电脑基础知识第06章 网络物理设计2

第6章网络物理设计4/30/20231内容提要常用网络设备〔重点〕传输介质综合布线设计〔重点〕网络互连4/30/202326.1常用网络设备物理设计主要实现物理节点之间的电路连通。硬件在性能上要胜过采用软件技术的设备软件在功能上要强于硬件技术。4/30/202336.1常用网络设备6.1.1交换机1．交换机的定义最根本的交换是物理层的交换，在其它层的交换实际上是一种软交换，可以由软件和固件实现。2．第2层交换第2层交换机对数据包的转发建立在MAC物理地址根底之上。4/30/202346.1常用网络设备3．第3层交换第3层交换机的速度大大高于路由器。但是，第3层交换机由于很少做“拆包/打包〞的工作，它的功能也就受到了一定的限制。4．第3层交换机与路由器的主要区别功能不同适用环境不同性能不同4/30/202356.1常用网络设备5．第4层交换第4层交换机进行数据包转发时，不仅依据MAC地址〔第2层〕或源/目标主机IP地址〔第3层〕，而且依据TCP/UDP〔第4层〕端口号。6．交换机数据交换方式直通式存储转发式4/30/202366.1常用网络设备7．模块式交换机与固定式交换机4/30/20237案例：Cisco交换机CiscoGSR12416交换机4/30/20238案例：光纤模块4/30/202396.1常用网络设备案例：光纤模块的安装4/30/202310案例：交换机模块的安装4/30/2023116.1常用网络设备案例：交换机的指示灯4/30/202312MACCPU模块MAC缓存LineInterfaceLineInterfaceLineInterfaceLineInterfaceLineInterfaceLineInterfaceLineInterfaceLineInterfaceCPU内存线卡缓存交换矩阵线卡背板6.1常用网络设备补充：交换机结构4/30/2023136.1常用网络设备表6-1交换机常用接口接口名称插座类型接口说明交换机端口RJ-4510/100/1

000M速率网络接口，接双绞线直通电缆光纤端口GBIC或SC100/1

000M速率网络接口，接SC接头光纤ConsoleRJ-45交换机配置端口，接反转电缆，网管型交换机才有AUI15针D形接口连接粗同轴电缆，目前已淘汰BNCBNC细同轴电缆连接的接口，目前已淘汰UplinkRJ-45级联端口，一般为交换机第一个端口MIIMII介质无关端口，可以转成光纤或双绞线等介质4/30/2023146.1常用网络设备8．交换机技术参数背板带宽背板带宽=端口数×相应端口速率×2〔全双工模式〕端口速率端口每秒吞吐多少数据包。包转发速率第3层交换机往往采用包转发速率衡量交换机性能。4/30/2023156.1常用网络设备9．Cisco系列交换机4/30/2023166.1常用网络设备6.1.2路由器1．路由器定义路由器是工作在网络层的数据包转发设备。路由器的功能：☆对不同网络之间的协议进行转换，具体实现方法是数据包格式转换，也就是网关的功能。☆网络路由，通过最正确路径选择，将数据包传输到目的主机。4/30/2023176.1常用网络设备2．路由器的主要功能网络连接通信协议转换数据包转发路由信息维护管理控制平安管理4/30/2023186.1常用网络设备3．路由器的硬件组成路由器一般是专用硬件设备也可以由“计算机+软件〞构成硬件路由器本身就是一台专用的计算机，有CPU、内存、主板等设备。4/30/2023196.1常用网络设备4/30/202320案例：路由器结构4/30/2023216.1常用网络设备CPU路由器中的CPU负责交换路由信息、路由表查找以及转发数据包。ROM相当于微机中的BIOS。主要包括：系统加电自检程序〔POST〕、系统引导区代码、备份的IOS〔通常版本较低〕、ROM监控程序。4/30/2023226.1常用网络设备DRAM类似于微机中的内存。IOS内容包括：路由表工程、ARP缓存、数据包缓存、日志工程和队列中排队等待发送的分组。除此之外，还包括路由器配置文件、正在执行的代码和一些临时数据。FlashMamery〔闪存〕类似于微机中的硬盘。用于存放IOS。4/30/2023236.1常用网络设备NVRAM〔非易失性RAM〕用于保存启动配置文件，容量较小。背板类似于微机中的主板，它运载着路由器电路并收发网络信息。4/30/2023246.1常用网络设备4．路由器性能指标•路由器吞吐量•路由器丢包率吞吐量10％时，丢包率一般小于0.1％。

