《计算机网络导论》第二章

什 么 是 交 换 ？由 中 间 节 点 进 行 转 接 的 通 信 称 为 交 换 。例 如 ， 电 话 交 换 机 在 用 户 呼 叫 时 为 用 户 选 择 一 条 可用 的 线 路 进 行 接 续 。 用 户 挂 机 后 则 断 开 该 线 路 ， 该线 路 又 可 分 配 给 其 它 用 户 。最 初 的 交 换 ： 人 工 转 接 交 换为 什 么 要 采 用 交 换 技 术 ？节 省 线 路 投 资 ， 提 高 线 路 利 用 率 。实 现 交 换 的 方 法 主 要 有 ： 电 路 交 换 、 报 文交 换 和 分 组 交 换 。 电 路 交 换在 通 信 双 方 之 间 建 立 一 条 临 时 专 用 线 路 的 过 程 。可 以 是 真 正 的 物 理 线 路 ， 也 可 以 是 一 个 复 用 信 道 。特 点 ： 数 据 传 输 前 需 要 建 立 一 条 端 到 端 的 通 路 。 称 为 “ 面 向 连 接 的 ” （ 典 型 例 子 ： 电 话 ）过 程 ： 建 立 连 接 通 信 释 放 连 接优 缺 点 ：建 立 连 接 的 时 间 长 ；一 旦 建 立 连 接 就 独 占 线 路 ， 线 路 利 用 率 低 ；无 纠 错 机 制 ；建 立 连 接 后 ， 传 输 延 迟 小 。不 适 用 于 计 算 机 通 信 ： 因 为 计 算 机 数 据 具 有 突 发 性 的特 点 ， 真 正 传 输 数 据 的 时 间 不 到 10%。 例 如 ： 建 立 连 接 的 时 间 为 0.5秒 ， 计 算 机 以 1Mb/s的 速 率 发 送10k字 节 。 线 路 利 用 率 ？ 电 话 网 络 中 的 电 路 交 换电 路 交 换 也 能 在 多 路 复 用 信 道 上 实 现在 物 理 线 路 的 某 个 信 道 上 建 立 连 接 报 文 交 换以 报 文 为 单 位 进 行 “ 存 储 -转 发 ” 交 换 的 技 术 。在 交 换 过 程 中 ， 交 换 设 备 将 接 收 到 的 报 文 先 存 储 ，待 信 道 空 闲 时 再 转 发 出 去 ， 一 级 一 级 中 转 ， 直 到 目的 地 。 这 种 数 据 传 输 技 术 称 为 存 储 -转 发 。传 输 之 前 不 需 要 建 立 端 到 端 的 连 接 ， 仅 在 相 邻结 点 传 输 报 文 时 建 立 结 点 间 的 连 接 。 称 为“ 无 连 接 的 ” （ 典 型 例 子 ： 电 报 ）整 个 报 文 （ Message） 作 为 一 个 整 体 一 起 发 送 。 报 文 ： 需 要 发 送 的 整 个 数 据 块 （ 报 头 、 正文 、 报 尾 ） 优 缺 点 ：没 有 建 立 和 拆 除 连 接 所 需 的 等 待 时 间 ；线 路 利 用 率 高 ；传 输 可 靠 性 较 高 ；报 文 大 小 不 一 ， 造 成 存 储 管 理 复 杂 ；大 报 文 造 成 存 储 转 发 的 延 时 过 长 ， 且 对 存 储 容 量 要求 较 高 ；出 错 后 整 个 报 文 全 部 重 发 。比 较 ： 下 载 时 若 无 断 点 续 传 功 能 ， 一 旦 出 错 你 会 怎 样 做 ？ 分 组 交 换 （ 包 交 换 ）将 报 文 分 割 成 若 干 个 大 小 相 等 的 分 组 （ Packet） 进 行存 储 转 发 。数 据 传 输 前 不 需 要 建 立 一 条 端 到 端 的 通 路 也 是“ 无 连 接 的 ” 。有 强 大 的 纠 错 机 制 、 流 量 控 制 、 拥 塞 控 制 和 路 由 选 择功 能 。