数据通信网络与设备调试

1、第第 5 章章 网络设备和传输介质网络设备和传输介质 v 功能功能数据的封装与解封数据的封装与解封 发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾 部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧 剥去首部和尾部，然后送交上一层剥去首部和尾部，然后送交上一层 。链路管理链路管理 主要是半双工方式下主要是半双工方式下CSMA/CDCSMA/CD协议的实现协议的实现 编码与译码编码与译码 即曼彻斯特编码与译码即曼彻斯特编码与译码 5.1 网络设备网络设备 1、网络接口卡网络接口卡NICv 分类分类根据传输速率分类根据传输速率分类 10Mbi

2、t/s 10Mbit/s网卡网卡 10/100Mbit/s 10/100Mbit/s自适应网卡自适应网卡 5.1 网络设备网络设备 v 分类分类根据传输速率分类根据传输速率分类 1000Mbit/s 1000Mbit/s网卡网卡5.1 网络设备网络设备 v 分类分类根据传输速率分类根据传输速率分类 万兆网卡万兆网卡5.1 网络设备网络设备v 分类分类根据总线类型分类根据总线类型分类 ISAISA总线型网卡总线型网卡 PCIPCI总线型网卡总线型网卡 PCMCIAPCMCIA型网卡型网卡 USBUSB网络适配器网络适配器5.1 网络设备网络设备v 分类分类根据端口类型分类根据端口类型分类 RJ-

3、45RJ-45网卡网卡 BNCBNC端口网卡端口网卡 光纤端口网卡光纤端口网卡 无线网卡无线网卡5.1 网络设备网络设备v 功能特点功能特点交换机是一种具有简化、低价、高性能和高端交换机是一种具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品。口密集特点的交换产品。一般工作在数据链路层，按硬件地址转发数据一般工作在数据链路层，按硬件地址转发数据包。包。交换机的每个端口都是独立的冲突域，由它构交换机的每个端口都是独立的冲突域，由它构成的网络是全双工网络。但所有端口共享广播域。成的网络是全双工网络。但所有端口共享广播域。5.1 网络设备网络设备2、交换机交换机 根据使用的网络技术划分根据使用的网络技

4、术划分 以太网交换机以太网交换机 令牌环交换机令牌环交换机 ATMATM交换机交换机 FDDIFDDI交换机交换机用于局域网，使用最广泛，价格较低用于电信网的主干，高端，价格贵用于早期使用光纤的校园网，目前少见用于令牌环网，目前少见ATM技术简介：技术简介：ATM称为异步传输模式，以信元为单位，又称信元中继，采用面向连接技术，具有电路交换和分组交换的双重性，用于电信网的主干。适用于高速信息传送和对服务质量的支持，还具备了综合多种业务的能力，以及动态带宽分配与连接管理能力和对已有技术的兼容性。v 交换机的分类交换机的分类5.1 网络设备网络设备 根据应用的规模划分根据应用的规模划分 工作组交换机

5、 骨干交换机 中心交换机支持100信息点；带宽10/100M；固定配置；无网管支持300信息点；带宽可达1000M；固定配置或模块配置；有光纤模块；简单网管支持500信息点；带宽可达万兆；模块化；网络管理；硬件冗余；5.1 网络设备网络设备根据交换机的结构划分根据交换机的结构划分 固定端口交换机 模块化交换机低端交换机；端口数目和类型固定；价格较便宜中高端交换机；端口数目可扩展；端口类型可根据需要改变；支持冗余备份；价格较高5.1 网络设备网络设备根据交换机工作的协议层划分根据交换机工作的协议层划分 二层交换机 三层交换机 四层交换机工作在第二层；能够根据MAC地址完成不同端口间的数据交换；支

6、持VLAN划分工作在第三层；除二层功能外还具有路由功能；可实现VLAN间的互通工作在第四层；除前两层功能外还可以识别上层应用程序，实现带宽分配、故障诊断、应用程序数据流访问控制等功能5.1 网络设备网络设备v 堆叠和级联堆叠和级联相同点：相同点：都可以实现扩展端口数目都可以实现扩展端口数目不同点不同点n堆叠的设备间的关系是平等的，而级联是上下堆叠的设备间的关系是平等的，而级联是上下 级的关系。级的关系。n堆叠是利用专用的接口相连，级联是用普通的堆叠是利用专用的接口相连，级联是用普通的 网口通过双绞线相连。网口通过双绞线相连。n堆叠是独享带宽的，而级联的各设备共享带宽。堆叠是独享带宽的，而级联的