吞吐量80％时，丢包率一般小于0.3％。•路由器时延64字节的IP包时延小于1ms；

1518字节IP包时延小于350ms。4/30/2023256.1常用网络设备路由表容量路由器认证技术指标认证的平均响应时间应当小于3s。可靠性指标其他指标支持VPN数量、QoS、IP语音、语音压缩、信令支持、冗余协议、网管、计费、冗余电源、热插拔组件等。4/30/2023266.1常用网络设备5．路由器的连接端口路由器的主要端口如图6-5所示。局域网端口广域网端口配置端口4/30/202327案例：Cisco路由器主要端口4/30/2023286.1常用网络设备6．Cisco路由器产品系列4/30/2023296.1常用网络设备6.1.3效劳器1．效劳器定义效劳器一词在网络中有双重含义。效劳器主机是运行各种效劳器软件，在网络环境中为客户机提供各种效劳的计算机系统。效劳器开展方向：在技术上，群集技术将成为效劳器主流；在应用上，高性能专用效劳器有很大开展空间。4/30/2023306.1常用网络设备2．效劳器类型RISC〔精简指令系统〕效劳器表6-3主要RISC效劳器公司CPU系列服务器产品操作系统IBMPowerPCIBMRS/6000系列IBMAIXSUNSPARCSUNEnterpriseServer系列SUNSolarisHPPA-RISCHP9000系列HP-UXCompaqAlphaAlphaServer系列Tru64UNIX或OpenVMS4/30/2023316.1常用网络设备3．PC效劳器采用Intel或与Intel兼容的CPUIA架构效劳器也称为PC效劳器PC效劳器在技术上与PC机有很大差异。PC效劳器对数据处理能力、I/O性能、可靠性、平安性、扩展能力和系统检测等方面有严格要求。PC效劳器一般运行Windows、Linux等操作系统。4/30/2023326.1常用网络设备图6-7机箱式效劳器〔HP和Sun〕4/30/2023336.1常用网络设备图6-81U机架式效劳器〔IBM〕4/30/2023346.1常用网络设备4．刀片式效劳器每一块“刀片〞类似于一个独立的效劳器。刀片单元包含：CPU、硬盘、内存、网络接口等器件，机箱为多个刀片单元提供共享的根底设施〔如背板、电源等〕。每个刀片单元运行自己的系统，相互之间没有关联。不过可以使用系统软件将这些单元集合成一个效劳器集群。4/30/2023356.1常用网络设备图6-9刀片式效劳器4/30/202336案例：刀片系统组成4/30/2023376.1常用网络设备5．效劳器性能技术吞吐量效劳器性能以系统响应速度和作业吞吐量为代表。集群〔Cluster〕技术集群技术将一组相互独立的效劳器，通过高速通信网络组成一个完整的效劳器系统，并以单一系统的模式加以管理，使多台效劳器像一台机器那样工作或者看起来像一台机器。4/30/2023386.1常用网络设备SMP〔对称式多处理器〕技术SMP指在一台计算机上聚集多个CPU，各CPU之间共享内存系统及系统总线。I/O子系统性能效劳器的I/O〔输入/输出〕子系统主要包括硬盘系统和总线系统。4/30/2023396.1常用网络设备6．效劳器可用性技术系统可用性＝MTBF/〔MTBF+MTBR〕MTBF为平均无故障工作时间；MTBR为平均修复时间。99.9％的可用性表示每年有8小时的时间设备不能正常运行；99.999％的可用性表示每年有5分钟的时间设备不能正常运行。4/30/2023406.1常用网络设备9．效劳器系列产品国外厂商：IBM、HP、Sun、Compaq、Dell等国内厂商：浪潮、曙光、联想等IBM、HP提供UNIX效劳器和PC效劳器Sun公司专注于开展UNIX效劳器Dell只提供PC效劳器4/30/2023416.1常用网络设备6.1.4防火墙1．防火墙组成防火墙集成了两个以上的以太网卡。防火墙中安装有网络操作系统和专业防火墙程序。防火墙程序主要有包过滤程序、代理效劳器程序、路由程序等。防火墙要求非常高的稳定性，并具备较大的系统吞吐性能。4/30/2023426.1常用网络设备案例：防火墙面板接口4/30/2023436.1常用网络设备防火墙网卡案例：防火墙内部组成4/30/2023446.1常用网络设备2．防火墙产品企业级软件防火墙以色列CheckPoint、微软ISAServer硬件防火墙Juniper〔杰科〕公司：NetScreenLinkTust〔安氏〕公司：FireWallCisco公司：PIX天融信公司：网络卫士华为3COM公司等4/30/2023456.1常用网络设备3．UTM〔统一威胁管理〕系统UTM是集防火墙、防病毒、VPN、内容过滤、反垃圾邮件、IDS等技术于一身的主动防御系统。UTM产品：Fortinet公司：FortiGateTM1000安氏领信公司：LinkTrustUTMJuniper公司：NetScreen-208TMCisco公司：CiscoASA55204/30/2023466.1常用网络设备补充：光纤收发器光纤收发器是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行网络传输的媒体转换设备。光纤接口双绞线接口4/30/2023476.1常用网络设备补充：光纤收发器光纤收发器多模块光纤收发器4/30/2023486.2传输介质6.2.1双绞线传输介质1．双绞线的根本特性双绞线有4个线对〔8根电缆〕，双绞线线对之间也要按逆时针方向进行扭绕，否那么会引起电缆电阻的不匹配，限制网络传输距离。双绞线大对数电缆4/30/2023496.2传输介质双绞线可以传输模拟音频信号〔如线路〕，同样也可以用于数字信号传输〔如网线〕。双绞线线规22AWG〔线径为0.63mm〕24AWG〔线径为0.5mm〕26AWG〔线径为0.4mm〕等。线规号越小，线径越粗；传输质量越好，传输距离也越长。4/30/202350双绞线的类型4/30/2023516.2传输介质2．双绞线技术指标衰减衰减以dB为单位，低衰减值表示链路性能好。

