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2.1传输介质2.1.1有线介质1.双绞线双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可以降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消,“双绞线”的名字也是由此而来。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。这些均称为双绞线电缆。在双绞线电缆(也称双扭线电缆)内,不同线对具有不同的扭绞长度,一般来说,扭绞长度在38.1cm到14cm之间,按逆时针方向扭绞。下一页返回2.1传输介质相邻线对的扭绞长度在12.7cm以上,一般扭线越密其抗干扰能力就越强,与其他传输介质相比,双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制,但价格较为低廉。(1)STP和UTP。双绞线可分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。屏蔽双绞线如图2-1(a)所示,电缆的外层由铝铂包裹,以减小辐射,但并不能完全消除辐射。屏蔽双绞线价格相对较高,安装比非屏蔽双绞线电缆安装困难。非屏蔽双绞线如图2-1(b)所示,无屏蔽外套,直径小,节省所占用的空间,重量轻、易弯曲、易安装,将串扰减至最小或加以消除,具有阻燃性、独立性和灵活性,适用于结构化综合布线。上一页下一页返回2.1传输介质(2)双绞线的类型。双绞线规格型号有一类线、二类线、三类线、四类线、五类线、超五类线和最新的六类线。局域网中非屏蔽双绞线分为三类线、四类线、五类线、超五类线以及六类线五种,屏蔽双绞线分为三类线和五类线两种。类越高则性能越好,但价格也越贵。(3)双绞线的连接器。双绞线的连接器最常见的是RJ-11和RJ-45。RJ-11用于连接三对双绞线缆,RJ-45用于连接四对双绞线缆。RJ-45接头俗称水晶头,双绞线的两端必须都安装RJ-45插头,以便插在以太网卡或交换机(Switch)RJ-45接口上。(4)双绞线的制作标准。双绞线网线的制作标准、方法详见2.4.4节。上一页下一页返回2.1传输介质(5)双绞线的适用场合。在实际的网络环境中,一根双绞线的两端分别连接不同设备时,必须根据标准确定两端的线序,否则将无法连通。通常,在下列情况下,双绞线的两端线序必须一致才可连通,如图2-2所示。①主机与交换机的普通端口连接。②交换机与路由器的以太口相连。③集线器的uplink口与交换机的普通端口相连。在下列情况下,双绞线的两端线序必须将一端中的1与3对调,2与6对调才可连通,如图2-3所示。①主机与主机的网卡端口连接。②交换机与交换机的非uplink口相连。上一页下一页返回2.1传输介质③路由器的以太口互联。④主机与路由器以太口相连。(6)双绞线的优缺点。使用双绞线作为传输介质的优越性在于其技术和标准非常成熟,价格低廉,而且安装也相对简单。缺点是双绞线对电磁干扰比较敏感,并且容易被窃听。双绞线目前主要在室内环境中使用。2.同轴电缆同轴电缆是一种用途广泛的传输媒介,这种传输媒介由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成。内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开,如图2-4所示。根据传输频带的不同,同轴电缆可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型。上一页下一页返回2.1传输介质基带(BaseBand)同轴电缆是特性阻抗为50Ω的同轴电缆,用于传送数字信号。通常把表示数字信号的方波所固有的频带称为基带。50Ω电缆分为粗缆和细缆两种。宽带(BroadBand)同轴电缆是特性阻抗为75Ω的CATV(CommunityAntennaTelevision,公用天线电视)电缆,用于传送模拟信号。宽带同轴电缆常用的电缆的屏蔽层通常是用铝冲压而成的。同轴电缆主要应用于环型拓扑结构的小型局域网中。采用同轴电缆进行网络连接时,常用到如下接头设备。BNC桶形接头:用于连接两段细同轴电缆。BNC连接器:BNC电缆连接器由一根中心针、一个外套和卡座组成。每段电缆的两端必须安装BNC连接器,如图2-5所示。上一页下一页返回2.1传输介质BNCT形接头:T形接头用于连接细缆的BNC连接器和网卡,每台工作站都需要一个T形接头。如图2-5所示。终端匹配器:每个粗同轴电缆网段都必须用50Ω系列终端匹配器连接。每个细同轴电缆网段的两端都有必须有一个50Ω的BNC终端匹配器,直接连接于BNCT形接头。如图2-5所示。与双绞线相比,同轴电缆的抗干扰能力强、屏蔽性能好、传输数据稳定、价格也便宜,它不需要连接在集线器或交换机上即可使用。同轴电缆的带宽取决于电缆长度,1km的电缆可以达到1Gb/s到2Gb/s的数据传输速率。它可以使用更长的电缆,但是传输速率要降低或使用中间放大器。目前,同轴电缆大量被光纤取代,但仍广泛应用于有线电视和某些局域网中。上一页下一页返回2.1传输介质3.光纤(1)光纤的组成。光纤是光缆的纤芯,光纤由光纤芯、包层和外部保护层三部分组成,如图2-6所示。最里面的是光纤芯,包层将光纤芯围裹起来,使光纤芯与外界隔离,以防止与其他相邻的光导纤维相互干扰。