1、网络基础知识,2007年4月9日,秦绍光,通过本课程的学习，您将了解：,什么是网络 什么是网络设备 什么是网络传输介质,一、网络,网络(Network)网络是将处于不同地理位置且相互独立的计算机或设备通过传输介质和网络设备按照特定的网络协议和结构相互连接起来，利用网络操作系统进行管理和控制，从而实现信息传输和资源共享的一种信息系统。,网络的演变,典型网络模型,网络的分类,按地理范围分类局域网（LAN：local area network）广域网（WAN：wide area network）,LAN定义,概念覆盖范围一般不超过数十公里，常用于机关、公司、学校、工厂或医院等特点距离短、延迟小、数据
2、速率高传输可靠，可用多种拓扑结构,运行在有限的地理区域 允许同时访问高带宽的介质 通过局部管理控制网络的私有权利 提供全时的局部服务 联接物理相临的设备,LAN的设计目标及常见设备,WAN定义,概念覆盖范围大，数百公里，乃至万公里，可以是一个地区，一个国家，甚至全地球Internet就是一个WAN，WAN由多个LAN构成,WAN分类,公用电话网：PSTN 综合业务数字网：ISDN 数字数据网：DDN X.25共用分组交换网 帧中继：Frame Relay 异步传输模式：ATM,WAN交换模式,电路交换：基于电话网的电路交换 优点：时延小、透明传输； 缺点：带宽固定，网络资源利用率低。 分组交换
3、：以分组为单位存储转发 优点：多路复用，网络资源利用率高； 缺点：实时性差。,WAN设计目标及常见设备,Modem/CSU/DSU,路由器,广域网交换机,接入服务器,运行在广阔的地理区域； 通过低速串行链路进行访问； 网络控制服从公共服务的规则； 提供全时的或部分时间的连接； 连接物理上分离的、遥远的、甚至全球的设备。,带宽和延迟,带宽：描述在一定时间范围内数据从网络的一个节点传送到任意节点的容量，通常用bit/s表示。 以太网带宽：10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s等。 延迟：描述网络上数据从一个节点传送到另一个节点所经历的时间。,常见的网络拓扑结构,拓扑结构： 总线
4、型、星型、树型 环型、网型,二、网络互连设备,计算机网卡中继器、集线器网桥、交换机路由器网关,计算机的分类,台式机PC机或工作站，一般由个人使用。台式机上常用操作系统包括Windows、Linux以及Macintosh。小型机和服务器 小型机和服务器是介于台式机和大型机之间的各种计算机系统。大型机 也称作超级计算机，能够管理大型企业网，存储大量重要数据并保证其完整性及在一个机构中传送数据。笔记本电脑和掌上型电脑 是为了满足日益走向移动的社会需求而出现的计算机类型。,计算机的主要部件,CPU(中央处理单元) I/O(输入/输出系统) 内存(Random Access Memory, RAM) 网
5、络接口卡(Network Interface Card, NIC) 也叫作网卡(Network Adapter)，是连接计算机与网络(网线)的硬件部件。,网络接口卡,PCI总线的网卡,ISA总线的网卡,网卡的主要作用,在发送方，把从计算机系统要发送的数据转换成能在网线上传输的bit流。在接收方，把从网线上接收来的bit流重组成计算机系统可以处理的数据。判断数据是否是发给自己的。发送和控制计算机系统和网线数据流。,网卡的MAC地址,存在形式 由网卡的生产厂商固化在每块网卡只读存储器(ROM)中。 作用 计算机或设备之间进行通信时，需要使用MAC地址 格式 MAC地址由48位二进制数组成，使用12
6、个十六进制数字来表示，如0080.C8EF.D2C3,中继器的功能,中继器的工作就是重发bit，将所收到的bit信号进行再生和还原并传给每个与之相连的网段。中继器是一个没有鉴别能力的设备，它会精确的再生所收到的bit信号包括错误信息，而且再生后传给每个与之相连网段而不管目的计算机是否在该网段上。但是，中继器的速度很快且时延很小。,“5-4-3”规则,通常在一个网络中，最多可以分为5个网段其中用4个中继器连接只允许在其中3个网段包含计算机或设备，其他2个网段只能用于延长传输距离。,集线器的功能,集线器(Hub)其实是一个具有多个端口的中继器。它可以集中网络连接，可以重发bit信号。最常用的集线器
7、是连接以太网中计算机的集线器，线缆从单个节点的NIC连接到中心集线器。一般824个端口。其他类型的集线器包括用于令牌环网络的多站接入单元(MAU/MSAU)等。,中继器和集线器,集线器的应用,与计算机直接连接 与集线器形成堆叠 与集线器形成级联,集线器的安装,购置集线器 选择安装位置 识别接口和指示灯 连接电源 连接集线器和计算机 集线器互相连接,网桥的功能,网桥(Bridge)工作在OSI模型的数据链路层，可以用于连接具有不同物理层的网络，如连接使用同轴电缆和UTP的网络。网桥是一种数据帧存储转发设备，它通过缓存、过滤、学习、转发和扩散等功能来完成操作。,网 桥,网桥的工作原理(1),缓存：
