第5章 计算机网络设备

网络设备概述一、网络传输介质介质的特性与性能指标同轴电缆双绞线光纤无线传输介质几种传输介质的比较二、物理层设备调制解调器中继器集线器三、数据链路层设备网卡交换机网桥四、网络层及以上设备路由器网关五、知识扩展六、本章小结七、课堂练习单元学习>>网络设备概述>>网络传输介质>>介质的特性与性能指标1. 传输介质的特性传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，是网络通信中实际传送信息的载体。

传输介质的特性对网络中的数据通信质量有很大的影响，这些特性主要包括以下几个方面；(1) 物理特性：它是对传输介质物理结构的描述。

(2) 传输特性：它包括传输介质允许传送的信号类型以及调制技术、传输容量与传输频率范围。

(3) 连通特性：它允许点到点或多点连接。

(4) 地理范围：它表示传输介质的最大传输距离。

(5) 抗干扰性：它指传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据的影响能力。

(6) 相对价格：它指元器件、安装与网络维护的费用。

2. 传输介质的性能指标不同传输介质都有它自己的特性。

用户在决定选择何种传输介质时，需要了解传输介质的特性及各种性能指标，性能指标对用户来说更能说明传输介质的优劣。

(1) 传输速率：是指单位时间内传输介质能传输的数据量，以Mbps 进行度量。

(2) 成本：主要包括传输介质的购买成本、安装成本、维护和升级成本。

(3) 可扩展性：是指网络传输介质允许的 3 种物理规格：最大段长度、段最大节点数和网络最大长度。

(4) 连接性：传输介质与网络设备的连接特性。

(5) 抗噪性：传输介质对噪声的屏蔽成度。

单元学习>>网络设备概述>>网络传输介质>>同轴电缆1. 同轴电缆简介同轴电缆由两个导体组成，是一个网状空心圆柱导体围裹着一个实心导体的结构，内部导体可以是实心导线，也可以是多股的绞合线，运载着组成数据的电子信号；外部导体可以是单股线，也可以是编制的网状线，多数是编制的网状线，起着吸收外界电子干扰信号，保护缆线传输的数据，并将缆线所传输的电子信号屏蔽起来，防止对外界产生电子干扰的作用。

内部导体用固体绝缘材料固定，固体绝缘材料将导体与屏蔽物隔开。

同轴电缆与有线电视线缆结构非常相似，如图 4.1所示。

同轴电缆的中央是铜芯导体，用来传输数据，铜芯导体外包着一层绝缘层，绝缘层外是一层编织成网状的金属丝，把绝缘层很好包起来，对导体芯起到屏蔽的作用，最外层是绝缘保护外套。

图 4.12. 同轴电缆相关组件同轴电缆分为同轴粗缆和同轴细缆。

同轴粗缆需要专用的连接器。

同轴粗缆连接10Base-5 的以太网络，传输速率为10 Mbps，传输的是基带信号，最大传输距离为500 m。

同轴细缆连接10Base-2 的以太网络，传输速率为10 Mbps ，传输的是基带信号，最大传输距离为185 m。

3. 同轴电缆连接网络的特点同轴细缆常用来连接总线型网络，两端用50 Ω 终端电阻终结，用来吸收信号，避免反弹，如图 4.2所示。

图 4.24. 同轴电缆的主要特性①物理特性。

②传输特性：同轴电缆根据其带宽的不同，可以分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。

③连通性。

④地理范围：可达几十千米。

⑤干扰性：较强。

⑥价格。

5. 性能指标传输速率：理论值为10 Mbps。

成本：因芯径的变化有差异。

可扩展性：粗缆最大段长度为500 m ，每段最多可以容纳100 个节点，网络最大长度大约为 2 500 m；而细缆最大段长度约为200 m，每段最多可以容纳30 个节点，网络最大长度大约为925 m。