优 缺 点 ：对 转 发 结 点 的 存 储 要 求 较 低 ， 可 以 用 内 存 来 缓 冲 分 组 速 度快 ；转 发 延 时 小 适 用 于 交 互 式 通 信 ；某 个 分 组 出 错 可 以 仅 重 发 出 错 的 分 组 效 率 高 ；各 分 组 可 通 过 不 同 路 径 传 输 ， 容 错 性 好 。需 要 分 割 报 文 和 重 组 报 文 ， 增 加 了 端 站 点 的 负 担 。分 组 交 换 有 两 种 交 换 方 式 ： 数 据 报 方 式 和 虚 电 路 方 式 数 据 报 方 式 （ Datagram）各 分 组 独 立 地 确 定 路 由 （ 传 输 路 径 ）不 能 保 证 分 组 按 序 到 达 ， 所 以 目 的 站 点 需 要 按 分 组 编 号重 新 排 序 和 组 装数 据 报 方 式 不 能 保 证 分 组 按 序 到 达分 组 可 能 通 过 多 个 路 径 穿 越 网 络 虚 电 路 方 式 （ Virtual Circuit）通 信 前 预 先 建 立 一 条 逻 辑 连 接 虚 电 路虚 电 路 是 由 其 路 径 上 的 所 有 交 换 机 中 的 路 由 表 定 义 的类 比 ： 铁 路 系 统 （ 旅 客 /列 车 :分 组 ， 铁 路 网 :网 络 ， 火 车 站 :节 点 ）“ 西 安 北 京 ” 这 条 线 路 可 以 看 成 是 一 条 虚 路 径也 需 要 三 个 过 程 ： 建 立 数 据 传 输 拆 除建 立 虚 电 路 时 ， 交 换 机 将 预 留 传 输 时 所 需 的 所 有 资 源虚 电 路 的 路 由 在 建 立 时 确 定 ， 传 输 数 据 时 则 不 再 需 要 选则 传 输 路 径数 据 传 输 时 只 需 指 定 虚 电 路 号 ， 分 组 即 可 按 虚 电 路 的 路 由 穿 越 网络 “数 字 管 道 ”提 供 的 是 “ 面 向 连 接 ” 的 服 务但 却 没 有 像 电 路 交 换 那 样 始 终 占 用 一 条 端 到 端 的 物 理 通 道 ， 只 是断 续 地 依 次 占 用 传 输 路 径 上 各 个 链 路 段 与 铁 路 系 统 类 比 ！可 以 看 成 是 采 用 了 电 路 交 换 思 想 的 分 组 交 换 能 够 保 证 分 组 按 序 到 达永 久 虚 电 路 PVC和 交 换 虚 电 路 SVC 分 组 通 过 预 先 建 立 好 的 虚 电 路 穿 越 网 络 三 种 交 换 方 式 的 事 件 顺 序呼叫请求 呼叫应答数据 A B C D 寻 路 延 迟线 路 交 换 分 组 1分 组 2分 组 3A B C D分 组 交 换分 组 4t 报 文 A B C D 排 队 延 迟报 文 交 换 第 2章 网 络 传 输 介 质传 输 介 质 的 分 类 及 基 本 连 接 方 法 2.1双 绞 线 2.2同 轴 电 缆 2.3光 纤 2.4无 线 传 输 l 磁 介 质高 带 宽 、 低 费 用 、 高 延 时 （ 小 时 ） 在 通 信 中 很 少 使 用l 金 属 导 体双 绞 线 、 同 轴 电 缆 (粗 、 细 )l 光 纤l 无 线 介 质无 线 电 、 微 波 、 卫 星 、 红 外 线 、 激 光 网 络 传 输 系 统 的 分 类 根 据 介 质 有 线 传 输 系 统 无 线 传 输 系 统 有 线 传 输 介 质 双 绞 线 光 纤 同 轴 电 缆 大 对 数 缆 无 线 传 输 介 质 电 磁 波 谱 红 外 线 与 激 光 无 线 电 传 输 2.1 双 绞 线 2.1.1结 构 两 根 绝 缘 导 线 按 一 定 密 度 相 互 绞 在 一 起 双 绞 线 的 一 个 双 绞 循 环 称 作 扭 矩 扭 