免费智能真题库 > 历年试卷 > 网络管理员 > 2010年上半年 网络管理员 上午试卷 综合知识
  第57题      
  知识点:   传输介质   双绞线   千兆以太网   网络传输介质   以太网
  关键词:   传输介质   千兆以太网   双绞线   网络   传输   以太网        章/节:   计算机网络基础知识       

 
千兆以太网标准中,(57)使用5类双绞线作为网络传输介质
 
 
  A.  1000BaseLX
 
  B.  1000BaseSX
 
  C.  1000BaseCX
 
  D.  1000BaseTX
 
 
 

 
  第19题    2016年上半年  
   40%
最大传输速率能达到100M b/s的双绞线是(19)。
  第19题    2009年上半年  
   44%
基带同轴电缆的特性阻抗是(19),CATV电缆的特性阻抗是(20)。
  第35题    2014年上半年  
   39%
快速以太网标准100BASE-TX规定使用(35)无屏蔽双绞线,其特性阻抗为(36)Ω。
   知识点讲解    
   · 传输介质    · 双绞线    · 千兆以太网    · 网络传输介质    · 以太网
 
       传输介质
        1)同轴电缆
        同轴电缆抗干扰性好、频带较宽、数据传输稳定、价格适中、性价比高。同轴电缆中央是一根内导体铜质芯线,外面依次包有绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层和塑料保护层。
        通常按特性阻抗数值的不同,可将同轴电缆分为50Ω基带同轴电缆和75Ω宽带同轴电缆。前者用于传输基带数字信号,是早期局域网的主要传输媒体;后者是有线电视系统(CATV)中的标准传输电缆,在这种电缆上传输的信号采用了频分复用的宽带模拟信号。
        50Ω基带同轴电缆可分为粗缆和细缆两类。粗缆用于10Base-5以太网,最大干线线段长度为500m,最大网络干线电缆长度为2.5km,每条干线段支持的最大节点数为100个,收发器之间的最小距离为1.5m,收发器电缆的最大长度为50m;细缆用于10Base-2以太网,最大干线线段长度为185m,最大网络干线电缆长度为925m,每条干线段支持的最大节点数为30个,BNC-T型连接器之间的最小距离为0.5m。使用基带同轴电缆组网,需要在两端连接50Ω的反射电阻,又称为终端匹配器。
        2)双绞线
        双绞线是由两条导线按一定扭矩相互绞合在一起的类似于电话线的传输媒体,每根线加绝缘层并用颜色来标记。成对线的扭绞旨在使电磁辐射和外部电磁干扰减到最小。使用双绞线组网时,双绞线与网卡、集线器的接口称RJ-45,俗称水晶头。
        双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线,STP双绞线内部包了一层皱纹状的屏蔽金属物质,并且多了一条接地用的金属铜丝线,因此它的抗干扰性比UTP双绞线强,阻抗值通常为150Ω。对于UTP双绞线,其阻抗值通常为100Ω,每条双绞线最大传输距离为100m。
        双绞线的制作有两种方法:一种是直通线,即双绞线的两个接头都按568B线序标准连接;另一种是交叉线,即双绞线的一个接头按EIA/TIA 568A线序连接,另一个接头按EIA/TIA 568B线序连接。
        3)光纤
        光纤是新一代的传输介质,与铜介质相比,它具有一些明显的优势。因为光纤不会向外界辐射电子信号,所以使用光纤介质的网络无论是在安全性、可靠性还是在传输速率等网络性能方面都有了很大的提高。
        根据光在光纤中的传输方式,可将光纤分为两种类型,即多模光纤和单模光纤。
        4)无线传输
        无线传输主要分为无线电、微波、红外线及可见光几个波段。
        无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率范围为300MHz~300GHz,但主要使用2~40GHz的频率范围。微波通信主要有两种方式,即地面微波接力通信和卫星通信。
 
