1 ． 6 计算机网络的传输介质

如今，网络的结构是由大量的铜线电缆和光纤电缆以及无线连接组成的。随着人们对更快速的数据传输的需要不断增长，通信电缆电路和无线网络极大扩展了。在这些不同的介质上传输数据的方法也得到了发展。光纤电缆也走入了桌面，使得工作站中要求高的应用程序 ( 如多媒体 ) 的通信速度可超过 1 0 0 M b p s 。 本节主要介绍影响网络传输技术和介质的标准化组织，随后学习各种通信电路介质，包括早期应用于网络的同轴电缆，以及目前使用的流行的光纤

和无线介质。

介绍 • 1 ． 6 ． 1 同轴电缆• 1 ． 6 ． 2 双绞线 • 1 ． 6 ． 3 光纤电缆 • 1 ． 6 ． 4 光纤 / 同轴混合电缆 • 1 ． 6 ． 5 无线通信• 1 ． 6 ． 6 传输介质的选择

学习完本节并完成练习后，您将能够：• 指出主要的网络标准化组织的功能。• 描述不同类型的网络介质，包括同轴电缆、双绞线、光纤和无线

介质，对于给定的网络配置可以指明其使用的介质类型。

网络标准化组织 在建立网络标准以确保通信和网络设备有统

一的标准方面，许多美国和国际组织发挥了重要的作用。这些组织包括：

• 美国国家标准化协会 ( A N S I ) 。 • 电气电子工程师协会 ( I E E E ) 。 • 国际通信联盟 ( I T U ) 。 • 国际标准化组织 ( I S O ) 。 • Internet 协会 ( I S O C ) 和相关的 I n t e r n e t 工程任务组

( I E T F ) 。 • 电子工业联合会 ( E I A ) 和相关的通信工业联合会 ( T

I A ) 。

1 美国国家标准化协会 美国国家标准化协会 ( A N S I ) 是在多项技术

领域内都有很大影响力的标准化组织。 A N S I 成立于 1 9 1 8 年，主要处理美国商务、政府机构和国际组织中有关产品标准问题以达成协议，其中产品的概念很广，从自行车头盔到通信电缆都有。 A N S I 已经实现了 11 000 多种产品的标准化。在计算机行业中，该组织已经在屏幕显示属性、数字通信和光纤电缆传输等方面实现了标准化。 A N S I 是美国国际标准化组织 ( I S O ) 中的代表。

2 电气电子工程师协会 电气电子工程师协会 ( I E E E ) 是建立通信标准

的关键组织。 I E E E 是包含科学、技术和教育在内的专业协会，在 1 4 0 多个国家中积极进行活动。 I E E E 的计算机协会局域网委员会发展了目前应用的许多网络互连标准，其中最重要的当属用在局域网环境下物理电缆电路和传输的“ 8 0 2”标准。 8 0 2 标准于 1 9 8 0 年开始开发，由 IEEE 802 委员会和 Project 802创建。 8 0 2标准的说明如下：

• 802.1—8 0 2 标准的概述。• 802.2—逻辑链接控制的标准和其他网络连接标准。• 802.3—带有检测冲突的载波侦听多路存取方法 ( C S M A

/ C D ) 的标准。• 802.4— 传递总线存取的令牌标准。• 802.5—令牌环存取以及 L A N与M A N间通信的标准。• 802.6— 包括高速无连接网络互连在内的 L A N 和 M A N

网络标准。• 802.7—宽带电缆技术标准。• 802.8— 光纤电缆技术标准。• 802.9—集成网络互连服务 ( 如语音和数据集成 ) 的标准。• 802.10—L A N 和 M A N 能共同使用的安全性标准。• 802.11— 无线连接标准。• 802.12— 要求优先级存取方法标准。• 802.14— 有线电视宽带通信标准。

3 国际通信联盟 另一个国际标准化组织—国际通信联盟 ( I T

U ) ，是为调制解调器、电子邮件和数字电话系统制订标准的。 I T U为下列标准做出了贡献：

• 调制解调器的 V 标准，如 5 6 K b p s 传输的新 V. 9 0标准。

• 用于国际电子邮件交换的 X . 4 0 0 标准。• 全世界电子邮件目录的 X . 5 0 0 标准。• X.25 WA N 标准。

4 国际标准化组织

国际标准化组织 ( I S O ) 是一个非政府的组织，位于瑞典的日内瓦，有 1 0 0 多个国家加入。 I S O于 1 9 4 7 年成立，旨在发展下列领域的国际合作与标准：

• 科学。 • 技术。 • 贸易。 • 知识创新。 I S O尤其对深刻影响全球通信的计算机业界的标准感兴趣。它一直致力于先进的开放系统，鼓励全世界计算机厂商参与竞争并进行革新。

电子工业联合会和通信工业联合会 1 9 8 5 年，计算机和通信公司请求电子工业联合

会 ( E I A )来开发网络布线的标准。于是， E I A为电子接口 ( 如计算机的串行接口 ) 开发了标准。通信工业联合会 ( T I A ) 成立于 1 9 8 8 年，在 E I A 中是一个独立的实体，负责建立通信和布线标准。这种标准指出了网络区域中用于连接工作站和服务器的水平布线 (horizontal cabling) 方法，以及在网络设备室、写字楼间运行的主干布线 (backbone cabling) 方法。

1 ． 6． 1 同轴电缆 同轴电缆有粗、细两种形式。在早期的网络中经常使用粗同轴电缆作为连接不同网络的主干。 2 0世纪 8 0年代早期以太网标准建立时，第 1 个定义的介质类型就是粗同轴电缆。

1. 粗同轴电缆 粗同轴电缆又称为粗线或粗电缆网，其中心为

铜导体或敷铜箔膜的铝导体。

直径 0 . 4英寸，导体被一层绝缘材料包围，在外面还包着一个铝套。聚氯乙烯 ( P V C )或特氟纶 ( Te f l o n )壳覆盖着铝套。这种类型的电缆也称为 R G - 8 电缆 ( R G即 Radio Gr a d e 的缩写 ) 。

同轴电缆（粗同轴电缆） 在许多地方，如在房屋中，流动的空气会

到达其他地方。由于 P V C 在燃烧时会释放有毒气体，在这种环境下使用包着特氟纶材料的电缆，在燃烧时不释放有毒气体。电缆套每 2 . 5 m 进行标注，指示可以在何处连接网络连接设备。如果连接的设备间的距离低于2 . 5 m ，那么信号就会受损，从而产生网络错误。连接设备是介质存取单元 (Me d i a Access Un i t ， M A U )收发机，由电缆中的较低的电流 ( 0 . 5 A )驱动，其中装有 1 5针的连接单元接口 (Attachment Unit In t e r f a c e ，A U I )插座。网络结点有其自身的与网络接口连接的 A U I 连接，连接设备中的 A U I就通过电缆与该网络结点连接。 A U I 是插座和接口电路的标准接口，对于使用同轴、双绞和光纤主干电缆连接的物理网络，各有其电子特性。粗同轴电缆可长达 5 0 m ，细或办公室级的 A U I 电缆可以有 1 2 . 5 m 长。电缆的阻抗为 5 0 ，电缆段由连有 5 0 电阻器的 N插座来划分。

同轴电缆（粗同轴电缆）

粗同轴电缆难以弯曲， 必须要注意并遵循其最小弯曲直径。在直径加大的一侧，因为导体直径较大并有铝的保护，因此与细同轴电缆相比，电缆线能够很好地免除 E M I 和 R F I ( 物理层干扰 ) 。粗同轴电缆用在通常传输速度为 1 0 M b p s 的总线网络上。根据 I E E E 标准，最大长度或延伸为 5 0 0 m 。这一标准可以写为 1 0 B a s e 5 。 1 0 表示电缆传输速率为 1 0 M b p s ， B a s e意为使用的是基带而非宽带。在基带传输中，介质的整个通道容量由一个数据信号使用，因此一次只能传输一个结点。

粗同轴电缆可以用在基带或宽带传输中，但在数据网络中，通常用于基带传输。

宽带传输在单一的通信介质中使用多个传输通道，允许同时传输多个结点。

带宽是通道传输数据的容量，以给定速度来表示的，如 1 0 M b p s或 1 0 0 M b p s 。

粗同轴电缆非常耐用可靠，具有很强的抵抗信号干扰的能力。但价格和安装成本都比较昂贵，直径大而且控制、终止起来比较困难，所以粗同轴电缆的应用并不很广泛。

以太网应用中粗同轴电缆( 1 0 B a s e 5 )的属性

同轴电缆（细同轴电缆） 2. 细同轴电缆 细同轴电缆与电视的电缆很相似，然而又有所不同，网络

电缆的电子特性非常精确且必须符合 I E E E 标准。与粗同轴电缆一样，以太网规范上要求细同轴电缆的阻抗为 5 0 W。细同轴电缆贴有注着“ R G - 5 8 A / U”的标签，说明这是 5 0 W的电缆。一般称之为 1 0 B a s e 2 ，因为其最大的理论上的网络速度为 1 0 M b p s，布线可达 1 8 5 m ，使用基带类型的数据传输。但是，由于转发器等网络设备的实施，可以为长距离的传输将信号放大并重新调整其时间，所以这二者间的差别越来越模糊了。

