第2章 网络互连介质与设备

1、双绞线教学目标1.了解双绞线的基本情况2.掌握双绞线缆的制作技术3.理解不同类型线缆的使用场合教学重点双绞线缆的制作 教学难点不同类型线缆的使用场合教学课时讲授2课时，实践2课时教学过程一、引入为了实现数据通信，必须将原始的比特流从一台主机传输到另一台主机。多种物理介质可应用于实际传输，每一种物理介质在带宽、延迟、成本及安装维护难度上都不相同，在不同的应用场合应选择不同的传输介质。传输介质可以大致地分为有线介质和无导线介质。现在的网络中使用最为普遍的是双绞线二、新授课双绞线（板书）1双绞线的结构（板书）双绞线一般由两根22-26号绝缘铜导线相互缠绕而成，实际使用时，双绞线是由多对双绞线一起包在

2、一个绝缘电缆套管里的。典型的双绞线有四对的，也有更多对双绞线放在一个电缆套管里的。根据是否有屏蔽层，双绞线可分为屏蔽型双绞线(stp)和非屏蔽型双绞线(utp)。2.屏蔽双绞线（板书）屏蔽双绞线(shielded twisted -pair，stp)是由成对的绝缘实心电缆组成，在实心电缆上包围着一层用金属丝编织的屏蔽层。屏蔽层减少了由电磁干扰（emi）和射频干扰（rfi）引起的对通信信号的干扰。3.非屏蔽双绞线（板书）utp由位于绝缘保护层内的成对的电缆线组成，缠绕在一起的绝缘电线和电缆外部的套之间并没有屏蔽。与stp相仿，内部的每一根线都与另外一根相缠绕以帮助减少对载有数据的信号的干扰。ut

3、p的电缆特性类别最大传输速率应用1类2mbit/s模拟和数字语音（电话）通信以及低速的数据传输。2类4mbit/s语音、isdn和不超过的4mbit/s的局域网数据传输。3类16mbit/s不超过16mbit/s的局域网数据传输，可用于10baset或4mbit/s的令牌环。4类20mbit/s不超过20mbit/s的局域网数据传输，可用于10baset或16mbit/s的令牌环。5类100mbit/s100mbit/s距离100米的局域网数据传输，除100baset之外，还支持其他的快速连网技术，如异步传输模式（atm）。e5类（超5类）1000mbit/s1000mbit/s的局域网数据传

4、输，是5类电缆的增强版本，它包括高质量的铜线，能提供一个高的缠绕率，并使用先进的方法以减少串扰。6类2.4gbit/s1000mbit/s以上的局域网数据传输，应用越来越广泛，将是今后的主流。“10base-t”的名称命名分为三个部分，数字“10”表示带宽，单位为mbps，10表示10mbps，若为100则表示100mbps；“base”指带宽使用方式，base指基带传输，board指宽带传输；“t”指传输距离，作为专用符号，若为2表示最大传输距离200m，t表示介质为双绞线，物理星形拓扑，传输距离为100m，若为f则表示光纤网络。4.双绞线的制作材料（1）双绞线的标识“amp netconn

5、ect category 5e cable e13804 1300 24awg cm（ul） cmg/mpg（ul） verified to cat 5e 000088022ft 0727”。其中：amp netconnect为线缆生产厂商标识，此例生产商为安普公司；category 5e cable表示该双绞线属于cat e5类，即超5类线材；e13804 1300为电缆产品型号；24 awg说明双绞线是由24 awg直径的线芯构成，铜电缆的直径通常用awg(american wire gauge)单位来衡量，通常awg数值越小，电线直径越大，常见的有22/24/26等；cm(ul) cmg

