起組成了現(xiàn)代Internet的體系結(jié)構(gòu)。

1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、使用網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)終端設(shè)

備和服務(wù)器、以及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)所組成。

1.2.1網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)

有四種主要的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)：雙絞線電纜、光纖、微波、同軸電纜。

在局域網(wǎng)中的主要傳輸介質(zhì)是雙絞線，這是一種不同于電話線的8芯電纜，具有傳輸

1000Mbps的能力。光纖在局域網(wǎng)中多承擔(dān)干線部分的數(shù)據(jù)傳輸。使用微波的無(wú)線局域網(wǎng)由

于其靈活性而逐漸普及。早期的局域網(wǎng)中使用網(wǎng)絡(luò)同軸電纜，從1995年開(kāi)始，網(wǎng)絡(luò)同軸電

纜被逐漸淘汰，已經(jīng)不在局域網(wǎng)中使用了。由于CableModem的使用，電視同軸電纜還在

充當(dāng)Internet連接的其中一種傳輸介質(zhì)。

圖4.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成

1.2.2網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備是把計(jì)算機(jī)連接在?起的基本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)交換機(jī)

轉(zhuǎn)發(fā)。因此，計(jì)算機(jī)要連接到局域網(wǎng)絡(luò)中，必須首先連接到交換機(jī)上。不同種類的網(wǎng)絡(luò)使用

不同的交換機(jī)。常見(jiàn)的有：以太網(wǎng)交換機(jī)、ATM交換機(jī)、幀中繼網(wǎng)的幀中繼交換機(jī)、令牌

網(wǎng)交換機(jī)、FDDI交換機(jī)等。

可以使用稱為Hub的網(wǎng)絡(luò)集線器替代交換機(jī)。Hub的價(jià)格低廉，但會(huì)消耗大量的網(wǎng)絡(luò)

帶寬資源。由于局域網(wǎng)交換機(jī)的價(jià)格已經(jīng)下降到低于PC計(jì)算機(jī)的價(jià)格，所以正式的網(wǎng)絡(luò)已

經(jīng)不再使用Hub,

1.2.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備主要是指路由器。路由器是連接網(wǎng)絡(luò)的必須設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)。

路由器不僅提供同類網(wǎng)絡(luò)之間的互相連接，還提供不同網(wǎng)絡(luò)之間的通訊。比如：局域網(wǎng)

與廣域網(wǎng)的連接、以太網(wǎng)與幀中繼網(wǎng)絡(luò)的連接等等。

在廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)的連接中，調(diào)制解調(diào)器也是一個(gè)重要的設(shè)備。調(diào)制解調(diào)器用于將數(shù)字

信號(hào)調(diào)制成頻率帶寬更窄的信號(hào)，以便適于廣域網(wǎng)的頻率帶寬。最常見(jiàn)的是使用電話網(wǎng)絡(luò)或

有線電視網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)。

中繼器是一個(gè)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)電纜和光纜的設(shè)備，對(duì)衰減了的信號(hào)起再生作用。

網(wǎng)橋是一個(gè)被淘汰了的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，原來(lái)用來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)帶寬擁擠。交換機(jī)設(shè)備同時(shí)完成了

網(wǎng)橋需要完成的功能，交換機(jī)的普及使用是終結(jié)網(wǎng)橋使命的直接原因。

1.2.4網(wǎng)絡(luò)終端與服務(wù)器

網(wǎng)絡(luò)終端也稱網(wǎng)絡(luò)工作站，是使用網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。在客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)

中，客戶機(jī)指網(wǎng)絡(luò)終端。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是被網(wǎng)絡(luò)終端訪問(wèn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通常是一臺(tái)高性能的計(jì)算機(jī),例如大型機(jī)、

小型機(jī)、UNIX工作站和服務(wù)器PC機(jī)，安裝上服務(wù)器軟件后構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，被分別稱為

大型機(jī)服務(wù)器、小型機(jī)服務(wù)器、UNIX工作站服務(wù)器和PC機(jī)服務(wù)器

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)中可共享的資源，如數(shù)據(jù)庫(kù)、大容量磁盤(pán)、

外部設(shè)備和多媒體節(jié)目等，通過(guò)服務(wù)器提供給網(wǎng)絡(luò)終端。服務(wù)器按照可提供的服務(wù)可分為文

件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、打印服務(wù)器、Web服務(wù)器、電子郵件服務(wù)器、代理服務(wù)器等。

1.2.5網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是安裝在網(wǎng)絡(luò)終端和服務(wù)器上的軟件。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)發(fā)送和接收

所需要的數(shù)據(jù)分組、報(bào)文封裝、建立連接、流量控制、出錯(cuò)重發(fā)等工作。現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)操作系

統(tǒng)都是隨計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)一同開(kāi)發(fā)的，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的一個(gè)重要組成

部分。

1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

可以從不同的角度對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類。學(xué)習(xí)并理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類，有助于我們

更好地理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

1.根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍分類

按照計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍的大小進(jìn)行分類，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為：局域網(wǎng)、城

域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。了解一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍的大小，可以使人們能一目了然地了

解該網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和主要技術(shù)。

局域網(wǎng)(LAN)的覆蓋范圍一般在方圓幾十米到幾公里。典型地是一個(gè)辦公室、一個(gè)

辦公樓、一個(gè)園區(qū)的范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍達(dá)到一個(gè)城市的大小時(shí)，被稱為城域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)覆蓋到多個(gè)城市甚至全

球的時(shí)候，就屬于廣域網(wǎng)的范疇了。我國(guó)著名的公共廣域網(wǎng)是ChinaNet、ChinaPAC,

ChinaFrame、ChinaDDN等。大型企業(yè)、院校、政府機(jī)關(guān)通過(guò)租用公共廣域網(wǎng)的線路，可以

構(gòu)成自己的廣域網(wǎng)。

2.根據(jù)鏈路傳輸控制技術(shù)分類

鏈路傳輸控制技術(shù)是指如何分配網(wǎng)絡(luò)傳輸線路、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備資源，以便避免網(wǎng)絡(luò)通訊

鏈路資源沖突，同時(shí)為所有網(wǎng)絡(luò)終端和服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

典型的網(wǎng)絡(luò)鏈路傳輸控制技術(shù)有：總線爭(zhēng)用技術(shù)、令牌技術(shù)、FDD1技術(shù)、ATM技術(shù)、

