徐光達(dá)+16計(jì)算機(jī)1班+計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)教案

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與實(shí)訓(xùn)教案學(xué)期：20162017學(xué)年第二學(xué)期授課人：徐光達(dá)上課班級(jí)：16計(jì)算機(jī)1班上課次序第1次課課時(shí)2上課班級(jí)16計(jì)算機(jī)1班教學(xué)內(nèi)容計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展、基本概念重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)形成與發(fā)展難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展、基本概念一、什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？1、廣義：通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物2、狹義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的、自治的計(jì)算機(jī)的集合。互聯(lián)必須遵循約定的通信協(xié)議；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互通信、資源共享、信息交換、協(xié)同工作等功能。二、網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展：主機(jī)終端終端終端終端終端1、面向終端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)典型應(yīng)用：學(xué)校IC卡系統(tǒng)食堂打卡主機(jī)IC終端1

2、IC終端2IC終端3IC終端4IC終端5商店機(jī)房2、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的形成1969年，美國(guó)的arpanet網(wǎng)絡(luò)建立，四臺(tái)計(jì)機(jī)通過(guò)通信線路連接，標(biāo)志計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正式形成3、網(wǎng)絡(luò)的成熟階段（1）局域網(wǎng)的發(fā)展：lan操作系統(tǒng)的形成如：novell,nuix,windowsn nt 2000/2003及IEEE802體系形成（2）osi體系形成：Iso組織規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，提出了osi模形4、網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)（internet）90年代，網(wǎng)絡(luò)通過(guò)路由器相互聯(lián)在一起夠成了internet.5、信息高速公路21世紀(jì)，光纖作為一種傳輸介質(zhì)，使用波分多路復(fù)用技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)速度進(jìn)入到了下全新時(shí)代，標(biāo)志著進(jìn)入信息社會(huì)。三、網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

3、方向：1、三網(wǎng)合一三網(wǎng)合一就是電話網(wǎng) （也叫電信網(wǎng)）數(shù)字網(wǎng)（也叫計(jì)算機(jī)網(wǎng)） 和 電視網(wǎng) 可以在一起使用，最常見(jiàn)的案例就是中國(guó)電信的 ADSL了，可以接電話 電腦 和數(shù)字電視 “三網(wǎng)融合”是為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享，避免低水平的重復(fù)建設(shè)，形成適應(yīng)性廣、容易維護(hù)、費(fèi)用低的高速寬帶的多媒體基礎(chǔ)平臺(tái)。即電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)分別在向下一代電信網(wǎng)、下一代廣播電視網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和演進(jìn)過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)的功能趨于一致、業(yè)務(wù)范圍趨于相同，都可以為用戶提供打電話、上網(wǎng)和看電視等多種服務(wù)2、“三金”工程形成1993年，朱镕基主持國(guó)務(wù)院會(huì)議時(shí)提出了建設(shè)三金工程，即“金橋”“金卡”“金關(guān)”工程。金橋：屬于信息的基

4、礎(chǔ)建設(shè)，是要建設(shè)中國(guó)的社會(huì)信息平臺(tái)，建設(shè)國(guó)家的公共經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)。是三金工程中的基礎(chǔ)?！敖鹂ā笔侵鸽娮淤J幣工程。就是銀行信用卡支付系統(tǒng)工程。是以電子信息轉(zhuǎn)帳的方式實(shí)現(xiàn)一種貸幣的流通形式。是金融電子化和商業(yè)流通現(xiàn)代化的重要組成部分?！敖痍P(guān)”是國(guó)家對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易信息網(wǎng)工程，推動(dòng)海并報(bào)關(guān)業(yè)務(wù)的電子化，從而節(jié)省數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀竞蜁r(shí)間。3、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的發(fā)展（1）第一階段：1986-1993年，我國(guó)與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)是間接連接。手段是國(guó)際長(zhǎng)途拔號(hào)。這時(shí)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正的互聯(lián)網(wǎng)，僅用于internet中的mail(電子郵件)（2）1993-1994，中科院高能物理研究所與美國(guó)斯坦福線性加速器中心開(kāi)通了一條64Kb的衛(wèi)星專

5、線。標(biāo)志在中國(guó)真正實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)的連接（3）1994年5月，中國(guó)國(guó)家計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)施工程發(fā)起了大規(guī)模建設(shè)，將北京大學(xué)，清華大學(xué)，中科院共同完成，建立了中國(guó)第一個(gè)用tcp/ip協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)連接的網(wǎng)絡(luò)NCFC（4）1997年，在我國(guó)形成四大骨干網(wǎng)絡(luò)，它們是：l 中國(guó)科學(xué)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)（CSTNET）l 中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)（CERNET）l 中國(guó)公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（CHINANET）l 中國(guó)金橋信息網(wǎng)（CHINAGBN）（5）近年來(lái)又有聯(lián)通、網(wǎng)通、鐵通等互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。四、網(wǎng)絡(luò)的功能：1、資源共享（軟件資源和硬件資源）2、數(shù)據(jù)通信3、網(wǎng)絡(luò)的分布式處理與均衡負(fù)載4、集中管理和高可靠性上課次序第2次課課時(shí)2上課班級(jí)

6、16計(jì)算機(jī)1班教學(xué)內(nèi)容 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成、分類與基本功能 重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 難點(diǎn)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類與功能 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、使用網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)終端設(shè)備和服務(wù)器、以及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)所組成。1.2.1網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)有四種主要的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)：雙絞線電纜、光纖、微波、同軸電纜。在局域網(wǎng)中的主要傳輸介質(zhì)是雙絞線，這是一種不同于電話線的8芯電纜，具有傳輸1000Mbps的能力。光纖在局域網(wǎng)中多承擔(dān)干線部分的數(shù)據(jù)傳輸。使用微波的無(wú)線局域網(wǎng)由于其靈活性而逐漸普及。早期的局域網(wǎng)中使用網(wǎng)絡(luò)同軸電纜，從1995年開(kāi)始，網(wǎng)絡(luò)同軸電纜被逐漸淘汰，已經(jīng)不在局域網(wǎng)

7、中使用了。由于Cable Modem的使用，電視同軸電纜還在充當(dāng)Internet連接的其中一種傳輸介質(zhì)。圖 4.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1.2.2網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備是把計(jì)算機(jī)連接在一起的基本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。因此，計(jì)算機(jī)要連接到局域網(wǎng)絡(luò)中，必須首先連接到交換機(jī)上。不同種類的網(wǎng)絡(luò)使用不同的交換機(jī)。常見(jiàn)的有：以太網(wǎng)交換機(jī)、ATM交換機(jī)、幀中繼網(wǎng)的幀中繼交換機(jī)、令牌網(wǎng)交換機(jī)、FDDI交換機(jī)等。可以使用稱為Hub的網(wǎng)絡(luò)集線器替代交換機(jī)。Hub的價(jià)格低廉，但會(huì)消耗大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。由于局域網(wǎng)交換機(jī)的價(jià)格已經(jīng)下降到低于PC計(jì)算機(jī)的價(jià)格，所以正式的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不再使用Hub。3網(wǎng)絡(luò)