包层的外面涂覆一层很薄的涂覆层,涂覆材料为硅酮树脂或聚氨基甲酸乙酯,涂覆层的外面套塑(或称二次涂覆),套塑的原料大都采用尼龙、聚乙烯或聚丙烯等塑料。①光纤芯。光纤芯是光的传导部分,而包层的作用是将光封闭在光纤芯内。光纤芯和包层的成分都是玻璃,光纤芯的折射率高,包层的折射率低,这样可以把光封闭在光纤不断反射传输的芯内。上一页下一页返回2.1传输介质②涂覆层。涂覆层是光纤的第一层保护,它的目的就是保护光纤的机械强度,是第一层缓冲(PrimaryBuffer),由一层或几层聚合物构成,厚度约为250μm,在光纤的制造过程中就已经涂覆到光纤上。光纤涂覆层在光纤受到外界震动时保护光纤的光学性能和物理性能,同时又可以隔离外界水气的侵蚀。③缓冲保护层。在涂覆层外面还有一层缓冲保护层,给光纤提供附加保护。④光缆加强元件。为保护光缆的机械强度和刚性,光缆通常包含有一个或几个加强元件。在光缆被牵引时,加强元件使得光缆有一定的抗拉强度,同时还对光缆有一定支持保护作用。光缆加强元件有芳纶砂、钢丝和纤维玻璃棒等三种。上一页下一页返回2.1传输介质⑤光缆护套。光缆护套是光缆的外围部件,它是非金属元件,作用是将其他的光缆部件加固在一起,保护光纤和其他的光缆部件免受损害。光纤既不受电磁干扰,也不受无线电的干扰,还可以防止内外的噪声,所以光纤中的信号可以比其他有线传输介质传得更远。光纤本身只能传输光信号,为了使光纤能传输电信号,光纤两端必须配有光发射机和光接收机,光发射机完成从电信号到光信号的转换,光接收机则完成从光信号到电信号的转换。光电转换通常采用载波调制方式,光纤中传输的是经过调制的光信号。上一页下一页返回2.1传输介质(2)光纤的分类。光纤可以根据构成光纤的材料、光纤的制造方法、光纤的传输总模数、光纤横截面上的折射率分布和工作波长进行分类。①按照折射率分布不同分类。通常采用的是均匀光纤(阶跃型光纤)和非均匀光纤(渐变型光纤)两种。均匀光纤:光纤纤芯的折射率n1和包层的折射率n2都为一常数,且n1>n2,在纤芯和包层的交界面处折射率呈阶梯型变化,这种光纤称为均匀光纤,又称为阶跃型光纤。非均匀光纤:光纤纤芯的折射率n1随着半径的增加而按一定规律减小,在纤芯与包层的交界处为包层的折射率n2,即纤芯中折射率的变化呈近似抛物线型。这种光纤称为非均匀光纤,又称为渐变型光纤。上一页下一页返回2.1传输介质②按照传输的总模数分类。这里应当先了解光纤的模态,所谓的模态就是光波的分布形式。若入射光的模态为圆光斑,射出端仍能观察到圆形光斑,这就是单模传输;若射出端分别为许多小光斑,这就出现了许多杂散的高次模,形成多模传输,称为多模光纤。单模光纤和多模光纤也可以从纤芯的尺寸大小来简单地判断。单模光纤SMF(SingleModeFiber):单模光纤的纤芯直径很小,为4~10μm,理论上只传输一种模态。由于单模光纤只传输主模,从而避免了模态色散,使这种光纤的传输频带很宽,传输容量大,适用于大容量、长距离的光纤通信。单模光纤通常用在工作波长为1310nm或1550nm的激光发射器中。上一页下一页返回2.1传输介质单模光纤是当前研究和应用的重点,也是光纤通信与光波技术发展的必然趋势。在综合布线系统中,常用的单模光纤有8.3/125μm突变型单模光纤,常用于建筑群之间的布线。③按波长分类。综合布线所用光纤有三个波长区:850nm波长区、1310nm波长区和1550nm波长区。④按纤芯直径分类。光纤纤芯直径有三类:62.5μm渐变增强型多模光纤、50μm渐变增强型多模光纤和8.3μm突变型单模光纤。上一页下一页返回2.1传输介质(3)光纤通信系统。目前在局域网中实现的光纤通信是一种光电混合式的通信结构。通信终端的电信号与光缆中传输的光信号之间要进行光电转换,光电转换通过光电转换器完成,如图2-7所示。(4)光纤连接器。光纤连接部件主要有配线架、端接架、接线盒、光缆信息插座、各种连接器(如ST、SC、FC等)以及用于光缆与电缆转换的器件。它们的作用是实现光缆线路的端接、接续、交连和光缆传输系统的管理,从而形成光缆传输系统通道。常用的光纤适配器如图2-8所示。常用的光纤连接器如图2-9所示。(5)与光纤连接的设备。与光纤连接的设备目前主要有光纤收发器、带光纤接口网卡和带光纤接口的交换机等。上一页下一页返回2.1传输介质①光纤收发器。光纤收发器是一种光电转换设备,主要用于终端设备本身没有光纤收发器的情况,例如,普通的交换机和网卡。②带光纤接口网卡。有些服务器需要与交换机之间进行高速的光纤连接,这时,服务器中的网卡应该具有光纤接口。主要有Intel、IBM、3COM和D-Link等大公司的系列产品。③带光纤接口的交换机。许多中高档的交换机为了满足连接速率与连接距离的需求,一般都带有光纤接口。有些交换机为了适应单模和多模光纤的连接,还将光纤接口与收发器设计成通用接口的光纤模块,根据不同的需要,把这些光纤模块插入交换机的扩展插槽中。上一页下一页返回2.1传输介质(6)光纤通信的特点。①通信容量大、传输距离远。②信号串扰小、保密性能好。③抗电磁干扰、传输质量佳。④光纤尺寸小、重量轻,便于铺设和运输。⑤材料来源丰富,环境保护好。⑥无辐射,难于窃听。⑦光缆适应性强,寿命长。上一页下一页返回2.1传输介质2.1.2无线介质无线介质是利用可以穿越外太空大气的电磁波来传输信号的。由于无线信号不需要物理媒体,可以克服线缆限制引起的不便,解决某些布线有困难的区域的联网问题。无线传输介质具有不受地理条件的限制、建网速度快等特点,目前应用于计算机无线通信的介质主要有无线电短波、超短波、微波、红外线、激光以及卫星等。