幀中繼技術(shù)和ISDN技術(shù)。對(duì)應(yīng)上述技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)分別是以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)、FDDI網(wǎng)、ATM網(wǎng)、

幀中繼網(wǎng)和ISDN網(wǎng)。

總線爭(zhēng)用技術(shù)是以太網(wǎng)的標(biāo)志。總線爭(zhēng)用顧名思義，即需要使用網(wǎng)絡(luò)通訊的計(jì)算機(jī)需要

搶占通訊線路。如果爭(zhēng)用線路失敗，就需要等待下一次的爭(zhēng)用，直到占得通訊鏈路。這種技

術(shù)的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，介質(zhì)使用效率非常高。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，使用總線爭(zhēng)用技術(shù)的以太網(wǎng)成為了

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位的網(wǎng)絡(luò)。

令牌環(huán)網(wǎng)和FDDI網(wǎng)一度是以太網(wǎng)的挑戰(zhàn)者、它們分配網(wǎng)絡(luò)傳輸線路和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備資

源的方法是在網(wǎng)絡(luò)中下發(fā)一個(gè)令牌報(bào)文包，輪流交給網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)。需要通訊的計(jì)算機(jī)只

有得到令牌的時(shí)候才能發(fā)送數(shù)據(jù)。令牌環(huán)網(wǎng)和FDDI網(wǎng)的思路是需要通訊的計(jì)算機(jī)輪流使用

網(wǎng)絡(luò)資源，避免沖突。但是，令牌技術(shù)相對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)過(guò)于復(fù)雜，在千兆以太網(wǎng)出現(xiàn)后，令

牌環(huán)網(wǎng)和FDDI網(wǎng)不再具有競(jìng)爭(zhēng)力，淡出了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

ATM是英文AsynchronousTransferMode的縮寫(xiě)，稱為異步傳輸模式。ATM采用光纖

作為傳輸介質(zhì)，傳輸以53個(gè)字節(jié)為單位的超小數(shù)據(jù)單元(稱為信元)。ATM網(wǎng)絡(luò)的最大吸

引力之一是具有特別的靈活性，用戶只要通過(guò)ATM交換機(jī)建立交換虛電路，就可以提供突

發(fā)性、寬頻帶傳輸?shù)闹С郑m應(yīng)包括多媒體在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速度高達(dá)622Mbps。

我國(guó)的ChinaFrame是一個(gè)使用幀中繼技術(shù)的公共廣域網(wǎng)，是由幀中繼交換機(jī)組成的，

使用虛電路模式的網(wǎng)絡(luò)。所謂虛電路，是指在通訊之前需要在通訊所途徑的各個(gè)交換機(jī)中根

據(jù)通訊地址都建立起數(shù)據(jù)輸入端口到轉(zhuǎn)發(fā)端口之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣，當(dāng)帶有報(bào)頭的數(shù)據(jù)幀

到達(dá)幀中繼網(wǎng)的交換機(jī)時(shí)，交換機(jī)就可以按照?qǐng)?bào)頭中的地址正確地依虛電路的方向轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

報(bào)。幀中繼網(wǎng)可以提供高大數(shù)Mbps的傳輸速度，由于其可靠的帶寬保證和相對(duì)Internet的

安全性，為銀行、大型企業(yè)和政府機(jī)關(guān)局域網(wǎng)互聯(lián)的主要網(wǎng)絡(luò)。

ISDN是綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)的縮寫(xiě),建設(shè)的宗旨是在傳統(tǒng)的電話線路上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。

ISDN通過(guò)時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)，可以在一條電話線上同時(shí)傳輸多路信號(hào)。ISDN可以提供從

144Kbps到30Mbps的傳輸帶寬，但是由于其仍然屬于電話技術(shù)的線路交換，租用價(jià)格較高,

并沒(méi)有成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要通訊網(wǎng)絡(luò)。

3.根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)分類

網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)分為物理拓樸和邏輯拓樸。物理拓樸結(jié)構(gòu)描述網(wǎng)絡(luò)中由網(wǎng)絡(luò)終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)

備組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，反映出網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間以及網(wǎng)絡(luò)終端是如何連接的。

網(wǎng)絡(luò)按照拓樸結(jié)構(gòu)劃分有：總線型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)、樹(shù)型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

圖4.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)

總線型拓樸結(jié)構(gòu)是早期同軸電纜以太網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的連接方式，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)掛接到

一條總線上。這種物理連接方式已經(jīng)淘汰。

星型拓樸結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代以太網(wǎng)的物理連接方式。在這種結(jié)構(gòu)下，以中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為核心,

與其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以星型方式連接，最外端是網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。星型拓樸結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是連接路徑

短，易連接、易管理，傳輸效率高。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是中心節(jié)點(diǎn)需具有很高的可靠性和冗余

度。

樹(shù)型拓樸結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)層次清晰，易擴(kuò)展，是目前多數(shù)校園網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)使用的結(jié)構(gòu)。這種

方法的缺點(diǎn)是根結(jié)點(diǎn)的可靠性要求很高。

環(huán)型拓樸結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，通訊線路沿各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)閉環(huán)。數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)

的轉(zhuǎn)發(fā)，最終可以到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。這種通訊方法的最大缺點(diǎn)是通訊效率低。

網(wǎng)狀拓樸結(jié)構(gòu)構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)可靠性最高。在這種結(jié)構(gòu)下，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有多條鏈路與網(wǎng)絡(luò)相

連，高密度的冗余鏈路，使一條，甚至幾條鏈路出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)仍然能夠正常工作。網(wǎng)狀拓

樸結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)是成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理維護(hù)相對(duì)困難。

第二章網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)

網(wǎng)絡(luò)是用傳輸介質(zhì)將孤立的主機(jī)連接到一起，使之能夠互相通訊，完成數(shù)據(jù)傳輸功能

的。目前，最為普及的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是雙絞線電纜、光纖和微波。50。同軸電纜在

90年代初期扮演著局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)的主要角色，但是在我國(guó)，從90年代中期開(kāi)始被雙絞線

電纜所淘汰。最近幾年，隨著CableModem（電纜調(diào)制解調(diào)器）技術(shù)的引入，大量使用75

Q電視同軸電纜實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入，同軸電纜又回到了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的行列。

2.1電纜傳輸介質(zhì)

2.1.1信號(hào)和電纜的頻率特性

從數(shù)量上看，全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)中，電纜占有95%比例。

有三種類型的電信號(hào)：模擬信號(hào)、正弦波信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。