衰减测量环境温度为20℃，衰减会随温度的增加而加大。对于5类双绞线链路，温度每增加1℃，衰减增大0.4%。如果电缆穿过金属导管，衰减会增加2%～3%。4/30/2023526.2传输介质近端串扰〔NearEndCrosstalk，NEXT〕NEXT是双绞线中一对线对另一对线的干扰信号。NEXT单位为dB，NEXT绝对值越大串扰越低，传输性能越好。在40m内测量到的近端串扰较真实。近端串扰4/30/2023536.2传输介质回波损耗〔RSL〕线路越短，回波损耗越大。传输延迟最大传输延迟不大于555ns。直流环路电阻一对双绞线的电阻之和。直流环路电阻一般不大于19.2Ω/100m4/30/2023546.2传输介质衰减串扰比〔ACR〕ACR值较大时表示抗干扰能力强，一般要求至少大于10dB。表6-7双绞线标准测试数据技术指标3类5类说明信号率减（100m）<14.9dB（16MHz）<24dB（100MHz）越小越好NEXT近端串扰（100m）19.3dB（16MHz）27.1dB（100MHz）越大越好RSL回波损耗（100m）12dB23dB越大越好分布电容（1kHz）<330pf/100m<330pf/100m越小越好直流环路电阻（20ºC）<9.38Ω/100m±5%<9.38Ω/100m±5%越小越好阻抗特性100Ω+15%100Ω+15%4/30/2023556.2传输介质6.2.2光纤传输介质1．光纤的根本特性光纤的纤芯采用高纯度的二氧化硅，并掺有少量的掺杂剂，以提高纤芯的光折射率。包层也是高纯度的二氧化硅，也掺杂了一些掺杂剂，主要是降低包层的光折射率。涂层一般采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙等材料，以增加机械强度和可弯曲性能。4/30/2023566.2传输介质光缆4/30/2023576.2传输介质光纤通信的优点通信容量大〔理论可达25Tb/s〕、保密好、抗电磁波幅射干扰、防雷击、传输距离长〔无中继下可达200km〕。光纤通信的缺点光纤连接困难，本钱较高。4/30/2023586.2传输介质光传输工作原理☆光纤通过特定角度射入光纤的光来工作，光纤的包层就象一面镜子，使光纤在纤芯内反射。☆光纤内的反射决定了光如何在光纤中传播。☆如果光纤纤芯与包层的折射率小于1％，那么所有角度小于或等于8度的、射到包层上的光都将继续留在光束中。4/30/2023596.2传输介质光纤的传输性能☆一条光纤能不能进行双向或多信道传输，取决于采用的传输技术和光源技术。☆以太网目前仅支持单信道下的单向传输，双向通信时，需使用两条光纤。☆DWDM光通信技术，可以实现单条光纤的多信道同时传输，甚至单条光纤下的双向信号传输。但是，DWDM实现本钱很高。4/30/2023606.2传输介质2．多模光纤光在光纤中的传输路径称为“模〞，可传输多路径光波的光纤称为多模光纤可将多模光纤简单的理解为传输多束光波的光纤。值得注意的是，多模光纤只能单向传输，而且不能同时传输多个信号。4/30/2023616.2传输介质补充：光纤的工作窗口〔工作波长〕4/30/2023626.2传输介质补充：1550nm低损耗波段4/30/2023636.2传输介质表6-8光纤技术性能参数ITU标准光纤模式纤芯/包层直径基准波长最大衰减最大带宽G.651多模50/125μm850nm3.5dB/km500MHz/kmG.651多模50/125μm1