上一页下一页返回2.1传输介质电磁波是由发射天线中的感应电流产生的振荡波。这些电磁波在空中传播,最后被感应天线接收。在真空中,所有的电磁波以相同的速度(大约为3×108m/s)传播,与频率无关。电磁波可运载的信息量与它的带宽有关。无线电波、微波、红外线和可见光都可以通过调节振幅、频率或相位来传输信息。紫外线、X射线和γ射线也可以用来传输信息且可以获得更好的效果,但它们难以生成和调制,穿过建筑物的特性不好,且对生物有害。如图2-10所示为电磁波的辐射频率。无线局域网利用了无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信,并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能。IEEE802.11是在1997年由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。IEEE802.11规定了无线局域网在2.4GHz波段进行操作,这一波段被全球无线电法规实体定义为扩频使用波段。上一页下一页返回2.1传输介质1999年,IEEE802.11a标准制定完成,该标准规定WLAN工作频段为5.15~8.825GHz,数据传输速率达到54Mb/s~72Mb/s,传输距离控制在10~100m。该标准也是IEEE802.11的一个补充,扩充了标准的物理层,采用正交频分复用(OFDM)的独特扩频技术,采用QFSK调制方式,可提供25Mb/s的无线ATM接口和10Mb/s的以太网无线帧结构接口,支持多种业务如语音、数据和图像等,一个扇区可以接入多个用户,每个用户可带多个用户终端。目前,IEEE推出最新版本IEEE802.11g认证标准。2.1.3局域网常用介质传输标准局域网常用介质传输标准如表2-1所示。上一页返回2.2数据通信概述2.2.1数据通信的概念所谓数据通信就是按照通信协议,利用传输技术在功能单元之间传递数据信息,从而实现计算机与计算机之间、计算机与其终端之间以及其他数据终端设备之间的信息交互而产生的一种通信技术。这里需要指出的是:数据通信和数字通信有概念上的区别,数据通信是一种通信方式,而数字通信则是一种通信技术体制。电信系统中,电信号的传输和交换既可采用模拟技术体制,也可采用数字技术体制。对于数据通信,既可采用模拟通信技术体制,也可采用数字通信技术体制。下一页返回2.2数据通信概述2.2.2数据通信系统的基本结构数据通信系统由三大部分组成,即发送器、信道和接收器。在双向通信中,通信的每一方都具有发送器和接收器,也就是说,通信的每一方都可同时发送和接收数据。目前,使用较多的是采用七个部分的通用数据电路(UniversalSevenPartDataCircuit)来描述一个A点与B点间的数据通信系统(见图2-11)。在图2-11中,DTE设备(DataTerminalEquipment)是数据终端设备;DCE设备(DataCircuitTerminatingEquipment)为数据电路终端设备;DTE/DCE接口则分别位于DTE和DCE上。传输信道可以是模拟信道,也可以是数字信道。上一页下一页返回2.2数据通信概述在构成数据通信系统的七个部分中,DTE可以是计算机或计算机终端,也可以是其他数据终端;DCE在模拟技术体制下是调制解调器,而在数字技术体制下可以是数据业务单元(DataServiceUnit,DSU)。DCE和传输信道可以完成将数据从A点传送到B点的功能或者相反。通常,它们并不知道也不关心信息的内容。数据通信系统只负责数据以编码格式在两点之间准确传输。系统并不对信息内容作任何操作。这意味着本书所说的传输信息准确,即收到的信息与发送的信息应完全相同。上一页下一页返回2.2数据通信概述2.2.3数据的传输方式在数据传输通信系统中,用户数据信号传输方式可有下列几种形式。1.四线基带传输方式这是数字通信技术体制下的数据传输方式。由数据终端发出的二进制直流脉冲信号属于基带信号。该信号仅经过码型变换就直接在实线电路上传输,这就是基带传输方式。2.二线基带传输方式这种方式收发合用电缆中的一对双绞线,实现二线全双工基带传输。常用的方法有时间压缩法(或称乒乓法)与回波抵消法。时间压缩法是将每个方向发送的数据在时间上进行压缩,并通过提高线路上的传输速率来达到两个方向的时分复用的目的。上一页下一页返回2.2数据通信概述采用回波抵消法实现二线全双工的原理如下。其中S、R分别为发送信号和接收信号,E是本地DCE与线路之间不匹配而引起的回波(称为近端回波),它混入接收信号R中,另外还有一部分是由线路本身不匹配而产生的远端回波,精心设计的回波消除器,使其产生一个与E幅度相等极性相反的等效回波E,则U=E+R+E=R,接收机收到的就只有对方送来的“纯”R信号了。由于采用回波抵消法来实现二线全双工传输时,不需要提高线路上的传输速率,在同样的条件下,最大传输距离可比时间压缩法要长。采用此种传输方式可以节省一对用户接入线路,但对DSU和OSU设备则比四线方式复杂。此方式适合用户接入线路较长时采用。3.通过模拟传输线路接入网路这是在模拟通信技术体制下的数据传输方式。这时在用户端和交换机中,均需装设调制解调器。上一页下一页返回2.2数据通信概述2.2.4数据通信的传输控制规程1.数据链路传输控制规程为了有效可靠地进行数据通信,对传输操作实施严格的控制和管理,完成这种控制和管理的规则称为数字链路传输控制规程,也就是数据链路层协议。