模擬信號(hào)是一種連續(xù)變化的信號(hào)。正弦波信號(hào)實(shí)際上還是模擬信號(hào)。但是由于正弦波

信號(hào)是一個(gè)特殊的模擬信號(hào)，所以我們?cè)谶@里把它單獨(dú)作為一個(gè)信號(hào)類型。模擬信號(hào)的取值

是連續(xù)的。

數(shù)字信號(hào)是一種0、1變化的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)的取值是離散的。

圖2.1信號(hào)的種類

數(shù)據(jù)即可以用模擬信號(hào)表示，也可以用數(shù)字信號(hào)表示。

計(jì)算機(jī)是一種使用數(shù)字信號(hào)的設(shè)備，因此計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最直接、最高效的傳輸方法就是

使用數(shù)字信號(hào)。在一些應(yīng)用場(chǎng)合不得不使用模擬信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要先把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成

模擬信號(hào)。待數(shù)據(jù)傳送到目的地后，再轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信號(hào)。

不管是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，都是由大量頻率不同的正弦波信號(hào)合成的。信號(hào)理論

解釋為：任何一個(gè)信號(hào)都是由無(wú)數(shù)個(gè)諧波（正弦波）組成的。數(shù)學(xué)解釋為：任何一個(gè)函數(shù)都

可以用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)為一個(gè)常數(shù)和無(wú)窮個(gè)正弦函數(shù)。

y(t)=Ao+AiSin3it+A2Sin32t+AaSin33t+.......

圖2.2任意一個(gè)信號(hào)y(t),都是由不同頻率3i的諧波組成的。

圖2.2中，A0是信號(hào)y(t)的直流成份。Sin3it、Sin?2t,Sin33t……是y(t)的諧波。

Al、A2、A3……是各個(gè)諧波的大小(強(qiáng)度)。31、32、33……是諧波的頻率。隨著頻率的

增長(zhǎng)，諧波的強(qiáng)度減弱。到了一定的頻率3i,其信號(hào)強(qiáng)度Ai會(huì)小到忽略不計(jì)。也就是說(shuō)，

一個(gè)信號(hào)y(t)的有效諧波不是無(wú)窮多的，信號(hào)y(t)可以被認(rèn)為是由有限個(gè)諧波組成的，其最

高頻率的諧波的頻率是3max。

?個(gè)信號(hào)有效諧波所占的頻帶寬度，就稱為這個(gè)信號(hào)的頻帶寬度，簡(jiǎn)稱頻寬，或帶寬。

模擬量的電信號(hào)的頻率比較低，如聲音信號(hào)的帶寬為20Hz至U20KHz。數(shù)字信號(hào)的頻

率要高很多，因?yàn)閺氖静ㄆ骺此膱D象，其變化得要較模擬信號(hào)銳利得多(見(jiàn)圖2.1)。數(shù)字

信號(hào)的高頻成分非常豐富，有效諧波的最高頻率一般都在幾十MHz。

為了把信號(hào)不失真地傳送到目的地，傳輸電纜就需要把信號(hào)中所有的諧波不失真地傳

送過(guò)去。遺憾的是傳輸電纜只能傳輸一定頻率的信號(hào)，太高頻率的諧波將會(huì)被急劇衰減而丟

失。例如普通電話線電纜的帶寬是2MHz,它能輕松地傳輸語(yǔ)音電信號(hào)。但是對(duì)于數(shù)字信號(hào)

(幾十MHz),電話電纜就無(wú)法傳輸了。因此如果用電話電纜傳輸數(shù)字信號(hào)，就必須把它調(diào)

制成模擬信號(hào)才能傳輸。而普通雙絞線電纜的帶寬高達(dá)100MHz,所以可以直接傳輸數(shù)字信

號(hào)。

電纜對(duì)過(guò)高頻率的諧波衰減得厲害的原因是電纜自身形成的電感和電容作用，而諧波

的頻率越高，電纜自身形成的電感和電容對(duì)其產(chǎn)生的阻抗就越大。

結(jié)論是，不同電纜具有不同的傳輸帶寬。一個(gè)信號(hào)能不能不失真地使用某種類型的電

纜，取決于電纜的帶寬是否大于信號(hào)的帶寬。

使用數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)是抗干擾能力強(qiáng)，傳輸設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是需要傳輸電纜具有

較高的帶寬。使用模擬信號(hào)傳輸對(duì)傳輸介質(zhì)的要求較低，但是抗干擾能力弱。

容易混淆的是，不管英語(yǔ)還是漢語(yǔ)，“帶寬Bandwidth”這個(gè)術(shù)語(yǔ)既被拿來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)電

纜的頻率特性，又被用于描述網(wǎng)絡(luò)的通訊速度。更容易混淆的是都用K、M來(lái)表示其單位。

描述網(wǎng)絡(luò)電纜的頻率特性時(shí)，我們用KHz、MHz,簡(jiǎn)稱K、M；描述網(wǎng)絡(luò)的通訊速度時(shí)，

我們用kbps、Mbpso仍然簡(jiǎn)稱K、Mo當(dāng)我們說(shuō)某類雙絞線電纜的“帶寬是100M”，這個(gè)

“100M”是指雙絞線電纜的頻率響應(yīng)特性呢？還是傳輸數(shù)字信號(hào)的速度能力呢？(見(jiàn)1.1.4)

2.1.2非屏蔽雙絞線

圖2.3非屏蔽雙絞線

非屏蔽雙絞線是最常用的網(wǎng)絡(luò)連接傳輸介質(zhì)。非屏蔽雙絞線有4對(duì)絕緣塑料包皮的銅

線。8根銅線每?jī)筛ハ嘟g扭在一起，形成線對(duì)。線纜絞扭在一起的目的是相互抵消彼此之

間的電磁干擾。扭絞的密度沿著電纜循環(huán)變化，可以有效地消除線對(duì)之間的串?dāng)_。每米扭

絞的次數(shù)需要精確地遵循規(guī)范設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)雙絞線的生產(chǎn)加工需要非常精密。

因?yàn)榉瞧帘坞p絞線的英文名字是Unshieldedtwisted-paircable,所以我們互相都簡(jiǎn)稱非

屏蔽雙絞線為UTP電纜。

UTP電纜的4對(duì)線中，有兩對(duì)作為數(shù)據(jù)通訊線，另外兩對(duì)作為語(yǔ)音通訊線。因此，在

電話和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的綜合布線中，一根UTP電纜可以同時(shí)提供?條計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線路和兩條