同轴电缆（细同轴电缆）

细缆的中心，有一个铜的或 敷铜箔膜的铝导线，并在中轴上包围着一层绝缘泡沫材料。有一种高质量的电缆是编的铜网，由铝箔的套管包围，缠绕着绝缘泡沫材料，而且电缆由外部的 P V C或特氟纶套覆盖以绝缘。这与粗缆很相似，但是直径要小。细缆连在电缆的接插件 (Bayonet N u tCo n n e c t o r ，简写为 B N C ) 上，然后再由 B N C与 T 型接头连接。 T 型接头的中部与计算机或网络设备的 N I C 连接在一起。如果计算机或设备是电缆中的最后一个结点，那么终结器就要连接在 T 型接头的一端，如图所示。

同轴电缆接插件 ( B N C ) 是一种用于同轴电缆的连接器，有一个像接合销钉一样的外壳。

同轴电缆（细同轴电缆）

细缆安装起来要比粗缆容易而且便宜，但是双绞线柔性很好，所以更加利于安装和使用。这也是为什么同轴电缆仅使用在比较有限的范围的原因。而细同轴电缆优于双绞线之处在于它可以抵抗 E M I 和 R F I 。

表 3-2 以太网应用的细同轴电缆 ( 1 0 B a s e 2 ) 属性

1 ． 6． 2 双绞线 双绞线与电话线很相似， I E E E 于 1 9 9 0 年批

准其可用于网络互连，目前已经成为一种非常流行的通信介质。双绞线是一种柔性的通信电缆，包含着成双的绝缘铜线，它们交织在一起以减少 E M I 和 R F I ，并在外面还套着一层绝缘套。双绞线的柔性比同轴电缆要好，因此非常适合于在穿墙、围墙角时采用。如果与合适的网络设备相连，这种电缆可以适应 1 0 0 M b p s或者更快的网络通信。在大多数应用下，双绞线的最大布线长度为 1 0 0 m 。虽然双绞线可以扩展到 1 0 0 m ，但是按通常的经验，考虑到网络设备中和布线室里要额外布线，所以双绞线最好限制在 9 0 m 以内。

双绞线 ( 屏蔽双绞线 )

双绞线有两种类型：屏蔽的和非屏蔽的。 1. 屏蔽双绞线 屏蔽双绞线 (Shielded Tw i s t e d -Pa i r ， S T

P ) 由成对的绝缘实心电缆组成，在实心电缆上包围着一层编织的或起皱的屏蔽。编织的屏蔽用于室内布线，起皱的屏蔽用于室外或地下布线。屏蔽减少了由 R F I 和 E M I引起的对通信信号的干扰。将一对电线缠绕在一起也有助于减少 R F I 和 E M I ，但是在一定程度上不如屏蔽的效果好。要更有效地减少 R F I 和 E M I ，每一对上的交织的距离必须是不同的。而且，为了获得最好的效果，插头和插座必须要屏蔽。如果套中某点的主要屏蔽损伤了，信号的变形就会很严重。 S T P 中的另一个重要因素是要正确接地，以获得可靠的传输信号控制点。

双绞线 ( 屏蔽双绞线 )

双绞线用 R J - 4 5 头连接在网络设备上，这种R J - 4 5 头与电话中使用的 R J - 11 头非常相似 (见图 ) 。这些接头要比 T 型接头便宜，而且在移动时不易损害。双绞线易于连接，与同轴电缆相比，允许更多的柔性电缆配置。

在周围有重型电力设备和强干扰源的位置，我们推荐使用屏蔽双绞线。目前在高速网络中使用新型的S T P布线。

双绞线 (非屏蔽双绞线 )

2. 非屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线 (Unshielded Tw i s t e d -Pa i r ，

U T P ) 是最常用到的网络电缆。 U T P 由位于绝缘的外部遮蔽套内的成对的电缆线组成，在一对对的缠绕在一起的绝缘电线和电缆外部的套之间并没有屏蔽。与 S T P 相仿，内部的每一根线都与另外一根相缠绕以帮助减少对载有数据的信号的干扰。 U T P又称为 1 0 B a s e - T 电缆，意思是其最大传输速率为 10 Mbps( 对于某些数据传输而真正的速率可达 1 6 M b p s ) ，使用的是基带通信，为双绞线类型。这种 U T P 也称为 Category 3 电缆， Category 4 UTP的最大传输速率可达 2 0 M b p s ， Category 5则为 1 0 0 M b p s 。

双绞线 (非屏蔽双绞线 )

下面列出了经电子工业联盟 /远程通信工业协会( E I A / T I A ) 指定以太网应用的最常使用的双绞线类型。与 S T P 相比，人们更喜欢用 U T P ，因为没有了屏蔽层，插头和墙上的插座也不需要屏蔽，所以失效点也就大大减少了。需要注意的是，正确的接地对于 U T P来说是非常重要的。

Category 5 双绞线是新的电缆安装的非常好的选择，因为其高速网络互连能力可达 1 0 0 M b p s。

双绞线 10Base-T非屏蔽双绞线的以太网规范

100Base-T 屏蔽双绞线的以太网规范

双绞线的制作

568-B 白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、棕 ——直连1——3 、 2 —— 6 —— 交叉

双绞线的制作双绞线的制作双绞线的制作

1 ． 6 ． 3 光纤电缆

光纤电缆由包在玻璃管子中的一根或者多根玻璃或者塑料光纤芯线构成，外面的玻璃管子叫做包层。光纤芯线和包层被装在一个 P V C外套中 ( 见下图 ) 。沿里面光纤的信号传输通常都是由红外线来完成的。常用的光纤电缆有三种尺寸。描述光纤尺寸的参数有两个，即芯线直径和包层直径，其度量单位都为微米。例如， 5 0 / 1 2 5 ( um ) 光纤电缆是指该光纤电缆的芯线直径为5 0 ( um )而包层直径为 1 2 5 ( um ) 。另外两种常用的光纤电缆尺寸为 6 2 . 5 / 1 2 5 ( um ) 和 1 0 0 / 1 4 0 ( um ) 。三种光纤具有多模传输的能力。所谓多模传输是指多种波长的光波可以同时在电缆中进行传输。对于多模传输应用来说，最为常用的光纤电缆尺寸为 6 2 . 5 / 1 2 5 ( um ) 。

光纤电缆 ( 工作原理等）

当光波脉冲由激光或者普通发光二极管 ( L E D ) 设备发出后，便可以在光纤芯线中向前传输。玻璃包层的作用是将光线反射回芯线中。光纤电缆具有进行高速网络传输的能力，它所支持的传输速度可以从 1 0 0 M b p s到1 G b p s，甚至超过 1 G b p s。光纤电缆一般用作电缆传输主干，例如楼层之间或者建筑物之间，或者其他方面。在同一栋建筑内的楼层之间使用的光纤主干有时也称为“粗管道” (fat pipe) ，因为与基带或者宽带高速传输相比，其带宽更为突出。在校园网环境中，光纤电缆最为常见的用途是用于不同建筑物之间的互连，这样做也是为了符合 I E E E 的布线标准。光纤电缆也可以用于在 WA N 和电信系统中连接地理范围跨度很大的 L A N 。光纤电缆的优点在于它的带宽大、损耗小，可以持续传输很长的距离。

光纤电缆 (优点等）

由于数据是通过光脉冲 ( 有和无 ) 进行传输的，所以不存在 E M I 和 R F I 方面的问题，并且数据传输是纯数字的，不含有任何的模拟成分。另外他人很难在电缆中放入未经授权的接头，因为这种电缆十分脆弱，并且造价较高，其安装往往需要经过特殊训练的人才能完成。