7、各设备共享带宽。n堆叠在逻辑上可以看成一个整体，可统一网管。堆叠在逻辑上可以看成一个整体，可统一网管。 但级联不行。但级联不行。5.1 网络设备网络设备v 交换机的工作过程交换机的工作过程-学习学习5.1 网络设备网络设备v 交换机的工作过程交换机的工作过程-泛洪泛洪 假设交换机还和其他交换机相连假设交换机还和其他交换机相连5.1 网络设备网络设备v 交换机的工作过程交换机的工作过程-转发转发 假设主机假设主机A A要向主机要向主机D D发送消息。发送消息。5.1 网络设备网络设备v 交换机的工作过程交换机的工作过程-过滤过滤 假设主机假设主机B B要向主机要向主机C C发送消息。发送消息。5

8、.1 网络设备网络设备 交换机主要支持三种工作方式：存储转发、直交换机主要支持三种工作方式：存储转发、直 通式和自由分段，下面分别予以介绍。通式和自由分段，下面分别予以介绍。存储转发模式存储转发模式 当交换机运行存储转发模式时，在转发数据帧当交换机运行存储转发模式时，在转发数据帧之前必须接收整个帧。交换机接收到完整的数据之前必须接收整个帧。交换机接收到完整的数据帧以后，检查其源地址和目标地址，并对整个帧帧以后，检查其源地址和目标地址，并对整个帧进行进行CRC（循环冗余校验）。若无错，则转发该（循环冗余校验）。若无错，则转发该帧，若有错，则丢弃该帧。帧，若有错，则丢弃该帧。5.1 网络设备网络设

9、备v 交换式以太网的数据帧转发过程交换式以太网的数据帧转发过程直通转发模式直通转发模式 也称为直通式，允许交换机在检查到数据帧也称为直通式，允许交换机在检查到数据帧中的目标地址时就开始转发数据帧。目标地址中的目标地址时就开始转发数据帧。目标地址在数据帧中占用在数据帧中占用6个个Byte（这（这6Byte正是目标设正是目标设备的备的MAC地址），所以直通式的延迟很小。地址），所以直通式的延迟很小。 5.1 网络设备网络设备自由分段模式自由分段模式 自由分段方式有效地结合了直通式和存储转自由分段方式有效地结合了直通式和存储转发模式的优点。当交换机工作在自由分段模式发模式的优点。当交换机工作在自由分

10、段模式时，它只检查数据帧的前时，它只检查数据帧的前64字节，如果前字节，如果前 64字字节没有出现错误，交换机就转发该帧。反之节没有出现错误，交换机就转发该帧。反之 ，如果检测到前如果检测到前64Byte出错，交换机就丢弃该帧。出错，交换机就丢弃该帧。 5.1 网络设备网络设备 5.1 网络设备网络设备3、路由器路由器v 功能特点功能特点路由器是工作在异种网络之间的一个网络互路由器是工作在异种网络之间的一个网络互联设备。联设备。工作在网络层。工作在网络层。路由器的每个端口都是独立的冲突域，且每路由器的每个端口都是独立的冲突域，且每个端口都属于独立的广播域。个端口都属于独立的广播域。 当路由器从

11、某个接口接收到数据包，路由器将包当路由器从某个接口接收到数据包，路由器将包头打开检查目的地址。头打开检查目的地址。通过目的地址查路由表，找通过目的地址查路由表，找到下一跳地址，然后通过相应端口将包发至下一跳。到下一跳地址，然后通过相应端口将包发至下一跳。LAN0LAN1Serial 0Serial 1RTARTCRTDRTE数据包数据包目的地址目的地址下一跳下一跳1.1.1.02.2.2.33.3.3.04.4.4.15.5.5.06.6.6.32.2.2.34.4.4.16.6.6.3目的地址目的地址 5.5.5.0v 路由器的工作原理路由器的工作原理5.1 网络设备网络设备转发报文转发报文

12、 在网络间截获发送到远方网段的报文，起转发作用在网络间截获发送到远方网段的报文，起转发作用路由选择路由选择 选择最合理的路由，引导通信。选择最合理的路由，引导通信。数据分片和重组数据分片和重组 路由器在转发报文的过程中，为了便于在网络间传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 装成原有格式。装成原有格式。v 路由器的作用路由器的作用5.1 网络设备网络设备 CPU RAM NRAM 闪存 ROM 接口系统核心，