矩 越 小 ， 抗 干 扰 能 力 越 强 应 用 领 域 ： 电 话 网 络 、 计 算 机 局 域 网 传 输 信 号 ： 传 输 模 拟 信 号 和 数 字 信 号 双 绞 线 （ Twist Pair， TP）-螺 旋 绞 合 的 双 导 线-每 根 4对 、 25对 、 1800对 （ 2-1800）-典 型 连 接 距 离 100m（ LAN）-RJ45插 座 、 插 头-优 缺 点 ： 成 本 低 组 装 密 度 高 、 节 省 空 间 安 装 容 易 （ 综 合 布 线 系 统 ） 平 衡 传 输 （ 高 速 率 ） 抗 干 扰 性 一 般 连 接 距 离 短内 导 体 芯 线绝 缘内 屏 蔽外 屏 蔽外 套 2.1.2分 类 与 规 格 型 号1. 分 类 屏 蔽 双 绞 线 （ STP） 和 非 屏 蔽 双 绞 线 （ UTP） 铜 质 线 芯 ， 传 导 性 能 良 好 。 可 用 于 传 输 模 拟 信 号 和 数 字 信 号 。 速 率 ： 较 高 抗 干 扰 性 ： 弱 于 同 轴 电 缆 。 相 对 价 格 ： 比 同 轴 电 缆 和 光 纤 便 宜 得 多 屏 蔽 双 绞 线 (STP) 非 屏 蔽 双 绞 线 (UTP)以 铝 箔 屏 蔽 以 减 少 干扰 和 串 音 ， 应 用 较 少 双 绞 线 外 无 任 何 屏 蔽层 ， 应 用 广 泛常 用 的 双 绞 线 ： 3类 （ 16Mb/s） 和 5类 （ 155Mb/s） 两 种 2. 规 格 型 号1类 语 音 信 号 80年 代 之 前 的 电 话 线2类 语 音 传 输数 据 传 输 1MHz4Mb/s 令 牌 环 网3类 语 音 传 输数 据 传 输 16MHz10Mb/s 10Base-T(双 绞 线 )4类 语 音 传 输数 据 传 输 20MHz16Mb/s 10Base-T100Base-T基 于 令 牌 的 LAN5类 语 音 传 输数 据 传 输 100MHz100Mb/s 10Base-T100Base-T超 5类 语 音 传 输 数 据 传 输 1000Mb/s 低 于 1000M的 以 太 网6类 语 音 传 输数 据 传 输 250MHz1000Mb/s 千 兆 以 太 网 3.阻 抗 特 性100 欧 姆120 欧 姆150 欧 姆 2.1.3 识 别1.线 对 数 目 4对2.扭 绞 要 求 不 同 的 线 对 具 有 不 同 的 扭 矩3.线 缆 产 品 标 识 一 般 包 括 生 产 商 、 产 品 号 、 双 绞 线 类 型 、 长 度 标 志 、 生 产 日 期 、NEC/UL防 火 测 试 和 级 别 、 CSA防 火 测 试4.是 否 易 弯 曲 。 双 绞 线 应 弯 曲 自 然 ， 以 方 便 布 线5.铜 芯 是 否 具 有 较 好 的 韧 性 ， 在 移 动 中 不 致 于 断 线 6.是 否 具 有 阻 燃 性 可 以 用 火 来 烧 一 下 测 试 :如 果 是 正 品 ， 胶 皮 会 受 热 松 软 ， 不 会 起 火 ;如 果 是 假 货 ， 一 点 就 着 2.1.4 RJ-45接 头 与 插 槽 8个 凹 槽 、 8个 金 属 接 点 8p8c 触 点 分 配触 点 信 号 1 TxD（ +） 2 TxD（ -） 3 不 用 4 不 用 5 RxD（ +） 6 不 用 7 RxD（ -） 8 不 用 具 有 RJ-45接 口 的 网 卡 2.1.5 双 绞 线 的 制 作 与 简 单 测 试1.