连接性：细缆使用BNC 、T 型连接器将电缆与网络设备相连，并且需要在网络总线两端各安装一个20 Ω的终结器以吸收反射电波；粗缆与网络设备的连接需要收发器。

抗噪性：良好。

双绞线1. 双绞线简介双绞线的物理描述为：双绞线电缆由绝缘的彩色铜线对组成，每根铜线的直径在0.4 ～0.8 mm ，两根铜线互相缠绕在一起。

将两根铜线缠绕在一起有助于减少噪声影响。

在一对电线中，每英寸的缠绕越多，对所有形式的噪声的抗噪性就越好，但缠绕率高也将导致信号的更大衰减。

现在大多数局域网中使用的双绞线是 4 对(8 根)线。

8 根各自有绝缘层的铜质细线，颜色分别为白橙、橙、白绿、绿、白蓝、蓝、白棕和棕。

8 根细线最外层由绝缘外层保护。

2. 双绞线的分类双绞线按照线外是否有屏蔽层可分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。

屏蔽双绞线( STP ) 8 根线的外面有金属层，如图4.3所示，非屏蔽双绞线( UTP )没有金属屏蔽层，如图4.4所示。

现在较好的双绞线按传输效率或带宽可分为 5 类、 6 类和7 类， 5 类最为常用。

图 4.3图 4.43. 双绞线的选择要综合考虑组建网络时用的线。

一般来说，要实用，不要过多地追求高标准，要考虑与以后升级相兼容，按布线标准，但不要过多考虑升级。

现在大多数的局域网都采用星型结构。

网线多采用 5 类或超 5 类非屏蔽双绞线( UTP )。

光缆1. 光纤简介光纤电缆简称光缆，主要由石英、多组分玻璃纤维、塑料等制作而成。

光纤具有圆柱形的形状，由 3 部分组成：纤芯、包层和保护外套。

纤芯有一根或多根非常细的，由玻璃或塑料制成的绞合线或纤维组成。

每一根纤维都由各自的包层包着，包层是玻璃或塑料涂层。

最外层是保护外套，它包着一根或一束已加包层的纤维。

护套是由塑料或其他材料制成的，用来防止潮气、擦伤、压伤或其他外界带来的危害，光纤如图 4.5所示。

图 4.52. 光纤的分类(1) 按照光在光纤中的传输模式划分①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。

单模光纤使用的光波长为 1 310 nm 或 1 550 nm ，如图 4.6所示。

图 4.6②多模光纤：只要到达光纤表面的光线入射角大于临界角，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，多模光纤如图 4.7所示。

图 4.7无线传输介质在计算机网络中，无线传输可以突破有线网的限制，利用空间电磁波实现站点之间的通信，可以为广大用户提供移动通信。

最常用的无线传输介质有：无线电波、微波和红外线。

1. 无线电波无线电波的频率在 Hz 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，传播的全方向，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。

模拟天线电波发射接收的构图如图 4.8所示。

图 4.82. 微波传输微波系统一般工作在较低的兆赫兹频段，地面系统通常为 4 ～ 6 GHz 或21 ～23 GHz ，星载系统通常为11 ～14 GHz ，沿着直线传播，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。

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。

微波通信相对比较便宜，目前已经被广泛地应用于长途电话、蜂窝电话、电视传播和其他的应用。

模拟微波传输接收的构图，如图 4.9所示。

图 4.93. 红外传输红外传输是以红外线作为传输载体的一种通信方式。

它以红外二极管或红外激光管作为发射源，以光电二极管作为接收设备，类似于在光纤中传输红外线的方式。

红外线传输主要用于短距离通信，如电视遥控、室内两台计算机之间的通信。

红外线类似于光纤，有直线传播的性质，不能绕过不透明的物体，但可以通过红外线射到墙壁再反射的方法加以解决。

红外线的传输方式中，按照红外线是否有方向性可以分为两类：点到点方式和广播方式。

目前，一种新的短距离无线通信技术——蓝牙技术发展很快。

几种传输介质的比较前面介绍了通信线路中常用的几种传输介质，下面结合这几种通信传输介质的性能比较，参见表4.10表 4.10随着便携式计算机和无线通信技术的发展和普及，可移动式地无线网的需求量日益增加，未来借助于微波通信的无线网络将成为计算机网络研究的重要课题，无线网络传输介质的使用也会越来越广泛。

单元学习>>网络设备概述>>物理层设备>>调制解调器调制解调器的英文名称为Modem ，完成模拟信号和数字信号之间的转换。

1. 调制解调器的工作原理调制解调器由发送、接收、控制、接口、操纵面板及电源等部分组成。

通常，数据终端设备以二进制串行信号形式发送数据，调制解调器的接口转换为内部逻辑电平送入发送部分，在经调制电路变成线路要求的信号向线路发送。

调制解调器的接收部分来自线路的信号，经滤波、反调制、电平转换后还原成数字信号送入数字终端设备。

模拟调制解调器工作图如图 4.10所示。

图 4.102. 调制与解调方式调制，有模拟调制和数字调制之分。

模拟调制是对载波信号的参量进行连续地估值；而数字调制使用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端对载波信号的离散参量进行检测。

调制是指利用载波信号的一个或几个参数的变化来表示数字信号的一种过程。

调制方式相应的有：调幅、调频和调相三种基本方式。

调幅：振幅调制其载波信号将随着调制信号的振幅而变化。

调频：载波信号的频率随着调制信号而改变。

调相：相位调制有两相调制、四相调制和八相调制几种方式。

3. 调制解调器的分类(1) 按安装位置分类可分为内置式和外置式内置式调制解调器体积小，安装在计算机的机箱内部，如图4.11(a)所示外置式调制解调器如图4.11(b)所示图 4.11(a)图 4.11(b)(2) 按传输速率分类可分为 3 类：低速调制解调器，其传输速度在9 600 bps 以下中速调制解调器，其传输速度在9.6 ～19.2 Kbps 之间高速调制解调器，其传输速度在19.2～56 Kbps虽然调制解调器的速度越快越好，但实际上它的真实速度与诸多因素有关。

影响速度的主要因素有以下几点：①与拨号使用的电话线路有关。

②与通过的电话交换机质量有关，尤其对使用一些老式分机的用户更是如此。

③与用户的因特网服务提供商ISP 所使用的调制解调器有关。

④与用户ISP 主机响应速度有关，ISP 主机响应速度受其软、硬件配置的影响，此外，当主机用户太多时，网络速度也会下降。

⑤与用户计算机有关，用户计算机的软硬件也会影响用户的网络传输速度。