300nm1.5dB/km500MHz/kmG.651多模62.5/125μm850nm3.5dB/km160MHz/kmG.651多模62.5/125μm1

300nm1.5dB/km500MHz/kmG.652单模9/125μm1

310nm1dB/kmG.653单模9/125μm1

550nm1dB/km4/30/2023646.2传输介质多模光纤的应用多模光纤主要用于局域网。多模光纤有较强的抗弯曲能力，特别适合于多接头的短距离应用。多模光纤普遍采用价格低廉的发光二极管〔LED〕作为光源。多模光纤的系统费用仅为单模光纤系统的1/4左右。4/30/2023656.2传输介质3．单模光纤当光纤纤芯的几何尺寸与光波波长大致相同，如纤芯直径在5～10μm范围时，光波在光纤中以一种模式进行传播，这种光纤称为单模光纤可将单模光纤理解为传输一束光波的光纤单模光纤具有极大的传输带宽，适用于大容量和长距离的通信系统。4/30/2023666.2传输介质单模光纤的国际标准ITU-TG.652、G.653、G.654、G.655等。G.652光纤在我国占90%以上的市场。G.652光纤在1310nm波长时性能最正确，但绝大局部用户使用1550nm波长光纤，因为1310nm波长无实用化激光放大器。G.652光纤可用于2.5Gb/s以下的光信号传输。G.653和G.654光纤在国内很少使用。4/30/2023676.2传输介质4．光纤的特性参数衰减系数：每公里光纤对光信号功率的衰减值〔dB/km〕。模式色散：光信号随传输距离增大时光线的扩散。多模光纤存在模式色散单模光纤不存在模式色散4/30/2023686.2传输介质5．光纤跳线光纤跳线也称为尾纤，一般为2芯软光纤，一般在尾纤两端已经连接好了SC〔方头〕或ST〔圆头〕的光纤连接器〔光纤接头〕多模尾纤外观为橙色，单模尾纤外观为黄色。布线时尾纤应当与室内光纤布线系统为同一种光纤类型。4/30/2023696.2传输介质5．光纤跳线尾纤SC接头ST接头4/30/2023706.2传输介质6．光缆光缆由多根光纤制作在一个塑料套管内。4/30/2023716.2传输介质7．光纤的连接永久性连接：也称为热熔接，衰减值为0.01～0.03dB/点。应急连接：用机械和化学的方法，将两根光纤粘接在一起，衰减为0.1～0.3dB/点。活动连接：用光纤接头将光缆连接起来，衰减为1dB/接头。4/30/2023726.2传输介质9．光缆在网络中的应用表6-10局域网光缆传输技术指标网络类型波长（nm）光缆最长传输距离光缆的链路衰减多模62.5/125μm多模50/125μm单模9/125μm多模62.5/125μm多模50/125μm单模9/125μm100Base-FX1