线 序 T568B线 序1 2 3 4 5 6 7 8橙 白 橙 绿 白 蓝 蓝 白 绿 棕 白 棕T568A线 序1 2 3 4 5 6 7 8绿 白 绿 橙 白 蓝 蓝 白 橙 棕 白 棕 12345678 12345678 12345678 12345678交 叉 线 直 连 线 交 叉 线 ： 交 换 机 -交 换 机 、 PC-PC、 HUB-HUB(标 准 端 口 )直 连 线 ： PC/路 由 器 -交 换 机 /HUB、 HUB-HUB(级 连 端 口 ) 翻 转 线 ： 用 于 连 接 控 制 端 口 ， 作 为 控 制 线 使 用双 绞 线 的 三 种 常 用 的 连 接 方 法 ： 直 通 线 和 交 叉 线 、 翻 转 线 2.双 绞 线 的 制 作1) 剪 下 所 需 要 的 双 绞 线 长 度 ,然 后 再 利 用 双 绞 线 剥 线 器 将 双 绞 线的 外 皮 除 去 2 3厘 米 。2) 将 8根 线 按 EIA/TIA568B线 序 排 好 理 顺 后 ， 用 压 线 钳 或 剪 刀将 头 部 剪 齐 。 裸 露 出 的 双 绞 线 只 剩 约 14mm的 长 度 ， 用 力 将 8根线 并 排 塞 入 RJ-45头 内 ， 直 到 8根 线 全 部 顶 到 底 部 。 3) 放 松 压 线 钳 ， 将 RJ-45头 用 力 塞 入 压 线 钳 的 RJ-45插 座 内 ， 直 到 塞不 动 为 止 ， 用 力 压 下 压 线 钳 的 手 柄 ， 直 到 琐 扣 松 开 。 4) 拔 出 做 好 的 RJ-45头 ， 用 同 样 的 方 法 制 作 另 一 个 RJ-45头 。 5) 将 做 好 的 网 线 每 端 各 插 入 电 缆 测 试 仪 一 个 模 块 的 RJ-45插 座 内 ， 打开 主 模 块 的 电 源 开 关 ， 则 应 看 到 另 一 个 模 块 上 的 1&2、 3&6、 4&5、7&8四 个 指 示 灯 按 顺 序 轮 流 发 光 ， 则 该 网 线 制 作 成 功 。 否 则 ， 重新 制 作 。 2.2 同 轴 电 缆2.2.1结 构 同 轴 电 缆 （ Coaxial Cable）计 算 机 网 络 中 使 用 基 带 同 轴 电 缆阻 抗 50， 有 粗 同 轴 和 细 同 轴 两 种应 用 ： 总 线 局 域 网 （ 以 太 网 ）性 能 ： 10Mb/s， 500米 /185米铜 芯绝 缘 层 外 导 体屏 蔽 层保 护 套 2.2.2分 类基 带 同 轴 电 缆 ： 网 络 同 轴 电 缆数 字 传 输阻 抗 ： 50速 率 ： 10Mbps分 类 ： 粗 缆 和 细 缆 ；宽 带 同 轴 电 缆 ： 视 频 同 轴 电 缆它 既 可 使 用 频 分 多 路 复 用 的 模 拟 信 号 发 送 ， 也 可 传 输 数 字 信 号 。阻 抗 ： 75用 途 ： CATV 可 传 输 多 路 电 视 信 号 1.粗 缆 的 连 接 （ 10Base5网 络 ）Pc网 卡 AUI接口 =50m收 发 器 电 缆 收发器 粗 缆 (=2.5m终 端 匹 配 器 技 术 参 数 最 大 干 线 段 长 度 :500米 。 最 大 网 络 干 线 电 缆 长 度 :2500米 。 每 条 干 线 段 支 持 的 最 大 结 点数 :100。 收 发 器 之 间 最 小 距 离 :2.5米 。 收 发 器 电 缆 的 最 大 长 度 :50米 所 需 硬 件 ：网 络 接 口 卡 ： 具 有 AUI接 口的 以 太 网 卡收 发 器收 发 器 电 缆 （ AUI电 缆 ）终 端 匹 配 器中 继 器 （ 4个 联 5段 2500米 ） AUI接 口特 点 ：（ 1） 可 靠 性 高 ， 抗 干 扰 能力 强（ 2） 地 理 覆 盖 范 围 较 大（ 3） 安 装 维 护 和 扩 展 难（ 4） 造 价 高 2.