光纤

• 昂贵的传输媒介• 不受电信号的干扰• 使用于长距离、高

速率的信号传输

光纤电缆 ( 传输原理等）

光波在进行信号传输时，其行为和光的波长有关。有些波长的光在光纤中进行传输时比其他波长的光更有效率。光的波长所使用的计量单位为纳米 ( n m ) 。光的波长范围在 4 0 0 ~ 7 0 0 n m ，这种波长的光在光纤中传输时，其数据传输的效率不高。使用波长范围为 7 0 0 ~ 1 6 0 0 n m 的红外光进行数据传输的效率比较高。光波通信的理想波长范围或者说窗口有三个，它们分别是 8 5 0 n m 、 1 3 0 0 n m 、1 5 5 0 n m 。高速的数据传输使用的波长窗口为 1 3 0 0 n m 。使用光进行数据传输，当光信号到达接收方时必须具有足够的强度，这样接收方才能够准确地检测到它。衰减或者能量损失是指当信号从源结点 ( 传送结点 )向目标结点进行传输时，信号在通信介质中的损失。在光纤中的衰减是用分贝 ( d B ) 进行度量的。光信号的能量损失直接和光纤的长度以及光纤弯曲的程度、弯曲的数量有关。在光波经过接合点或者结合部时也会有能量损失。

光纤电缆 ( 传输原理等）

为了能够准确地传输到接收方，当光波离开传输设备时，必须具有一定的能量级别。这个最小的能量级别称之为功率分配。对于光纤电缆通信而言，功率分配就是按分贝度量传送能量和接收方最终得到的信号强度或者敏感度之差所得到的值。它是发送信号能够完好无损地到达接收方所必须具有的最小发送能量和接收方敏感度。对于高速通信，该功率分配必须为 11分贝。

光纤电缆有两种类型：即单模光纤和多模光纤。 单模光纤：主要用于长距离通信，其芯直径为 8 ~ 1 0 u

m ，而包层直径为 1 2 5 um 。芯的直径比多模光纤小。在给定的时间中，只能有一束光在光纤中传输。单模光纤使用的通信信号是激光。激光光源包含在发送方发送接口中，由于带宽相当大，所以能够以很高的速度进行长距离传输。

光纤电缆 ( 光纤电缆分类等）

多模光纤：同时支持多种光波进行数据传输，可进行宽带通信。在传输距离上没有单模光纤那么长，因为其可用的带宽较小，光源也较弱。对于多模光纤，在传输时使用的光源为 L E D ，该设备位于发送结点的网络接口中。

单模光纤电缆的规范

光纤电缆（光纤电缆的规范） 多模光纤电缆的规范

上述两表对单模光纤和多模光纤的性能进行了总结。

1 ． 6 ． 4 光纤 / 同轴混合电缆 在现有的电信和宽带服务中已经接受了光纤 /

同轴混合电缆。在使用混合电缆时，必须要考虑几项因素，如网络不同位置上信号级别的要求、噪音容错要求、变形容错要求和电源设计。由电缆网络和混合网络提供的网络解决方案已经开始对计算机产业产生影响。基于混合电缆主干的电缆结构为用户在下游方向提供了高的带宽，并在上游方向提供了相对较高的带宽。 (通常上游带宽低于下游带宽 ) 。

为适应网络和其他新的服务，如今大型的电缆网络都安装光纤 /同轴混合电缆。光纤可增加上游带宽并降低噪音，从而可提高数据通信的质量。安装这种新电缆的成本是昂贵的。

光纤 / 同轴混合电缆

光纤 / 同轴混合电缆 (Hybrid Fiber/Coax ， H F C )采用的是现在已广泛存在的有线电视结构，所以未来一片光明。使用 H F C ，电缆经营者可以为 P C提供电话服务、交互电视的多信道和高速的数据服务。一个完整的 H F C系统可以提供：

• 简易老式电话服务。 • 多达 3 7 个模拟电视信道。 • 多达 1 8 8 个数字电视信道。 • 多达 4 6 4 个数字点信道 (客户请求服务 ) 。 • 针对 P C 的高速双向数字数据链接。

光纤 / 同轴混合电缆（特征概括）

混合电缆由电缆外壳和铜电缆组成，其中电缆外壳中包含着光纤。电缆外壳和铜电缆根据不同的实施情况可有不同的组合，范围可涉及从主干电缆到单方电缆安装。下表总结了本章中介绍的不同电缆介质的一般特征。

1 ． 6 ． 5 无线通信 当传输网络包时，有许多无线介质可以替换

电缆：无线电波、红外线信号以及微波等。通过空气或大气来传输信号的。因此，在使用电缆非常困难或者说根本不可能时，无线通信可以出色地代替电缆。但是使用无线通信时有一个非常重要的限制：同一介质的其他信号、太阳黑子的运动、电离层变化和其他大气干扰都会对通信信号形成干扰，从而会产生许多问题。

1. 无线电技术 网络信号可通过无线进行传输，与电台广播的手段非常相似，但是网络应用时信号频率要远高于电台发射频率。例如， A M电台发送频率为 1 2 9 0 k H z，因为 A M 播送范围就在 5 3 5--1 6 0 5 k H z 之间； F M的范围为 8 8--1 0 8 M H z。在美国，网络信号的传输频率可高达 9 0 2--9 2 8 M H z、 2 . 4 G H z或 5 . 7 2--5 . 8 5 G H z。

无线通信

在无线电网络传输中，根据信号采用的天线的类型，可以沿一个方向或多个方向传输 。在这里，波长比较短，而且强度也较低，这就意味着无线电传输最适用于短程的视线 ( l i n e - o f - s i g h t ) 传输。在视线传输中，信号是从一点向另一点传输的，而不是在国家间或各洲间弹跳的。视线传输的限制在于信号会被高的物体如山峰中断。低功率的单频信号传输数据的能力在 1 ~ 1 0 M b p s之间。大多数网络设备采用扩展频谱 (spread spectrum)技术进行包的传输。这种技术中使用了一个或多个邻接的频率跨越更大的带宽来传输信号。扩展频谱的频率范围非常高，为 9 0 2 ~ 9 2 8 M H z或更高。扩展频谱传输通常以 2 ~ 6 M b p s 的速度传输数据。

无线通信 ( 优缺点等）

当铺设电缆成本很高且很困难时，使用无线电通信可以大大节省费用。与其他无线通信的手段相比，无线电通信比较便宜而且易于安装。

但是无线电通信也有其显而易见的缺陷。其中之一：许多网络安装要实施高速 ( 1 0 0 M b p s ) 的通信来处理拥挤的数据流量。基于无线电的网络的速度不能满足这类需求。另一个缺点是，使用的频率难以控制。许多无线电爱好者、美国军方和蜂窝电话公司使用的频率与无线电通信的频率在相似范围之内，从而就会干扰信号。自然的障碍物，如山峰，也会减弱或干扰信号的传输。

无线通信（红外线技术） 2. 红外线技术 红外光也可以用作网络通信的介质。红外线可以沿单

方向也可以沿所有的方向传播，用 L E D来传输，用光电二极管来接收。传输频率为光的频率— 1 0 0 G H z--1 0 0 0 T H z。

与无线电波相同，红外线技术是一个成本不高的解决方案，优点在于信号难以在别人不知道时介入。当然这种通信介质也有其显著的缺点，其一是在有方向的通信中数据传输速率仅达 1 6 M b p s，在各个方向上传输时速度也不过1 M b p s。另一个缺点是红外线不能穿越墙壁，如果把立体声系统拿到另一个房间再试图进行通信时就会发现这一点。而且，强光源也会对红外线通信造成干扰。

无线通信（微波技术 ）

3. 微波技术 微波系统的工作方式有两种。其一为地面微波，是在两个盘状的定向天线间传输信号。这种传输的频率为 4 ~ 6 G H z 和 2 1 ~ 2 3 G H z 。卫星微波是在三个定向天线间传输信号， 3 个天线之一是空间的一颗卫星 (图所示 ) 。对采用这种技术来说，发射卫星或者租用提供这种技术的服务是非常重要的。这类传输的频率范围为 11 ~ 1 4 G H z 。微波介质传输速度可达 1 ~ 1 0 M b p s ，当需要更高的网络速度时，就体现出了局限性。当然微波技术还有其他的限制，比如，安装和维护的成本很高。微波传输还极易受到大气环境、恶劣天气的妨碍。

无线通信（微波技术 ） 与其他无线介质相同，当布 线耗费巨大或者根本不可能布线 时就会采用微波通信解决方案。 采用地面微波在城市中两个大建 筑物之间进行通信是很优秀的解决办法。卫星通信用于跨

国或在两个洲之间连接网络。无线通信的优缺点建下表：

1 ． 6 ． 6 传输介质的选择 L A N 和 WA N 的物理传输选项可以分为 3 类：介

质类型、接口类型和载波类型。 介质类型包括了大量的布线选项以及与布

线相结合的无限选项。目前，双绞线布线是 L A N 中最流行的布线方式，已将网络带到了桌面上。光纤电缆用于连接 L A N 上的网络，以及将 L A N 连接到 WA N 上。光纤电缆已经得到了巨大的发展，在要求高速连接时，可以代替 L A N水平配线。在从物理和经济角度来看采用通信电缆连接网络都不合适时，无线技术为用户提供了选择。无线电波和红外线用于短距离通信，而微波和卫星方法则用于长距离的 WA N 网络互连。