電話通訊線路。

UTP電纜有許多優(yōu)點(diǎn)。UTP電纜直徑細(xì)，容易彎曲，因此易于布放。價(jià)格便宜也是

UTP電纜的重要優(yōu)點(diǎn)之一。UTP電纜的缺點(diǎn)是其對(duì)電磁輻射采用簡(jiǎn)單扭絞，靠互相抵消的

處理方式。因此，在抗電磁輻射方面，UTP電纜相對(duì)同軸電纜(電視電纜和早期的50歐姆

網(wǎng)絡(luò)電纜)處于下風(fēng)。

曾經(jīng)一度認(rèn)為UTP電纜還有一個(gè)缺點(diǎn)就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣壬喜蝗ァ５乾F(xiàn)在不是這樣

的。事實(shí)上，UTP電纜現(xiàn)在可以傳輸高達(dá)1000Mbps的數(shù)據(jù)，是銅纜中傳輸速度最快的通訊

介質(zhì)。

2.1.3屏蔽雙絞線

屏蔽雙絞線Shieldedtwisted-paircable(STP)結(jié)合了屏蔽、電磁抵消和線對(duì)扭絞的技術(shù)。

同軸電纜和UTP電纜的優(yōu)點(diǎn)，STP電纜都具備。

在以太網(wǎng)中，STP可以完全消除線對(duì)之間的電磁串?dāng)_。最外層的屏蔽層可以屏蔽來(lái)自

電纜外的電磁EMI干擾和無(wú)線電RFI干擾。

STP電纜的缺點(diǎn)主要有兩點(diǎn)，一個(gè)是價(jià)格貴，另外一個(gè)就是安裝復(fù)雜。安裝復(fù)雜是因

為STP電纜的屏蔽層接地問(wèn)題。電纜線對(duì)的屏蔽層和外屏蔽層都要在連接器處與連接器的

屏蔽金屬外殼可靠連接。交換設(shè)備、配線架也都需要良好接地。因此，STP電纜不僅是材料

本身成本高，而且安裝的成本也相應(yīng)增加。

不要忘記布線的安裝成本。要記住，現(xiàn)在施工部門(mén)對(duì)你的取費(fèi)流行是用你的材料成本

乘以百分之卜幾。而且，當(dāng)他們看到我們要布放的是屏蔽雙絞線電纜時(shí)，會(huì)很合理地提出增

加施工費(fèi)用的。

PVC外套外屏蔽層PVC外套外屏蔽層

線對(duì)屏蔽層

STP電纜ScTP電纜

圖2.4屏蔽雙絞線

有一種STP電纜的變形，叫ScTP。ScTP電纜把STP中各個(gè)線對(duì)上的屏蔽層取消，只

留下最外層的屏蔽層，以降低線材的成本和安裝復(fù)雜程度。ScTP中線對(duì)之間串繞的克服與

UTP電纜樣由線對(duì)的扭絞抵消來(lái)實(shí)現(xiàn)。

ScTP電纜的安裝相對(duì)STP電纜要簡(jiǎn)單多了，這是因?yàn)槊獬司€對(duì)屏蔽層的接地工作。

屏蔽雙絞線抗電磁輻射的能力很強(qiáng)，適合于在工業(yè)環(huán)境和其它有嚴(yán)重電磁輻射干擾或

無(wú)線電輻射干擾的場(chǎng)合布放。另外，屏蔽雙絞線的外屏蔽層有效地屏蔽了線纜本身對(duì)外界的

輻射。在軍事、情報(bào)、使館，以及審計(jì)署、財(cái)政部這樣的政府部門(mén)，都可以使用屏蔽雙絞線

來(lái)有效地防止外界對(duì)線路數(shù)據(jù)的電磁偵聽(tīng)。對(duì)于線路周圍有敏感儀器的場(chǎng)合，屏蔽雙絞線可

以避免對(duì)它們的干擾。

然而，屏蔽雙絞線的端接需要可靠地接地。不然，反而會(huì)引入更嚴(yán)重的噪聲。這是因

為屏蔽雙絞線的屏蔽層此時(shí)就會(huì)象天線一樣去感應(yīng)所有周圍的電磁信號(hào)。

2.1.4雙絞線的頻率特性

雙絞線有很高的頻率響應(yīng)特性，可以高達(dá)600Mhz,接近電視電纜的頻響特性。雙絞

線電纜的分類依據(jù)其頻率響應(yīng)特性：

5類雙絞線(Category5)：頻寬為100MHz

超5類雙絞線(EnhancedCategory5)：頻寬仍為為100MHz,串?dāng)_、時(shí)延差等其它性

能參數(shù)要求更嚴(yán)格。

6類雙絞線(Category6)：頻寬為250MHz

7類雙絞線(Category?)：頻寬為600MHz

快速以太網(wǎng)的傳輸速度是100Mbps(bitspersecond),其信號(hào)的頻寬約70MHz；ATM

網(wǎng)的傳輸速度是150Mbps,其信號(hào)的頻寬約80MHz；千兆網(wǎng)的傳輸速度是1000Mbps,其信

號(hào)的頻寬100MHz。因此，用5類雙絞線電纜能夠滿足所有常用網(wǎng)絡(luò)傳輸對(duì)頻率響應(yīng)特性的

要求。

6類雙絞線是一個(gè)較新級(jí)別的電纜，其頻率帶寬可以達(dá)到250MHz。2002年7月20日，

TIA/EIA-568-B.2.1公布了6類雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)。6類雙絞線除了要保證頻率帶寬達(dá)到更高要求，

其它參數(shù)的要求也頗為嚴(yán)格。例如串?dāng)_參數(shù)必須在250MHz的頻率卜一測(cè)試。

7類雙絞線是歐洲提出的一種屏蔽電纜STP的標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)劃帶寬是600MHz。目前還

沒(méi)有制訂出相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

雙絞線的分類通常簡(jiǎn)寫(xiě)為CAT5、CAT5e、CAT6、CAT7。

2.1.5雙絞線的端接

為了連接PC、集線器、交換機(jī)和路由器，雙絞線電纜的兩端需要端接連接器。在

100Mbps快速以太網(wǎng)中，網(wǎng)卡、集線器、交換機(jī)、路由器用雙絞線連接需要兩對(duì)線，一對(duì)用

于發(fā)送，另外一對(duì)用于接收。

根據(jù)EIA?IA-T568標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，PC機(jī)的網(wǎng)卡和路由器使用1、2線對(duì)用作發(fā)送端，3、