3002

000m2

000mNS11dB6.3dBNS100Base-SX850300m300mNS4.0dB4.0dBNS1

000Base-LX1

300550m550m5

000m4.0dB3.5dB4.7dB4/30/2023736.2传输介质补充：同轴电缆铜芯绝缘层屏蔽层护套4/30/2023746.2传输介质补充：典型传输介质比较传输媒体费用速度衰减电磁干扰安全性双绞线低1­10G高高低同轴电缆中等1M­100M中等中等低光纤高10M­10G低低高无线电中等1­50M高高低微波高1M­100M变化高中等卫星高1M­100M变化高中等4/30/2023756.3综合布线6.3.1综合布线系统设计1．综合布线系统的工作范围定义：综合布线系统〔GCS〕采用开放式星型拓扑结构，满足数据、、电视、视频监控等多媒体业务的需要，支持双绞线、光纤、同轴电缆等各种传输介质,支持高速网络应用。综合布线系统目前仅是计算机网络布线而已，目前能综合各种弱电信号的布线系统实际不存在。4/30/2023766.3综合布线2．综合布线系统的组成综合布线系统由6个子系统组成：建筑群子系统；工作区子系统；水平子系统；垂直干线子系统；管理区子系统；设备间子系统。4/30/2023776.3综合布线综合布线系统采用星型拓朴结构，结构下的每个分支子系统是相对独立的单元，对每个分支单元系统的改动不会影响其他子系统。4/30/2023784/30/2023796.3综合布线3．综合布线系统设计设计步骤获取或绘制用户建筑群平面图；分析用户需求，生成信息点安装位置清单；建筑群布线路由设计，主建筑布线路由设计，绘制布线施工图；编制布线材料清单。4/30/202380补充：