1 ． 7 计算机网络传输设备 网络不仅仅是通信电缆、无线电波和接口，而且还有许多的网络传输设备使其成为具有一定功能的拓扑结构的网络。若没有专门的传输设备， L A N就只能是几个没有用途的结点，而WA N 也就不会存在。许多网络设备用来将载波信号放大，以便信号可以到达建筑物以外的房间或者楼层。 WA N或企业中的另外一些网络设备可以从一个网络向另一个网络路由载波信号。还有一些网络设备可用来转换信息，以便信息能够在不同的网络间发送。网络设备有许多如调制解调器，网桥、网关和访问服务器

等。

计算机网络传输设备 本节主要描述和介绍： • L A N 网络设备 ( 包括 N I C 、转发器、多站访问部件M A U 、集线器、路由器、桥式路由器、转换器和网关 ) 的功能。

• 解释 L A N 网络设备是如何进行工作的。 • 说明 WA N 网络设备 ( 包括多路器、信道组、专用网、调制解调器、访问服务器和路由器 ) 的目的。

• 解释WA N 网络设备是如何进行工作的。 L A N 传输设备是可以用来连接单独网络的设备、也可创建并连接多个网络或子网、建立校园网等。在 L A N 中的传输设备可作为单一的结点，或将多个结点互连，这些结点包括以下几项：

NIC 、转发器、 MAU 、 集线器、 路由器、 桥式路由器、 转换器、 网关。

1． 7． 1 NIC（网络接口卡）

N I C 可以使网络设备如计算机或其他网络设备等连接到某个网络上。设计 N I C时需要与特定的网络传输方法匹配。有些 N I C 有多个插头，所以可以用在不同的介质上，这种组合的 N I C 通常是要融合同轴电缆和双绞线的功能。当使用组合的 N I C时，这种组合 N I C 会带有软件驱动程序或硬件来与介质类型匹配。固件是存储在芯片 ( 如 R O M ) 中的软件。而且，有些 N I C驱动程序可以检测连接在 N I C 上的介质，并自动安装相应的正确的驱动程序。组合 N I C 可以支持两种或多种介质，但是一次只能是一种介质，否则， N I C就不能正确工作。

NIC（网络接口卡）

电缆插头连接在收发器上，收发器通常位于N I C的外部或者内置于 N I C的内部。对于大多数计算机、服务器和网络设备来说，收发器都是内置在接口卡中。在某些情况下，收发器在接口卡的外部，用收发器引入电缆来连接收发器和接口卡，这种情况在老式的网络设备中比较常见。收发器引入电缆只有在收发器位于 N I C外部时才有必要使用，当收发器内置于 N I C内部时，就不必使用了。

NIC（网络接口卡）

控制单元和固件协同工作，以正确地将源地址信息和目标地址信息、传输的数据和 C R C 信息封装到服务数据单元中。控制单元也可以确保 N I C 在帧接收后和随后的另一个帧传输前等待 9 . 6微秒的暂停或空闲时间。在这段时间里， N I C就可以正确地在接收和传输模式之间进行切换。

用户可以对介质访问控制（M A C）控制器和固件进行定制，以适应具体的网络传输类型，比如：以太网、快速以太网、令牌环网、快速令牌环网、 FDDI 、 AT M 。有些 N I C 在网络尤其是以太网和快速以太网中综合了网络传输的选项，以便可以很容易地对网络升级以进行高速的通信。

许多 N I C 可以处理半双工和全双工传输。半双工是指 N I C 和网络设备不能同时进行发送和接收，全双工则具备同时发送和接收的能力。

FDDI NIC 和 ATM NIC根据连接到网络的设备的不同，通常会有几种不同的形式。

F D D IN I C 经常用于：使用一个连接 (单个连接 ) 将主机系统或文件服务器与 F D D I 网络设备连接，或用两个附件或称双附件将网络设备附在 F D D I布线上。ATM NIC 通常将 AT M转换器或服务器连接到 AT M网络。同时， AT M 开始出现在桌面系统上，从而促进了工作站的 ATM NIC 的发展，但是目前，这种 N I C非常昂贵。

NIC（网络接口卡） N I C 可以根据计算机总线类型进行定制。总线是计

算机内部的一个接口，用来向计算机中的 C P U 和外设传输信息。工作站和服务器的常见总线类型有：

• 工业标准结构（ I S A ) ：支持 8位和 1 6位的数据传输，速度为8 MB/s 。

• 扩展工业标准结构 (E I S A ) ：可进行 3 2位的通信。 E I S A 可利用总线控制的过程来减少输入 / 输出活动对 C P U 的依赖。

• 外围计算机接口 (P C I ) ：支持 3 2位和 6 4位的通信。 P C I 使用本地总线设计，允许网络接口和磁盘存储使用分离的总线。

• N u B u s ：从 Apple Macintosh II 到 Macintosh Performa 计算机都使用这种专用的总线，这种总线的插槽有 9 6 个引脚。

• S PA R C总线 ( S B U S ) ：这是基于 Sun Microsystems SPA R C 工作站的专用总线。

购买 N I C时要考虑的问题： • 这个 N I C是用于主计算机、服务器还是工作站？ 主机和服务器的 N I C 经常选用 1 0 0 M b p s以

上的速度连接网络，以提高输入输出的总和，这时必须使用 P C I 等快速的总线类型。对于工作站的 N I C，取决于运行于其上的应用程序，也许会、也许不会要求快速的输入输出。

• 使用的网络介质或者网络传输方法是什么？ 不同的介质和传输方法要求使用不同的 N I C，如令牌环电缆类型使用的是令牌环 N I C，而以太网、 快速以太网或者各种以太网的组合网络使用的则是以太网 N I C。

购买 N I C时要考虑的问题： • N I C的厂家。 一定要购买有品牌的高质量的 N I C ，并充分利用 N I

C 可用的最快速的扩展槽，如 3COM 。 • 计算机或网络设备的总线类型是什么？ 确定 N I C 可以插在现存的计算机或网络设备的扩展槽。 • 计算机使用的是何种操作系统？ 所有的 N I C 都需要与操作系统 ( 如 Windows 95 、

Windows 98或Windows NT) 相兼容的驱动程序。 • 网络是使用半双工通信还是全双工通信？ N I C 应同时具备半双工和全双工通信的能力，以便可以适

应网络的变化或者网络的升级。 • 专用于某些特定的应用，如 F D D I卡，那么它是如何附加到

网络上的？ 有些特别应用的 N I C没有内置的收发器，也就需要单独购买。

1． 7． 2 转发器 1 0 B a s e 5限制在 5 0 0米之内，而 1 0 B a s e 2限制

在 1 8 5米之内，这种限制对于在一段中连接所有的结点来说就太严格了。电缆的段是在 I E E E规范之内的电缆敷设路线，例如， 1 0 B a s e 2 电缆的敷设路线为 1 8 5米，其上可以有 3 0 个结点或者更少一些 ( 包括终结器和网络设备 ) 。转发器是运作在 O S I模型物理层的一种廉价的解决方案，可使网络到达远方的用户，距离可以超出I E E E规范要求的一条电缆敷设路线的长度。转发器连接两个或多个电缆段并将进入的所有信号重新传输到其他段上。转发器执行的功能如下：放大输入的信号，调整信号时间，在所有电缆敷设路线上重新产生信号。当信号放置在电缆上时，再定时可以帮助避免包冲突发生。

转发器 ( 功能用途）

转发器用途： • 扩展网络段，例如 1 0 B a s e 2段要超过 1 8 5米的限制， 1 0 B a s e 5 要超过 5 0 0米的限制。

• 增加结点数目，不受一条电缆段的限制，例如，以太网上的结点可以超过 3 0 个。

• 感知网络上的问题，必要时关闭电缆段。• 连接另一网络设备上的部件，如集线器，以放大信号，

并对信号调整时间。 当转发器沿着一个以上的电缆段重新传输

信号时，就称为多端口转发器。

转发器 ( 扩展用途） 网络习惯认为从一个端口接出的电缆为一个

电缆段。比如说， 1 0 B a s e 2 以太网多端口转发器可以将接收到的信号放到 1 8 5米长的多条电缆上。每条电缆可以在段的一端支持多达 2 9 个的连接结点和终结器。根据 I E E E规范， 4 个转发器可以将粗同轴电缆的长度扩展到 25 00米，可以将细同轴电缆的长度扩展到 1 000米；根据介质上网络的拓扑结构，一个单独的包最多可以穿越 4 个转发器。当两个结点间有 4 个转发器时，其中至少有两个不能连接计算机 (见图 ) 。