6線對(duì)用于接收端。交換機(jī)和集線器與之相反，使用3、6線對(duì)作為發(fā)送端，1、2線對(duì)作為

接收端。

為此，當(dāng)把一臺(tái)PC與交換機(jī)或集線器連接時(shí)，使用如圖2.5所示的直通線。

PC集線器

路由涉交換機(jī)

1TD+—?1RD+

2TD------?2RD-

3RD+?-—3TD+

4NC4NC

5NC5NC

6RD-—6TD-

7NC7NC

8NC8NC

圖2.5直通線

使用如圖2.6所示的交叉電纜，可以把兩臺(tái)電腦互連。使用交叉電纜把兩臺(tái)電腦連接

在一起的方法，是最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)連接。

PCPC

路由器路由器

1TD+、TD+

TD-?>/

2TD-

RD+\/

343RD+

NCY

44NC

NC/\

5NC

6RD-/%RD-

7NC7NC

8NC8NC

圖2.6交叉線

交換機(jī)和集線器有時(shí)候?yàn)榱藬U(kuò)充端口的數(shù)量，或者延伸網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度（雙絞線電纜UTP

和STP的最大連接長(zhǎng)度是100米），需要多臺(tái)交換機(jī)和集線器級(jí)連。由于交換機(jī)和集線器的

發(fā)送端和接收端設(shè)置相同，所以它們自己之間的互連也需要使用如圖2.6所示的交叉電纜

集線器集線器

交換機(jī)交換機(jī)

1TD+、刀TD+

2TD-?>

。TD-

3RD+\?*3RD+

4NC'/4NC

5NC/\5NC

6RD-/壬RD-

7NC7NC

8NC8NC

圖2.7交換機(jī)之間的級(jí)連也使用交叉線

交換機(jī)和集線器的發(fā)送端口與接收端口的設(shè)置與電腦網(wǎng)卡的設(shè)置正好相反的目的是使

電腦與交換機(jī)和集線器的連接線纜的端接簡(jiǎn)化。我們知道，制做UTP的直通線要比制做交

叉線筒單。尤其是需要先在建筑物內(nèi)布線，再用UTP跳線將電腦與交換機(jī)連接在一起的場(chǎng)

合，直通線的使用可以避免線序的混亂。如圖2.8所示。

圖2.8建筑物內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)布線

2.1.6雙絞線及雙絞線端接的測(cè)試

為保證信號(hào)可靠傳輸，傳輸介質(zhì)，以及線纜的布放和端接，必須進(jìn)行全面的測(cè)試。借助

電纜測(cè)試儀器，這些測(cè)試是確保網(wǎng)絡(luò)能夠在高速度、高頻率的條件可靠工作的必要保證。最

后的性能參數(shù)必須滿足某一個(gè)公認(rèn)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)際流行的有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：美國(guó)的

ANSI/TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC11801標(biāo)準(zhǔn)、歐洲的EN50173標(biāo)準(zhǔn)。

主要的雙絞線電纜及雙絞線電纜布放和端接的測(cè)試參數(shù)：

線序Wiremap

連接Conection

電纜長(zhǎng)度Cablelength

直流電阻DCresistance

阻抗Impedance

衰減Attenuation

近端串?dāng)_Near-endcrosstalk(NEXT)

功率和近端串?dāng)_Powersumnear-endcrosstalk(PSNEXT)

等效遠(yuǎn)端串?dāng)_Equal-levelfar-endcrosstalk(ELFEXT)

功率和遠(yuǎn)端串?dāng)_Powersumequal-levelfar-endcrosstalk(PSELFEXT)

回返損失Returnloss

傳導(dǎo)延時(shí)Propagationdelay

時(shí)延差Delayskew

線序測(cè)試是指測(cè)試雙絞線兩端的8條線是否正確端接。當(dāng)然，線序測(cè)試也測(cè)試了線纜是

否有斷路或開(kāi)路。線序測(cè)試也完成了連接測(cè)試，確保線纜質(zhì)量及端接的可靠。

根據(jù)TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)，雙絞線電纜長(zhǎng)度不得超過(guò)100米。

直流電阻和交流阻抗超標(biāo)，會(huì)造成哀減指標(biāo)超標(biāo)。直流電阻太大，會(huì)使電信號(hào)的能量

消耗為熱能。交流阻抗過(guò)大或過(guò)小，會(huì)造成兩端設(shè)備的輸入電路和輸出電路阻抗不匹配，導(dǎo)

致一部分信號(hào)象回聲一樣反射回發(fā)送端設(shè)備，造成接收端信號(hào)衰弱。另外，交流阻抗在整個(gè)

線纜長(zhǎng)度上應(yīng)該保持一致。不僅從端點(diǎn)測(cè)試的交流阻抗需要滿足規(guī)范，而且沿著線纜的所有

部位，都應(yīng)該滿足規(guī)范。

回返損失測(cè)試由于沿線纜長(zhǎng)度上交流阻抗不一致而導(dǎo)致信號(hào)能量的反射。回返損失用

分貝來(lái)表示，是測(cè)試信號(hào)與反射信號(hào)的比值。因此，電纜測(cè)試儀上回返損失測(cè)試結(jié)果的讀數(shù)

越大越好。TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定回返損失應(yīng)該大于10個(gè)db。

衰減是所有電纜測(cè)試的重要參數(shù)，指信號(hào)通過(guò)一段電纜后信號(hào)幅值的降低。電纜越長(zhǎng)，

直流電阻和交流阻抗越大，信號(hào)頻率越高，衰減就越大。

串?dāng)_是指一根線纜電磁輻射到另外一根線纜。當(dāng)一對(duì)線纜中的電壓變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電

磁輻射能量。這個(gè)能量就象無(wú)線電信號(hào)一樣發(fā)射出去。而另外一對(duì)線纜此時(shí)就會(huì)象天線一樣,

接收這個(gè)能量輻射。頻率越高，串?dāng)_就越顯著。雙絞線就是要依靠絞扭來(lái)抵消這樣的輻射。

如果電纜不合格，或者端接的質(zhì)量不合格，雙絞線依靠絞扭來(lái)抵消串?dāng)_的能力就會(huì)降低，造

成通訊質(zhì)量下降，甚至不能通訊。

串?dāng)_噪聲

圖2.9串?dāng)_

TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，5類雙絞線的近端串?dāng)_值不許大于24db方是合格。新的網(wǎng)絡(luò)