8、互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備主要是指路由器。路由器是連接網(wǎng)絡(luò)的必須設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)。路由器不僅提供同類網(wǎng)絡(luò)之間的互相連接，還提供不同網(wǎng)絡(luò)之間的通訊。比如：局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的連接、以太網(wǎng)與幀中繼網(wǎng)絡(luò)的連接等等。在廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)的連接中，調(diào)制解調(diào)器也是一個(gè)重要的設(shè)備。調(diào)制解調(diào)器用于將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成頻率帶寬更窄的信號(hào)，以便適于廣域網(wǎng)的頻率帶寬。最常見(jiàn)的是使用電話網(wǎng)絡(luò)或有線電視網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)。中繼器是一個(gè)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)電纜和光纜的設(shè)備，對(duì)衰減了的信號(hào)起再生作用。網(wǎng)橋是一個(gè)被淘汰了的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，原來(lái)用來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)帶寬擁擠。交換機(jī)設(shè)備同時(shí)完成了網(wǎng)橋需要完成的功能，交換機(jī)的普及使用是終結(jié)網(wǎng)橋使命的直接原因。4網(wǎng)絡(luò)終端

9、與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)終端也稱網(wǎng)絡(luò)工作站，是使用網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。在客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)中，客戶機(jī)指網(wǎng)絡(luò)終端。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是被網(wǎng)絡(luò)終端訪問(wèn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通常是一臺(tái)高性能的計(jì)算機(jī)，例如大型機(jī)、小型機(jī)、UNIX工作站和服務(wù)器PC機(jī)，安裝上服務(wù)器軟件后構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，被分別稱為大型機(jī)服務(wù)器、小型機(jī)服務(wù)器、UNIX工作站服務(wù)器和PC機(jī)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)中可共享的資源，如數(shù)據(jù)庫(kù)、大容量磁盤(pán)、外部設(shè)備和多媒體節(jié)目等，通過(guò)服務(wù)器提供給網(wǎng)絡(luò)終端。服務(wù)器按照可提供的服務(wù)可分為文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、打印服務(wù)器、Web服務(wù)器、電子郵件服務(wù)器、代理服務(wù)器等。5網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是安裝在網(wǎng)

10、絡(luò)終端和服務(wù)器上的軟件。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)發(fā)送和接收所需要的數(shù)據(jù)分組、報(bào)文封裝、建立連接、流量控制、出錯(cuò)重發(fā)等工作?，F(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)都是隨計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)一同開(kāi)發(fā)的，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類可以從不同的角度對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類。學(xué)習(xí)并理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類，有助于我們更好地理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍分類按照計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍的大小進(jìn)行分類，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為：局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。了解一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍的大小，可以使人們能一目了然地了解該網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和主要技術(shù)。局域網(wǎng)（LAN）的覆蓋范圍一般在方圓幾十米到幾公里

11、。典型地是一個(gè)辦公室、一個(gè)辦公樓、一個(gè)園區(qū)的范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍達(dá)到一個(gè)城市的大小時(shí)，被稱為城域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)覆蓋到多個(gè)城市甚至全球的時(shí)候，就屬于廣域網(wǎng)的范疇了。我國(guó)著名的公共廣域網(wǎng)是ChinaNet、ChinaPAC、ChinaFrame、ChinaDDN等。大型企業(yè)、院校、政府機(jī)關(guān)通過(guò)租用公共廣域網(wǎng)的線路，可以構(gòu)成自己的廣域網(wǎng)。2根據(jù)鏈路傳輸控制技術(shù)分類鏈路傳輸控制技術(shù)是指如何分配網(wǎng)絡(luò)傳輸線路、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備資源，以便避免網(wǎng)絡(luò)通訊鏈路資源沖突，同時(shí)為所有網(wǎng)絡(luò)終端和服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的網(wǎng)絡(luò)鏈路傳輸控制技術(shù)有：總線爭(zhēng)用技術(shù)、令牌技術(shù)、FDDI技術(shù)、ATM技術(shù)、幀中繼技術(shù)和ISDN技術(shù)。

12、對(duì)應(yīng)上述技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)分別是以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)、FDDI網(wǎng)、ATM網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)和ISDN網(wǎng)?？偩€爭(zhēng)用技術(shù)是以太網(wǎng)的標(biāo)志。總線爭(zhēng)用顧名思義，即需要使用網(wǎng)絡(luò)通訊的計(jì)算機(jī)需要搶占通訊線路。如果爭(zhēng)用線路失敗，就需要等待下一次的爭(zhēng)用，直到占得通訊鏈路。這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，介質(zhì)使用效率非常高。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，使用總線爭(zhēng)用技術(shù)的以太網(wǎng)成為了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位的網(wǎng)絡(luò)。令牌環(huán)網(wǎng)和FDDI網(wǎng)一度是以太網(wǎng)的挑戰(zhàn)者。它們分配網(wǎng)絡(luò)傳輸線路和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備資源的方法是在網(wǎng)絡(luò)中下發(fā)一個(gè)令牌報(bào)文包，輪流交給網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)。需要通訊的計(jì)算機(jī)只有得到令牌的時(shí)候才能發(fā)送數(shù)據(jù)。令牌環(huán)網(wǎng)和FDDI網(wǎng)的思路是需要通訊的計(jì)算機(jī)輪流使用網(wǎng)絡(luò)資源，

13、避免沖突。但是，令牌技術(shù)相對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)過(guò)于復(fù)雜，在千兆以太網(wǎng)出現(xiàn)后，令牌環(huán)網(wǎng)和FDDI網(wǎng)不再具有競(jìng)爭(zhēng)力，淡出了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ATM是英文Asynchronous Transter Mode的縮寫(xiě)，稱為異步傳輸模式。ATM采用光纖作為傳輸介質(zhì)，傳輸以53個(gè)字節(jié)為單位的超小數(shù)據(jù)單元（稱為信元）。ATM網(wǎng)絡(luò)的最大吸引力之一是具有特別的靈活性，用戶只要通過(guò)ATM交換機(jī)建立交換虛電路，就可以提供突發(fā)性、寬頻帶傳輸?shù)闹С?，適應(yīng)包括多媒體在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速度高達(dá)622Mbps。我國(guó)的ChinaFrame是一個(gè)使用幀中繼技術(shù)的公共廣域網(wǎng)，是由幀中繼交換機(jī)組成的，使用虛電路模式的網(wǎng)絡(luò)。所謂虛電路，是指在通訊

14、之前需要在通訊所途徑的各個(gè)交換機(jī)中根據(jù)通訊地址都建立起數(shù)據(jù)輸入端口到轉(zhuǎn)發(fā)端口之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣，當(dāng)帶有報(bào)頭的數(shù)據(jù)幀到達(dá)幀中繼網(wǎng)的交換機(jī)時(shí)，交換機(jī)就可以按照?qǐng)?bào)頭中的地址正確地依虛電路的方向轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)。幀中繼網(wǎng)可以提供高大數(shù)Mbps的傳輸速度，由于其可靠的帶寬保證和相對(duì)Internet的安全性，為銀行、大型企業(yè)和政府機(jī)關(guān)局域網(wǎng)互聯(lián)的主要網(wǎng)絡(luò)。ISDN是綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)的縮寫(xiě)，建設(shè)的宗旨是在傳統(tǒng)的電話線路上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。ISDN通過(guò)時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)，可以在一條電話線上同時(shí)傳輸多路信號(hào)。ISDN可以提供從144Kbps到30Mbps的傳輸帶寬，但是由于其仍然屬于電話技術(shù)的線路交換，租用價(jià)格較高，并

