计算机网络的物理组成

类型
直径
传输距离
接头
阻抗
应用的 局域网类型
细缆
0.25英寸
185m 螺旋形BNC头(端接)
T形头(分接)
50 Ω
10Base2 (细缆以太网)
粗缆 0.5英寸 500m
AUI
50 Ω 10Base5 (粗缆以太网)
光纤
➢ 光纤的结构 ➢ 光纤的尺寸 ➢ 光纤的类型 ➢ 光纤通信系统
光纤的结构
光纤的尺寸
• 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)
MAC address table
A
B
0260.8c01.1111
E0
E2
C
0260.8c01.3333
E1
E3
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
以太网交换机通过内部的MAC地址表做出转
发/过滤的决定
MAC地址表存放在交换机的RAM中
初始的MAC地址表为空
交换机的地址学习（续）
数据帧要去往的目标MAC地址 MAC A MAC B MAC C
使用的网桥端口 端口3 端口2 端口1
网桥的工作原理(3)
➢ 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。
网桥种类
(1)透明网桥:所有的路由判决全部由网桥自己确 定
客户机（client）：由服务器进行管理和提 供服务的、连入网络的任何计算机都属于客 户机，其性能一般低于服务器。
同位体（peer）：可同时作为客户机和服务 器的计算机。
2、共享的外部设备
连接在服务器上的硬盘、打印机等都 可以作为共享的外部设备。
3、网卡
网卡即网络适配器。主要是将计算机 数据转换为能够通过介质传输的信号。它 是插在扩展槽中，通过它与通信线路相连 接。
• 交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内， 也就是说，交换机不隔绝广播（惟一的例外是 在配有VLAN的环境中）
• 交换机依据帧头的信息进行转发，因此说交换 机是工作在数据链路层的网络设备
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
•
(2)直序扩频
•
(Direct sequence spread spectrum, DSSS)
5、网络互连设备
集线器（Hub）网桥（bridge)、路由器 （router）、网关（gateway)、调制解调 器（modem)
中继器的功能
➢ 中继器(Repeater)最简单的互连 设备。它工作在OSI模型的物理层， 用于扩展LAN网段的长度，延伸信号 传输的范围，例如可加大线缆的传输 距离。 ➢ 中继器可以连接不同类型的线缆
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 道目的节点的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。
E0
E1
E2
E3
C
B
0260.8c01.3333
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
如果交换机连接的所有主机都发送过数据帧，就可以建立起一个完
整的MAC地址表，交换机将据此做出转发/过滤的决定
MAC地址表是动态变化的，如果在一定时间内某一主机没有新的数
据帧发送，则相应的表项将被清除
➢ 红外线 ➢ 无线电波
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 好还有同步软件。传输速度4Mbit/s~16Mbit/s。
通过读取帧中的源MAC地址，交换机将端口及其连接的主机映射起来，放入
MAC地址表
交换机的地址学习(续）
A
0260.8c01.1111
MAC address table
E0:0260.8c01.1111 E2:0260.8c01.2222 E1:0260.8c01.3333 E2:0260.8c01.4444
MAC address table E0: 0260.8c01.1111
A
B
0260.8c01.1111
C
E0 E2
0260.8c01.3333
E1
E3
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
交换机的接口收到数据帧后，查找MAC地址表，如没有相应的表项，交换机
将该数据帧泛洪（flood）到所有其它的接口上
(2)转换网换:转换网桥是透明网桥的一种特殊形 式。它在物理层和数据链路层使用不同协议的LAN 提供网络连接服务
(3)封装网桥:与转换网桥不同，封装网桥是将接 收的帧置于FDDI骨干网使用的信封内
(4)源路由选择网桥:源路由选择网桥主要用于互 连令牌环网 ,源路由选择网桥要求信息源(不是网 桥本身)提供传递帧到终点所需的路由信息
交换机的转发与过滤
A
0260.8c01.1111
MAC address table
E0: 0260.8c01.1111 E2: 0260.8c01.2222 E1: 0260.8c01.3333 E3: 0260.8c01.4444
E0
E1
B
0260.8c01.3333
E2
C
E3
D
0260.8c01.2222
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。中断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
计算机网络
信息技术教研室
计算机网络的物理组成
授课内容
各种类型的计算机 共享的外部设备 网卡 传输介质 网络互连设备 网络互连软件
1、各种类型的计算机
服务器（server）：是一台高性能的计算机 ，用于网络管理、运行应用程序、处理各网 络工作站成员的信息请示等，并连接一些外 部设备，根据作用的不同分为文件服务器、 应用程序服务器、数据库服务器。
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(μm, 1μm=1×10-6m)。
最细的光纤其内芯直径通常只有5~10μm， 粗一些的光纤其内芯直径为50~100μm。
局域网中最常用的光纤是62.5μm/125μm的 光纤，其中62.5μm是内芯直径，而125μm 是反射层的直径。
4、传输介质
双绞线概述 制作和测试UTP(实验) 同轴电缆 光纤 无线传输
双绞线概述
双绞线的两种类型 双绞线的结构 双绞线的颜色 双绞线的接头(RJ45) 双绞线的线材等级
双绞线的两种类型
非屏蔽双绞线 (Unshielded Twisted-Pair, UTP)
屏蔽双绞线 (Shielded Twisted-Pair, STP) 比UTP多一层屏蔽层
双绞线的结构(1)
双绞线的结构(2)
双绞线的颜色
序号 1
2
3
4来自百度文库
5
6
7
8
颜色 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕
双绞线的接头(RJ45)
正面
侧面
双绞线的线材等级
类别
1类 2类
3类 4类 5类 E5类 6类
最大传输速度
2Mbit/s 4Mbit/s
16Mbit/s
应用
模拟和数字语音(电话)通信以及低速的数据传输。 语音、ISDN和不超过的4Mbit/s的局域网数据传 输。
光纤的类型
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62.5μm/125μm
单模光纤(Singlemode Fiber, SMF ) 光信息只有一种波长，典型的单模 光纤尺寸为8μm/125μm
光纤的类型
光纤通信系统
无线传输介质
0260.8c01.4444
如果数据帧的目的MAC地址在MAC地址表中有相应的表项，则交换机将该数据帧 直接发往对应的接口，从而保证其它接口上的主机不会收到无关的数据帧 广播帧和组播帧仍将被泛洪（flood）到除接收接口以外的所有其它接口
交换机的特性
• 交换机的每一个端口所连接的网段都是一个独 立的冲突域
➢ 准备工具和材料 ➢ 连接UTP和RJ45接头
准备工具和材料
UTP
RJ45接头
护套
压线钳
简易测线仪
连接UTP和RJ45接头(1)
连接UTP和RJ45接头(2)
连接UTP和RJ45接头(3)
同轴电缆
➢ 同轴电缆的结构 ➢ 同轴电缆的分类和技术标准
同轴电缆的结构
同轴电缆的类型和技术标准
技术标准
不超过16Mbit/s的局域网数据传输。
20Mbit/s
不超过20Mbit/s的局域网数据传输。
100Mbit/s
100Mbit/s距离100米的局域网数据传输。
1000Mbit/s 1000Mbit/s的局域网数据传输
2.4Gbit/s
1000Mbit/s以上的的局域网数据传输。
制作和测试双绞线(UTP)
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
交换机的地址学习
➢ 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8~24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。
网桥
网桥的工作原理(1)
➢ 缓存：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
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
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。