任何两个DTE之间只要执行了某一数据链路层协议而建立起双方的逻辑连接关系后,这一对通信实体之间的传输通路就称为数据链路。在数据链路上传输数据的过程分为五个阶段,这和电话通信过程十分相似。第一阶段:接通线路,建立物理连接。第二阶段:建立数据链路,确定通信对象。上一页下一页返回2.2数据通信概述第三阶段:传送数据,这是数据链路传输控制规程中的主要阶段。第四阶段:该阶段主要是结束传送,拆除链路,但并不拆除物理连接,可以再一次进入第二阶段,建立新的数据链路。第五阶段:拆线,拆除物理连接。上述的五个阶段中,第二至第四阶段属于数据链路控制规程的范围,而第一和第五阶段是在公用交换网完成的操作。2.数据链路的功能(1)链路管理:在数据通信过程中,建立、维持、释放数据链路以及控制信息的传输方向等就叫作链路管理。(2)帧同步:帧同步是指收方能从收到的比特流中明确地区分出一帧的开始和结束。上一页下一页返回2.2数据通信概述(3)流量控制:数据链路中的链路控制规程应能调节数据电路上的信息流量,防止数据的丢失和拥塞。(4)差错控制:在数据通信中,差错控制主要采用检错重发法。为防止帧的重收和漏收,采用帧编号发送。(5)区分开数据和控制信息:数据链路采用某些措施使收方能把数据和控制信息区分开来。(6)透明传输:所谓透明传输是指发方用户发给收方用户的数据经过链路的传输和处理后,在收端收到的数据与送出的数据完全一样,而且链路对用户数据没有任何限制。(7)寻址:在多点连接的情况下,要保证每一帧送到正确的地方,接收方应知道发送方的地址。(8)异常处理:包括检测异常情况和提供处理办法等。上一页下一页返回2.2数据通信概述3.传输控制规程的种类传输控制规程基本上可以分为两大类,即面向字符型控制规程和面向比特型控制规程。面向字符型控制规程的特点是利用专门定义的传输控制字符和序列完成链路的控制功能,主要适用于中低速异步或同步数据传输,以双向交替工作的通信方式进行操作。面向字符型的控制规程主要有基本型控制规程及其扩充规程(如会话型传输控制规程、编码独立的信息传输规程等)。这种控制规程一般适用于“主机—终端”型数据通信系统,一般说来不适合计算机之间的通信,因此这种规程应用范围受到一定的限制。上一页下一页返回2.2数据通信概述面向比特型控制规程的特点是不采用传输控制字符,而仅采用某些比特序列完成控制功能,实现不受编码限制的透明传输,传输效率和可靠性都高于面向字符型的控制规程。它主要适用于中高速同步全双工方式的数据通信,尤其适用于分组交换网与终端之间的数据传输。随着计算机网的发展,它将成为一种重要的传输控制规程。2.2.5高级数据链路控制规程(HDLC)高级数据链路控制规程(HighLevelDataLinkControlProcedures)是国际标准化组织(ISO)颁布的一种面向比特型数据的链路控制规程。上一页下一页返回2.2数据通信概述1.帧帧是通过链路传送的一个完整的信息组,它是信息传输的基本单元。在HDLC规程中,所有信息都以帧为单位进行传输。帧可以分为命令帧和响应帧。2.帧结构(1)帧格式。所有的帧都使用标准的格式,如图2-12所示。图中长格式的帧包括数据和链路控制信息,短格式的帧是只包括链路控制信息,而且只起监督控制作用的帧。上一页下一页返回2.2数据通信概述(2)帧内容的透明性。为了防止误认标志序列情况的出现,在送往链路的两个F之间不准出现与F相同的结构形式。(3)命令和响应。HDLC规程中,目前已定义了18种命令和13种响应。这些命令和响应是为适应各种应用而设置的,对某一特定的应用只需其中某些命令和响应。上一页返回2.3以太网技术2.3.1以太网概述世界上第一个局域网就是以太网(Ethernet),它是1972年由美国施乐(Xerox)公司在加利福尼亚州(简称加州)的研究中心建立的实验系统。以太网是目前全球使用最广泛的局域网技术。作为IP网络的一种极具吸引力的解决方案,以太网具有下列关键特性:可扩充性;灵活的部署距离,支持从短程局域网(大约100m)到长距离城域网(40km以上)的各种网络应用。1.以太网通常所说的以太网主要是指以下三种不同的局域网技术。(1)以太网IEEE802.3:采用同轴电缆作为网络媒体,传输速率达到10Mb/s。下一页返回2.3以太网技术(2)100Mb/s以太网:又称为快速以太网,采用双绞线作为网络媒体,传输速率达到100Mb/s。(3)1000Mb/s以太网:又称为千兆以太网,采用光缆或双绞线作为网络媒体,传输速率达到1000Mb/s(1Gb/s)。2.以太网的分类按传输介质可以分为有线以太网和无线以太网两大类。有线以太网又可细分为电缆(同轴电缆和双绞线)以太网与光缆(多模光缆和单模光缆)以太网。无线以太网也可细分为不同传输频段(2.4GHz、5GHz)以太网。上一页下一页返回2.3以太网技术有线以太网的主要优点是传输距离长(可以超过100km),数据传输速率高(可达10Gb/s),抗干扰性能强,传输线路可靠,基本不受天气环境影响,其缺点是因需要铺设传输介质线路而增加大量投资,由于传输介质线路固定而缺乏灵活性。无线以太网由于是无线传输使网络而有充分的灵活性,可根据需要移动接入站点位置,因不需要铺设传输介质线路而节省大量投资;可方便用户移动实现在宽广范围漫游。其缺点是传输距离短(一般来说仅在百米左右),受天气环境影响使传输线路可靠性差,为提高抗干扰性能需要有优良的自动纠误功能、数据传输速率较低。上一页下一页返回2.3以太网技术按网络的拓扑结构方法分为采用ISO/IEO8802-3和IEEE802.3标准的星型拓扑以太网与采用ISO/IEO8802-5和IEEE802.5标准的环型拓扑以太网。