6、/mpg（ul）说明线材属于通信通用电缆，cm是nec（美国国家电气规程）中防火耐烟等级中的一种，ul说明双绞线满足ul（underwriters laboratories inc.保险业者实验室）的标准要求，ul成立于1984年，是一家非营利的独立组织，致力于产品的安全性测试和认证；verified to cat 5表示通过5类线的测试标准；000088022ft表示当前位置，以英尺为单位，1英尺等于0.3048米；0727为生产日期，其中前两位为年份，后两位为星期，本例为07年第27周。（2）水晶头rj45是当前在局域网连接中使用最常见的网络接口。以与线材接压简单，连接可靠著称。常见的应用

7、场合有：以太网接口、atm接口以及一些网络设备（如交换机、路由器）的控制（console）口等。（3）压线钳（4）双绞线的线序标准eia/tia568b标准线序从左到右：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。eia/tia568a标准线序为：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕。（5）网络连接电缆类型网络连接电缆可以分为三类：直通缆、交叉缆和全反缆，分别适用于不同设备接口之间的连接。电缆类别标准接口线序适用环境直通缆t568b t568b、t568a t568a计算机 集线器、计算机 交换机、路由器 集线器、路由器 交换机、集线器/交换机（uplink级联口） 集线器/交换机交叉缆t568

8、a t568b计算机 计算机、路由器 路由器、集线器 集线器、交换机 交换机、集线器 交换机全反缆cisco等网络设备console（控制口）专用（6）简易线缆测试仪（7）双绞线的制作双绞线的制作一般分为五个步骤：剥线、理线、插线、压线和测试。 剥线剥线的长度为1315mm，不宜太长或太短。 理线水晶头没有卡榫的面向上，自左到右依次为：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。 插线 压线 测试将双绞线的两个接头插入测试仪的两个rj-45接口中。打开测试仪开关，观察测试仪面板上表示线对连接的绿灯，如绿灯顺序亮起，则表示该线缆制作成功，如果有某个绿灯不亮，则表示某一线缆没有导通，此时需要重做rj-

9、45接头。如果是交叉线，灯亮起的顺序是1-3、2-6、3-1、4-4、5-5、6-2、7-7、8-8。三、课堂练习每个学生制作2根线缆，一根直通线，一根交叉线四、课堂总结（学生与老师共同完成）1双绞线的结构与分类2.屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的区别3.双绞线线序标准4.双绞线的制作五、作业1.本章练习： p68 简答题 、2.查找6类线的相关标准六、教后记光缆与无线传输介质教学目标1.了解多模光纤与单模光纤的差异2.掌握光缆的结构3.了解常用的无线传输介质教学重点单模光纤与多模光纤 教学难点各种无线传输介质的应用领域教学课时讲授2课时教学过程一、引入双绞线我们日常生活中还是能经常见到的，网络传输

10、的另一种非常重要的传输介质光缆，我们日常生活中似乎见不到，光缆到底是由什么东西制作而成的呢？我们真的没有见过吗？（此时可以出示带有玻璃丝的电筒并进行传输光的演示，并出示真实的光缆），问学生是什么？玻璃丝，这就是最差的光缆。二、新授课光缆（板书）1.光缆（板书）光纤电缆简称光缆，主要由石英、多组分玻璃纤维、塑料等制作而成。 光纤的分类（板书）根据光线在光缆中的传输方式，可以将光纤分为两类：单模光纤和多模光纤。单模光纤：如果光纤导芯的直径小到只有一个光的波长，光纤就成了一种波导管，光线则不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播，这种光纤称为单模光纤。多模光纤：只要到达光纤表面的光线入射角大于临界

11、角，便产生全反射，因此可以由多条入射角度不同的光线同时在一条光纤中传播，这种光纤称为多模光纤。光线在光纤中的传输情况如图： 光纤的结构（板书）光纤由纤芯、包层和涂敷层组成，纤芯位于光纤的中心部位，是高度透明材料，包层的折射率略低于纤芯。（板书）光纤可以有单芯和多芯之分，其结构图如下：单芯光纤多芯光纤（3）光纤通信系统光纤中传输的是光信号而非电信号。所以，首先要将电信号转变成为光信号送入光纤中，在接收端将此光信号检测出来，重新转变成为电信号。光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信方式，起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。光源是光波产生的根源；光纤是传输光波的导体；光发送机