工程師們直接的感覺(jué)是測(cè)試結(jié)果的近端串?dāng)_數(shù)值越小，應(yīng)該是質(zhì)量越好。為什么近端串?dāng)_數(shù)

值越大越好呢？原因是TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，5類雙絞線的近端串?dāng)_值是在信號(hào)發(fā)射端

的測(cè)試信號(hào)的電壓幅值與串?dāng)_信號(hào)幅值之比。比的結(jié)果用負(fù)的分貝數(shù)來(lái)表示。負(fù)的數(shù)值越大,

反映噪聲越小。傳統(tǒng)上，電纜測(cè)試儀并不顯示負(fù)數(shù)，所以從測(cè)試儀上讀出30db（實(shí)際的結(jié)

果是-30db）要比讀數(shù)為20db要好。

電纜測(cè)試儀在測(cè)試串?dāng)_時(shí)，先在一對(duì)線纜中發(fā)射測(cè)試信號(hào)，然后測(cè)試另外一對(duì)線纜中的

電壓數(shù)值。這個(gè)電壓就是由于串?dāng)_而產(chǎn)生的。

我們知道，近端串?dāng)_隨著頻率升高而顯著。因此，我們?cè)跍y(cè)試近端串?dāng)_的時(shí)候應(yīng)該按照

ISO/IEC11801標(biāo)準(zhǔn)或TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所有規(guī)定的頻率完成測(cè)量。有些電纜測(cè)試儀為

了縮短測(cè)試時(shí)間，只在幾個(gè)頻率點(diǎn)上測(cè)試。這樣就容易忽視隱藏頻率測(cè)試點(diǎn)上的鏈路故障。

等效遠(yuǎn)端串?dāng)_是指遠(yuǎn)離發(fā)射端的另外一端形成的串?dāng)_噪聲。由于衰減的原因，一般情況

下，如果近端串?dāng)_測(cè)試合格，遠(yuǎn)端串?dāng)_的測(cè)試也能夠通過(guò)。

功率和近端串?dāng)_是指來(lái)自所有其它線對(duì)的噪聲之和。在早期的雙絞線使用中我們只使用

兩對(duì)線纜來(lái)完成通訊。一對(duì)用于發(fā)送，另外一對(duì)用于接受。另外兩對(duì)電話線對(duì)的語(yǔ)音信號(hào)頻

率較低，串?dāng)_很微弱。但是，隨著DSL技術(shù)的使用，數(shù)據(jù)線旁邊電話線對(duì)的語(yǔ)音線也會(huì)有

幾兆頻率的數(shù)據(jù)信號(hào)。另外，千兆以太網(wǎng)開(kāi)始使用所有4對(duì)線，經(jīng)常會(huì)有多對(duì)線同時(shí)向一個(gè)

方向傳輸信號(hào)。因此，近代通訊中，多對(duì)線纜中同時(shí)通訊的串?dāng)_的匯聚作用對(duì)信號(hào)是十分有

害的。因此，TIA/EIA-568-B開(kāi)始規(guī)定需要測(cè)試功率和串?dāng)_。

造成直流電阻、交流阻抗、衰減、串?dāng)_等指標(biāo)超標(biāo)的原因除了線纜質(zhì)量的可能外，更

多的是端接質(zhì)量差。如果測(cè)試出上述指標(biāo)或某項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，?般都判斷是端接問(wèn)題。剪掉原

來(lái)的RJ45連接器，重新端接，一般都可以排除這類故障。

質(zhì)量差的端接合格的端接

圖2.10端接的質(zhì)量

傳導(dǎo)延時(shí)是對(duì)信號(hào)沿導(dǎo)線傳輸速度的測(cè)試。傳導(dǎo)延時(shí)的大小取決于電纜的長(zhǎng)度、線絞的

疏密以及電纜本身的電特性。長(zhǎng)度、線絞是隨應(yīng)用而定的。所以，傳導(dǎo)延時(shí)主要是測(cè)試電纜

本身點(diǎn)特性是不是合格。TIA/EIA-568-B對(duì)不同類的雙絞線有不同的傳導(dǎo)延時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于5

類UTP電纜，TIA/EIA-568-B規(guī)定不得大于1微秒。

傳導(dǎo)延時(shí)測(cè)量是電纜長(zhǎng)度測(cè)量的基礎(chǔ)。測(cè)試儀器測(cè)量電纜長(zhǎng)度是依據(jù)傳導(dǎo)延時(shí)完成的。

由于電線是絞扭的，所以信號(hào)在導(dǎo)線中行進(jìn)的距離要多于電纜的物理長(zhǎng)度。電纜測(cè)試儀器在

測(cè)量時(shí)，發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)。這個(gè)脈沖信號(hào)沿同線路反射回來(lái)的時(shí)間就是傳導(dǎo)延時(shí)。這樣的

測(cè)試方法被稱為時(shí)域反射儀測(cè)試(TimeDomainReflectometrytest),或TDR測(cè)試。

TDR測(cè)試不僅可以用來(lái)測(cè)試電纜的長(zhǎng)度，也可以測(cè)試電纜中短路或斷路的地方。當(dāng)測(cè)

試脈沖碰到開(kāi)路或短路的地方時(shí)，脈沖的部分能量，甚至全部能量都會(huì)反射回測(cè)試儀器。這

樣就可以計(jì)算出線纜故障的大體部位。

信號(hào)沿?條UTP電纜的不同線對(duì)傳輸，其延遲會(huì)有一些差異。這是因?yàn)榫€纜電特性不

一致造成的。TIA/EIA-568-B標(biāo)準(zhǔn)中的時(shí)延差DelaySkew參數(shù)就是這種差異的測(cè)試。延遲

差異對(duì)于高速以太網(wǎng)(比如千兆以太網(wǎng))的影響非常大。這是因?yàn)楦咚僖蕴W(wǎng)使用幾個(gè)線對(duì)

同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，如果延遲差異太大，從幾對(duì)線分別送出的數(shù)據(jù)，在接收端就無(wú)法正確地裝配。