前者又分为1Base-T、10Base-T、100Base-TX、1000Base-X和10000Base-X五种。它们分别遵守的协议如表2-2所示。2.3.2以太网连接设备局域网设备包括网卡、集线器、交换机、服务器等,连接网间网络的设备基本上可分为中继器、网桥、路由器和网关四类。上一页下一页返回2.3以太网技术1.网卡网卡把数据包转换成网络中传输的信号。每一块网卡出厂时,硬件制造商分配给它一个物理地址。这个物理地址已经编到网卡的芯片里。大多数网卡厂商把MAC地址烧入ROM中。当网卡初始化时,ROM中的物理地址拷入RAM中。由于MAC地址在网卡中,如果把网卡放入计算机中。计算机的物理地址就变成了新网卡的地址。2.中继器OSI参考模型的最低层(物理层)包括线缆和电气信号。在物理层上操作的设备称为中继器,它接收LAN段上的传输信号并再生,以延伸信号的传播距离。上一页下一页返回2.3以太网技术3.交换机交换技术是为了解决以太网在用户增加、负载加大的情况下,由于多个用户共享信道而使实际传送速度降低的问题。在以往采用集线器的以太网中,多个用户共享同一信道,—个用户传送数据时,其他所有用户都必须等待,因而用户的实际使用速率大为下降。例如,在一个有五个用户的10Base-T网络中,当负载较重时,每个用户的平均可用网络速率仅约为网络总带宽的五分之一,即2Mb/s。交换机则是相当于把整个网络划分成一个个单用户的网段,在这个网段上只有一个用户,因而不存在碰撞问题,使用户可以充分利用带宽。在上例中若将普通集线器换成交换式集线器,那么相当于每个用户都可以独自使用10Mb/s带宽,因而大幅度提高网络性能。上一页下一页返回2.3以太网技术4.网桥网桥工作在OSI参考模型的第2层(数据链路层)上,不需要检查上层信息。网桥基于站点或MAC地址,将业务量分成几段并将其进行过滤,以减少网络上不必要的业务量并将冲突发生的可能性降至最低。从硬件配置的位置上看,网桥可分为内部和外部两种。组成内部网桥的NIC安装在文件服务器内,外部网桥硬件则放在专门用作网桥的PC或其他设备上。从地址位置上又可分为本地网桥和远程网桥。从协议的角度又可分为Ethernet和TokenRing。网桥提供了网络扩展或LAN互联的能力,它在相对低的层上[数据链路层的媒体存取控制(MAC)子层]连接LAN,使用数据链路层较高子层[逻辑链路控制(LLC)]进行路由选择。网桥优于其他连接设备的特点是连接速度可达到30000b/s。上一页下一页返回2.3以太网技术5.路由器路由器在网络层连接网络,它是一种协议相关的设备,依通信协议而变化。路由器具有在网际内部建立许多不同子网的能力。这些子网可以是潜在的独立管理域,用来管理网络。路由器可以保存整个网络的映像,使用这种映像可检查去目的地的不同通路的状态,确定包传输的最佳路线。6.网关网关又称为协议转换器,主要用于连接不同结构体系的网络或用于局域网与主机之间的连接。网关工作在OSI参考模型的传输层或更高层,在所有网络互联设备中最为复杂。上一页下一页返回2.3以太网技术网关连接的是不同体系的网络结构,它只能针对某一特定应用而言,不可能有通用的网关。因此,连接不同网络,及用于不同用途(如电子邮件、远程终端仿真等)的网关之间也各不相同。Novell开发了几种连接不同环境的网关,用于连接IBM和NetWare的称为NetWareforSNA,用于连接DEC和NetWare的称为NetWareforDECAccess,用于连接UNIX系统和NetWare的称为NFSGatewa。上一页下一页返回2.3以太网技术2.3.3快速以太网快速以太网(FastEthernet)是一类新型的局域网,名称中的“快速”是指数据速率可以达到100Mb/s,是标准以太网的数据速率的十倍。快速以太网是一种高速局域网技术,能够为桌面用户以及服务器或者服务器集群等提供更高的网络带宽。它具体包括两种技术:100BASE-T和100VG-AnyLAN(适用于令牌环网)。100Base-T是IEEE正式接受的100Mb/s以太网规范,采用非屏蔽双绞线(UTP)或屏蔽双绞线(STP)作为数据传输介质,媒体访问控制(MAC)层与IEEE802.3协议所规定的MAC层兼容,被IEEE作为802.3规范的补充标准802.3u公布。上一页下一页返回2.3以太网技术100VG-AnyLAN是100Mb/s令牌环网和采用四对UTP作为数据传输介质的以太网的技术规范,MAC层与IEEE802.3标准的MAC层并不兼容。100VG-AnyLAN由HP公司开发,主要是为那些对网络时延要求较高的应用,例如多媒体信息的传输等提供支持,IEEE将其作为802.12规范公布。1.100Base-T100Base-T沿用了IEEE802.3规范所采用的CSMA/CD技术。无论是帧的结构、长度还是错误检测机制等都没有做任何的改动。此外,100Base-T支持所有能够在IEEE802.3网络环境下运行的软件和应用。100Base-T提供了10Mb/s和100Mb/s两种网络传输速率的自适应功能,网络设备之间可以通过发送快速链路脉冲(FLP)进行自动协商,从而实现10Base-T和100Base-T两种不同网络环境的共存和平滑过渡。上一页下一页返回2.3以太网技术构成100Base-T网络物理连接的主要部件包括以下几种。数据传输介质:数据传输介质用于计算机之间的信号传递。