8、网桥首先会对收到的数据帧进行缓存并处理过滤：判断入帧的目标节点是否位于发送这个帧的网段中，如果是，网桥就不把帧转发到网桥的其他端口转发：如果帧的目标节点位于另一个网络，网桥就将帧发往正确的网段,网桥的工作原理(2),学习：每当帧经过网桥时，网桥首先在网桥表中查找帧的源MAC地址，如果该地址不在网桥表中，则将有该MAC地址及其所对应的网桥端口信息加入,网桥的工作原理(2),扩散：如果在表中找不到目标地址，则按扩散的办法将该数据发送给与该网桥连接的除发送该数据的网段外的所有网段。,交换机的功能,交换机(Switch)其实是更先进的网桥，它除了具备网桥的所有功能外，还通过在节点或虚电路间创建临时逻辑
9、连接，使得整个网络的带宽得到最大化的利用。通过交换机连接的网段内的每个节点，都可以使用网络上的全部带宽来进行通信，而不是各个节点共享带宽。,交换机,交换机与集线器的区别,交换机的并行程度更高，不同于集线器的 共享带宽。8口集线器(100Mbps)与8口交换机(400Mbps)的带宽比较。 交换机的缓存能力更强 交换机的智能化程度更高 交换机具有支持虚拟局域网(VLAN)的能力,交换机的类型,不可管理交换机 不具备可管理性，没有CPU或集中管理芯片，只是并行程度、吞吐能力等优于集线器。 可管理式交换 除了具有不可管理交换机的全部功能，还带有CPU或集中管理芯片，可以支持VLAN及SNMP管理，又
10、称为智能型交换机。,路由器的功能,路由器(Router)工作在OSI模型的网络层，因此可以连接1层和2层结构不同的网络。路由器通过在相邻的路由器节点之间进行路径选择(即路由)功能，通过最佳的路径来传送数据包。隔离广播，阻止广播风暴。 所有通过路由器连接的网络必须使用相同的寻址机制(通常使用IP地址)。,路由器,路由器的工作原理(1),与网桥和交换机使用帧中的MAC地址转发帧相比较，路由器是通过数据包中的网络层地址(如IP地址)来转发数据包的，不对MAC地址进行操作。因此，在用路由器连接的网络上，源节点不需要知识目的节点的MAC也能够找到它。,路由器的工作原理(2),与网桥和交换机类似，路由器的
11、内存中也存有一个表，叫做路由表(Routing Table)，其中记录的是数据包地址(网络层地址)和物理端口号的对应关系。路由器根据路由表来转发数据包。如果包中的目标地址与源地址在同一个网段内，路由器就数据流限制在那个网段内，不转发数据包；如果目标地址在另一个网段，路由器就把包发送到与目标网段相对应的物理端口上。,网 关,网关（Gateway）可以用于连接具有完成不同的寻址机制、不兼容的协议、不同结构和不同数据格式的网络。网关从一个网络收到数据包，重新打包成目的网络能接收并处理的格式。,网 关,集线器,多个主机,主机,10Base2细缆以太网 10Base5粗缆以太网,10BaseT双绞线,集
12、线器、交换机、路由器 功能比较,A,B,C,D,物理层,所有设备在同一冲突域 所有设备在同一广播域 所有设备共享相同的带宽,集线器运行在物理层,集线器：同一个冲突域,接入设备越多冲突机率越大 用CSMA/CD技术,每段有自己的冲突域 所有的段都在同一广播域 所有设备独享带宽,数据链路层,或,1,2,3,1,2,交换机和桥运行在链路层,交换机,每段有自己的冲突域 广播信息向所有段转发,缓冲区,交换,路由器：运行在网络层,广播信息控制 多点发送信息控制 路径优化 流量管制 逻辑寻址 提供WAN连接,路由器提供远程访问服务,因特网,家庭办公用户,分部,调制解调器 或 ISDN适配卡,移动用户,公司总
13、部,三、网络传输介质,同轴电缆（细缆、粗缆）双绞线光纤无线介质,一、网络传输介质,同轴电缆 (Coaxial Cable),特点 用于组建总线型（Bus）网络 连接器 （BNC Connector） 两端须终结器（Terminator， 50欧电阻） 吸收信息反射 总线型网络一点断开，整个网络断开 用万用表检查缆线的错误 接地，避雷器,网络传输介质,电缆的组成部分： 导体蕊、外包的绝缘层、金属网屏蔽层、外层导体蕊:多是铜蕊或是金属线束；蕊越粗,束越多,信号传输距离越远绝缘层:是用来分隔金属网屏蔽层与导体蕊的，当然是由绝缘物质制成的；多是PVC或Teflon屏蔽层:是金属网，进行接地是用屏蔽外来
14、信号的干扰外层:是保护层，多由橡胶、塑料或Teflon组成,同轴电缆 (Coaxial Cable),同轴电缆 (Coaxial Cable)结构图,同轴电缆 (Coaxial Cable)类型比较,同轴电缆常见类型 stranded wire and the solid copper cores,Stranded wire (RG-58 A/U),Solid copper (RG-58 /U),绞合线束,实心铜线,粗缆 and 细缆,细缆 (thinnet) 粗缆 (thicknet),Types of Coaxial Cable,Use Thinnet to connect the com
