第 4 章

1. 计算机系统与网络技术 第4章 计算机组网设备（一）

2. 主要内容 • 网络设备基本知识 • 网络连接设备 • 交换机 • 路由器

3. 4.1 网络传输介质 • 网络传输介质 • 网络传输介质是网络通信过程中信息的传输通道 • 网络传输介质分类 • 有线介质 • 同轴电缆、双绞线、光纤电缆等 • 无线介质 • 无线电、微波、红外线、激光等

4. 双绞线 • 非屏蔽双绞线 (Unshielded Twisted Pair，UTP) • 由两股相互绝缘隔离、绞绕在一起的电线组成，作为一条通信线路 • 屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair，STP） • 在双绞线的外面包上了一层铝箔，因而提高了双绞线的抗干扰能力

5. 非屏蔽双绞线分类 • 1类线，用于电话线和低速数据线 • 5类线，支持100Mbps的传输速率，可用于100Base-T以太网，网络段100m • 超5类线，传输速率达155Mbps，网络段100m，适用于100Base-T以太网、ATM网 • 6类线，传输速率达10Gbps，网络段100m，适用于1000Base-T和10GBase-T以太网

6. 同轴电缆（Coaxial Cable） • 由里到外分为四层：中心铜线，塑料绝缘体，网状导电层和护套，具有相同轴线 • 细缆 • 一个信道，网络终端用户 • 粗缆 • 多个频率传送信号 • 速度200Mbps，网络段3km • 用于有线电视系统

7. 光纤（Fiber-Optic Cable） • 光纤由纤芯、包层、护套以及加强纤维组成 • 1000Mbps~50,000 Mbps • 信号衰减低，传输距离可达10km以上

8. 光纤分类 • 单模光纤 • 纤芯直径5~10μm，传输一束光波 • 带宽更宽，传输距离长 • 大容量、长距离的通信系统，城域网、广域网的主干线路 • 多模光纤 • 纤芯直径50μm~100μm • 允许多个光波在一根光纤上传输 • 短距离通信领域，构建局域网

9. 有线连接 • 双绞线连接器 • RJ-11 • RJ-45 • 同轴电缆连接器 • BNC连接器 • AUI连接器 • 光纤连接 • FC、SC、ST、D4、DIN…

10. BS BS 无线电波 无线电波覆盖的区域 • 固定通信点与通讯终端之间是无线链路 • 低功率、单频率方式：价格低，最大距离为25m，适合于办公室联网。 • 高功率、单频率方式：传输距离远，甚至可以穿越大气层，适合于旅行或野外工作的人入网。 • 扩展频谱方式：抗干扰能力较强，可以提供较安全的数据传送。 基站 终端

11. 微波系统 • 使用高频无线电波传播语音和数据 • 光路可见 • 半数以上的电视系统使用微波传送

12. 地 球 微波中继站 地面站之间的直视线路 • 两个地面站之间传送 • 距离：50 -100 km 微波传送塔

13. 卫星系统 • 地球卫星作为微波中继站 • 远地通讯卫星 • GEO(22,300英里) • 中距卫星 • 5,000~10,000英里 • 近地卫星 • 400~800英里

14. 4.2 网卡与调制解调器 • 网络接口卡（Network Interface Card，NIC） • 网络适配器（Network Adaptor），简称网卡 • 计算机连接网络中各种网络设备的接口

15. 通用网卡分类 • 普通网卡按网卡的速率划分 • 插于计算机主板扩展插槽 • 集成网卡 • 网卡直接集成到计算机的主板上 • 机箱的后板上提供一块网卡的接线口 • 无线网卡 • 实现无线网络的连接 • Wi-Fi

16. 网卡工作原理 • 以太网卡具有全球唯一的物理地址标识，MAC地址 • MAC地址：48bit，如：00-C0-9F-E2-EC-17 • 网卡的主要功能 • 数据封装与解封 • 链路管理：CSMA/CD • 编码与译码 • 需要网卡的设备驱动程序

17. 调制解调器 • Modem实现模拟信号和数字信号的相互转换 • 调制：把数字信号转换成模拟信号，在电话线上传输 • 解调：通过电话线从网络传来的信号是模拟信号，必须借助调制解调器把模拟信号转换成数字信号

18. 4.3 中继器与集线器（HUB） • 中继器 • 工作在物理层 • 实现信号放大、去除噪音 • 延长网络传输的长度 • 集线器 • 多端口中继器 • 组建局域网

19. 集线器（HUB）特点 • 使用广播形式发送数据包 • 在一个集线器不同端口连接的网络节点共享HUB的总带宽 • 通过CSMA/CD协议共享带宽 • 缺点 • 广播导致非法接受，不安全 • 同时发送，容易造成网络拥塞现象 • 不能双工传输，网络通信效率低

20. 4.4 交换机（Switch） • 工作在OSI模型第二层—数据链路层 • 网桥和交换机 • 网桥（Bridge） • 实现数据帧的转发，将网络的多个网段在数据链路层上连接起来 • 互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络，但互联的网络需要在数据链路层以上采用相同的协议 • 交换机（Switch） • 在数据链路层实现数据帧的交换转发

21. 交换机（Switch） • 对集线器缺点进行改进 • 内部结构 • 高带宽的背板总线，连接所有端口 • 内部交换矩阵 • 转发数据帧时，在端口之间建立临时交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。 • 同一时刻，可进行多端口之间数据传输 • 连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无需同其他设备竞争使用

22. 工作原理 • 基于MAC地址识别数据帧进行转发 • MAC地址转发表（Forward） • 记录了端口与MAC地址之间的映射关系 • 当交换机接收到数据帧，将记录该数据帧的源端口和源MAC地址的映射 • 如果在转发表中已经存在该映射项，则更新映射项的生存期 • 如果没有，则在转发表中保存该映射项

23. 交换机应用 • A向D传输，E向B传输，无冲突 • 通过交换矩阵建立1-4、2-5端口对的两条交换路径 • A向C传输，D向C传输，产生冲突 • 交换机缓存数据包，然后依次轮流将A的数据发C、D的数据发C • F连接8号端口，E向F发送 • 交换机广播方式查找F所在的端口，建立5-8端口对的交换路径用于传输数据帧

24. 交换机分类 • 两层交换机 • 工作在数据链路层 • 数据包的转发 • 三层交换机 • 可以工作在数据链路层、网络层 • 能够实现网络层路由功能 • 子网划分、广播限制

25. 虚拟局域网（VLAN）的作用 • 由交换机连接的设备形成广播域 • 用一网段（IP地址网络号相同）的设备可以直接通信 • 不同网段之间的设备只有通过路由器才能通信 • 复杂局域网，需要很多路由器 • 将不同的用户划分到各自的广播域中 • 为不同子网的设备之间提供网络互联 • 虚拟局域网技术 • 可以将同一物理LAN内的多个用户逻辑地划分成不同的VLAN • 或者将不同物理LAN的用户逻辑地划分为同一VLAN

26. 虚拟局域网（VLAN） • 指交换机通过网络管理软件创建可跨越不同网段、不同网络的逻辑网络 • 一个VLAN就是一个逻辑子网，也就是一个逻辑广播域 • 通过单个交换机划分VLAN

27. 建立虚拟局域网（VLAN） • Vlan可以覆盖多个物理网络 • 允许处于不同地理位置的网络用户加入到一个逻辑子网中。