15、沒(méi)有成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要通訊網(wǎng)絡(luò)。3根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)分類網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)分為物理拓樸和邏輯拓樸。物理拓樸結(jié)構(gòu)描述網(wǎng)絡(luò)中由網(wǎng)絡(luò)終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，反映出網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間以及網(wǎng)絡(luò)終端是如何連接的。網(wǎng)絡(luò)按照拓樸結(jié)構(gòu)劃分有：總線型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)、樹(shù)型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。圖 4.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)總線型拓樸結(jié)構(gòu)是早期同軸電纜以太網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的連接方式，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)掛接到一條總線上。這種物理連接方式已經(jīng)淘汰。星型拓樸結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代以太網(wǎng)的物理連接方式。在這種結(jié)構(gòu)下，以中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為核心，與其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以星型方式連接，最外端是網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。星型拓樸結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是連接路徑短，易連接、易

16、管理，傳輸效率高，易管理。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是中心節(jié)點(diǎn)需具有很高的可靠性和冗余度。樹(shù)型拓樸結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)層次清晰，易擴(kuò)展，是目前多數(shù)校園網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)使用的結(jié)構(gòu)。這種方法的缺點(diǎn)是根結(jié)點(diǎn)的可靠性要求很高。環(huán)型拓樸結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，通訊線路沿各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)閉環(huán)。數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，最終可以到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。這種通訊方法的最大缺點(diǎn)是通訊效率低。網(wǎng)狀拓樸結(jié)構(gòu)構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)可靠性最高。在這種結(jié)構(gòu)下，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有多條鏈路與網(wǎng)絡(luò)相連，高密度的冗余鏈路，使一條，甚至幾條鏈路出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)仍然能夠正常工作。網(wǎng)狀拓樸結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)是成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理維護(hù)相對(duì)困難。上課次序第3次課課時(shí)2上課班級(jí)16計(jì)算機(jī)1班教學(xué)內(nèi)容 數(shù)

17、據(jù)通信概述 重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：數(shù)據(jù)通信基本概念 難點(diǎn)：數(shù)據(jù)通信方式1、幾個(gè)術(shù)語(yǔ)的解釋1數(shù)據(jù)：定義為有意義的實(shí)體。數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)是在某區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化的值；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是離散的值。2信號(hào)：是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是隨時(shí)間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁波；數(shù)字信號(hào)則是一系列離散的電脈沖。可選擇適當(dāng)?shù)膮⒘縼?lái)表示要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。3信息：是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。4信源：通信過(guò)程中產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備或計(jì)算機(jī)。5信宿：通信過(guò)程中接收和處理信息的設(shè)備或計(jì)算機(jī)。6信道：信源和信宿之間的通信線路。分為兩種：模擬信道和數(shù)字信道2、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的表示1、模擬信號(hào)和數(shù)

18、字信號(hào)可通過(guò)參量(幅度)來(lái)表示： 圖2.1 模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)的表示3、模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的表示模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)來(lái)表示，因而無(wú)論信源產(chǎn)生的是模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在傳輸過(guò)程中都可以用適合于信道傳輸?shù)哪撤N信號(hào)形式來(lái)傳輸。1、模擬數(shù)據(jù)可以用模擬信號(hào)來(lái)表示。模擬數(shù)據(jù)是時(shí)間的函數(shù)，并占有一定的頻率范圍，即頻帶。這種數(shù)據(jù)可以直接用占有相同頻帶的電信號(hào)，即對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)來(lái)表示。模擬電話通信是它的一個(gè)應(yīng)用模型。2、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用模擬信號(hào)來(lái)表示。如Modem可以把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號(hào)；也可以把模擬信號(hào)解調(diào)成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。用Modem撥號(hào)上網(wǎng)是它的一個(gè)應(yīng)用模型。3、模擬數(shù)據(jù)也可以用數(shù)字

19、信號(hào)來(lái)表示。對(duì)于聲音數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，完成模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換功能的設(shè)施是編碼解碼器CODEC。它將直接表示聲音數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)，編碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制流近似表示的數(shù)字信號(hào);而在線路另一端的CODEC,則將二進(jìn)制流碼恢復(fù)成原來(lái)的模擬數(shù)據(jù)。數(shù)字電話通信是它的一個(gè)應(yīng)用模型。4、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用數(shù)字信號(hào)來(lái)表示。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可直接用二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號(hào)來(lái)表示，但為了改善其傳播特性，一般先要對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)專線網(wǎng)DDN網(wǎng)絡(luò)通信是它的一個(gè)應(yīng)用模型。4、數(shù)據(jù)通信的長(zhǎng)距離傳輸及信號(hào)衰減的克服1、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可以在合適的傳輸媒體上進(jìn)行傳輸(如圖2.2)； 2、模擬信號(hào)無(wú)論表示模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),在傳輸一定距離

20、后都會(huì)衰減。克服的辦法是用放大器來(lái)增強(qiáng)信號(hào)的能量，但噪音分量也會(huì)增強(qiáng)，以至引起信號(hào)畸變。3、數(shù)字信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸也會(huì)衰減，克服的辦法是使用中繼器，把數(shù)字信號(hào)恢復(fù)為0、1的標(biāo)準(zhǔn)電平后繼續(xù)傳輸。圖2.2 模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)的傳輸表示、 上課次序第4次課課時(shí)2上課班級(jí)16計(jì)算機(jī)1班教學(xué)內(nèi)容傳輸介質(zhì)及主要特性的認(rèn)識(shí)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：傳輸介質(zhì)的認(rèn)識(shí)難點(diǎn)：傳輸介質(zhì)特性的了解網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)是用傳輸介質(zhì)將孤立的主機(jī)連接到一起，使之能夠互相通訊，完成數(shù)據(jù)傳輸功能的。目前，最為普及的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是雙絞線電纜、光纖和微波。50同軸電纜在90年代初期扮演著局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)的主要角色，但是在我國(guó)，從

21、90年代中期開(kāi)始被雙絞線電纜所淘汰。最近幾年，隨著Cable Modem技術(shù)的引入，大量使用75電視同軸電纜實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入，同軸電纜又回到了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的行列。2.1 電纜傳輸介質(zhì)2.1.1 信號(hào)和電纜的頻率特性從數(shù)量上看，全球的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)中，電纜占有95%比例。有三種類型的電信號(hào)：模擬信號(hào)、正弦波信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是一種連續(xù)變化的信號(hào)。正弦波信號(hào)實(shí)際上還是模擬信號(hào)。但是由于正弦波信號(hào)是一個(gè)特殊的模擬信號(hào)，所以我們?cè)谶@里把它單獨(dú)作為一個(gè)信號(hào)類型。模擬信號(hào)的取值是連續(xù)的。數(shù)字信號(hào)是一種0、1變化的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)的取值是離散的。圖 2.1 信號(hào)的種類數(shù)據(jù)即可以用模擬信號(hào)表示，

22、也可以用數(shù)字信號(hào)表示。計(jì)算機(jī)是一種使用數(shù)字信號(hào)的設(shè)備，因此計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最直接、最高效的傳輸方法就是使用數(shù)字信號(hào)。在一些應(yīng)用場(chǎng)合不得不使用模擬信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要先把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。待數(shù)據(jù)傳送到目的地后，再轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信號(hào)。不管是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，都是由大量頻率不同的正弦波信號(hào)合成的。信號(hào)理論解釋為：任何一個(gè)信號(hào)都是由無(wú)數(shù)個(gè)諧波（正弦波）組成的。數(shù)學(xué)解釋為：任何一個(gè)函數(shù)都可以用付里埃級(jí)數(shù)展開(kāi)為一個(gè)常數(shù)和無(wú)窮個(gè)正弦函數(shù)。y(t)=A0+A1Sin1t+ A2Sin2t+ A3Sin3t+圖 2.2任意一個(gè)信號(hào)y(t)，都是由不同頻率i的諧波組成的。圖2.2中，A0是信號(hào)y(t)的直流成份。