       双绞线
        双绞线(Twisted-pair)由两根扭在一起的螺旋状绝缘导线组成。双绞线一般分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。计算机网络中最常用的是第三类和第五类非屏蔽双绞线。三类线带宽为16MHz,适用于语音及10Mb/s以下的数据传输;五类线带宽为100MHz,适用于语音及100Mb/s的高速数据传输,甚至可以支持155Mb/s的异步传输模式的数据传输。
        双绞线可用于传输模拟信号和数字信号。对于模拟信号,5~6km需要一个放大器;对于数字信号,2~3km需要一个中继器。传输模拟信号时,双绞线的带宽可达268kHz。
        对于模拟信号,可用频分多路复用技术把它分成24路来传输音频模拟信号。根据目前的Modem技术,若使用移相键控法(PSK),每路可达9600b/s以上。这样,在一条24路的双绞线上,总传输率可达230kb/s。
        对于数字信号,使用T1线路总传输率可达1.544Mb/s。要达到更高传输率也是有可能的,但受距离影响。
        对于局域网(10Base-T总线和100Base-T总线),传输速率可达10~100Mb/s。常用的三类双绞线和五类双绞线电缆均由4对双绞线组成,三类双绞线传输速率可达10Mb/s,五类双绞线传输速率可达100Mb/s,但受距离影响。
        使用双绞线组网,双绞线与网卡、双绞线与集线器的接口为RJ-45,俗称水晶头。
        1)水晶头制作标准
        水晶头的制作有两个国际标准,分别是EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B。连接方式如下图所示。
        
        568A和568B标准
        2)直连线和交叉线
        (1)直连线:两端水晶头都是遵循568A或568B标准,工程中常用568B标准。
        (2)交叉线:一端遵循568A,而另一端遵循568B标准。
 
       千兆以太网
        千兆位以太网是在以太网技术的改进和提高的基础上,再次将100Mb/s的快速以太网的数据传输速率提高了10倍,使其达到了每秒千兆位的网络系统(1000Mb/s)。与快速以太网一样,千兆以太网也是IEEE 802.3以太网标准的扩展。所以千兆以太网也可以在原来的以太网系统基础上实现平滑的过渡并完全升级。并且同样可以大大节省因网络系统升级所带来的各种费用和开销。
        千兆以太网为了能够把数据传输速率提高到1000Mb/s的水平,因此对物理层规范再一次做了很大改动。但是为了确保和以前的10Mb/s和100Mb/s的以太网相兼容,与前面的快速以太网一样,千兆以太网也沿用了IEEE 802.3规范所采用的CSMA/CD技术,也即就是在数据链路层以上部分没有改变,但在数据链路层以下,千兆以太网融合了IEEE 802.3/以太网和ANSI X3T11光纤通道两种不同的网络技术,这样千兆以太网不但能够充分利用光纤通道所提供的高速物理接口技术,而且保留了IEEE 802.3/以太网帧的格式,在技术上可以相互兼容,同时还能够支持全双工或半双工模式(通过CSMA/CD),使得千兆位以太网成为高速、宽带网络应用的战略性选择。
        IEEE 802.3z扩展标准是千兆位以太网标准规范。概括地说,它包含的内容有,1000Mb/s通信速率的情况下的支持全双工和半双工操作;采用802.3以太网帧格式;使用CSMA/CD技术;在一个冲突域中支持一个中继器;10Base-T和100Base-T向下兼容;多模光纤连接的最大距离为550m;单模光纤连接的最大距离为3000m;铜基连接距离最大为25m;并开发将基于5类无屏蔽双绞线的连接距离增至100m的技术;8B/10B主要适用于光纤介质和特殊屏蔽铜缆,而5类UTP则使用自己专门的编码/译码方案。
        千兆以太网物理层包括编码/译码,收发器和网络介质3部分,并且其中不同的收发器对应于不同的传输介质类型,如长模或多模光纤(1000Base-LX)、短波多模光纤(1000 Base-SX)、一种高质量的平衡双绞线对的屏蔽铜缆(1000Base-CX),以及5类非屏蔽双绞线(1000 Base-T)。
        (1)1000Base-LX是一种使用长波激光作为信号源的网络介质技术,在收发器上配置波长为1270~1355nm(一般为1300nm)的激光传输器,既可以驱动多模光纤,也可以驱动单模光纤。1000Base-LX所使用的光纤规格:62.5μm多模光纤,50μm多模光纤,9μm单模光纤。其中,使用多模光纤时,在全双工模式下,最长传输距离可以达到550m;使用单模光纤时,全双工模式下的最长有效距离为5000m。连接光纤所使用的SC型光纤连接器与快速以太网100Base-FX所使用的连接器的型号相同。
        (2)1000Base-SX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术,收发器上所配置的波长为770~860nm(一般为800nm)的激光传输器不支持单模光纤,只能驱动多模光纤。具体包括两种:62.5μm多模光纤,50μm多模光纤。使用62.5μm多模光纤全双工模式下的最长传输距离为275m;使用50μm多模光纤,全双工模式下最长有效距离为550m。1000Base-SX所使用的光纤连接器与1000Base-LX一样也是SC型连接器。
        (3)1000Base-CX是使用铜缆作为网络介质的两种千兆以太网技术之一,另外一种就是将要在后面介绍的1000Base-T。1000Base-T使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆,最长有效距离为25m,使用9芯D型连接器连接电缆。1000Base-CX适用于交换机之间的短距离连接,尤其适合千兆主干交换机和主服务器之间的短距离连接。以上连接往往可以在机房配线架上以跨线方式实现,不需要再使用长距离的铜缆或光缆。
        (4)1000Base-T是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网技术,最长有效距离与100Base-TX一样可以达到100m。用户可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps到1000Mb/s的平滑升级。与在前面所介绍的其他三种网络介质不同,1000Base-T不支持8B/10B编码/译码方案,需要采用专门的更加先进的编码/译码机制。
 