12、负责产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤；光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再作相应处理，其原理如图所示。2.无线传输介质（板书） 无线电波（板书）bs无线电波的频率在104108hz之间，含低频、中频、高频、甚高频和特高频，属于管制频段和非管制频段。它很容易产生，传播是全方向的，能从源向任意方向进行传播，很容易穿过建筑物，被广泛地应用于现代通信中。由于它的传输是全方向的，所以发射和接收装置不必在物理上很准确地对准。 微波地球 微波系统一般工作在较低的兆赫兹频段，地面系统通常为46ghz或2123ghz，星载系统通常为1114ghz，沿着直线传

13、播，可以集中于一点，微波不能很好地穿过建筑物。微波通过抛物状天线将所有的能量集中于一小束，这样可以获得极高的信噪比，发射天线和接收天线必须精确地对准。由于微波是沿着直线传播，所以每隔一段距离就需要建一个中继站。中继站的微波塔越高，传输的距离就越远，中继站之间的距离大致与塔高的平方成正比。22,300公里地球在星载微波系统中，发射站和接收站设置于地面，卫星上放置转发器。地面站首先向卫星发送微波信号，卫星在接收到该信号后，由转发器将其向地面转发，供地面各站接收。星载系统覆盖面积极大，理论上一颗同步卫星可以覆盖地球1/3的面积，三颗同步卫星就可以覆盖全球。用户的地面设备包括一个0.752.4m直径的

14、抛物面天线、接收机、电缆等。我们可以将一颗卫星看作是一个集线器，各接收站看作一个节点，这样就形成了一个星型网络。三、课堂练习1.单模光纤与多模光纤使用场合有什么不同？2.家用空调遥控器使用的传输介质是什么？3.收听到的广播使用的是什么传输介质？四、课堂总结（学生与老师共同完成）1光纤的结构2.单模光纤与多模光纤的区别3.无线传输介质五、作业1.本章练习： p68 简答题（3）、（4）六、教后记物理层设备教学目标1. 理解物理层设备在计算机网络中的地位； 2. 理解调制解调器、集线器的工作原理；3. 掌握调制解调器、集线器的分类及主要功能；4. 掌握物理层设备在网络中的正确安装与使用。教学重点物

15、理层设备的分类及主要功能、正确安装与使用教学难点工作原理教学课时讲授2课时教学过程一、引入物理层是开放系统互联参考模型osi分层体系结构中的最低层，是建立在通信介质基础上，实现系统和通信介质的物理接口。利用机械的、电气的特性和规程特性，在数据终端设备和数据通信设备之间，实现对物理链路的建立、保持和拆除的功能。在众多的网络设备中，调制解调器、集线器是工作在物理层上的网络设备。二、新授课物理层设备（板书）1.调制解调器（板书）调制解调器的英文名称为modem，来源于modulator/demodulator，即调制器/解调器。（1）工作原理（板书）调制解调器是由调制器与解调器组合而成的，故称为调制

16、解调器。调制器的基本职能就是把从终端设备和计算机送出的数字信号转变成适合在电话线、有线电视线等模拟信道上传输的模拟信号；解调器的基本职能是将从模拟信道上接收到的模拟信号恢复成数字信号，交给终端计算机处理。（2） 调制解调器的分类（板书）按安装位置：调解解调器可以分为内置式和外置式按传输速率分类：低速调制解调器，其传输速率在9600bps以下；中速调制解调器，其传输速率在9.619.2kbps之间；高速调制解调器，传输速率达到19.256kbps。（3）调制解调器的功能 差错控制功能：差错控制为了克服线路传输中出现的数据差错，实现调制解调器至远端调制解调器的无差错数据传送。 数据压缩功能：数据压