多数转发器都适应于多种连接端 口，如粗缆或细缆设计的端口等。还 有一些有 A U I 接口，利用收发器连接到 同轴或光纤电缆主干上。最典型的输出 电缆段是细缆，但也有电缆组合的情况。

转发器 ( 应用示例）

转发器端口应用示例： • 粗电缆网到粗电缆网。 • 细电缆网到细电缆网。 • 粗电缆网到细电缆网。 • 粗电缆网到光纤电缆。 • 细电缆网到光纤电缆。 • 双绞线到光纤电缆。 • 粗电缆网到双绞线。 • 细电缆网到双绞线。 • 光纤电缆到光纤电缆。 多端口转发

器

转发器 (故障处理）

转发器不停地检查每一段输出电缆，查找诸如由缺少终结器或电缆断开等引起的故障。如果检测到了故障，那么转发器就会停止向那段电缆传输数据。关闭电缆段的方法称为分区技术。例如，如果终结器丢失或者工作站的 N I C操作失误、发送过多的包信息流，那么段可能就应该被分区。段被分区后，段上的所有结点就都不能进行通信了。一旦网络问题得以解决，在转发器上段可以进行重置以恢复传输。然而，随着网络的发展，转发器逐渐地开始阻碍高速网络互连能力，并且可能引起网络瓶颈问题。如果要设计新的网络，请采用更先进的具有内置转发器功能的设备，如集中式集线器。

转发器 (优缺点等）

使用多端口转发器，那么在设计网络时，要使得一段中的结点尽可能少。例如，对于具有 4 0 个工作站的网络，要创建 4 个段，每段上有 1 0 个结点，而不是创建两个段，一段 1 2 个结点，一段 2 8 个结点，这样在段被分割后，就减少了受影响的计算机的个数。

转发器的优点之一在于其在扩展网络时成本较低，其缺点在于：由于它要将进来的信号重新传送到所有输出段，所以在本已很繁忙的网络上又增加了过度的信息流量。因为向那些根本不包含目的结点的段重新传输数据毫无效率可言，因此大部分信息流量都浪费了。

许多交换机和集线器都有放大、定时和重新传输功能。使用时，应确定是否具有转发器的功能。

1 ． 7 ． 3 多站访问部件（令牌环网集线器）

多站访问部件 (Multistation Access Unit ， M A U ) 在令牌环网上担当着中央集线器的职责。 M A U仅用在令牌环网上，执行的任务如下：

• 通过物理星形拓扑结构将工作站连接到逻辑环路中。 • 在环路上移动帧和令牌。 • 放大数据信号。 • 以菊花链的方式连接以扩展令牌环网。 • 提供数据的规则移动。

注意： 有两个毫无关系的网络设备的首字母缩写都是 M A U，一个是介质存取单元 (media access unit) ，一个就是多站访问部件。介质存取单元是用来与网络介质 (如同轴电缆或光纤电缆 )连接的收发器。而多站访问部件是在令牌环网上链接工作站的集线器。有时也可以把多站访问部件的首字母缩写写成 M S A U。

多站访问部件（令牌环网集线器） 所有的令牌环网设备都是通过 M A U来与网络连

接的，最典型的是使用 Ty p e 1 、 Ty p e 2 ( 屏蔽的 ) 和 Type 3(非屏蔽的 ) 双绞线。 M A U 使用物理的星形拓扑结构将帧从一个结点向下一个结点传递，但在传输过程中看起来却好像是在环中传输。 M A U充当着中央集线器的功能，运作在 O S I模型的物理层和数据链路层上。

最基本的 M A U 可以连接多达 8 个的单电线段，最新的 M A U 有 1 6 个端口来连接结点。 M A U 可以是无源插孔，也可以是有源电缆接头。

无源插孔 (passive hub)除将信号在工作站间传递外没有其他功能。在信号每次通过 M A U时，强度都要被吸收掉一部分，从而就降低了网络的最大传输能力。

多站访问部件（令牌环网集线器） 有源电缆接头 (active hub) 在信号每次传向下一

个结点时重新产生信号并对其重新定时并放大。这样就确保了强信号向遥远的结点传递，其支持的结点数目可以是无源插孔的两倍。使用有源电缆接头时，由 Type 3 电缆组成的网络可以扩展到多达 1 5 0 个结点，使用 Type 1 和 Type 2 电缆时，结点数目可达到 2 6 0 个。

所有的 M A U 都有进环连接 ( R I ) 和出环插座( R O ) ，使得它们可以以菊花链的形式与其他M A U 连接。当越来越多的工作站加入到网络中时， R I 和 R O 连接可使令牌环网得到很好的扩充。当使用两个以上的 M A U时，第 1 个 M A U 的 R O端口就连接到第 2 个 M A U 的 R I端口，以此类推，直到所有的 M A U 都连接上来在令牌环网上，连接到一个环的 M A U 可多达 1 2 个。

MAU 连接令牌环网工作站

1 ． 7 ． 4 集线器 集线器是以星形拓扑结构连接网络结点如工作

站、服务器等的一种中枢网络设备。集线器也可以指集中器，具有同时活动的多个输入和输出端口。集线器的功能有：

• 提供一个中央单元，从中可以使网络连接多个结点。 • 允许大量的计算机可以连接在一个或多个 L A N 上。 • 通过集中式网络设计来降低网络阻塞。 • 提供多协议服务，如 E t h e r n e t - t o - F D D I 连接。 • 加强网络主干。 • 使得可以进行高速通信。 • 为几种不同类型的介质 (如同轴电缆、双绞线和光纤 )提供连接。

• 可以进行集中式网络管理。

集线器（类型）

网络集线器有多种类型。最简单的 集线器通过逻辑的以太网总线网络或令 牌环网提供着中央网络连接，并在物理 上以星形的形式连接起来。这一未管理 集线器，只是用于很小型的最多只有 1 2 个结点的网络

中 ( 在少数情况下，可以更多一些 ) 。未管理的集线器没有管理软件或协议来提供网络管理功能，这种集线器可以是无源的，也可以是有源的，有源集线器使用的更多。稍微复杂些的集线器是可以叠起堆放的集线器，根据集线器配置，每一个集线器可以有 8 、 1 2或 2 4 个端口。可以叠起堆放的集线器的最显著的特征是 8 个转发器可以直接彼此连接。这样只需简单地添加集线器并将其连接到已经安装的集线器上就可以扩展网络了，这种方法不仅成本低，而且简单易行。

集线器（底盘集线器 ）

底盘集线器是一种模块化的设备，在其底板电路板上可以插入多种类型的模块。有些集线器带有冗余的底板和电源，还有风扇。同时，有些模块允许不关闭整个集线器便可替换那些有缺陷的模块。集线器的底板给插入模块准备了多条总线，这些插入模块可以用于多个不同的段，如以太网、快速以太网、 F D D I 和 AT M 中。有些集线器还包含有网桥、路由器或交换模块。有源的底盘集线器可能还会有重定时的模块，用来与放大数据信号关联。交换功能也可以综合到集线器中，因此数据只在包含其目标结点的段中重新传输。这种类型的集线器在 M A C 子层 *(第 2层 ) 上运作，读取每一个帧的目标地址信息。

集线器（智能与扩展）

许多集线器都具备不同程度的智能，也就是说软件。这就意味着集线器可以用来执行网络管理功能。这种软件常包含在集线器中，当需求改变时通常可以添加特征、进行更新；在集线器中工作的过程中，这类软件还可以允许集线器收集有关网络性能的信息，或者允许网络管理员从远程管理工作站上关闭某个端口或整个集线器。采用智能的、可以叠起堆放的底盘集线器将分散位置的网络设备集成为一个整体。同时，当呼吁扩展网络时，网络更容易进行规模的扩大。如在一网络上需要一个新的以太网段时，可以在底盘集线器上添加一个卡、或者添加一个或多个可以叠起堆放的集线器就可实现这种扩展。