       网络传输介质
        传输介质是信号传输的媒体,常用的介质分为有线介质和无线介质。有线介质有双绞线、同轴电缆和光纤等;无线介质有微波、红外线和激光等。
               双绞线(Twisted-Pair)
               双绞线是现在最普通的传输介质,它分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。非屏蔽双绞线有线缆外皮作为屏蔽层,适用于网络流量不大的场合中。屏蔽式双绞线具有一个金属甲套,对电磁干扰具有较强的抵抗能力,适用于网络流量较大的高速网络协议应用。双绞线又可分为3类、4类和5类、6类和7类双绞线,现在常用的是5类UTP,其频率带宽为100MHz。6类、7类双绞线分别可工作于200MHz和600MHz的频率带宽之上,且采用特殊设计的RJ45插头。
               双绞线最多应用于10Base-T和100Base-T的以太网中,具体规定有:一段双绞线的最大长度为100m,只能连接一台计算机;双绞线的每端需要一个RJ45插件;各段双绞线通过集线器互联,利用双绞线最多可连接64个站点到中继器。
               同轴电缆(Coaxial)
               同轴电缆也像双绞线那样由一对导体组成。同轴电缆又分为基带同轴电缆(阻抗为50Ω)和宽带同轴电缆(阻抗为75Ω)。基带同轴电缆用来直接传输数字信号,它又分为粗同轴电缆和细同轴电缆,其中粗同轴电缆适用于较大局域网的网络干线,布线距离较长,可靠性较好,但是网络安装、维护等方面比较困难,造价较高;而细同轴电缆安装较容易,而且造价较低,但因受网络布线结构的限制,其日常维护不甚方便。宽带同轴电缆用于频分多路复用(FDM)的模拟信号发送,还用于不使用频分多路复用的高速数字信号发送和模拟信号发送。闭路电视所使用的CATV电缆就是宽带同轴电缆。
               光纤(Fiber Optic)
               光导纤维简称光纤,它重量轻,体积小。用光纤传输电信号时,在发送端先要将其转换成光信号,而在接收端又要由光检波器还原成电信号。光纤是软而细的、利用内部全反射原理来传导光束的传输介质。按光源采用不同的发光管分为发光二极管和注入型激光二极管。多模光纤(Multimode Fiber)使用的材料是发光二极管,价格较便宜,但定向性较差;单模光纤(Single Mode Fiber)使用的材料是注入型二极管,定向性好,损耗少,效率高,传播距离长,但价格昂贵。
               微波
               微波通信是在对流层视线距离范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式,频率范围为2~40GHz。微波通信是沿直线传播的,由于地球表面是曲面,微波在地面的传播距离有限,直接传播的距离与天线的高度有关,天线越高距离越远,但超过一定距离后就要用中继站来接力,两微波站的通信距离一般为30km~50km,长途通信时必须建立多个中继站。中继站的功能是变频和放大,进行功率补偿。微波通信分为模拟微波通信和数字微波通信两种。模拟微波通信主要采用调频制,数字微波通信大都采用相移键控(PSK)。微波通信的传输质量比较稳定,影响质量的主要因素是雨雪天气对微波产生的吸收损耗,不利地形或环境对微波所造成的衰减现象。
               红外线和激光
               红外通信和激光通信也像微波通信一样,有很强的方向性,都是沿直线传播的。这三种技术都需要在发送方和接收方之间有一条视线(Line-of-sight)通路,有时统称这三者为视线媒体。所不同的是,红外通信和激光通信把要传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号,直接在空间传播。由于这三种视线媒体都不需要铺设电缆,对于不论是在地下或用电线杆很难在建筑物之间架设电缆,特别是要穿越的空间属于公共场所的局域网特别有用。但这三种技术对环境气候较为敏感,例如雨、雾和雷电。相对来说,微波一般对雨和雾的敏感度较低。
               卫星通信
               卫星通信是以人造卫星为微波中继站,它是微波通信的特殊形式。卫星接收来自地面发送站发出的电磁波信号后,再以广播方式用不同的频率发回地面,被地面工作站接收。卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制。一个同步卫星可以覆盖地球的1/3以上表面,三个这样的卫星就可以覆盖地球上全部通信区域,这样地球上的各个地面站之间都可互相通信了。由于卫星信道频带宽,也可采用频分多路复用技术分为若干个子信道,有些用于由地面站向卫星发送(称为上行信道),有些用于由卫星向地面转发(称为下行信道)。卫星通信的优点是容量大、距离远,缺点是传播延迟时间长。
 