17、缩功能是为了提高线路传输中的数据吞吐率，使数据更快地传送至对方。2.集线器（概念）（1）集线器的概念集线器又称集中器，平时人们都习惯地称之为“hub”，是双绞线网络中将双绞线集中到一起以实现连网的物理层网络设备，对信号有整形放大的作用，其实质是一个多端口的中继器。集线器是一个共享设备，网络中所有用户共享一个带宽；集线器又是一个多端口的信号放大设备；集线器主要用于星型以太网中。（2）集线器的连接集线器的连接主要有两种情况，一种是集线器与网卡之间的连接，另一种是集线器与集线器的连接。 集线器与计算机网卡的连接 集线器与集线器的连接三、课堂练习1. 工作于物理层的网络设备有哪些？2. 调制解调器的是

18、怎样工作的？3. 集线器的连接分为几种方式？四、课堂总结（学生与老师共同完成）1. 调制解调器3. 集线器五、作业查找中继器的相关资料六、教后记数据链路层设备教学目标1. 理解数据链路层设备在计算机网络中的地位； 2. 理解网卡、交换机工作原理；3. 掌握交换机常用接口类型；教学重点交换机的常用接口类型教学难点交换机的工作原理教学课时讲授2课时教学过程一、引入数据链路层作为osi模型的第二层，是基于物理层的服务，通过数据链路协议，把由位组成的数据帧从一个节点转送到相邻节点，为网络层提供透明的、正确有效的传输线路。工作于数据链路层的网络设备主要有网卡、交换机。二、新授课数据链路层设备（板书）1.

19、网卡（板书）网卡是网络接口卡的简称，也称为网络适配器，是计算机网络中必不可少的基本网络设备。网卡是网络接入设备，是单机与网络中其他计算机之间通信的桥梁，为计算机之间提供透明的数据传输，每台接入网络的计算机都必须安装网卡。 网卡的结构（板书）网卡是一块布满了芯片和电路的电路板，这些芯片和电路板主要由以下几个部分组成：lan管理部分、微处理器部分、曼彻斯特编码器、发送和发送控制部分与接收和接收部分组成。 网卡的分类网卡种类繁多，可以从其总线类型、网络接口、网络类型、支持的带宽等不同的角度进行划分。按总线类型划分：按总线类型，可以将网卡分为isa网卡、pci网卡及专门用于笔记本电脑的pcmcia网卡

20、。isa总线网卡 pci总线网卡 pcmcia总线网卡 64位千兆网卡usb接口网卡 网卡的地址（板书）在每块网卡中，都存在着惟一的物理地址，称为mac（media access control, 介质访问控制）地址，mac地址由生产厂商固化在网卡的只读存储器（rom）中。mac地址是一个48bit的二进制整数（早期也有16bit的mac地址），通常用12个16进制数方式来表示，为了便于读取，通常每两个16进制数之间用冒号或减号进行分段，如“00-d0-b7-9f-db-42”或“00:d0:b7:9f:db:42”都是常见的mac地址表示方式。2.交换机（板书）交换机又称为网络开关，是专门设

21、计的、使计算机能够相互高速通信的独享带宽的网络设备，属于集线器的一种。 交换机的工作过程缓存、学习、扩散、转发和过滤组成了交换机基本工作过程。缓存与学习扩散转发如果主机a发送一个数据包给主机b，交换机会发现目标mac地址在mac地址表中指定的端口正是接收到这个帧的源端口，交换机不会转发这个帧，这称为过滤。 交换机的主要技术指标 端口数量 端口速率 机架插槽数和扩展槽数 背板带宽 支持的网络类型 支持的物理地址数量 最大可堆叠数 可网管 最大sonet端口数 支持的协议和标准 交换机常见的接口类型rj-45接口fddi接口三、课堂练习1. 网卡的主要结构是怎样的？2. 交换机的主要性能指标有哪些