13、执行OS指令或用户指令随机存取存储器，用于存储路由表和作为缓冲区，关机数据消失非易失的存储器，用于存储路由表备份配置文件，关机数据保留可编程、可擦除ROM，保存OS的映像用来存放开机诊断程序，引导程序，操作系统物理：以太网口，console口，serial口，AUX口。逻辑：loopback口，子接口v 路由器的硬件组成路由器的硬件组成5.1 网络设备网络设备5.2 传输介质传输介质双绞线、双绞线、 同轴电缆同轴电缆( (粗、细粗、细) ) 金属导体金属导体 光纤光纤 无线无线无线电、微波、卫星、红外线无线电、微波、卫星、红外线5.2 传输介质传输介质1、双绞线双绞线（Twist Pair，T

14、P）内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘内屏蔽内屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套-螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线-每根每根4对、对、25对、对、50对、对、1000对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点： 成本低成本低 组装密度高、节省空间组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率）平衡传输（高速率） 抗干扰性一般抗干扰性一般 连接距离短连接距离短屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP) (STP) 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)(UTP)以铝箔屏蔽以减少干以铝箔屏蔽以减少干扰和串音，应用较少扰和串音，应用较少无

15、任何屏蔽层，无任何屏蔽层，应用广泛应用广泛5.2 传输介质传输介质v 双绞线的分类双绞线的分类 屏蔽双绞线电缆的外面由一层金属材料包裹，以屏蔽双绞线电缆的外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高数据传减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高数据传输速率输速率。但屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装但屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。与屏蔽双绞线技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。与屏蔽双绞线相比，非屏蔽双绞线电缆外面只需一层绝缘胶皮，相比，非屏蔽双绞线电缆

16、外面只需一层绝缘胶皮，因而重量轻、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适因而重量轻、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适用于结构化布线，所以在无特殊要求的计算机网络用于结构化布线，所以在无特殊要求的计算机网络布线中，常使用非屏蔽双绞线电缆。布线中，常使用非屏蔽双绞线电缆。v 屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的对比屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的对比5.2 传输介质传输介质该类双绞线的最高传输频率为该类双绞线的最高传输频率为20MHz20MHz，最高传最高传输速率为输速率为16Mbit/s16Mbit/s，可用于语音传输和最高传可用于语音传输和最高传输速率为输速率为16Mbit/s16Mbit/s的数据传输。的数据传输

17、。 v 各类双绞线的特性各类双绞线的特性 3 3类双绞线类双绞线 4 4类双绞线类双绞线3 3类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最高传输频率为16MHz16MHz，最高传，最高传输速率为输速率为10Mbit/s10Mbit/s，用于语音和最高传输速率，用于语音和最高传输速率为为10Mbit/s10Mbit/s的数据传输。的数据传输。 5.2 传输介质传输介质与与5 5类双绞线相比，超类双绞线相比，超5 5类双绞线的衰减和串扰类双绞线的衰减和串扰更小，可提供更坚实的网络基础，满足大多数更小，可提供更坚实的网络基础，满足大多数应用的需求。应用的需求。 5 5类双绞线类双绞线 超超5 5类双绞线类双

18、绞线5 5类双绞线电缆使用了特殊的绝缘材料，使其类双绞线电缆使用了特殊的绝缘材料，使其最高传输频率达到最高传输频率达到100MHz100MHz。5.2 传输介质传输介质标准制定机构和制造商正在考虑利用一种新型标准制定机构和制造商正在考虑利用一种新型的铜缆系统，其带宽可以高达的铜缆系统，其带宽可以高达600MHz600MHz。 6 6类双绞线类双绞线 7 7类双绞线类双绞线6 6类双绞线的最高频率为类双绞线的最高频率为200MHz200MHz频率，频率， 连接连接千兆以太网时连接距离可以达到标准的千兆以太网时连接距离可以达到标准的100m100m。5.2 传输介质传输介质v 双绞线的厂商双绞线的

19、厂商 安普安普双绞线作为一种价格低廉、性能优良的传输介双绞线作为一种价格低廉、性能优良的传输介质，在综合布线系统中被广泛应用于水平布线质，在综合布线系统中被广泛应用于水平布线。5.2 传输介质传输介质在六类双绞线产品家族中，主要的品牌有如下：在六类双绞线产品家族中，主要的品牌有如下： 西蒙西蒙 IBMIBM 朗讯朗讯 丽特丽特v 双绞线的连接标准双绞线的连接标准ANSI/EIA/TIA568ANSI/EIA/TIA568商业大楼电信布线标准商业大楼电信布线标准规定了两种双绞线的线序。规定了两种双绞线的线序。5.2 传输介质传输介质线对线对色彩码色彩码1 1白蓝，蓝白蓝，蓝2 2白橙，橙白橙，橙