23、Sin1t、Sin2t、Sin3t是y(t)的諧波。A1、A2、A3是各個(gè)諧波的大小（強(qiáng)度）。1、2、3是諧波的頻率。隨著頻率的增長(zhǎng)，諧波的強(qiáng)度減弱。到了一定的頻率i，其信號(hào)強(qiáng)度Ai會(huì)小到忽略不計(jì)。也就是說(shuō)，一個(gè)信號(hào)y(t)的有效諧波不是無(wú)窮多的，信號(hào)y(t)可以被認(rèn)為是由有限個(gè)諧波組成的，其最高頻率的諧波的頻率是max。一個(gè)信號(hào)有效諧波所占的頻帶寬度，就稱為這個(gè)信號(hào)的頻帶寬度，簡(jiǎn)稱頻寬，或帶寬。模擬量的電信號(hào)的頻率比較低，如聲音信號(hào)的帶寬為20Hz到20KHz。數(shù)字信號(hào)的頻率要高很多，因?yàn)閺氖静ㄆ骺此膱D象，其變化得要較模擬信號(hào)銳利得多（見(jiàn)圖2.1）。數(shù)字信號(hào)的高頻成分非常豐富，有效諧波的最

24、高頻率一般都在幾十MHz。為了把信號(hào)不失真地傳送到目的地，傳輸電纜就需要把信號(hào)中所有的諧波不失真地傳送過(guò)去。遺憾的是傳輸電纜只能傳輸一定頻率的信號(hào)，太高頻率的諧波將會(huì)被急劇衰減而丟失。例如普通電話線電纜的帶寬是2MHz，它能輕松地傳輸語(yǔ)音電信號(hào)。但是對(duì)于數(shù)字信號(hào)（幾十MHz），電話電纜就無(wú)法傳輸了。因此如果用電話電纜傳輸數(shù)字信號(hào)，就必須把它調(diào)制成模擬信號(hào)才能傳輸。而普通雙絞線電纜的帶寬高達(dá)100MHz，所以可以直接傳輸數(shù)字信號(hào)。電纜對(duì)過(guò)高頻率的諧波衰減得厲害的原因是電纜自身形成的電感和電容作用，而諧波的頻率越高，電纜自身形成的電感和電容對(duì)其產(chǎn)生的阻抗就越大。結(jié)論是，不同電纜具有不同的傳輸帶寬。

25、一個(gè)信號(hào)能不能不失真地使用某種類型的電纜，取決于電纜的帶寬是否大于信號(hào)的帶寬。使用數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)是抗干擾能力強(qiáng)，傳輸設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是需要傳輸電纜具有較高的帶寬。使用模擬信號(hào)傳輸對(duì)傳輸介質(zhì)的要求較低，但是抗干擾能力弱。容易混淆的是，不管英語(yǔ)還是漢語(yǔ)，“帶寬Bandwidth”這個(gè)術(shù)語(yǔ)既被拿來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)電纜的頻率特性，又被用于描述網(wǎng)絡(luò)的通訊速度。更容易混淆的是都用K、M來(lái)表示其單位。描述網(wǎng)絡(luò)電纜的頻率特性時(shí)，我們用KHz、MHz，簡(jiǎn)稱K、M；描述網(wǎng)絡(luò)的通訊速度時(shí)，我們用kbps、Mbps。仍然簡(jiǎn)稱K、M。當(dāng)我們說(shuō)某類雙絞線電纜的“帶寬是100M”，這個(gè)“100M”是指雙絞線電纜的頻率響應(yīng)特性呢？

26、還是傳輸數(shù)字信號(hào)的速度能力呢？（見(jiàn)1.1.4）2.1.2 非屏蔽雙絞線圖 2.3 非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線是最常用的網(wǎng)絡(luò)連接傳輸介質(zhì)。非屏蔽雙絞線有4對(duì)絕緣塑料包皮的銅線。8根銅線每?jī)筛ハ嘟g扭在一起，形成線對(duì)。線纜絞扭在一起的目的是相互抵消彼此之間的電磁干擾。扭絞的密度沿著電纜循環(huán)變化，可以有效地消除線對(duì)之間的串?dāng)_。每米扭絞的次數(shù)需要精確地遵循規(guī)范設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)雙絞線的生產(chǎn)加工需要非常精密。因?yàn)榉瞧帘坞p絞線的英文名字是Unshielded twisted-pair cable，所以我們互相都簡(jiǎn)稱非屏蔽雙絞線為UTP電纜。UTP電纜的4對(duì)線中，有兩對(duì)作為數(shù)據(jù)通訊線，另外兩對(duì)作為語(yǔ)音通訊線。因此

27、，在電話和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的綜合布線中，一根UTP電纜可以同時(shí)提供一條計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線路和兩條電話通訊線路。UTP電纜有許多優(yōu)點(diǎn)。UTP電纜直徑細(xì)，容易彎曲，因此易于布放。價(jià)格便宜也是UTP電纜的重要優(yōu)點(diǎn)之一。UTP電纜的缺點(diǎn)是其對(duì)電磁輻射采用簡(jiǎn)單扭絞，靠互相抵消的處理方式。因此，在抗電磁輻射方面，UTP電纜相對(duì)同軸電纜（電視電纜和早期的50歐姆網(wǎng)絡(luò)電纜）處于下風(fēng)。曾經(jīng)一度認(rèn)為UTP電纜還有一個(gè)缺點(diǎn)就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣壬喜蝗?。但是現(xiàn)在不是這樣的。事實(shí)上，UTP電纜現(xiàn)在可以傳輸高達(dá)1000Mbps的數(shù)據(jù)，是銅纜中傳輸速度最快的通訊介質(zhì)。2.1.3 屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線Shielded twisted-pai

28、r cable (STP)結(jié)合了屏蔽、電磁抵消和線對(duì)扭絞的技術(shù)。同軸電纜和UTP電纜的優(yōu)點(diǎn)，STP電纜都具備。在以太網(wǎng)中，STP可以完全消除線對(duì)之間的電磁串?dāng)_。最外層的屏蔽層可以屏蔽來(lái)自電纜外的電磁EMI干擾和無(wú)線電RFI干擾。STP電纜的缺點(diǎn)主要有兩點(diǎn)，一個(gè)是價(jià)格貴，另外一個(gè)就是安裝復(fù)雜。安裝復(fù)雜是因?yàn)镾TP電纜的屏蔽層接地問(wèn)題。電纜線對(duì)的屏蔽層和外屏蔽層都要在連接器處與連接器的屏蔽金屬外殼可靠連接。交換設(shè)備、配線架也都需要良好接地。因此，STP電纜不僅是材料本身成本高，而且安裝的成本也相應(yīng)增加。不要忘記布線的安裝成本。要記住，現(xiàn)在施工部門(mén)對(duì)你的取費(fèi)流行是用你的材料成本乘以百分之十幾。而且，