100Base-T主要采用三种不同类型的数据传输介质,分别是100Base-TX、100Base-FX和100Base-T4。媒体相关接口(MDI):MDI是一种位于传输媒体和物理层设备之间的机械和电气接口。物理层设备(PHY):PHY提供10Mb/s或100Mb/s操作,可以是一组集成电路,也可以作为外部独立设备使用,通过MII电缆与网络设备上的MII端口连接。媒体独立接口(MII):使用100Mb/s外部收发器,MII可以把快速以太网设备与任何一种数据传输介质连接在一起。MII是一种40针接口,连接电缆的最大长度为0.5m。上一页下一页返回2.3以太网技术在统一的IEEE802.3MAC层下面有三种不同的物理层介质,可以分别用来满足不同的布线环境。其中,100Base-TX继承了10Base-T5布线系统,在布线不变的情况下,把10Base-T设备更换成100Base-TX设备就可以直接升级为快速以太网系统;同样,100Base-FX继承了10Base-FL多模光纤系统,也可以直接升级到100Mb/s;对于一些较早的采用3类UTP的以太网系统,可以采用100Base-T4进行升级。100Base-T和10Base-T采用的是相同的IEEE802.3MAC层访问和碰撞检测机制,并且对帧的结构和长度的要求也完全相同。除了在传输速率方面的不同之外,两者之间最主要的区别就是网络直径不同。100Base-T最大网络直径只有205m,大约相当于10Mb/s以太网的1/10。上一页下一页返回2.3以太网技术因为网络介质本身的传播速率不变,在采用相同的碰撞检测机制的情况下,当一台工作站的传送速度加快10倍的时候,为了保证仍然能够检测到与位于网络最远距离处的其他工作站之间可能发生的信号碰撞,必须要求网络的最大距离缩小至1/10。100Base-T采用一种被称为快速链路脉冲(FLP)的脉冲信号,在网络连接建立初期检测100Base-T工作站和网络集线器之间的链路完好性。从这一方面来说,FLP与10Base-T所采用的正常链路脉冲(NLP)是相互兼容的。但是,除了提供NLP所具有的功能之外,FLP还可以用来在100Base-T工作站和集线器之间进行自动协商,确定双方共同的工作模式。上一页下一页返回2.3以太网技术100Base-T支持自动协商功能,网络工作站和集线器可以通过相互之间发送的FLP脉冲信号,交换各自的设置信息,创建最佳通信环境。通过自动协商,可以在网络设备之间实现速度匹配,在支持全双工模式的设备之间实现全双工通信,以及对100Base-T4和100Base-TX工作站实现自动信号配置等。2.100VG-AnyLAN100VG-AnyLAN是基于100Base-VG的技术,这里VG代表声音级(VoiceGrade),表示采用音频非屏蔽双绞线作为物理媒体。美国联邦通信委员会规定非屏蔽双绞线上的信号频率必须低于30MHz,为了利用现有音频,非屏蔽双绞线传输100Mb/s的数据流,100VGAnyLAN采用了四重信号技术。上一页下一页返回2.3以太网技术这种技术在每个节点和集线器间连接有四对非屏蔽双绞线,信息分四路在四对双绞线上同时传输,进行半双工通信。由于目前采用四对非屏蔽双绞线的较多,所以100VG-AnyLAN又被称为4-UTP100VG-AnyLAN。100VG-AnyLAN的网络拓扑结构与100Base-T相同,都为星型结构。在信道上,100VG-AnyLAN采用了5B6B、不归零制和扰码技术,这组技术不但编码效率高,并且增强了数据抗噪声和抗错码的能力,简化了定时恢复电路的实现。上一页下一页返回2.3以太网技术100VG-AnyLAN的MAC层和以太网采用的CSMA/CD完全不同,它是采用需求优先权访问方法。这种方法实质上是一种轮流访问方式。它避免了冲突的发生,而且能保证用户等待时间最大不超过其余各用户各发送一帧信息所需时间之和,确保了网络在重负荷时的时延性能。另外,为了满足不同业务的不同服务要求,100VG-AnyLAN还采用了优先级机制,因此,它适合于实时业务传输和多媒体信息传输。100VG-AnyLAN的不足之处是其MAC层与以太网不兼容,因而现有大量10Mb/s以太网的用户难于向100VG-AnyLAN过渡。另外,该技术虽然在初期得到IBM、AT&T和HP等公司的推动和支持,但目前还只有HP等少数公司提供有关产品。上一页下一页返回2.3以太网技术2.3.4千兆以太网局域以太网从10Mb/s开始发展到今天风靡一世的千兆以太网。千兆以太网以高效、高速、高性能而著称,已经广泛应用在金融、商业、教育、政府机关及厂矿企业等各行各业。千兆以太网是建立在以太网标准基础之上的技术。千兆以太网和大量使用的以太网与快速以太网完全兼容,并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范,其中包括CSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控制以及IEEE802.3标准中所定义的管理对象。作为以太网的一个组成部分,千兆以太网也支持流量管理技术,它保证在以太网上的服务质量,这些技术包括IEEE802.1P第二层优先级、第三层优先级的QoS编码位、特别服务和资源预留协议(RSVP)。上一页下一页返回2.3以太网技术千兆以太网还利用IEEE802.1QVLAN支持、第四层过滤、千兆位的第三层交换。千兆以太网原先是作为一种交换技术设计的,采用光纤作为上行链路,用于楼宇之间的连接。