网络传输介质与布线与交换机原理（光纤交换机的工作原理）

网络传输介质与布线与交换机原理（光纤交换机的工作原理）

一、网络传输介质与布线

1.信号的概念

1.1 信息

不同领域对信号有着不同的定义，一般认为信息是人们对现实世界事物的存在方式或运动状态的某种认识。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像等。

1.2 数据

数据是用于描述事物的某些属性的具体量值。

1.3 信号

信号是信息传递的媒介。信号在网络中传输，使信息得以传递。

例如，描述某一件物体，它的长、宽、高、质地。颜色、气味等就是用以形容该物体的数据。通过这些数据，我们得到了关于该物体的信息。当我们需要向他人传递这些信息时，就要通过信号传输。

2.信号的分类

2.1信号可以分为模拟信号和数字信号。

模拟信号和数字信号的区别：模拟信号与数字信号不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号（Analog Signal），例如用一系列连续变化的电磁波（如无线电与电视广播中的电磁波），或电压信号（如电话传输中的音频电压信号）来表示；数字数据则采用数字信号（Digital Signal），例如用一系列断续变化的电压脉冲（如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0），或光脉冲来表示。 当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路（例如电话网、有线电视网）来传输。 当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。

2.2信号在传输过程中产生的失真

信号在传输过程中，因为受到外界干扰或传输介质本身具有的阻抗等特性，会产生一定程度的失真。信号失真的原因主要有噪声和衰减两个。

2.3数字信号的优势

1、加强了通信的保密性。语音信号经A／D变换后，可以先进行加密处理，再进行传输，在接收端解密后再经D/A变换还原成模拟信号。　　2、提高了抗干扰能力，尤其在中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累。　　3、传输差错可以控制，从而改善了传输质量。　　4、便于使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理。　　5、可构建综合数字通信网，综合传递各种消息，使通信系统功能增强。但数字通信也存在缺点，例如： 占用频带较宽，技术要求复杂，进行模/数转换时会带来量化误差。

3.双绞线

双绞线（twisted pair）是一种综合布线工程中最常用的传输介质，由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。

双绞线一般由两根22-26号绝缘铜导线相互缠绕而成，在传输距离，信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉，性能指标包括衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻等。

3.1分类介绍

根据有无屏蔽层，双绞线分为屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）与非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）。

屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。屏蔽双绞线分为STP和FTP（Foil Twisted-Pair），STP指每条线都有各自的屏蔽层，而FTP只在整个电缆有屏蔽装置，并且两端都正确接地时才起作用。所以要求整个系统是屏蔽器件，包括电缆、信息点、水晶头配线架等，同时建筑物需要有良好的接地系统。屏蔽层可减少辐射，也可阻止外部电磁干扰的进入，使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率。

非屏蔽双绞线（UnshieldedTwisted Pair，缩写UTP）是一种数据传输线，由四对不同颜色的传输线所组成，广泛用于以太网路和电话线中。非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：1.无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间，成本低；2.重量轻，易弯曲，易安装；3.将串扰减至最小或加以消除；4.具有阻燃性；5.具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。因此，在综合布线系统中，非屏蔽双绞线得到广泛应用。

3.2双绞线特性

类别号越大，版本越新，质量越好，价格自然也越高。双绞线常见的有三类线，五类线和超五类线，以及六类线，前者线径细而后者线径粗，具体型号如下：

五类线（CAT5）：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，线缆最高频率带宽为100MHz，最高传输率为100Mbps，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。这是最常用的以太网电缆。在双绞线电缆内，不同线对具有不同的绞距长度。通常，4对双绞线绞距周期在38.1mm长度内，按逆时针方向扭绞，一对线对的扭绞长度在12.7mm以内。

超五类线（CAT5e）：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（SNR）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。

六类线（CAT6）：该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。六类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。

4.光纤

光纤（英文：Fiber，全称：光导纤维）是一种由玻璃或塑料制成的纤维，也是利用光在这些纤维中以全内反射原理传输的光传导工具。

光纤的一端的发射设备使用发光二极管或一束激光将光脉冲发送至光纤中，光纤的另一端的接收设备使用光敏组件检测脉冲。包含光纤的线缆称为光缆。

光纤传输有许多突出的优点：

频带宽

频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大。

损耗低

一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引入均衡器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。

重量轻

因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4um～10um，外径也只有125um，加上防水层、加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。

抗干扰能力强

因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。保真度高

因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引入新的非线性失真。

5.双绞线连接规范

EIA/TIA 568A和568B

T568A：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕

T568B：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕

二、交换机的原理

1.以太网帧格式

2.交换机的工作原理

然后交换机会把主机A发送的数据帧里的目的MAC地址进行广播，接收方主机B会进行回应，此时交换机会再次进行记录，将主机B的位置对应端口以及MAC地址记录在MAC地址表中，此时交换机实现主机A和主机B之间的单播通信。

MAC地址表记录了网络中所有MAC地址与该交换机各端口的对应信息。

MAC地址表不是永久保存，它有300s的老化时间，如果300s内没有进行相互通信，就会老化。

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