29、當(dāng)他們看到我們要布放的是屏蔽雙絞線電纜時(shí)，會(huì)很合理地提出增加施工費(fèi)用的。圖 2.4 屏蔽雙絞線有一種STP電纜的變形，叫ScTP。ScTP電纜把STP中各個(gè)線對(duì)上的屏蔽層取消，只留下最外層的屏蔽層，以降低線材的成本和安裝復(fù)雜程度。ScTP中線對(duì)之間串繞的克服與UTP電纜一樣由線對(duì)的扭絞抵消來(lái)實(shí)現(xiàn)。ScTP電纜的安裝相對(duì)STP電纜要簡(jiǎn)單多了，這是因?yàn)槊獬司€對(duì)屏蔽層的接地工作。屏蔽雙絞線抗電磁輻射的能力很強(qiáng)，適合于在工業(yè)環(huán)境和其它有嚴(yán)重電磁輻射干擾或無(wú)線電輻射干擾的場(chǎng)合布放。另外，屏蔽雙絞線的外屏蔽層有效地屏蔽了線纜本身對(duì)外界的輻射。在軍事、情報(bào)、使館，以及審計(jì)署、財(cái)政部這樣的政府部門(mén)，都可以使

30、用屏蔽雙絞線來(lái)有效地防止外界對(duì)線路數(shù)據(jù)的電磁偵聽(tīng)。對(duì)于線路周?chē)忻舾袃x器的場(chǎng)合，屏蔽雙絞線可以避免對(duì)它們的干擾。然而，屏蔽雙絞線的端接需要可靠地接地。不然，反而會(huì)引入更嚴(yán)重的噪聲。這是因?yàn)槠帘坞p絞線的屏蔽層此時(shí)就會(huì)象天線一樣去感應(yīng)所有周?chē)碾姶判盘?hào)。2.1.4 雙絞線的頻率特性雙絞線有很高的頻率響應(yīng)特性，可以高達(dá)600Mhz，接近電視電纜的頻響特性。雙絞線電纜的分類依據(jù)其頻率響應(yīng)特性：5類雙絞線（Category 5）：頻寬為100MHz超5類雙絞線（Enhanced Category 5）：頻寬仍為為100MHz，串?dāng)_、時(shí)延差等其它性能參數(shù)要求更嚴(yán)格。6類雙絞線（Category 6）：頻寬

31、為250MHz7類雙絞線（Category 7）：頻寬為600MHz快速以太網(wǎng)的傳輸速度是100Mbps（bits per second），其信號(hào)的頻寬約70MHz；ATM網(wǎng)的傳輸速度是150Mbps，其信號(hào)的頻寬約80MHz；千兆網(wǎng)的傳輸速度是1000Mbps，其信號(hào)的頻寬100MHz。因此，用5類雙絞線電纜能夠滿足所有常用網(wǎng)絡(luò)傳輸對(duì)頻率響應(yīng)特性的要求。6類雙絞線是一個(gè)較新級(jí)別的電纜，其頻率帶寬可以達(dá)到250MHz。2002年7月20日，TIA/EIA-568-B.2.1公布了6類雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)。6類雙絞線除了要保證頻率帶快達(dá)到更高要求，其它參數(shù)的要求也頗為嚴(yán)格。例如串?dāng)_參數(shù)必須在250MHz

32、的頻率下測(cè)試。7類雙絞線是歐洲提出的一種屏蔽電纜STP的標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)劃帶寬是600MHz。目前還沒(méi)有制訂出相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。雙絞線的分類通常簡(jiǎn)寫(xiě)為CAT 5、CAT 5e、CAT 6、CAT 7。2.1.5 雙絞線的端接為了連接PC、集線器、交換機(jī)和路由器，雙絞線電纜的兩端需要端接連接器。在100Mbps快速以太網(wǎng)中，網(wǎng)卡、集線器、交換機(jī)、路由器用雙絞線連接需要兩對(duì)線，一對(duì)用于發(fā)送，另外一對(duì)用于接收。根據(jù)EIA/TIA-T568標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，PC機(jī)的網(wǎng)卡和路由器使用1、2線對(duì)用作發(fā)送端，3、6線對(duì)用于接收端。交換機(jī)和集線器與之相反，使用3、6線對(duì)作為發(fā)送端，1、2線對(duì)作為接收端。為此，當(dāng)把一臺(tái)PC與

33、交換機(jī)或集線器連接時(shí)，使用如圖2.5所示的直通線。圖 2.5 直通線使用如圖2.6所示的交叉電纜，可以把兩臺(tái)電腦互連。使用交叉電纜把兩臺(tái)電腦連接在一起的方法，是最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)連接。圖 2.6 交叉線交換機(jī)和集線器有時(shí)候?yàn)榱藬U(kuò)充端口的數(shù)量，或者延伸網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度（雙絞線電纜UTP和STP的最大連接長(zhǎng)度是100米），需要多臺(tái)交換機(jī)和集線器級(jí)連。由于交換機(jī)和集線器的發(fā)送端和接收端設(shè)置相同，所以它們自己之間的互連也需要使用如圖2.6所示的交叉電纜圖 2.7 交換機(jī)之間的級(jí)連也使用交叉線交換機(jī)和集線器的發(fā)送端口與接收端口的設(shè)置與電腦網(wǎng)卡的設(shè)置正好相反的目的是使電腦與交換機(jī)和集線器的連接線纜的端接簡(jiǎn)化。我們知道

34、，制做UTP的直通線要比制做交叉線簡(jiǎn)單。尤其是需要先在建筑物內(nèi)布線，再用UTP跳線將電腦與交換機(jī)連接在一起的場(chǎng)合，直通線的使用可以避免線序的混亂。如圖2.8所示。圖 2.8 建筑物內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)布線2.1.6 雙絞線及雙絞線端接的測(cè)試為保證信號(hào)可靠傳輸，傳輸介質(zhì)，以及線纜的布放和端接，必須進(jìn)行全面的測(cè)試。借助電纜測(cè)試儀器，這些測(cè)試是確保網(wǎng)絡(luò)能夠在高速度、高頻率的條件可靠工作的必要保證。最后的性能參數(shù)必須滿足某一個(gè)公認(rèn)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)際流行的有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：美國(guó)的ANSI/TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC 11801標(biāo)準(zhǔn)、歐洲的EN 50173標(biāo)準(zhǔn)。主要的雙絞線電纜及雙絞線電纜布放和端接的測(cè)試

35、參數(shù)：線序Wire map 連接 Conection電纜長(zhǎng)度Cable length 直流電阻DC resistance阻抗Impedance 衰減Attenuation 近端串?dāng)_Near-end crosstalk (NEXT) 功率和近端串?dāng)_Power sum near-end crosstalk (PSNEXT) 等效遠(yuǎn)端串?dāng)_Equal-level far-end crosstalk (ELFEXT) 功率和遠(yuǎn)端串?dāng)_Power sum equal-level far-end crosstalk (PSELFEXT) 回返損失Return loss 傳導(dǎo)延時(shí)Propagation dela

36、y 時(shí)延差Delay skew 線序測(cè)試是指測(cè)試雙絞線兩端的8條線是否正確端接。當(dāng)然，線序測(cè)試也測(cè)試了線纜是否有斷路或開(kāi)路。線序測(cè)試也完成了連接測(cè)試，確保線纜質(zhì)量及端接的可靠。根據(jù)TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)，雙絞線電纜長(zhǎng)度不得超過(guò)100米。直流電阻和交流阻抗超標(biāo)，會(huì)造成衰減指標(biāo)超標(biāo)。直流電阻太大，會(huì)使電信號(hào)的能量消耗為熱能。交流阻抗過(guò)大或過(guò)小，會(huì)造成兩端設(shè)備的輸入電路和輸出電路阻抗不匹配，導(dǎo)致一部分信號(hào)象回聲一樣反射回發(fā)送端設(shè)備，造成接收端信號(hào)衰弱。另外，交流阻抗在整個(gè)線纜長(zhǎng)度上應(yīng)該保持一致。不僅從端點(diǎn)測(cè)試的交流阻抗需要滿足規(guī)范，而且沿著線纜的所有部位，都應(yīng)該滿足規(guī)范。回返損失測(cè)試由于沿線纜長(zhǎng)