之后,在服务器的连接和骨干网中,千兆以太网获得广泛应用,由于IEEE802.3ab标准(采用五类及以上非屏蔽双绞线的千兆以太网标准)的出台,千兆以太网可适用于任何大中小型企事业单位。目前,千兆以太网已经发展成为主流网络技术。大到成千上万人的大型企业,小到几十人的中小型企业,在建设企业局域网时都会把千兆以太网技术作为首选的高速网络技术。千兆以太网技术甚至正在取代ATM技术,成为城域网建设的主力军。上一页下一页返回2.3以太网技术千兆以太网主要有以下特点。(1)千兆以太网提供了完美无缺的迁移途径,充分保护现有网络基础设施的投资。千兆以太网将保留IEEE802.3和以太网帧格式以及802.3受管理的对象规格,从而使企业能够在升级至千兆性能的同时,保留现有的线缆、操作系统、协议、桌面应用程序和网络管理战略与工具。(2)千兆以太网相对于原有的快速以太网、FDDI、ATM等主干网解决方案,提供了一条最佳的路径。至少在目前看来,是改善交换机与交换机之间骨干连接和交换机与服务器之间连接的可靠、经济的途径。网络设计人员能够建立有效使用高速、关键任务的应用程序和文件备份的高速基础设施。网络管理人员将为用户提供对Internet、Intranet、城域网与广域网的更快速的访问。上一页下一页返回2.3以太网技术(3)IEEE802.3工作组建立了802.3z和802.3ab千兆以太网工作组,其任务是开发适应不同需求的千兆以太网标准。该标准支持全双工和半双工1000Mb/s,相应的操作采用IEEE802.3以太网的帧格式和CSMA/CD介质访问控制方法。千兆以太网还要与10Base-T和100Base-T向后兼容。此外,IEEE标准将支持最大距离为550m的多模光纤、最大距离为70km的单模光纤和最大距离为100m的同轴电缆。千兆以太网填补了802.3以太网/快速以太网标准的不足。上一页下一页返回2.3以太网技术千兆以太网络是由千兆交换机、千兆网卡、综合布线系统等构成的。千兆交换机构成了网络的骨干部分,千兆网卡安插在服务器上,通过布线系统与交换机相连,千兆交换机下面还可连接许多百兆交换机,百兆交换机连接工作站,这就是所谓的“百兆到桌面”。在有些专业图形制作、视频点播应用中,还可能会用到“千兆到桌面”及用千兆交换机连到插有千兆网卡的工作站上,满足了特殊应用下对高带宽的需求。上一页下一页返回2.3以太网技术在建设网络之前,究竟用千兆还是百兆,要从实际出发,从应用出发,考虑网络应该具备哪些功能。不同的应用有不同的需求,而且几乎没有只有单一业务的网络。但是,在各种业务中,生产性业务肯定是优先级最高的。如果在网络中传输语音,那么语音业务也需要优先安排。如果对业务优先的需求很高,网络必须有QoS保证。这样的网络必须要智能化,在交换机端口能够识别是什么类型的业务通过,然后对不同的业务进行排队,为不同的业务分配不同的带宽,这样才能保证关键性业务的运行。数据业务本身是智能的,不管多少带宽都可以传输,只是时间长短而已,但是语音或者视频就不一样了,如果带宽小了之后,马上就听不清楚了,或者图像产生抖动,这都是不允许的,所以QoS非常重要。上一页下一页返回2.3以太网技术对单纯的数据网络,在QoS方面的需求就很低。在规划网络的时候,必须先了解清楚哪些功能是必需的,哪些可以不考虑。例如,目前多址广播是比较重要的性能之一,如果需要在网络中传输图像,而网络不具备多址广播的特性,那么网络的带宽浪费就会非常严重,甚至根本无法实现。面对日益增长的数据流和多媒体服务,大容量、高速率、多功能模块高端网络产品的市场规模将不断扩大。可以预见的是,千兆以太网交换机所占的市场份额会越来越大。随着Internet的发展和网络上层出不穷的应用,万兆以太网将是以后的主流,但至少在近两年内,千兆以太网仍然是市场上的主流。上一页返回2.4组建局域网2.4.1局域网的分类局域网可分成三大类。(1)平时常说的局域网(LAN)。(2)另一类是采用电路交换技术的局域网,称为计算机交换机(ComputerBrancheXchange,CBX)或PBX(PrivateBrancheXchange)。(3)还有一类是新发展的高速局域网(HighSpeedLocalNetwork,HSLN)。下一页返回2.4组建局域网2.4.2局域网的特点区别于一般的广域网(WAN),局域网(LAN)具有以下特点。(1)地理分布范较小,一般为数百米至数公里。可覆盖一幢大楼、一所校园或一个企业。(2)数据传输速率高,一般为0.1~100Mb/s,目前已出现速率高达1000Mb/s的局域网。可交换各类数字和非数字(如语音、图像、视频等)信息。(3)误码率低,一般在10-11~10-8及以下。这是因为局域网通常采用短距离基带传输,可以使用高质量的传输媒体,从而提高了数据传输质量。(4)以PC为主体,包括终端及各种外设,网中一般不设中央主机系统。上一页下一页返回2.4组建局域网(5)一般包含OSI参考模型中的低三层功能,即涉及通信子网的内容。(6)协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。2.4.3局域网的介质访问控制方法环型或总线型拓扑中,由于只有一条物理传输通道连接所有的设备,因此,连到网络上的所有设备必须遵循一定的规则,才能确保传输媒体的正常访问和使用。常用的媒体访问控制方法有:具有冲突检测的载波监听多路访问(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection,CSMA/CD)、控制令牌(ControlToken)及时槽环(SlottedRing)三种技术。