15、puter,BNC Connection Hardware,Coaxial Connection Hardware,BNC cable connector BNC T connector BNC barrel connector BNC terminator ( 一端接地),BNC cable connector,BNC T connector,BNC barrel connector,BNC terminator,BNC terminator,Ground lead,细缆（thinnet)连接图,Thinnet network connection for a coaxial BNC con
16、nector,粗缆（thicknet)连接图,Thicknet network connection for a 15-pin attachment unit interface (AUI),Use Thicknet cable to connect the computer,细缆和粗缆对比,ThinNet 细缆 直径0.25英寸 最长距离185米，最短0.5米 以太网规范：10Base2 ThickNet 粗缆 直径0.5英寸 Transceiver，AUI，下行电缆 最长距离500米，最短2.5米 以太网规范：10Base5 10Base5 ，500米，2.5米,附加：文档-同轴电缆知识介
17、绍,双绞线 Twisted-Pair,什么是双绞线？ 双绞线(TP:Twisted Pairwire)是综合布线工程中最常用的一种传输介质 双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可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 双绞线一般由两根2226号绝缘铜导线相互缠绕而成。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆,双绞线的材料等级,-1类：用于模拟和数字语音（电话）以及低速数据应用；2Mbps -2类：用于语音、ISDN等；4Mbps-3类:用于传输高速数据和不超过16Mbps局域网通信-4类:用于不
18、超过20Mbps的长距离LAN通信-5类:用于100Mbps的LAN通信 -E5类：即超5类，1000Mbps-6类：2.4Gbps,EIA/TIA为双绞线电缆定义了不同质量的型号。计算机网络综合布线使用 第三、四、五类。这五种型号如下：,双绞线的线材等级,双绞线分类,UTP（unshielded twisted pair）非屏蔽双绞线 STP（shielded twisted pair)屏蔽双绞线 UTP和STP的区别STP较UTP抗干扰能力强，传输距离远；由于利用双绞线传输信息时要向周围幅射,信息很容易被窃听,因此要花费额外的代价加以屏蔽。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹,以减小幅射,但并不
19、能完全消除辐射。屏蔽双绞线价格相对较高,安装时要比非屏蔽双绞线电缆困难。类似于同轴电缆,它必须配有支持屏蔽功能的特殊连结器和相应的安装技术。但它有较高的传输速率,100米内可达到155Mbps。,双绞线的线序标准,绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕（568A标准） 橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕（568B标准）568A标准与568B标准，其中T568B常用 引脚1与引脚3对调，引脚2与引脚6对调 其中引脚1、2发送数据，引脚3、6用于接收数据,T-568A与T-568B,1 2 3 4 5 6 7 8,1 2 3 4 5 6 7 8,T- 568B,T- 568A,非屏蔽双绞线与屏
20、蔽双绞线,Shielding,UTP cable,STP cable,RJ-45 connector 双绞线连接头,线序标准,直通线 一端为568A（或568B），另一端为568A（或568B） 交叉线 一端为568A（或568B），另一端为568B（或568A） 反转线即一端的线序在另一端反过来,设备互连所用的线缆,Router,PC,Hub,Switch,交叉线,交叉线,直通线,RG-45水晶头制作工具和材料,UTP,压线钳,RJ45接头,护套,简易测线仪,RJ45与RJ11的分别,电话线接口 双绞线接口,附件：文档-双绞线知识,光纤 Fiber-Optic Cable,特点 光钎使用光信