1 ． 7 ． 5 网桥

网桥是将一个 L A N段与另一 L A N段连接起来的网络设备。网桥的用途有：

• 当到达连接限制的最大值 ( 如以太网段上最多可以有3 0 个结点 )时，对 L A N 进行扩展。

• 扩展 L A N 使其超过长度限制，如细电缆网的以太网可以超过 1 8 5米。

• 将 L A N分段以减少数据信息流量的瓶颈。 • 防止未授权的访问 L A N 。 网桥在发送帧时，会先查看每一帧的物理目

标地址。这就将网桥与转发器区分开来，一般转发器不具备查看帧地址的功能。

网桥 ( 工作原理） 网桥在 O S I 数据链路层的 M A C 子层上工

作。网桥可以截取所有的网络信息流并读取每一帧上的目标地址，以确定帧是否可以转发给下一个网络。当网桥工作时，它要检查流经它的帧的 M A C地址来建立一个地址表。如果网桥得知帧的目标地址与帧的源在同一个段上，那么就根本不必转发，所以它将删除这个帧。如果网桥得知目标是在另一个段上，那么就仅将帧传送到那个段上。如果网桥不知道目标段在哪里，那么网桥将会把帧传输到除源地址之外的所有段上，这个过程称为扩散法。

网桥在 Ethernet II/IEEE 802.3 上非常盛行，但是很快被那些可同时执行桥接和路由功能的设备代替了。

网桥 (优缺点）

桥接的最主要的优点在于，它可以限制一定网络段上的信息流量。每秒钟标准的以太网网桥可以过滤 30000 多个帧并转发 15000 以上的帧。网桥过滤和转发的速度相对很快，因为它只查看数据链路层的信息而忽略了其他高层的信息。

网桥是与协议无关的，因此各种协议都可以完全地访问网络。网桥仅查看M A C地址。单个的网桥可以不必考虑帧的结构就转发 T C P / I P 、 I P X 、 A p p l e Ta l k 和 X . 2 5帧。网桥不会试图将一种网络协议形式的帧改变到另一种协议形式下。

网桥构成的网络

网桥 ( 重要功能）

网桥执行三种重要功能：学习、过滤和转发。启动网桥后，网桥可以学习网络的拓扑结构、记住所有连接网络的设备地址。这样通过检查其接收的帧的源地址和目标地址，网桥就可以知道在网络上有什么，并将利用这些信息创建桥接表以包含各个网络结点的地址。绝大多数网桥可以在桥接表中存储大量的地址，这个表将成为转发信息流的基础。网桥中还可以包含网络管理员输入的指令，以防来自某些特定源地址的帧泛滥，或者不将其转发而是将它丢弃。这种过滤能力意味着网桥具有安全功能，例如网桥可以控制对主管公司财务处服务器的访问。

网桥 ( 重要功能） 有些网桥只能链接两

个网络段，这些网桥可以用来层叠网络段。例如，网桥 A 连接着 LAN 1 和 LAN2 (见图示 ) 。网桥 B连接着 LAN 2 和 LAN 3 。 LAN 1上的帧必须经过网桥 A 和网桥 B才能到达 LAN 3 。当然也有多端口的网桥可以将多个段连接在一个网络中。假设网桥 A 是一个多端口网桥，那么它就可以有 3 个端口连接 LAN 1 、 LAN 2 和 LAN 3 。其中从一个 L A N 上发出的帧只要经过一个网桥就可以到达目的地，网桥的桥接表上包含着每个 L A N上所有结点的地址。

层叠桥接

网桥 (比较及类型）

由于网桥提供了对网络流量分段的能力，从而限制了流向网络的信息流，所以极大地提高了网络的性能。这与转发器形成了鲜明的对比，转发器是要将所有的帧重新传送到所有连接着的段上。网桥的另一个优点是可以用作防火墙，防止网络黑客入侵。防火墙是用来保护数据从网络之外的某处受到访问的硬件或软件，也可以防止数据从网络内流失。

网桥有两种类型：本地桥和远程桥。 本地桥 (local bridge)直接连接两个临近的

L A N ，比如两个以太网 L A N 。 远程网桥 (remote bridge) 用来连接距离较远

的网络。

网桥 (local bridge ）

本地桥也可以用来将网络信息流量分段，以减少网络瓶颈。例如，在一家研究所内，用网桥来链接商业部和研究实验室，从而可以使这两个部门共享一些文件和电子邮件。由于客户机 /服务器软件应用系统上的数据库服务器会产生大量的报表，所以商业部的网络中信息流量较高。一旦识别出数据库服务器中的信息流量很高，网桥就会给这台服务器过滤帧，这样这些帧就不会转发给实验室了。

访问文件服务器的主机、图形工作站、无盘工作站和 P C 可能是共享着一个网络。在这种高流量的网络上执行工作可能会受到很大的影响。此时，网桥可以放置在网络上，将高流量区分成小些的网络段。

网桥 (remote bridge ）

远程网桥 (remote bridge) 用来连接距离较远的网络。为降低成本，网桥可以用串行线来连接。这是连接不同城市或地区的网络并将其组合成一个单独的大型网络的一种方法，但是这不是唯一的解决方案，在有些情况下，路由器是更好的方案。

1 ． 7 ． 6 路由器 路由器的有些功能与网桥类似，如学习、过滤和转发等。但与网桥不同，路由器具有内置的智能来指导包流向特定的网络，可以研究网络流量并快速适应在网络中检测到的变化。路由器在 O S I模型的网络层连接 L A N ，从而与网桥相比，可以从包流量中解释更多的信息。如图所示为指导包流向特定网络的路由器，不必再将包广播给所有连接的结点。

路由器（路由器的用途）

路由器的用途： • 有效地指导包从一个网络传输到另一个网络，减少

过度的流量。 • 连接相临或远距离的网络。 • 连接截然不同的网络。 • 通过隔离网络的一部分来防止网络的瓶颈。 • 保护网络免受入侵。 与网桥不同，路由器可以连接具有不同数

据链接的网络。有些路由器只支持一种协议，如 T C P / I P或 I P X 。多协议路由器可在不同的网络 ( 如以太网上的 T C P / I P 和令牌环网上的 A p p l e Ta l k )间提供协议间对话。

路由器（路由器的特点）

如果具有相应的硬件和软件，路由器就可以支持多种网络，包括：以太网、快速以太网、令牌环网、帧中继、 AT M、 ISDN 、 X.25等。

网桥对其他网络结点是透明的，路由器在这一点上与网桥不同。路由器从结点中接收规则的通信，确认其地址和表识。路由器在设计时，从网络资源的角度来看，是沿着流量最小成本最低的路径传输信息。按最低成本路由是由距离和路径长度、可用的带宽和路由可靠性等因素决定的。在路由器中，可将这些因素之一或其中几个因素综合到一个整体中，这个整体就称为度量 ( m e t r i c ) 。路由器还可以将网络隔离，以防止繁忙的流量到达更主要的网络系统中。这种特性可以避免网络运行停止和网络广播风暴。

路由器（路由器的特性）

随着网络日渐复杂，人们对包文沿最短最有效的路径发送的需求也成比例增长。路由器经常会在网络中替代网桥，以确保增长的网络流量可以有效地得到处理并避免网络阻塞。注意，当有时必须要连接到大型网络上时，路由器会比网桥更有效。

当计划对网络升级时，需要考虑现在使用的是何种协议。如 N e t B E U I 和 L AT 等协议是不能被路由的，若要将该网络升级，这些协议就要从一个网络中传递到下一个网络，所以将网络中的网桥升级为路由器就比较困难了。

1. 静态与动态路由 路由可以是静态的，也可以是动态的。 静态路由需要有网络管理员创建的路由表，

其中指定了任意两个路由器之间的固定的路径。当某一网络设备失效时，网络管理员还要介入更新路由表的工作。静态路由器可以确定一个网络链接是否崩溃，但是在没有网络管理员介入的情况下，它无法对信息流量重新路由。所以通常不使用静态路由。

动态路由独立于网络管理员而工作的。动态路由监视着网络的变化、更新其自身的路由表并在需要时，随网络路径进行重新配置。当一个网络链接失效时，动态路由器可以自动地检测失效并建立最有效的新路径。新的路径是根据由网络负载、线路类型和带宽决定的最低成本来进行配置的。

2. 路由表与协议 路由器在数据库中维持着有关结点地址和网

络状态等信息。路由表数据库中包含着其他路由器和每个端结点的地址。动态路由器通过规则地与其他路由器和网络结点交换地址信息来自动地更新表。路由器还可以有规律地交换有关网络流量、网络拓扑结构和网络链接状态等信息，此信息位于每个路由器的网络状态数据库中。

使用单独一种协议的路由器只维护一个地址数据库。多协议的路由器中对识别的每个协议都有一个地址数据库 (例如， T C P / I P 结点有数据库， I P X / S P X 结点也有数据库 ) 。路由器通过使用一种或几种路由协议来交换信息。路由器可使用不同的技术来进行通信。例如，路由器可以检验所有与其直接相连的链接状态，并通过链接状态路由通信来将该信息发送给其他路由器。或者，路由器可以给网络上的其他路由器发送一个路由更新，包括发送一个或部分路由表。