37、度上交流阻抗不一致而導(dǎo)致信號(hào)能量的反射?；胤祿p失用分貝來(lái)表示，是測(cè)試信號(hào)與反射信號(hào)的比值。因此，電纜測(cè)試儀上回返損失測(cè)試結(jié)果的讀數(shù)越大越好。TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定回返損失應(yīng)該大于10個(gè)db。衰減是所有電纜測(cè)試的重要參數(shù)，指信號(hào)通過(guò)一段電纜后信號(hào)幅值的降低。電纜越長(zhǎng)，直流電阻和交流阻抗越大，信號(hào)頻率越高，衰減就越大。串?dāng)_是指一根線纜電磁輻射到另外一根線纜。當(dāng)一對(duì)線纜中的電壓變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電磁輻射能量。這個(gè)能量就象無(wú)線電信號(hào)一樣發(fā)射出去。而另外一對(duì)線纜此時(shí)就會(huì)象天線一樣，接收這個(gè)能量輻射。頻率越高，串?dāng)_就越顯著。雙絞線就是要依靠絞扭來(lái)抵消這樣的輻射。如果電纜不合格，或者端接的質(zhì)量不合格，

38、雙絞線依靠絞扭來(lái)抵消串?dāng)_的能力就會(huì)降低，造成通訊質(zhì)量下降，甚至不能通訊。圖 2.9 串?dāng)_TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，5類雙絞線的近端串?dāng)_值不許大于24db方是合格。新的網(wǎng)絡(luò)工程師們直接的感覺(jué)是測(cè)試結(jié)果的近端串?dāng)_數(shù)值越小，應(yīng)該是質(zhì)量越好。為什么近端串?dāng)_數(shù)值越大越好呢？原因是TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，5類雙絞線的近端串?dāng)_值是在信號(hào)發(fā)射端的測(cè)試信號(hào)的電壓幅值與串?dāng)_信號(hào)幅值之比。比的結(jié)果用負(fù)的分貝數(shù)來(lái)表示。負(fù)的數(shù)值越大，反映噪聲越小。傳統(tǒng)上，電纜測(cè)試儀并不顯示負(fù)數(shù)，所以從測(cè)試儀上讀出30db（實(shí)際的結(jié)果是-30db）要比讀數(shù)為20db要好。電纜測(cè)試儀在測(cè)試串?dāng)_時(shí)，先在一對(duì)線纜中發(fā)射測(cè)試信

39、號(hào)，然后測(cè)試另外一對(duì)線纜中的電壓數(shù)值。這個(gè)電壓就是由于串?dāng)_而產(chǎn)生的。我們知道，近端串?dāng)_隨著頻率升高而顯著。因此，我們?cè)跍y(cè)試近端串?dāng)_的時(shí)候應(yīng)該按照ISO/IEC 11801標(biāo)準(zhǔn)或TIA/EIA-568標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所有規(guī)定的頻率完成測(cè)量。有些電纜測(cè)試儀為了縮短測(cè)試時(shí)間，只在幾個(gè)頻率點(diǎn)上測(cè)試。這樣就容易忽視隱藏頻率測(cè)試點(diǎn)上的鏈路故障。等效遠(yuǎn)端串?dāng)_是指遠(yuǎn)離發(fā)射端的另外一端形成的串?dāng)_噪聲。由于衰減的原因，一般情況下，如果近端串?dāng)_測(cè)試合格，遠(yuǎn)端串?dāng)_的測(cè)試也能夠通過(guò)。功率和近端串?dāng)_是指來(lái)自所有其它線對(duì)的噪聲之和。在早期的雙絞線使用中我們只使用兩對(duì)線纜來(lái)完成通訊。一對(duì)用于發(fā)送，另外一對(duì)用于接受。另外兩對(duì)電話線對(duì)的

40、語(yǔ)音信號(hào)頻率較低，串?dāng)_很微弱。但是，隨著DSL技術(shù)的使用，數(shù)據(jù)線旁邊電話線對(duì)的語(yǔ)音線也會(huì)有幾兆頻率的數(shù)據(jù)信號(hào)。另外，千兆以太網(wǎng)開(kāi)始使用所有4對(duì)線，經(jīng)常會(huì)有多對(duì)線同時(shí)向一個(gè)方向傳輸信號(hào)。因此，近代通訊中，多對(duì)線纜中同時(shí)通訊的串?dāng)_的匯聚作用對(duì)信號(hào)是十分有害的。因此，TIA/EIA-568-B開(kāi)始規(guī)定需要測(cè)試功率和串?dāng)_。造成直流電阻、交流阻抗、衰減、串?dāng)_等指標(biāo)超標(biāo)的原因除了線纜質(zhì)量的可能外，更多的是端接質(zhì)量差。如果測(cè)試出上述指標(biāo)或某項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，一般都判斷是端接問(wèn)題。剪掉原來(lái)的RJ45連接器，重新端接，一般都可以排除這類故障。圖 2.10 端接的質(zhì)量傳導(dǎo)延時(shí)是對(duì)信號(hào)沿導(dǎo)線傳輸速度的測(cè)試。傳導(dǎo)延時(shí)的大小

41、取決于電纜的長(zhǎng)度、線絞的疏密以及電纜本身的電特性。長(zhǎng)度、線絞是隨應(yīng)用而定的。所以，傳導(dǎo)延時(shí)主要是測(cè)試電纜本身點(diǎn)特性是不是合格。TIA/EIA-568-B對(duì)不同類的雙絞線有不同的傳導(dǎo)延時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于5類UTP電纜，TIA/EIA-568-B規(guī)定不得大于1微秒。傳導(dǎo)延時(shí)測(cè)量是電纜長(zhǎng)度測(cè)量的基礎(chǔ)。測(cè)試儀器測(cè)量電纜長(zhǎng)度是依據(jù)傳導(dǎo)延時(shí)完成的。由于電線是絞扭的，所以信號(hào)在導(dǎo)線中行進(jìn)的距離要多于電纜的物理長(zhǎng)度。電纜測(cè)試儀器在測(cè)量時(shí)，發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)。這個(gè)脈沖信號(hào)沿同線路反射回來(lái)的時(shí)間就是傳導(dǎo)延時(shí)。這樣的測(cè)試方法被稱為時(shí)域反射儀測(cè)試（Time Domain Reflectometry test），或TDR測(cè)試。

42、TDR測(cè)試不僅可以用來(lái)測(cè)試電纜的長(zhǎng)度，也可以測(cè)試電纜中短路或斷路的地方。當(dāng)測(cè)試脈沖碰到開(kāi)路或短路的地方時(shí)，脈沖的部分能量，甚至全部能量都會(huì)反射回測(cè)試儀器。這樣就可以計(jì)算出線纜故障的大體部位。信號(hào)沿一條UTP電纜的不同線對(duì)傳輸，其延遲會(huì)有一些差異。這是因?yàn)榫€纜電特性不一致造成的。TIA/EIA-568-B標(biāo)準(zhǔn)中的時(shí)延差Delay Skew參數(shù)就是這種差異的測(cè)試。延遲差異對(duì)于高速以太網(wǎng)（比如千兆以太網(wǎng)）的影響非常大。這是因?yàn)楦咚僖蕴W(wǎng)使用幾個(gè)線對(duì)同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，如果延遲差異太大，從幾對(duì)線分別送出的數(shù)據(jù)，在接收端就無(wú)法正確地裝配。對(duì)于沒(méi)有使用那么高速度的以太網(wǎng)（如百兆以太網(wǎng)），因?yàn)閿?shù)據(jù)不會(huì)拆開(kāi)用幾對(duì)數(shù)