20、3 3白绿，绿白绿，绿4 4白棕，棕白棕，棕1 12 23 34 45 56 67 78 81 12 23 34 45 56 67 78 81 12 23 34 45 56 67 78 81 12 23 34 45 56 67 78 8交叉线交叉线直连线直连线EIA-568A 绿白绿白 绿绿 橙白橙白 蓝蓝 蓝白蓝白 橙橙 棕白棕白 棕棕EIA-568B 橙白橙白 橙橙 绿白绿白 蓝蓝 蓝白蓝白 绿绿 棕白棕白 棕棕 两种标准两种标准5.2 传输介质传输介质 双绞线的制作双绞线的制作n准备工具准备工具双绞线（双绞线（5 5类类UTPUTP）RJ-45RJ-45接头（水晶头）接头（水晶头）网线钳

21、网线钳测线仪测线仪 剪一段适当长度的网线（小于剪一段适当长度的网线（小于100100米），用网米），用网线钳剥去外皮约线钳剥去外皮约2.52.5厘米，将厘米，将4 4对细线扇形分开。对细线扇形分开。 将细线按白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、将细线按白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕的顺序排列。将白棕、棕的顺序排列。将8 8条线并拢，排在一个条线并拢，排在一个平面上，拉直。网线剪齐，留约平面上，拉直。网线剪齐，留约1.51.5厘米长度。厘米长度。 水晶头金属片向前，卡口处向下，将网线插水晶头金属片向前，卡口处向下，将网线插入水晶头内，注意白橙线对准第一脚。检查是入水晶头内，注意白橙线对准第一脚

22、。检查是否充分、整齐的排列插入，用网线钳压紧即可否充分、整齐的排列插入，用网线钳压紧即可5.2 传输介质传输介质n网线制作网线制作交叉线：同种接口交叉线：同种接口交换机交换机-交换机、交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口标准端口)直连线：异种接口直连线：异种接口 PC/路由器路由器-交换机交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口级连端口) 交叉线和直连线的使用交叉线和直连线的使用5.2 传输介质传输介质5.2 传输介质传输介质2、同轴电缆同轴电缆v 组成组成铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套 细缆细缆5.2 传输介质传输介质 粗缆粗缆2、同轴电缆同轴电缆v 分类分

23、类有光脉冲有光脉冲-1 -1，无光脉冲，无光脉冲-0 -05.2 传输介质传输介质3、光纤光纤v 传输原理传输原理光的全反射光的全反射v 调制方法调制方法亮度调制亮度调制v 应用领域应用领域局域网主干、电信网络、服务器连接局域网主干、电信网络、服务器连接通信中，由光发送机产生光束，将表示数字代码的电信号转通信中，由光发送机产生光束，将表示数字代码的电信号转变成光信号，并将光信号导入光纤，光信号在光纤中传播，变成光信号，并将光信号导入光纤，光信号在光纤中传播，在另一端由光接收机负责接收光纤上传出的光信号，并进一在另一端由光接收机负责接收光纤上传出的光信号，并进一步将其还原成为发送前的电信号。步将

24、其还原成为发送前的电信号。光纤收发器光纤收发器集成了光发送机和光接收机的功能：既负责光的集成了光发送机和光接收机的功能：既负责光的发送也负责光的接收。发送也负责光的接收。5.2 传输介质传输介质v 光传输系统光传输系统v 光纤的分类光纤的分类5.2 传输介质传输介质 多模光纤多模光纤 单模光纤单模光纤以一定角度进入光纤的一束光。可以让多条光以一定角度进入光纤的一束光。可以让多条光波以不同的入射角（但必须大于临界值）进入波以不同的入射角（但必须大于临界值）进入同一条纤芯进行传输，将这类光纤称为同一条纤芯进行传输，将这类光纤称为多模多模。当光纤的直径减小到只允许一个波长的光波传当光纤的直径减小到只允许一个波长的光波传输时，这时的光纤就如同一根波导体，没有反输时，这时的光纤就如同一根波导体，没有反射，而是沿直线传输，将这种光纤称为射，而是沿直线传输，将这种光纤称为单模。单模。 单模光纤采用激光二极管（单模光纤采用激光二极管（LDLD）作为光源，作为光源，而多模光纤采用发光二极管（而多模光纤采用发光二极管（LEDLED）为光源；为光源； 多模光纤的芯线粗，传输速率低、距离短，多模光纤的芯线粗，传输速率低、距离短，整体的传输性