上一页下一页返回2.4组建局域网1.具有冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)CSMA/CD采用随机访问和竞争技术,这种技术只用于总线拓扑结构网络。CSMA/CD结构将所有的设备都直接连到同一条物理信道上,该信道负责任何两个设备之间的全部数据传送,因此称信道是以“多路访问”方式进行操作的。站点以帧的形式发送数据,帧的头部含有目的和源点的地址。帧在信道上以广播方式传输,所有连接在信道上的设备随时都能检测到该帧。当目的地站点检测到目的地址为本站地址的帧时,就接收帧中所携带的数据,并按规定的链路协议给源站点返回一个响应。上一页下一页返回2.4组建局域网采用这种操作方法时,在信道上可能有两个或更多的设备在同一瞬间发送帧,从而在信道上产生千万帧的重叠出现并伴有差错,这种现象称为冲突。为减少这种冲突,源站点在发送帧之前,首先要监听信道上是否有其他站点发送的载波信号(即进行“载波监听”),若监听到信道上有载波信号则推迟发送,直到信道恢复到安静(空闲)为止。另外,还要采用边发送边监听的技术(即“冲突检测”),若监听到干扰信号,就表示检测到冲突,于是要立即停止发送。为了确保冲突的其他站点知道发生了冲突,首先在短时间里持续发送一串阻塞(Jam)码,卷入冲突的站点则等待一随机时间,然后准备重发受到冲突影响的帧。这种技术对发生冲突的传输能迅速发现并立即停止发送,因此能明显减少冲突次数和冲突时间。上一页下一页返回2.4组建局域网CSMA/CD的特点是采取“争用型”介质控制方式,各节点地位平等,结构简单,易于实现,价格低廉。缺点是无法设置介质访问优先权,对站点发送信息不提供任何时间上的保证。低负荷时,网络具有较高的效率,但在负荷较重的情况下,竞争的站点过多,冲突也增加,传输延迟剧增,网络的性能也会急剧下降。2.控制令牌控制令牌是另一种传输媒体访问控制方法。它是按照所有站点共同理解和遵守的规则,从一个站点到另一个站点传递控制令牌,一个站点只有当它占有令牌时,才能发送数据端帧,发完帧后,即把令牌传递给下一个站点。其操作次序如下。(1)首先建立一个逻辑环,将所有站点同物理媒体相连,然后产生一个控制令牌。上一页下一页返回2.4组建局域网(2)控制令牌由一个站点沿着逻辑环顺序向下一个站点传递。(3)等待发送帧的站点接收到控制令牌后,把要发送的帧利用物理媒体发送出去,然后再将控制令牌沿逻辑环传递给下一站点。控制令牌方法除了用于环型网拓扑结构(即令牌环)之外,也可以用于总线型网拓扑结构(即令牌总线),这两类结构建立的逻辑环分别如图2-13(a)、(b)所示。对于一个物理环,令牌传递的逻辑结构和物理环的结构是相同的,令牌传递的次序和站点连接的物理次序也是一致的;对于总线网,逻辑环次序则不必和电缆上的站点连接次序相对应,所有站点没有必要按逻辑环连接。例如图2-13(b)中,H站并不是逻辑环的一部分,这意味着H站永远拿不到令牌,因此只能以接收方式工作。上一页下一页返回2.4组建局域网控制令牌访问介质方式的优点。(1)不存在竞争,因此不会出现冲突,常用于高负荷通信量网络。(2)令牌绕一周的时间固定,实时性好,适用于控制性或实时性要求较高的场合。(3)令牌单向流动,因此可使用带宽高的光纤作为传输介质。(4)可以设置优先级,适合集中管理。(5)负荷较高时有较好的响应方式。控制令牌访问介质方式的缺点:管理机制较为复杂,为了防止令牌损坏、丢失或重新生成令牌而出现两个或多个令牌等错误,必须具有错误检测能力、恢复机制等。并且网络中需要有一个站点被设计成监视站点,用于检查令牌是否丢失、重复等。上一页下一页返回2.4组建局域网2.4.4双绞线的制作双绞线如图2-14所示。水晶头有两种标准做法,分别为TIA/EIA568B和TIA/EIA568A。制作水晶头首先将水晶头有卡的一面向下,有铜片的一面朝上,有开口的一方朝向自己身体,从左至右排序为1、2、3、4、5、6、7、8,如图2-15所示。下面是TIA/EIA568B和TIA/EIA568A网线线序(优先选择568B网线接法)。568A排线顺序:白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕。568B排线顺序:白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。上一页下一页返回2.4组建局域网在整个网络布线中应采用一种布线方式,但两端都有RJ-45plug的网络联线无论是采用端接方式A,还是端接方式B,在网络中都是通用的。双绞线的顺序与RJ-45接头的引脚序号一一对应。10Mb/s以太网的网线接法使用1、2、3、6编号的芯线传递数据,100Mb/s以太网的网线使用4、5、7、8编号的芯线传递数据。为何现在都采用四对(八芯线)的双绞线呢?这主要是为适应更大的使用范围,在不变换基础设施的前提下,就可满足各式各样的用户设备的网线接线要求。例如,我们可同时使用其中一对绞线来实现语音通信。100Base-T4RJ-45对双绞线网线接法的规定如下。1、2用于发送,3、6用于接收,4、5、7、8是双向线;1、2必须是双绞,3、6双绞,4、5双绞,7、8双绞。上一页下一页返回2.4组建局域网根据网线两端RJ-45接头做法是否相同,有两种网线接法。直通线:网线两端RJ-45接头做法相同,都采用T

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