43、據(jù)線同時(shí)傳送，所以工程師往往不注意這個(gè)參數(shù)。但是，時(shí)延差參數(shù)不合格的電纜在未來(lái)升級(jí)到高速以太網(wǎng)的時(shí)候就會(huì)遇到麻煩。下面是TIA/EIA-568-B對(duì)5類雙絞線電纜的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：長(zhǎng)度（Length） 90m衰減（Attenuation） 23.2db傳導(dǎo)延時(shí)(Propagation delay) 1.0 us直流電阻(DC resistance) 24db回返損耗(Return loss) 10db要完成電纜測(cè)試，就必須使用電纜測(cè)試儀器。便攜式電纜測(cè)試儀器的價(jià)格平均在3萬(wàn)元人民幣左右。如圖2.11所示的是Fluke DSP-LIA013，它是大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)工程師所熟悉的便攜式電纜測(cè)試儀，可以測(cè)試超5類

44、雙絞線電纜。圖 2.11 Fluke DSP-LIA013電纜測(cè)試儀最后需要強(qiáng)調(diào)的是，網(wǎng)絡(luò)布線不僅需要采購(gòu)合格的材料（包括線纜和連接器），而且需要合格的施工（包括布放和端接）。電纜測(cè)試應(yīng)該在施工完成后進(jìn)行。這不僅測(cè)試了線纜的質(zhì)量，而且也測(cè)試了連接器、偶合器，更重要的是測(cè)試了線纜布放的質(zhì)量和端接的質(zhì)量。2.2 光纖傳輸介質(zhì)2.2.1 光纜光纜是高速、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钪匾膫鬏斀橘|(zhì)。多用于局域網(wǎng)的骨干線段、局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程互聯(lián)。在UTP電纜傳輸千兆位的高速數(shù)據(jù)還不成熟的時(shí)候，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中工程師在千兆位的高速網(wǎng)段上完全依賴光纜。即使現(xiàn)在已經(jīng)有可靠的用UTP電纜傳輸千兆位高速數(shù)據(jù)的技術(shù)，但是，由于UT

45、P電纜的距離限制（100米），所以骨干網(wǎng)仍然要使用光纜（局域網(wǎng)上多用的多模光纖的標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離是2公里）。光纜完全沒(méi)有對(duì)外的電磁輻射，也不受任何外界電磁輻射的干擾。所以在周?chē)姶泡椛鋰?yán)重的環(huán)境下（如工業(yè)環(huán)境中），以及需要防止數(shù)據(jù)被非接觸偵聽(tīng)的需求下，光纖是一種可靠的傳輸介質(zhì)。在使用光纜數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在發(fā)送端用光電轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并發(fā)射到光纜的光導(dǎo)纖維中傳輸。在接收端，光接收器在再將光信號(hào)還原成電信號(hào)。圖 2.12 光纜光纜由光纖、塑料包層、卡夫勒抗拉材料和外護(hù)套構(gòu)成。光纖用來(lái)傳遞光脈沖。有光脈沖相當(dāng)于數(shù)據(jù)1，沒(méi)有光脈沖相當(dāng)于數(shù)據(jù)0。光脈沖使用可見(jiàn)光的頻率，約為108MHz的量級(jí)。因此，

46、一個(gè)光纖通信系統(tǒng)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它傳輸介質(zhì)的帶寬。塑料包層用作光纖的緩沖材料，用來(lái)保護(hù)光纖。有兩種塑料包層的設(shè)計(jì)：松包裹和緊包裹。大多數(shù)在局域網(wǎng)中使用的多模光纖使用緊包裹，這時(shí)的緩沖材料直接包裹到光纖上。松包裹用于室外光纜，在它的光纖上增加涂抹墊層后再包裹緩沖材料?？ǚ蚶湛估牧嫌靡栽诓挤殴饫|的施工中避免因拉拽光纜而損壞內(nèi)部的光線。外護(hù)套使用PVC材料或橡膠材料。室內(nèi)光纜多使用PVC材料，室外光纜則多使用含金屬絲的黑橡膠材料。2.2.2 光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑韴D 2.13 全反射原理光纖由纖芯和硅石覆層構(gòu)成。纖芯是氧化硅和其它元素組成的石英玻璃，用來(lái)傳輸光射線。硅石覆層的主要成份也是氧化硅，但是其

47、折射率要小于纖芯。光纖傳輸是根據(jù)光學(xué)的全反射定律。當(dāng)光線從折射率高的纖芯射向折射率低的覆層的時(shí)候，其折射角大于入射角，如圖2.13所示。如果入射角足夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射，即光線碰到覆層時(shí)就會(huì)折射回纖芯。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)下去，光也就沿著光纖傳輸下去了?，F(xiàn)代的生產(chǎn)工藝可以制造出超低損耗的光纖，光可以在光纖中傳輸數(shù)公里而基本上沒(méi)有什么損耗。我們甚至在布線施工中，在幾十樓層遠(yuǎn)的地方用手電筒的光用肉眼來(lái)測(cè)試光纖的布放情況，或分辨光纖的線序（注意，切不可在光發(fā)射器工作的時(shí)候用這樣的方法。激光光源的發(fā)射器會(huì)損壞眼睛）。由全反射原理可以知道，光發(fā)射器的光源的光必須在某個(gè)角度范圍才能在纖芯中產(chǎn)生全反射。纖芯越粗

48、，這個(gè)角度范圍就越大。當(dāng)纖芯的直徑減小到只有一個(gè)光的波長(zhǎng)，則光的入射角度就只有一個(gè)，而不是一個(gè)范圍。可以存在多條不同的入射角度的光纖，不同入射角度的光線回沿著不同折射線路傳輸。這些折射線路被稱為“模”。如果光纖的直徑足夠大，以至有多個(gè)入射角形成多條折射線路，這種光纖就是多模光纖。單模光纖的直徑非常小，只有一個(gè)光的波長(zhǎng)。因此單模光纖只有一個(gè)入射角度，光纖中只有一條光線路。圖 2.14 單模光纖和多模光纖單模光纖的特點(diǎn)是：纖芯直徑小，只有5到10微米。幾乎沒(méi)有散射。適合遠(yuǎn)距離傳輸。標(biāo)準(zhǔn)距離達(dá)3公里，非標(biāo)準(zhǔn)傳輸可以達(dá)幾十公里。使用激光光源。多模光纖的特點(diǎn)是：纖芯直徑比單模光纖大，有50到62.5微米