两种常用的通信协议： R I P 和 O S P F 。

路由器通过路由信息协议 (Routing Information Protocol ， R I P )来确定路由器之间的最少跳数，该信息将添加到每个路由器的表中。然后，转发的数据将用来协助确定发送包的最优通道。 R I P 并不非常流行，因为每个 R I P 路由器都要每分钟发送两次包含着整个路由表的路由更新消息。对于包含几个路由器的网络而言，这就会引起过度的信息流。而且当指定的服务器需配置为保持路由信息并有规律地通过 R I P来发送路由信息时，问题就更加严重。由于在多种不同的选项如以太网和快速以太网、或高流量路由和低流量路由等都可用时，这种协议并不能确定可采取的最优路径，所以其应用受到了限制。

两种常用的通信协议： R I P 和 O S P F 。 开放最短路径优先 (Open Shortest Path First ，

O S P F ) 应用更广，在几个方面的优越性要高于 R I P 。优越性之一在于，路由器只发送路由表的一部分，也就是与其最直接相连的路由链接那部分，称为“链接状态路由消息”。而且，与 R I P 相比，它可用更紧密的包格式将路由信息打包。 O S P F提供了 8 个级别的服务，允许网络管理员来控制数据沿特定路径的传输。数据传输要基于线路速度、带宽和网络信息流量环境。当使用 O S P F 的路由器启动时，首先会确定它到与其直接相连结点的距离，即距离向量。然后，路由器根据距离向量的值来确定到每个结点的链接成本。结点距离路由器越远，链接成本就越高。当结点被删除时，路由器将重新计算链接成本。而且，路由器会时时监视着是否有新的结点添加进来，如果有，则要计算这些新的链接成本。

本地路由器 链接相临网络的基于 L A N 的路由器称为本地路由器 (local router) 。例如，一个本地路由器可以连接同一楼层中的两个以太网或不同大楼中的两个网络。一个本地路由器可以处理 1 5 个不同的网络协议，包括T C P / I P 、 I P X / S P X 和 A p p l e Ta l k 。这些路由器不停地监视着其组成的网络，以便路由表可以得到更新以反映网络的变化。它们可以监视线路的速度、网络负载、网络编址和网络拓扑结构等信息。本地路由器用来将网络流量分段，并可用来增强网络的安全性。并被用来防止某些类型的包离开某特定的网络段，还可用来控制哪些网络结点能够到达含有敏感商业信息的段。当为安全性问题配置路由器时，路由器在网络上就像一个防火墙一样，保护网络免受黑客和不需要的流量的攻击。

1 ． 7 ． 7 桥式路由器

桥式路由器 ( b r o u t e r ) 在某些环境下的功能像网桥，而在另一些环境下，又作为路由器使用。

桥式路由器用途：• 在多协议网络中有效地处理包，其中有些可以被路由，而

有些不能被路由。• 隔离网络流量并引导网络信息流的走向，以减少阻塞。• 连接网络。• 通过控制访问的人员来保护网络的特定部分。 桥式路由器用于运行着几个不同协议的网络中，又称为多协议路由器。

桥式路由器

究竟是桥接还是路由协议将取决于网络管理员为处理协议而编写的指令；进来的帧是否包含路由信息 ( 如果不包含，通常协议将转发给所有的网络 ) 。

当桥式路由器配置为转发而不是路由一个协议时，它将用数据链路层中的 M A C 子层中的编址信息来转发每一个帧。这在网络中有 N e t B E U I 协议时，是一个非常重要的能力 ( 因为 N e t B E U I 不能被路由 ) 。对于可以被路由的协议，如 T C P / I P ，桥式路由器将根据网络层中的地址和路由信息转发包。

1 ． 7 ． 8 交换机 交换机提供了桥接能力以及在现存网络上

增加带宽的功能。用于 L A N 上的交换机与网桥相似，因为它们都运作在数据链路层 (第 2层 ) 的 M A C 子层上，都检验着所有进入的网络流量的设备地址。与网桥还有一点相似，交换机保持一张有关地址的信息表，并用该信息来决定如何过滤并转发 L A N 流量。而与网桥不同，交换机采用交换技术来增加数据的输入输出总和和安装介质的带宽。

通常情况下，一个 L A N 的交换机会采用下列两种交换技术 (称为交换结构 )之一：

开通式交换和存储转发交换。

开通式交换和存储转发交换 开通式交换 (cut-through switching) 是通过在整

个帧接收到之前转发帧的部分而实现的。 M A C级的目标地址一读取，就可以转发帧，而目标端口是由交换机的表决定的。这种方法有较高的传输速度，这是因为放弃错误校验而实现的。

在存储转发交换 (store-and-forward switching，也称为缓冲交换 ) 中，帧是在完全接收到之后才能转发。一旦交换机接收到了帧，首先要在发送到目标结点之前通过 C R C检查错误。其次，帧被缓存起来，直到恰当的端口和通信链接可用(在通信不繁忙 ) 。新的使用存储转发交换技术的交换机 (有时称为路由交换机 )也可以组合路由和交换技术，因此可以在网络层 (第 3层 ) 上操作，以建立到目标的最快的路径。组合了路由功能的交换机的优点之一是在网络流量分段方面具有更大的灵活性，从而可以避免在以太网应用中的广播风暴。

交换机 关于路由交换机是否是严格的第 2层设备，在

网络互连专家中还存在有一些争议。根据 8 0 年代发展的交换机的定义，第 3层的交换机实际上是路由器，这个路由器采用交换技术来发送包，速度要高于传统的路由器。

存储转发交换技术越来越比开通式交换流行，目前其中有些交换机还利用 C P U来增加输入输出总量。在理想条件下，基于 C P U 的交换机比非 C P U 的交换机速度要快得多，但在某些环境下，基于 C P U 的交换机在大量的输入流量下会承受超额负载，致使 C P U 的利用率达到 1 0 0 % ，从而实际上降低了交换机的速度，使其比没有 C P U 的交换机还要慢。如果使用基于 C P U 的交换机，那么检查 C P U 的容量以确定其是否与网络负载相匹配是非常重要的。

交换机（用途） 交换技术的最常见的用途之一是在以太局域

网上减少冲突并改善带宽。以太网交换机利用其 M A C地址表来确定哪个端口接收特定的数据。由于每个端口都通过唯一的一个结点与一个段相连，并没有其他的结点，所以结点和段享有完全的 1 0 M b p s (或 1 0 0 M b p s或 1 Gbps) 的带宽，这样就减少了发生冲突的可能。交换机另一个最常见的应用是在令牌环网中。令牌环网交换机在数据链路层只执行桥接功能，或者能在网络层执行源路由桥接功能。

虽然 I E E E规范在某些条件下允许在以太网集线器或交换机段上有两个连接的结点，但大多数网络管理员只连接一个结点，这种网络设计可以充分通过交换技术利用增强的带宽能力。

交换机（提高网络带宽）

通过直接转接到接收数据的段，交换机可以极大地提高网络的带宽，而无须对现有的网络介质进行升级。例如，考虑下面这种情况，有一个集线器连着 8 个 1 0 M b p s 的段，但是却没有交换能力。由于集线器一次只能向一个段重新传送数据，所以集线器的容量就从来不能超过 1 0 M b p s 。如果用以太局域网交换机来代替集线器，由于交换机可以几乎同时向每个段重新传送数据，所以网络的整个容量就增加了 7倍，即 8 0 M b p s ( 8×1 0 M b p s = 8 0 M b p s ) 。因为目前交换机的价格不比集线器贵多少，所以交换机提供了一条在高流量网络上提高性能的快捷之径。

还有一种受控的交换机可用，它可以提供智能选项，与受控的集线器提供的智能选项相似。

交换机（ V L A N ）

交换机能够实施虚拟局域网 (Virtual LAN ，V L A N ) 技术。根据 IEEE 802.1q 标准的定义， V L A N 是一种基于软件的将网络逻辑地划分为子网络的方法，这些逻辑的子网络组成独立于真实的物理网络拓扑结构。 V L A N 中组的成员可以在物理上相距甚远的段中，但可以通过 V L A N软件和交换机、路由器以及其他网络设备而配置为在同一个逻辑段中。当实施 V L A N时，路由交换机是最佳选择，因为它可根据其子网的容量，减少管理的开支。在 V L A N 中的第 2层交换机，要求其交换端口链接到 M A C地址，这就对 V L A N 的管理增加了一层额外的工作。

1 ． 7 ． 9 网关 “网关”通常它是指一种使得两个不同类型的

网络系统或软件可以进行通信的软件或硬件接口。如：• 将常用的协议 ( 如 T C P / I P )转换为专用的协议 ( 如 S

N A ) 。• 将一种消息格式转换为另一种格式。• 转化不同的编址方案。• 将主机链接到 L A N 上。• 为到主机的连接提供终端仿真。• 指导电子邮件发送到正确的网络目标上。• 用不同的结构连接网络。 网关的应用程序范围极广，它可以在 O S I模