综合布线工作过程4/30/2023816.3综合布线综合布线设计中应考虑的问题用户的位置及他们之间的最长距离；用户位置发生变化的概率；交换机与信息节点之间的最大距离；电缆走线的限制和电缆弯曲半径的限制；设备间、电缆井、天花板等的可用空间。4/30/2023826.3综合布线4．布线线槽或暗管的计算暗管或线槽的横截面积必须大于线缆横截面积之和的3倍。4/30/202383槽板4/30/202384信息模块光纤配线箱线路测试工具AMP超5类配线架信息插座面板光纤熔接机4/30/202385补充：综合布线配线架接线信息模块接线布线桥架信息模块打线4/30/2023866.3综合布线6.3.2建筑群子系统设计建筑群子系统一般采用多模或单模光缆作为主干传输介质。室外敷设光缆一般有三种方法：架空、直埋和地下管道。如果在同一个沟内埋入了其他的图像和监控电缆，应设立明显的共用标志。4/30/2023876.3综合布线6.3.3工作区子系统设计工作区子系统包括办公室、作业间等需要、计算机等设备的区域。根本型配置：9㎡一个信息插座〔数据或语音〕。增强型配置：9㎡两个信息插座〔1个数据，1个语音〕。4/30/2023886.3综合布线工作区RJ-45接头的需求量按公式〔6-5〕估算：m=n×4+n×4×15%式中：m为RJ-45接头总需求量；n为信息点总数。工作区信息模块插座如图6-18所示。工作区信息模块的需求量为公式〔6-6〕所示：m=n+n×3%式中：m为信息模块总需求量；n为信息点总数。4/30/2023896.3综合布线6.3.4水平子系统设计1．水平子系统布线水平子系统包括楼层水平线缆或光缆、桥架、预埋管道、信息插座等。水平子系统结构如图6-19所示水平布线长度如图6-20所示。4/30/2023906.3综合布线2．水平子系统设计案例每楼层水平子系统所需双绞线计算：S=〔〔〔〔〔〔A+B〕/2〕×110%〕＋7+6〕×n〕/305〕+1S为一个楼层需要的水平布线数量〔箱〕；A为楼层最远信息点距离〔m〕；B为楼层最近信息点距离〔m〕；2为平均系数；4/30/2023916.3综合布线110%中，其中10%为布线布线误差裕量；7为楼层高度裕量〔m〕；6为端接长度〔m〕；n为楼层内信息点数量〔个〕；305为一箱双绞线长度〔m〕；1为备用裕量〔箱〕。4/30/2023924/30/2023936.3综合布线6.3.5垂直干线子系统设计垂直干线子系统由连接主配线间〔MDF〕与中间配线间〔IDF〕之间的干线光缆及大对数电缆组成。主配线间一般安排在中心机房楼层信息点较少时，垂直干线电缆宜采用分支递减的连接方式；楼层信息点较多时，垂直干线电缆宜采用点对点连接方式。4/30/2023946.3综合布线6.3.6管理子系统设计布线设备：机柜、双绞线配线架、光纤跳线架等；网络材料：光缆、尾纤、双绞线、跳线、大对数电缆等；网络设备：语音主干采用110型卡接式配线架。4/30/2023956.3综合布线6.3.7设备间子系统设计设备间子系统也称为中心机房，或IDC中心机房主要用于安装网络设备、电信设备、有线电视设备、平安监控设备、综合布线设备等。设备间的建设应按机房建设国家标准。4/30/2023964/30/2023976.3综合布线6.3.8综合布线设计中应当注意的问题电缆弯曲半径电缆弯曲半径不得低于电缆直径的8倍。电缆重量环境温度应用环境4/30/202398水平系统信息模块数量/种类，面板型号/数量；水平线缆种类/数量；用户区跳线类型/数量；主干系统语音主干类型/数量；数据主干类型/数量；设备间系统语音主设备间内配线架类型/数量；数据主设备间内配线架类型/数量；相关跳线类型/数量；其他系统铜缆安装工具/测试仪表；光缆安装工具/消耗品/测试仪表；建筑群系统室外铜缆类型/数量；室外光缆类型/数量；电气保护配线架类型/数量；管理系统楼层配线间内水平配线架类型/数量；楼层配线间内语音/数据主干配线架类型/数量；相关跳线类型/数量；补充：综合布线系统设计中应当考虑的问题4/30/2023996.4网络互连6.4.1网络互联的内容网络设备互联关注网络设备是否提供了遵循共同标准的接口。网络链路互联

包括传输介质互联与信号转换设备。网络系统互联不同网络系统互联时，需要路由器进行路由寻址和通信协议转换。4/30/20231006.4网络互连网络效劳互联网络应用层上的软件互联，它涉及到不同网络操作系统的互联、网络效劳系统软件地互联、用户认证计费、数据的加密解密等问题。4/30/20231016.4网络互连6.4.2网络线路互连1．RJ-45接头4/30/20231026.4网络互连T568A和T568B的线序在网络工程中，通常采用T568B标准接线。表6-13EIA/TIA568标准线序与色标引脚编号12345678T568B线对线对2线对2线对3线对1线对1线对3线对4线对4T568B信号TD+TD-RD+NCNCRD-NCNCT568B色标橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕T568A色标绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕4/30/20231036.4网络互连2．直通电缆接线方法

直通电缆用于：计算机—信息插座路由器—交换机计算机—交换机效劳器—交换机DTE—DCE等设备的连接。表6-14直通电缆接线顺序接头引脚编号12345678接头A（T568B）橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕接头B（T568B）橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕4/30/20231046.4网络互连3．交叉电缆接线方法交叉电缆广泛用于：计算机—计算机交换机—交