對(duì)于沒(méi)有使用那么高速度的以太網(wǎng)(如百兆以太網(wǎng))，因?yàn)閿?shù)據(jù)不會(huì)拆開(kāi)用幾對(duì)數(shù)據(jù)線

同時(shí)傳送，所以工程師往往不注意這個(gè)參數(shù)。但是，時(shí)延差參數(shù)不合格的電纜在未來(lái)升級(jí)到

高速以太網(wǎng)的時(shí)候就會(huì)遇到麻煩。

卜面是TIA/EIA-568-B對(duì)5類雙絞線電纜的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

長(zhǎng)度(Length)<90m

衰減(Attenuation)<23.2db

傳導(dǎo)延時(shí)(Propagationdelay)<1.0us

直流電阻(DCresistance)<40ohm

近端串?dāng)_(Near-endcrosstalkloss)>24db

回返損耗(Returnloss)>10db

要完成電纜測(cè)試，就必須使用電纜測(cè)試儀器。便攜式電纜測(cè)試儀器的價(jià)格平均在3萬(wàn)

元人民幣左右。如圖2.11所示的是FlukeDSP-LIA013,它是大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)工程師所熟悉的便

攜式電纜測(cè)試儀，可以測(cè)試超5類雙絞線電纜。

圖2.11FlukeDSP-LIA013電纜測(cè)試儀

最后需要強(qiáng)調(diào)的是，網(wǎng)絡(luò)布線不僅需要采購(gòu)合格的材料（包括線纜和連接器），而且需

要合格的施工（包括布放和端接）。電纜測(cè)試應(yīng)該在施工完成后進(jìn)行。這不僅測(cè)試了線纜的

質(zhì)量，而且也測(cè)試了連接器、偶合器，更重要的是測(cè)試了線纜布放的質(zhì)量和端接的質(zhì)量。

2.2光纖傳輸介質(zhì)

2.2.1光纜

光纜是高速、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钪匾膫鬏斀橘|(zhì)。多用于局域網(wǎng)的骨干線段、局域

網(wǎng)的遠(yuǎn)程互聯(lián)。在UTP電纜傳輸千兆位的高速數(shù)據(jù)還不成熟的時(shí)候，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中工程

師在千兆位的高速網(wǎng)段上完全依賴光纜。即使現(xiàn)在已經(jīng)有可靠的用UTP電纜傳輸千兆位高

速數(shù)據(jù)的技術(shù)，但是，由于UTP電纜的距離限制（100米），所以骨干網(wǎng)仍然要使用光纜（局

域網(wǎng)上多用的多模光纖的標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離是2公里）。

光纜完全沒(méi)有對(duì)外的電磁輻射，也不受任何外界電磁輻射的干擾。所以在周圍電磁輻

射嚴(yán)重的環(huán)境下（如工業(yè)環(huán)境中），以及需要防止數(shù)據(jù)被非接觸偵聽(tīng)的需求下，光纖是一種

可靠的傳輸介質(zhì)。

在使用光纜數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在發(fā)送端用光電轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并發(fā)射到光纜

的光導(dǎo)纖維中傳輸。在接收端，光接收器在再將光信號(hào)還原成電信號(hào)。

MultimodeConnecto

圖2.12光纜

光纜由光纖、塑料包層、卡夫勒抗拉材料和外護(hù)套構(gòu)成。

光纖用來(lái)傳遞光脈沖。有光脈沖相當(dāng)于數(shù)據(jù)1,沒(méi)有光脈沖相當(dāng)于數(shù)據(jù)0。光脈沖使用

可見(jiàn)光的頻率，約為108MHz的量級(jí)。因此，一個(gè)光纖通信系統(tǒng)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它傳輸介

質(zhì)的帶寬。

塑料包層用作光纖的緩沖材料，用來(lái)保護(hù)光纖。有兩種塑料包層的設(shè)計(jì)：松包裹和緊

包裹。大多數(shù)在局域網(wǎng)中使用的多模光纖使用緊包裹，這時(shí)的緩沖材料直接包裹到光纖上。

松包裹用于室外光纜，在它的光纖上增加涂抹墊層后再包裹緩沖材料。

卡夫勒抗拉材料用以在布放光纜的施工中避免因拉拽光纜而損壞內(nèi)部的光線。

外護(hù)套使用PVC材料或橡膠材料。室內(nèi)光纜多使用PVC材料，室外光纜則多使用含金

屬絲的黑橡膠材料。

2.2.2光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?/p>

Ray1：4<%，反射+折射

Ray2;02=9c-反射+折射

Ray3:03>ec.所有入射光將全部反射

圖2.13全反射原理

光纖由纖芯和硅石覆層構(gòu)成。纖芯是氧化硅和其它元素組成的石英玻璃，用來(lái)傳輸光

射線。硅石覆層的主要成份也是氧化硅，但是其折射率要小于纖芯。

光纖傳輸是根據(jù)光學(xué)的全反射定律。當(dāng)光線從折射率高的纖芯射向折射率低的覆層的時(shí)

候，其折射角大于入射角，如圖2.13所示?如果入射角足夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射，即光線

碰到覆層時(shí)就會(huì)折射回纖芯。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)下去，光也就沿著光纖傳輸下去了。