细 缆 的 连 接Pc网 卡 特 点 ：（ 1） 抗 干 扰 能 力 强（ 2） 电 缆 系 统 容 易 产 生 断 点 ， 影 响 可 靠 性 （ 3） 维 护 和 扩 展 难（ 4） 造 价 低技 术 参 数 最 大 的 干 线 段 长 度 :185米 。 最 大 网 络 干 线 电 缆 长 度 :925米 。 每 条 干 线 段 支 持 的 最 大 结 点 数 :30。 BNC-T型 连 接 器 之 间 的 最 小 距 离 :0.5米 。 细 缆 网 络 的 硬 件网 络 接 口 卡BNC连 接 器BNC T型 连 接 器BNC终 端 匹 配 器中 继 器 （ 4个 ） 具 有 BNC接 口 的 网 卡 2.3光 纤 （ Optical Fiber）依 靠 光 波 承 载 数 据 ， 光 脉 冲 在 玻 璃 纤 维 中 传 播优 缺 点 ：传 输 带 宽 高 ： 仅 受 光 电 转 换 器 件 的 限 制 （ 100G b/s）传 输 损 耗 小 ， 适 合 长 距 离 传 输抗 干 扰 性 能 极 好 、 误 码 率 低 ， 保 密 性 好轻 便价 格 较 高需 要 光 电 转 换纤 芯 材 料 ：塑 料二 氧 化 硅 （ 高 纯 玻 璃 ） 光 纤 传 输 原 理 光 的 反 射光 从 折 射 率 高 的 介 质 入 射 到 折 射 率 低 的 介 质 时 会 产 生 折 射 。 当 入 射角 临 界 值 时 产 生 全 反 射 ， 不 会 泄 漏 。纤 芯 -折 射 率 高 ， 玻 璃 包 层 -折 射 率 低亮 度 调 制 ： 有 光 脉 冲 -1， 无 光 脉 冲 -0光 传 输 系 统 ： 光 源 、 介 质 、 光 检 测光 源 ： 850nm/1300nm/1500nm， 发 光 二 极 管 /激 光 二 极 管光 检 测 器 ： 光 电 二 极 管 PIN/雪 崩 二 极 管 APD单 向 传 输 ， 双 向 需 两 根 光 纤应 用 领 域 ： 局 域 网 主 干 、 电 信 网 络 、 服 务 器 连 接 多 模 光 纤 (MMF)单 模 光 纤 (SMF)： 光 纤 的 直 径 接 近 一 个 光 波 波 长多 束 光 线 以 不 同 的 反 射 角 传 播激 光 器 包 层 ， 折 射 率 低纤 芯 ， 折 射 率 高亮 度 调 制 光 检 波 器 激 光 器 光 检 波 器单 束 光 线 沿 直 线 传 播 多 模 光 纤 （ MMF） 多 模 光 纤 电 缆 容 许 不 同 光 束 于 一 条 电 缆 上 传 输 ， 通 常 建 议 在 距 离 不 到5英 里 时 应 用 。 带 宽 ： 多 模 光 纤 的 带 宽 大 约 为 4000Mb/s单 模 光 纤 （ SMF） 单 模 光 纤 的 纤 芯 较 细 ， 使 光 线 能 够 直 接 发 射 到 中 心 。 建 议 距 离 较 长 时 、传 输 大 带 宽 数 据 信 号 采 用 。 带 宽 ： 在 一 根 单 模 光 缆 上 可 将 40G以 太 网 的 64信 道 传 输 长 达 2， 840英里 的 距 离 。 单 芯 光 缆多 芯 光 缆 玻 璃 封 套 塑 料 外 套 玻 璃 内 芯玻 璃 内 芯 塑 料 外 套玻 璃 封 套外 壳常 见 规 格 ： 纤 芯 50um缓 变 型 -MMF 62.5um缓 变 型 /增 强 型 -MMF 8.3um突 变 型 -SMF 包 层 125um 高 密 度 多 芯 光 缆 剖 面 结 构 芯封 套 外 套 加 强 芯光 纤 外 鞘 加 强 芯光 纤 束 光 纤 连 接 线 光 纤 网 络 组 件 光 纤 网 络 简 介光 发 送 器 光 纤 中 继 器 光 接 收 器电 信 号 光 信 号 光 信 号 电 信 号光 纤 光 纤2. 