       以太网
        以太网是最早使用的局域网,也是目前使用最广泛的网络产品。以太网有10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s、10Gb/s等多种速率。
               以太网传输介质
               以太网比较常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线和光纤三种,以IEEE 802.3委员会习惯用类似于10Base-T的方式进行命名。这种命名方式由三个部分组成:
               (1)10:表示速率,单位是Mb/s。
               (2)Base:表示传输机制,Base代表基带,Broad代表宽带。
               (3)T:传输介质,T表示双绞线、F表示光纤、数字代表铜缆的最大段长。
               传输介质的具体命名方案如下表所示,了解这些知识是十分必要的。
               
               以太网传输介质表
               
               以太网时隙
               时间被分为离散的区间称为时隙(Slot Time)。帧总是在时隙开始的一瞬间开始发送。一个时隙内可能发送0,1或多个帧,分别对应空闲时隙、成功发送和发生冲突的情况。
                      设置时隙理由
                      在以太网规则中,若发生冲突,则必须让网上每个主机都检测到。信号传播整个介质需要一定的时间。考虑极限情况,主机发送的帧很小,两冲突主机相距很远。在A发送的帧传播到B的前一刻,B开始发送帧。这样,当A的帧到达B时,B检测到了冲突,于是发送阻塞信号。B的阻塞信号还没有传输到A,A的帧已发送完毕,那么A就检测不到冲突,而误认为已发送成功,不再发送。由于信号的传播时延,检测到冲突需要一定的时间,所以发送的帧必须有一定的长度。这就是时隙需要解决的问题。
                      在最坏情况下,检测到冲突所需的时间
                      若A和B是网上相距最远的两个主机,设信号在A和B之间传播时延为τ,假定A在t时刻开始发送一帧,则这个帧在t+τ时刻到达B,若B在t+τ-ε时刻开始发送一帧,则B在t+τ时就会检测到冲突,并发出阻塞信号。阻塞信号将在t+2τ时到达A。所以A必须在t+2τ时仍在发送才可以检测到冲突,所以一帧的发送时间必须大于2τ
                      按照标准,10Mb/s以太网采用中继器时,连接最大长度为2500m,最多经过4个中继器,因此规定对于10Mb/s以太网规定一帧的最小发送时间必须为51.2μs。51.2μs也就是512位数据在10Mb/s以太网速率下的传播时间,常称为512位时。这个时间定义为以太网时隙。512位=64字节,因此以太网帧的最小长度为64字节。
                      冲突发生的时段
                      (1)冲突只能发生在主机发送帧的最初一段时间,即512位时的时段。
                      (2)当网上所有主机都检测到冲突后,就会停发帧。
                      (3)512位时是主机捕获信道的时间,如果某主机发送一个帧的512位时,而没有发生冲突,以后也就不会再发生冲突了。
               提高传统以太网带宽的途径
               以往被淘汰、传统的以太网是以10Mb/s速率半双工方式进行数据传输的。随着网络应用的迅速发展,网络的带宽限制已成为进一步提高网络性能的瓶颈。提高传统以太网带宽的方法主要有以下3种。
                      交换以太网