現(xiàn)代的生產(chǎn)工藝可以制造出超低損耗的光纖,光可以在光纖中傳輸數(shù)公里而基本卜.沒(méi)有

什么損耗。我們甚至在布線施工中，在幾十樓層遠(yuǎn)的地方用手電筒的光，用肉眼來(lái)測(cè)試光纖

的布放情況，或分辨光纖的線序（注意，切不可在光發(fā)射器工作的時(shí)候用這樣的方法。激光

光源的發(fā)射器會(huì)損壞眼睛）。

由全反射原理可以知道,光發(fā)射器的光源的光必須在某個(gè)角度范圍才能在纖芯中產(chǎn)生全

反射。纖芯越粗，這個(gè)角度范圍就越大。當(dāng)纖芯的直徑減小到只有一個(gè)光的波長(zhǎng)，則光的入

射角度就只有一個(gè)，而不是一個(gè)范圍。

可以存在多條不同的入射角度的光纖，不同入射角度的光線回沿著不同折射線路傳輸。

這些折射線路被稱為“模”。如果光纖的直徑足夠大，以至有多個(gè)入射角形成多條折射線路,

這種光纖就是多模光纖。

單模光纖的直徑非常小，只有一個(gè)光的波長(zhǎng)。因此單模光纖只有一個(gè)入射角度，光纖

中只有一條光線路。

多模光纖

整料護(hù)套

^-塑料護(hù)套

纖芯直徑50或62.5微米

纖芯直徑5-8微米

—覆層直徑125微米覆層直徑125微米

圖2.14單模光纖和多模光纖

單模光纖的特點(diǎn)是：

纖芯直徑小，只有5到10微米。

幾乎沒(méi)有散射。

適合遠(yuǎn)距離傳輸。標(biāo)準(zhǔn)距離達(dá)3公里，非標(biāo)準(zhǔn)傳輸可以達(dá)幾十公里。

使用激光光源。

多模光纖的特點(diǎn)是：

纖芯直徑比單模光纖大，有.50到62.5微米，或更大。

散射比單模光纖大，因此有信號(hào)的損失。

適合遠(yuǎn)距離傳輸，但是比單模光纖小。標(biāo)準(zhǔn)距離2公里。

使用LED光源。

我們可以簡(jiǎn)單的記憶為：多模光纖纖芯的直徑要比單模光纖約大10倍。多模光纖使用

發(fā)光二極管作為發(fā)射光源，而單模光纖使用激光光源。我們通常看到用50/125或62.5/125

表示的光纜就是多模光纖。而如果在光纜外套上印刷有9/125的字樣，即說(shuō)明是單模光纖。

多模光纖多模光纖多模光纖單模光纖

100-14062.5-12550-12510-125

micronsmicronsmicronsmicrons

圖2.15光纖的種類

在光纖通信中，常用的三個(gè)波長(zhǎng)是850納米、1310納米和1550納米。這些波長(zhǎng)都跨紅

色可見(jiàn)光和紅外光。對(duì)于后兩種頻率的光，在光纖中的衰減比較小。850納米的波段的衰減

比較大，但在此波段的光波其它特性比較好，因此也被廣泛使用。

單模光纖使用1310納米和1550納米的激光光源，在長(zhǎng)距離的遠(yuǎn)程連接局域網(wǎng)中使用。

多模光纖使用850納米、1300納米的發(fā)光二極管LED光源，被廣泛地使用在局域網(wǎng)中

2.3無(wú)線傳輸介質(zhì)

2.3.1無(wú)線傳輸使用的頻段

UTP電纜、STP電纜和光纜都是有線傳輸介質(zhì)。由于無(wú)線傳輸無(wú)需布放線纜，其靈活

性使得其在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊中的應(yīng)用越來(lái)越多。而且，可以遇見(jiàn)，在未來(lái)的局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)

中，無(wú)線傳輸將逐漸成為主角。

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸使用無(wú)線電波和微波，可選擇的頻段很廣。目前在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊中占主

導(dǎo)地位的是2.4G的微波。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的頻段

頻率劃分主要用途

300Hz超低頻ELF

3KHz次低頻ILF

30KHz甚低頻VLF長(zhǎng)距離通訊、導(dǎo)航

300KHz低頻LF廣播

3MHz中頻MF廣播、中距離通訊

30MHz高頻廣播、長(zhǎng)距離通訊

300MHz微波（甚高頻VHF）移動(dòng)通訊

2.4GHz微波計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

3GHz微波（超高頻UHF）電視廣播

5.6GHz微波計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

30GHz微波（特高頻SHF）微波通訊

300GHz微波（極高頻EHF）雷達(dá)

2.3.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和設(shè)備

由微波組成的無(wú)線局域網(wǎng)被稱為WLAN?

圖2.16無(wú)線局域網(wǎng)WLAN

構(gòu)成WLAN需要的設(shè)備少到可以只有兩種，無(wú)線網(wǎng)卡和無(wú)線集線器。搭建WLAN要比

搭建有線網(wǎng)絡(luò)要簡(jiǎn)單得多。只需要把無(wú)線網(wǎng)卡插入到臺(tái)式電腦或筆記本電腦，把無(wú)線Hub

通上電，網(wǎng)絡(luò)就搭建完成了。

無(wú)線Hub在一個(gè)區(qū)域內(nèi)為無(wú)線節(jié)點(diǎn)提供連接和數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)，其覆蓋的范圍大小取決于

天線的尺寸和增益的大小。通常的無(wú)線Hub的覆蓋范圍是91.44米到152.4米（300英尺到

500英尺）。為了覆蓋更大的范圍，就需要多個(gè)無(wú)線Hub,如圖2.16所示。在圖中我們可以

看到，各個(gè)無(wú)線Hub的覆蓋區(qū)域需要有一定的重疊，這一點(diǎn)上很象手機(jī)通訊的基站之間的

重疊。覆蓋區(qū)域重疊的目的是允許設(shè)備在WLAN中移動(dòng)。雖然沒(méi)有規(guī)范明確規(guī)定重疊的深

度，但是一般的工程師都在考慮無(wú)線Hub的位置時(shí)，設(shè)置為20-30%。這樣的設(shè)置，使得

WLAN中的筆記本電腦可以漫游，而不至于出現(xiàn)通訊中斷。

圖2.17無(wú)線Hub

圖2.18無(wú)線網(wǎng)卡

當(dāng)一臺(tái)主機(jī)希望使用WLAN的時(shí)候，它首先需要掃描偵聽(tīng)可以連接的無(wú)線Hub。尋找

可以連接的無(wú)線Hub的方法是向空中發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求包，帶有一個(gè)服務(wù)組標(biāo)識(shí)SSID（注：網(wǎng)

絡(luò)中標(biāo)識(shí)這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的就是編號(hào)）。每個(gè)WLAN都會(huì)給自己設(shè)置一個(gè)服務(wù)組標(biāo)識(shí)，并配置

到這個(gè)網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)和無(wú)線Hub上。因此，當(dāng)具有相同SSID的無(wú)線Hub收到一個(gè)請(qǐng)求包的

時(shí)候，它就會(huì)向回發(fā)送一個(gè)應(yīng)答包。經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證后，連接就建立完成了。

WLAN的傳輸速度隨主機(jī)與hub的距離而變化。距離越遠(yuǎn)，通訊的信號(hào)越弱，因此就

需要放慢通訊速度來(lái)克服噪聲。WLAN這種自適應(yīng)傳輸速度調(diào)整ARS與ADSL技術(shù)很相似。

目前流行的WLAN速度平均為10Mbps,

無(wú)線Hub