光 纤 收 发 器 、 光 纤 中 继 器3.光 缆 ： 光 纤 以 光 缆 的 形 式 使 用 。 一 根 光 缆 包 含 多 根 光 纤4.带 有 光 纤 模 块 的 交 换 机 5. 光 纤 网 卡1.光 纤 通 信 过 程 2.4 无 线 传 输2.4.1电 磁 波 谱1.特 点电 磁 波 是 变 化 的 电 磁 场 在 空 间 的 传 播 ， 它 在 真 空 中 的 传播 速 度 等 于 光 速 。 频 率 范 围 ： 11024Hz 波 长 范 围 ： 10810-16m 可 承 载 信 息 的 电 磁 波 ： 无 线 电 波 、 红 外 线 、 可 见 光不 可 承 载 信 息 的 电 磁 波 ： 紫 外 线 、 X射 线 、 伽 玛 射 线 频 率 越 高 ， 承 载 的 信 息 量 就 越 大 2. 电 磁 波 谱 的 分 配900MHZ频 段 ： 无 线 电 话 、 蜂 窝 电 话2.4GHZ频 段 ： 无 线 局 域 网 802.11b5GHZ频 段 ： 无 线 局 域 网 802.11a 2.4.2 红 外 线 和 激 光1.红 外 线 波 长 ： 750nm1mm； 频 率 高 于 微 波 而 低 于 可 见光 ， 无 法 穿 透 固 体 物 质 。传 输 模 式（ 1） 直 接 式 红 外 线 连 接（ 2） 反 射 式 红 外 线 连 接（ 3） 全 向 性 红 外 线 连 接 2.激 光 365326Hz 方 向 性 强 激 光 通 信 具 有 数 据 传 输 保 密 性 精 确 对 准 2.4.3 无 线 电 传 输 根 据 波 长 和 频 率 范 围 ， 无 线 电 波 分 为 长 波 、 中 波 、 中 短 波 、 短 波 、 微波 几 个 波 段 传 播 方 式 ： 地 波 （ 长 波 、 中 波 、 中 短 波 ） 天 波 （ 短 波 ） 沿 直 线 传 播 的 波 （ 微 波 ） 以 微 波 作 为 传 输 介 质 的 技 术 有 ： 窄 带 微 波 技 术和 扩 频 微 波 技 术 无 线 电基 站 与 终 端 之 间 通 信 采 用 无 线 链 路应 用 领 域 ： 移 动 通 信 、 无 线 局 域 网 （ WLAN） BS 基 站 覆 盖 的 无 线 电 区 域BS 基 站 用 户 计 算 机 和 终 端 地 面 微 波通 过 地 面 站 之 间 接 力 传 送接 力 站 之 间 距 离 ： 50 -100 km速 率 ： 每 信 道 45 Mb/s 地 面 站 之 间 的 直 视 线 路 微 波 传 送 塔 地 球 同 步 卫 星与 地 面 站 相 对 固 定 位 置使 用 3颗 卫 星 即 可 覆 盖 全 球传 输 延 迟 时 间 长 （ 270ms）广 播 式 传 输应 用 领 域 ：电 视 传 输长 途 电 话专 用 网 络广 域 网 35,784公 里 地 球 无 线 介 质使 用 电 磁 波 或 光 波 携 带 信 息优 缺 点 ：无 需 物 理 连 接适 用 于 长 距 离 或 不 便 布 线 的 场 合易 受 干 扰反 射 ， 为 障 碍 物 所 阻 隔主 要 类 型 ：红 外 线激 光无 线 电 、 地 面 微 波通 信 卫 星 常 用 传 输 介 质 的 比 较 P352,3制 作 双 绞 线 的 过 程 中 ， 有 哪 两 种 国 际 标 准 ？ 线 序 是 如 何 规 定 的 ？同 轴 电 缆 由 哪 几 部 分 组 成 ？ 各 起 什 么 作 用 ？从 传 输 模 式 的 角 度 ， 光 纤 可 以 分 为 哪 两 种 ？ 各 有 什 么 特 性 ？无 线 传 输 的 方 式 有 哪 些 ？