49、，或更大。散射比單模光纖大，因此有信號(hào)的損失。適合遠(yuǎn)距離傳輸，但是比單模光纖小。標(biāo)準(zhǔn)距離2公里。使用LED光源。我們可以簡(jiǎn)單的記憶為：多模光纖纖芯的直徑要比單模光纖約大10倍。多模光纖使用發(fā)光二極管作為發(fā)射光源，而單模光纖使用激光光源。我們通?？吹接?0/125或62.5/125表示的光纜就是多模光纖。而如果在光纜外套上印刷有9/125的字樣，即說(shuō)明是單模光纖。圖 2.15光纖的種類在光纖通信中，常用的三個(gè)波長(zhǎng)是850納米、1310納米和1550納米。這些波長(zhǎng)都跨紅色可見(jiàn)光和紅外光。對(duì)于后兩種頻率的光，在光纖中的衰減比較小。850納米的波段的衰減比較大，但在此波段的光波其它特性比較好，因此也被

50、廣泛使用。單模光纖使用1310納米和1550納米的激光光源，在長(zhǎng)距離的遠(yuǎn)程連接局域網(wǎng)中使用。多模光纖使用850納米、1300納米的發(fā)光二極管LED光源，被廣泛地使用在局域網(wǎng)中2.3 無(wú)線傳輸介質(zhì)2.3.1 無(wú)線傳輸使用的頻段UTP電纜、STP電纜和光纜都是有線傳輸介質(zhì)。由于無(wú)線傳輸無(wú)需布放線纜，其靈活性使得其在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊中的應(yīng)用越來(lái)越多。而且，可以遇見(jiàn)，在未來(lái)的局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)中，無(wú)線傳輸將逐漸成為主角。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸使用無(wú)線電波和微波，可選擇的頻段很廣。目前在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊中占主導(dǎo)地位的是2.4G的微波。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的頻段頻率劃分主要用途300Hz超低頻ELF3KHz次低頻ILF30KHz

51、甚低頻VLF長(zhǎng)距離通訊、導(dǎo)航300KHz低頻LF廣播3MHz中頻MF廣播、中距離通訊30MHz高頻廣播、長(zhǎng)距離通訊300MHz微波（甚高頻VHF）移動(dòng)通訊2.4GHz微波計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)3 GHz微波（超高頻UHF）電視廣播5.6GHz微波計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)30GHz微波（特高頻SHF）微波通訊300GHz微波（極高頻EHF）雷達(dá)2.3.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和設(shè)備由微波組成的無(wú)線局域網(wǎng)被稱為WLAN。圖 2.16 無(wú)線局域網(wǎng)WLAN構(gòu)成WLAN需要的設(shè)備少到可以只有兩種，無(wú)線網(wǎng)卡和無(wú)線集線器。搭建WLAN要比搭建有線網(wǎng)絡(luò)要簡(jiǎn)單得多。只需要把無(wú)線網(wǎng)卡插入到臺(tái)式電腦或筆記本電腦，把無(wú)線Hub通上電，網(wǎng)絡(luò)就

52、搭建完成了。無(wú)線Hub在一個(gè)區(qū)域內(nèi)為無(wú)線節(jié)點(diǎn)提供連接和數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)，其覆蓋的范圍大小取決于天線的尺寸和增益的大小。通常的無(wú)線Hub的覆蓋范圍是91.44米到152.4米（300英尺到500英尺）。為了覆蓋更大的范圍，就需要多個(gè)無(wú)線Hub，如圖2.16所示。在圖中我們可以看到，各個(gè)無(wú)線Hub的覆蓋區(qū)域需要有一定的重疊，這一點(diǎn)上很象手機(jī)通訊的基站之間的重疊。覆蓋區(qū)域重疊的目的是允許設(shè)備在WLAN中移動(dòng)。雖然沒(méi)有規(guī)范明確規(guī)定重疊的深度，但是一般的工程師都在考慮無(wú)線Hub的位置時(shí)，設(shè)置為20-30%。這樣的設(shè)置，使得WLAN中的筆記本電腦可以漫游，而不至于出現(xiàn)通訊中斷。圖 2.17 無(wú)線Hub圖 2.1

53、8 無(wú)線網(wǎng)卡當(dāng)一臺(tái)主機(jī)希望使用WLAN的時(shí)候，它首先需要掃描偵聽(tīng)可以連接的無(wú)線Hub。尋找可以連接的無(wú)線Hub的方法是向空中發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求包，帶有一個(gè)服務(wù)組標(biāo)識(shí)SSID（注：網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識(shí)這個(gè)術(shù)語(yǔ)指的就是編號(hào)）。每個(gè)WLAN都會(huì)給自己設(shè)置一個(gè)服務(wù)組標(biāo)識(shí)，并配置到這個(gè)網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)和無(wú)線Hub上。因此，當(dāng)具有相同SSID的無(wú)線Hub收到一個(gè)請(qǐng)求包的時(shí)候，它就會(huì)向回發(fā)送一個(gè)應(yīng)答包。經(jīng)過(guò)身份驗(yàn)證后，連接就建立完成了。WLAN的傳輸速度隨主機(jī)與hub的距離而變化。距離越遠(yuǎn)，通訊的信號(hào)越弱，因此就需要放慢通訊速度來(lái)克服噪聲。WLAN這種自適應(yīng)傳輸速度調(diào)整ARS與ADSL技術(shù)很相似。目前流行的WLAN速度平均為10

54、Mbps。圖 2.19 WLAN的傳輸速度隨距離而變化2.4 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的物理特性和電器特性需要有一個(gè)全球化的標(biāo)準(zhǔn)。這樣的標(biāo)準(zhǔn)需要得到生產(chǎn)廠商、用戶、標(biāo)準(zhǔn)化組織、通信管理部門(mén)和行業(yè)團(tuán)體的支持。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化的最權(quán)威部門(mén)是國(guó)際電信聯(lián)盟ITU。國(guó)際電信聯(lián)盟是一個(gè)協(xié)商組織，成立于1865年，現(xiàn)在是聯(lián)合國(guó)的一個(gè)專門(mén)機(jī)構(gòu)。國(guó)際電信聯(lián)盟ITU的下屬機(jī)構(gòu)是國(guó)際電話電報(bào)咨詢委員會(huì)CCITT（也稱ITU-T，國(guó)際電訊聯(lián)盟電訊標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)）。CCITT提出的一系列標(biāo)準(zhǔn)涉及數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)、電話交換網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字系統(tǒng)等。CCITT由其成員組成，通過(guò)協(xié)商或表決來(lái)協(xié)調(diào)確定統(tǒng)一的通訊標(biāo)準(zhǔn)。CCITT的成員包括各國(guó)政府的代表和AT&T、GTE這樣的大型通訊企業(yè)。我國(guó)國(guó)務(wù)院就是CCITT中一個(gè)有表決權(quán)的一個(gè)成員。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO是一個(gè)非官辦的機(jī)構(gòu)。它由每一個(gè)成員國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織組成。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ANSI是美國(guó)在ISO中的成員。ISO是一個(gè)全面的標(biāo)準(zhǔn)化組織，制訂網(wǎng)絡(luò)通訊標(biāo)準(zhǔn)是其工作的組成部分。ISO在網(wǎng)絡(luò)通訊方面有時(shí)與CCITT發(fā)生沖突。事實(shí)上，ISO總是希望打破大企業(yè)對(duì)某個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)壟斷。ISO的標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有行政上的約束，主要體現(xiàn)在中、小廠商對(duì)它的支持。通訊網(wǎng)絡(luò)中的大型企業(yè)由于其市場(chǎng)的規(guī)模而獨(dú)立制訂標(biāo)準(zhǔn)，而不去理會(huì)ISO制訂的標(biāo)準(zhǔn)。但是，大型企業(yè)之間需要標(biāo)準(zhǔn)來(lái)維持共同的市場(chǎng)，它們?cè)谥朴喒餐?/p>