21、号来传输数据，非电信号 传输距离远 传输速率快 可靠性高, 抗干扰能力强 安全性保密性好,光纤 Fiber-Optic Cable,光纤组成部分：玻璃内芯、反射层、塑料保护套 玻璃内芯：光波传输的通道 反射层：将光反射回内芯，使信号损失降至最小 塑料保护套：提供额外的缓冲和保护 缺点：比较贵，端接设备也比较贵,光纤 Fiber-optic cable,光纤的尺寸,描述光纤尺寸的参数有两个： 内芯直径和反射层直径，其度量单位都为 微米(m, 1m=110-6m)。最细的光纤其内芯直径通常只有510m， 粗一些的光纤其内芯直径为50100m。局域网中最常用的光纤是62.5m/125m的 光纤，其中
22、62.5m是内芯直径，而125m 是反射层的直径。,光纤的类型 （按传输模式分）,多模光纤(Multimode Fiber, MMF) -光信号不止一种波长，典型的多模光纤尺寸为62.5m/125m -中心玻璃芯较粗(50或62.5m)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。 -由二极管发光，低速短距离，2千米以内,光纤的类型 （按传输模式分）,单模光纤(Singlemode Fiber, SMF )-光信息只有一种波长，典型
23、的单模光纤尺寸为8m/125m-中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10m)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯-由激光作光源，仅有一条光通路，传输距离长，2千米以上。,注：多模光钎中可传输单、多模光，单模光钎中不可传输多模光,光纤的类型,光钎传输有长波和短波之分,长波：光信号波长在1310nm至1550nm之间。衰减低、带宽宽、适用于长距离、大容量的光钎传输短波：光信号波长在600nm至900nm之间。适用于短距离、小容量的光钎传输,光钎协议类型,光钎识别一,百兆光钎中，S表示single,即单模 千兆光钎中，S表示short,即短波L表示long,即长波千兆短波只可接多模光
24、钎，长波可接单多模光钎 802.3z定义了1000Base-LX/SX/CX标准802.3ae定义了万兆（10G）标准,光钎识别二,Single-mode-fiber：一般用黄色表示，接头和保护套为蓝色；传输距离长 Multi-mode-fiber：一般用橙色表示，也有用灰色表示，接头和保护套用米色或黑色表示；传输距离短 一般情况下，短波光模块使用多模光钎（橙色的光钎）；长波光模块使用单模光钎（黄色的光钎） 注意：-光钎在使用中，过度弯曲和绕环，会增加光在传输过程中的衰减；-光钎跳线使用后一定要用保护套，将光钎接头保护起来，灰尘和油污会损害光钎的耦合,常见光钎接头跳线,ST系列光纤跳线,FC系
25、列光纤跳线,LC系列光纤跳线,SC系列光纤跳线,MTRJ系列光纤跳线,这个图是LC到LC的，LC就是路由器常用的SFP，mini GBIC所插的线头。,Sc到Sc两头都是GBIC的,SC到LC，一头GBIC,另一头MINI-GBIC。,跳线图例,Wireless Network Communications,无线网络通信,无线传输介质,红外线 激光 无线电波 微波,红外线,红外线,红外线(Infrared, IR)技术广泛的应用在电视机和立体声系统的遥控器中，也可以做为网络通信的介质。它通过使用位于红外频率波谱中的锥形或者线型光束来传输数据信号。 红外网络需要通信的双方设备都拥有一个收发器，最
26、好还有同步软件。传输速度4Mbit/s16Mbit/s。 红外线是一种视线技术，不能通过不透明的物理(如墙壁)，并且易受外界光线干扰。,无线电波,窄带无线电波 发射器与接收器使用相同的频率传输信号，如广播收音机。容易被非法听众截获信号。 扩频无线电波 (1)跳频扩频 (Frequency hopping spread spectrum, FHSS) (2)直序扩频 (Direct sequence spread spectrum, DSSS),Extended Local Area Networks,WAN Connection,Mobile Computing,Wireless portable computer using an infrared light beam to print,Infrared,Wireless problem,Attenuation（衰减）Electromagnetic Interference (EMI)电磁波干扰,信号传输技术,基带传输 宽带传输BaseBand BroadBand信号类型 数字的，离散的 模拟的，连续的 信道 单一信道 同时传输多路号信号占用全部带宽 可分配带宽 长程传输 使用中继器 使用放大器,附件：网络传输介质知识,