型的任一层上运行。最传统的网关是一种用来将一类协议转化为另一类具有截然不同的结构组成协议的网络设备。这种网关在 O S I模型的网络层上运作。

1 ． 7 ． 10 调制解调器

调制解调器将计算机输出的数字信号转换为电话线路可以传输的模拟信号，然后再在接收端将输入的模拟信号转换为计算机可以理解的数字信号。

调制解调器的连接方式有两种： 内部连接和外部连接。 内置的调制解调器安装在计算机内主板的一个空的扩展槽中。外置的调制解调器是一个单独的设备，连接在计算机的串行端口上。

外置调制解调器是通过专门为调制解调器设计的电缆来与计算机连接的，以与计算机的串行端口连接器匹配。

调制解调器 ( 连接器 )

与计算机连接常用的连接器有三种： 第一种：老式的 D B - 2 5 连接器，有 2 5 个引脚，与打印机的并行端口很像，但不是用并行通信；

第二种 : D B - 9 连接器，有 9 个引脚； 第三种 : IBM PC 上串行通信用的圆形连接器。通用串行总线 (Universal Serial B u s e s ， U S B ) 开始在串行通信领域实施开来。 U S B 是所有外围设备的连接标准，将逐渐取代传统的并行和串行端口。

内置和外置调制解调器都是通过两端带 R J - 11 头的电话线来连接在电话的电源插座上的。

调制解调器 ( 技术 )

调制解调器的数据传输速度可以用两种相似但不完全相同的方法来衡量：波特率和比特 /秒。

波特率是指传输数据的信号的波长每秒钟改变的次数。 当调制解调器刚诞生时，只能在一个信号变化中传输一个数据位，这时用波特率来衡量速度是很合适的。早期的调制解调器速度很慢，传输速度在 3 0 0 ~ 1 2 0 0波特之间，也有 9 6 0 0波特的调制解调器。

调制解调器技术发展得很快，要求用新的方法来衡量调制解调器的传输速度。已经开发了在信号的每个变化中可以传输多个数据位的技术。由于这种新技术的出现，现在调制解调器速度开始用比特 /秒来衡量。目前调制解调器的速度可以达到 5 6 K b p s 。

调制解调器 ( 技术 ) 适用于调制解调器的 M i c r o c o m 网络协议 (

M N P ) ，是由通信服务级别组成的 ( C l a s s 2 ~ 6 ，还有适用于蜂窝电话传输的 Class 10) ，为用户提供了有效的通信、错误校验技术和数据压缩技术。 I T U 也为调制解调器通信开发了标准，其中在 V. 4 2 的标准中将许多 M N P 的服务级别包含了进去。

P C与调制解调器连接， P C 上数据的传输速度就是数据终端设备 (D T E ) 的通信速率。调制解调器的速度称为数据通信设备 (D C E ) 的速率。 P C 上给调制解调器的端口速度 ( D T E 速率 ) 应该与调制解调器的 D C E 速率相同。

调制解调器的通信格式有两种：同步和异步。同步是一些连续的受时钟信号控制并引发的脉冲串。异步发生在离散的单元，其中每个单元都由起始位和终止位来划界。

ITU-T调制解调器标准

调制解调器 ( 数字调制解调器 ) I S D N 线路要求使用一种有些像数字调制解调器的设备，称为终端适配器 (T e r m i n a l Ad a p t e r ， TA ) ，来连接 P C 。 ISDN TA 的通信与高质量的同步和异步通信调制解调器大约相同，但是具有更高的数据传送能力 ( 如 1 2 8 K b p s ~ 5 1 2 K b p s ) 。 TA 可将数字信号转换为可以通过数字电话线路发送的协议。

在有些地区，有线电视提供数据服务。电缆调制解调器用来连接到电缆数据服务上。这种调制解调器可将计算机连接在有线电视系统的同轴电缆上。电缆调制解调器是通过由电缆服务所分配的上游、下游频率 ( 信道 )来进行通信的。上游频率用来在携带数据、声音和电视信号的频谱上传输出的信号。下游频率用来接收信号，还常与其他数据、声音和电视下游信号混合。根据调制解调器的不同，上游信号和下游信号的速率可能相同也可能不同，如最大的上游速度为 3 0 M b p s ，最大的下游速率为 1 5 M b p s 。

作业1 、 Modem 采用的调制技术有 ________。 A. 调幅 B. 调频 C. 调相 D.混合调制2 、判断对错（正确的划“ V”，错误的划“ X”）___信号在介质上的传播速度由信道带宽决定。___无线电、移动通信、卫星通信都属于无线通信。___单模光纤比多模光纤细，所以传输速率低 。___同轴电缆既可用于计算机通信，又可用于传输有线电视

信号。3、列出四种以上常用传输介质。4、画图说明二进制数据 10010110 的 NRZ、 Manchester 和差分 Manchester编码。

作业5 、请选择正确答案(1) 、为用户提供可靠的端到端的服务的是： ________ 。 A. 物理层 B.数据链路层 C. 网络层 D. 传输层(2) 、路由功能一般在 ________ 实现。 A. 物理层 B.数据链路层 C. 网络层 D. 传输层(3) 、属于应用层的协议有 ________ 。 A. 电子邮件协议 B.远程登录协议 C.IP D.TCP(4) 、通信子网包括哪几个层次 ________ 。 A. 物理层 B.数据链路层 C. 网络层 D. 传输层(5) 、在同一层次的对应实体之间交换的数据叫 ________ 。 A. 接口数据单元 B. 协议数据单元 C. 接口控制信息 D. 服

务数据单元6、判断对错（正确的划“ V”，错误的划“ X”）(1) 、 _____ 通信实体必须是计算机硬件设备。(2) 、 _____ 物理层和传输介质并不是等同的概念。(3) 、 _____ 划分层次的原则是每一层的功能越多越好。(4）、 _____ 服务是通过接口上的服务访问点调用的。

作业7. 交换机的特点是什么？目前有哪两类交换技术？8. 请叙述交换机的工作原理，它与网桥的区别。9. 什么是 VLAN? 它有什么优越性？10. 说明 FDDI 的含义及其特点？11. 何为交换式局域网？它与共享式局域网的根本区别是什么？12. “I S O”代表什么？ a. Institute for Standards Org a n i z a t i o n b. International Standards Org a n i z a t i o n c. International Organization for Standardization d. International Statisticians Org a n i z a t i o n13. 交换机和网桥属于 O S I 模型的哪一层 ? a. 数据链路层 b. 传输层 c. 网络层 d. 会话

层

作业14. 路由器属于 O S I模型的哪一层 ? a. 数据链路层 b. 传输层 c. 网络层 d. 物理层15. 网络接口卡属于 O S I模型的哪一层？ a. 数据链路层 b. 传输层 c. 网络层 d. 物理层16. TCP/IP 的网络通信模型哪一层大致对应于 O S I模型的物

理层和数据链路层？ a. 网络接口层 b. 互连网层 c. 传输层 d. 应用层

17. IP 协议属于 T C P / I P模型的哪一层？ a. 网络接口层 b. 互连网层 c. 传输层 d. 应用层18. TCP 协议属于 T C P / I P模型的哪一层？ a. 网络接口层 b. 互连网层 c. 传输层 d. 应用层

作业 (2)1) 粗同轴电缆的阻抗为： a. 20b. 50c. 75d. 1002) 以下哪种接头用在双绞线中？ a. BNC b. RJ-11 c. RJ-45 d. RG-583) 以下哪种接头用在细同轴电缆中？ a. BNC b. RJ-11 c. RJ-45 d. RG-584) 电缆的最大传输速度为： a. 2Mbps b. 10Mbps c. 50Mbps d. 100Mbps5) 同时包含同轴电缆和光纤电缆的通信电缆称为：  a. STP b. UTP c. 粗电缆网 d. 混合电缆6) 以下哪种技术可以用在无线网络通信中？ a. 卫星 b. 红外线技术 c. 无线电波 d. 以上都是 e. 只有 a 、 b7 ) 长距离通信中，以下哪种光纤电缆最好？ a. 单模式 b. 多模式 c. 24 光纤 d. 以上均不适用于长距离通信8) 以下哪一项对 E M I / R F I 的阻抗最大？ a. 非屏蔽双绞线 b. 屏蔽双绞线 c. 同轴电缆 d. 光纤电缆9) 如果在建筑物中安装 U T P 电缆，并且需要高速通信，那么应该使用： a. Category 1A b. Type 7 c. Type 6 d. Category 5