                      以太网使用的CSMA/CD是一种竞争式的介质访问控制协议,因此从本质上说它在网络负载较低时性能不错,但如果网络负载很大时,冲突会很常见,因此导致网络性能的大幅下降。为了解决这一瓶颈问题,“交换式以太网”应运而生,这种系统的核心是使用交换机代替集线器。交换机的特点是,其每个端口都分配到全部10Mb/s的以太网带宽。若交换机有8个端口或16个端口,那么它的带宽至少是共享型的8倍或16倍(这里不包括由于减少碰撞而获得的带宽)。
                      交换以太网能够大幅度的提高网络性能的主要原因是:
                      .减少了每个网段中的站点的数量;
                      .同时支持多个并发的通信连接。
                      网络交换机有三种交换机制:直通(Cut through)、存储转发(Store and forward)和碎片直通(Fragment free Cut through)。
                      交换式以太网具有几个优点:第一,它保留现有以太网的基础设施,保护了用户的投资;第二,提高了每个站点的平均拥有带宽和网络的整体带宽;第三,减少了冲突,提高了网络传输效率。
                      全双工以太网
                      全双工技术可以提供双倍于半双工操作的带宽,即每个方向都支持10Mb/s,这样就可以得到20Mb/s的以太网带宽。当然这还与网络流量的对称度有关。
                      全双工操作吸引人的另一个特点是它不需要改变原来10Base-T网络中的电缆布线,可以使用和10Base-T相同的双绞线布线系统,不同的是它使用一对双绞线进行发送,而使用另一对进行接收。这个方法是可行的,因为一般10Base-T布线是有冗余的(共4对双绞线)。
                      高速服务器连接
                      众多的工作站在访问服务器时可能会在服务器的连接处出现瓶颈,通过高速服务器连接可以解决这个问题。使用带有高速端口的交换机(如24个10Mb/s端口,1个100Mb/s或1000Mb/s高速端口),然后再把服务器接在高速端口上并使用全双工操作。这样服务器就可以实现与网络200Mb/s或2000Mb/s的连接。
               以太网的帧格式
               以太网帧的格式如下图所示,包含的字段有前导码、目的地址、源地址、数据类型、发送的数据,以及帧校验序列等。这些字段中除了数据字段是变长以外,其余字段的长度都是固定的。
               
               以太网的帧结构
               注:字段的长度以字节为单位
               前导码(P)字段占用8字节。
               目的地址(DA)字段和源地址(SA)字段都是占用6字节的长度。目的地址用于标识接收站点的地址,它可以是单个的地址,也可以是组地址或广播地址,当地址中最高字节的最低位设置为1时表示该地址是一个多播地址,用十六进制数可表示为01:00:00:00:00:00,假如全部48位(每字节8位,6字节即48位)都是1时,该地址表示是一个广播地址。源地址用于标识发送站点的地址。
               类型(Type)字段占用两字节,表示数据的类型,如0x0800表示其后的数据字段中的数据包是一个IP包,而0x0806表示ARP数据包,0x8035表示RARP数据包。
               数据(Data)字段占用46~1500个不等长的字节数。以太网要求最少要有46字节的数据,如果数据不够长度,必须在不足的空间插入填充字节来补充。
               帧校验序列(FCS)字段是32位(即4字节)的循环冗余码。
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