22、？四、课堂总结（学生与老师共同完成）1. 网卡2. 交换机五、作业本章练习p68 （5）、（7）查找网卡的主要性能参数与网桥的相关资料六、教后记ip地址与子网掩码教学目标1. 掌握ip地址的相关概念；2. 掌握ip地址的表示方法；3. 理解并掌握子网的概念及子网的编址方法；4. 掌握子网的划分及子网掩码的使用与计算方法。教学重点ip地址的相关概念及子网的相关概念教学难点子网掩码的计算教学课时讲授2课时教学过程一、引入为了在网络环境下实现计算机之间的通信，网络中的任何一台计算机必须有一个地址，而且同一个网络中的地址不允许重复。一般情况下在网络上任何两台计算机之间进行数据传输时，所传输的数据开头必

23、须包括某些附加信息，这些符加信息中最重要的是发送数据的计算机地址和接收数据的计算机地址。这个地址就是我们今天要讲的ip地址。二、新授课ip地址与子网掩码（板书）1.ip地址（板书） ip地址的概念（板书）在tcp/ip网络中，每台计算机除了本身固有的被称为mac地址的硬件地址，还有一个所谓的逻辑地址（ip地址），该地址通常由管理员设置（静态ip地址），亦可由所使用的网络协议（如dhcp，动态主机配置协议）自动设置（动态ip地址）。该地址在该网络中必须是独一无二的。ip地址是i p协议规定的地址，用以唯一的标识网络中计算机。 ip地址组成与分类（板书）要唯一确定ip网络上一台计算机需要两条信息：

24、网络的地址所在网络地址（网络id） 在哪个网络上？所在网络上计算机的地址主机地址（主机id）该网络的哪台主机？ip地址由两部分组成：网络地址和主机地址。（板书）网络地址主机地址类比：家庭地址和ip地址ip地址共分为5类：a、b、c、d、e a类ip地址：网络地址长度有7位，因此允许有126(27-2)个不同的a类网络(网络地址的0和127有特殊的用途，不作为网络地址)。主机地址的长度为24位，表示每个a类网络中可以包含16，777，214(224-2)台主机。a类ip地址结构适用于有大量主机的大型网络。b类ip地址：网络地址长度有14位，因此允许有16，384(214)个不同的b类网络。主机地

25、址的长度为16位，因此每个b类网络中可以包含65，534(216-2)台主机。b类ip地址结构适用于一些国际性大公司与政府机构等。c类ip地址：网络地址长度为21位，允许有2，097，152(221)个不同的c类小型网络。主机地址长度为8位，因此每个c类网可以包括256-2=254台主机。c类ip地址特别适用于一些小型公司与普通的研究机构。d类ip地址不用于标识网络，主要用于其他的特殊用途，如多目的地址的地址广播。e类ip地址暂时保留，用于某些实验和将来扩展使用。 ip地址的表示（板书）ip地址由32位二进制数值组成，但为了方便用户的理解和记忆，它采用了点分十进制标记法，即将4字节的二进制数值

26、转换成4个十进制数值，每个数值小于等于255，各个数值之间用“.”来进行分隔，表示成如下的形式w.x.y.z（板书） 特殊的ip地址（板书）网络地址：由一个有效的网络号和一个全“0”的主机号构成。广播地址：主机号全“1”的ip地址。回送地址：a类网络地址127.x.y.z是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地计算机进程间通信。这个ip地址叫回送地址。2.子网（板书） 划分子网的意义 减少每个子网上的网络通信量（同一子网主机间的广播和通信被路由器隔开，只在子网中进行），只有不同子网的主机相互通信时，才在路由器的管理控制下进行跨子网转发 便于网络管理（分成几个便于控制的部份，并可由单独的管理员管

27、理本地用户，或在单位内部创建隔离的子网，以阻止非法获取敏感信息） 提高ip地址的利用率（可使若干物理网络共用单个ip网络地址） 解决物理网络本身的限制问题（如网络分布超过以太网段最大长度） 子网的概念（板书）将网络内部分成多个部分，对外像任何一个单独网络一样动作，这样的网络称为子网。（板书）子网编址将ip地址的主机号部分再划分成子网部分和主机部分。在子网编址时，通常是从标准ip地址的主机地址部分借位并把它们指定为子网号部分，在借位时，必须保留2b以上作为主机地址。在子网中，ip地址解释如下：ip地址=网络地址.（子网地址.主机地址）（板书） 子网掩码（板书）子网掩码是一个32位的数字，其主要作

28、用是将网络地址从ip地址中剥离出来，求出ip地址的网络号。即告诉tcp/ip主机，ip地址的哪些位对应于网络地址，哪些位对应于主机地址。tcp/ip协议使用子网掩码判断目标主机地址是位于本地子网还是远程子网。子网中的所有主机必须配置相同的子网掩码。子网掩码的计算： 利用子网数来计算在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。将子网数目转化为二进制来表示取得该二进制的位数，为 n取得该ip地址的类子网掩码，将其主机地址部分的的前n位置 1 即得出该ip地址划分子网的子网掩码。如欲将b类ip地址168.195.0.0划分成27个子网： 27=11011 该二进制为五

29、位数，n = 5 将b类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置 1，得到 255.255.248.0即为划分成 27个子网的b类ip地址 168.195.0.0的子网掩码。 利用主机数来计算 将主机数目转化为二进制来表示 如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个ip地址），则取得该主机的二进制位数，为 n，这里肯定 n8，这就是说主机地址将占据不止8位。 使用255.255.255.255来将该类ip地址的主机地址位数全部置1，然后从后向前的将n位全部置为 0，即为子网掩码值。如欲将b类ip地址168.195.0.0划分成若干子网，每个子网内有主机700台： 700=10

30、10111100 该二进制为十位数，n = 10 将该b类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置 1，得到255.255.255.255然后再从后向前将后 10位置0,即为：11111111.11111111.11111100.00000000即255.255.252.0。这就是该欲划分成主机为700台的b类ip地址 168.195.0.0的子网掩码。三、课堂总结（学生与老师共同完成）1、ip地址2、子网及子网掩码四、课堂练习1. 谈一谈ip地址的认识。2. 判定下列ip地址类型（a、b或c类）131.109.55.1 78.35.6.90 220.103.9.56 240.9.

31、12.2 19.5.91.245 129.9.235.52 125.78.6.23.判定下列ip地址中哪些是无效的，并说明其无效的原因。131.255.255.18 127.21.19.109 220.103.256.56 240.9.12.12 192.5.91.25 129.5.91.255 129.9.255.254 10.255.255.254五、作业补充：某主机在一个c级网络上的ip地址是198.123.46.237，如果需要将该网络划分为四个子网，子网掩码应取什么？六、教后记路由器教学目标1. 掌握路由器的主要功能；2. 了解路由器的工作过程；3. 了解路由器的主要性能指标。教学重

32、点路由器的主要功能教学难点路由器的工作过程教学课时讲授1课时教学过程一、引入路由器的概念出现于20世纪70年代，但是由于当时的计算机网络都是非常简单的网络，因此，路由器并没有引起很大的重视。随着网络技术的发展，尤其是最近十年来，由于大规模的计算机互联网络迅速发展，路由器在计算机网络互联应用领域得到了很好的应用，为internet的普及做出了应有的贡献。二、新授课路由器（板书）1.认识路由器（板书）路由器英文名称为router，是连接不同子网的网络设备。路由器在相邻路由器节点之间进行路径选择，通过最佳的路径来传送数据包。路由器能隔离广播，阻止广播风暴。路由器工作在iso/osi模型的网络层，因此可以连接物理层和数据链路层结构不同的网络。路由器工作时通过对网络层地址（如tcp/ip网络中的ip地址）的识别进行路径选择，能够在存在着多个链路连接的复杂网络动态选择到达目的地的可靠路径，平衡通过各路由的通信负载。路由器还能通过对网络、地址、协议甚至端口号的识别对出、入路由器的数据包进行筛选，实现对网络的保护。2.路由器的功能路由器最主要的功能是路径选择。对于路径选择问题来说，路由器是在支持网