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第36题

知识点：光纤交换机路由器 IP地址 net 改进措施线路

关键词： IP地址测试光纤机房交换机路由器网络路由章/节：网络故障分析与管理

某楼有6层，每层有一个配线间，其交换机通过光纤连接到主机房，同时用超5类UTP连接到该楼层的每间房，在每间房内安装一个交换机，连接房内的计算机；中心机房配置一个路由器实现NAT并使用仅有的一个外网IP地址上联至Internet;应保证楼内所有用户能同时上网。网络接通后，用户发现上网速度极慢。最可能的原因及改进措施是(36)。按此措施改进后，用户发现经常不能上网，经测试，网络线路完好，则最可能的原因及改进措施是(37)。

A. NAT负荷过重。取消NAT，购买并分配外网地址

B. NAT负荷过重。更换成两个NAT

C. 路由策略不当。调整路由策略

D. 网络布线不合理。检查布线是否符合要求

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知识点讲解
· 光纤 · 交换机 · 路由器 · IP地址 · net · 改进措施 · 线路

光纤

光纤全称“光导纤维”。光纤是由前香港中文大学校长高锟提出并发明的。1970年美国康宁公司首先研制出衰减为20dB/km的单模光纤，从此以后，世界各国纷纷开展光纤研制和光纤通信的研究，并得到了广泛的应用。

光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维，利用光的全反射原理而进行光传导的介质。是一种外包了一层保护层的、横截面积非常小的双层同心圆柱体。光纤结构如下图所示。

光纤剖面图

通常光纤与光缆两个名词会被混淆，多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。

光纤传输的优点

与其他传输介质相比，光纤传输的主要优点如下：

（1）传输频带宽、通信容量大。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。载波频率为48.5～300MHz的VHF（Very high frequency，甚高频）频段，带宽约250MHz。可见光的频率达100THz，比VHF频段高出一百多万倍。尽管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗，使频带宽度受到影响，但在最低损耗区的频带宽度也可达30THz。目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分（多模光纤的频带约几百兆赫，好的单模光纤可达10GHz以上），采用先进的相干光通信可以在30THz范围内安排2000个光载波，进行波分复用，传输频带更宽。

（2）损耗低。在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时，每公里的损耗都在40dB以上。相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31μm的光，每公里损耗在0.5dB以下，若传输1.55μm的光，每公里损耗更小，可达0.2dB以下。这就是同轴电缆的功率损耗的亿分之一倍，使其能传输的距离要远得多。此外，光纤传输损耗还有两个特点，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人均衡器进行均衡；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。

（3）电磁绝缘性能好。光纤线缆传输的是光束，而光束是不受外界电磁干扰影响的，而且光纤本身也不向外辐射信号，也不容易窃听，因此它适用于长距离的信息传输以及要求高安全的场合。

（4）中继器的间距距离大。整个通道的中继器数目可以减少，可以降低成本。根据贝尔实验室的测试，光纤线路中当数据速率为420Mb/s且距离为119km无中继器，误码率可以达到10^-8。

（5）重量轻。因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般小于10μm，外径也只有125μm，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。

（6）工作性能可靠。一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。设备越多，发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量少（不像电缆系统那样需要几十个放大器），可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命都很长，无故障工作时间达50万～75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上。故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。

（7）成本不断下降。目前，有人提出了新摩尔定律，也叫做光学定律（Optical Law）。该定律指出，光纤传输信息的带宽，每6个月增加1倍，而价格降低1倍。光通信技术的发展，为Internet宽带技术的发展奠定了非常好的基础。这就为大型有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一个障碍。由于制作光纤的材料（石英）来源十分丰富，随着技术的进步，成本还会进一步降低；而电缆所需的铜原料有限，价格会越来越高。显然，今后光纤传输将占绝对优势。

光纤通信原理

实际上，如果不是利用光全反射的原理，光纤传输系统会由于光纤的漏光而变得没有实际利用价值。当光线经过两种不同折射率的介质进行传播时（如从玻璃到空气），光线会发生折射，如下图（a）所示。假定光线在玻璃上的入射角为α₁时，则在空气中的折射角为β₁。折射量取决于两种介质的折射率之比。当光线在玻璃上的入射角大于某一临界值时，光线将完全反射回玻璃，而不会射入空气，这样，光线将被完全限制在光纤中，而且几乎无损耗地向前传播，如下图（b）所示。

光折射原理

在上图（b）中仅给出了一束光在玻璃内部全反射传播的情况。实际上，任何以大于临界值角度入射的光线，在不同介质的边界都将按全反射的方式在介质内传播，而且不同频率的光线在介质内部将以不同的反射角传播。

光纤的分类

根据光纤纤芯直径的粗细，可将光纤分为多模光纤（Multi-mode Fiber，MMF）和单模光纤（Single-mode Fiber，SMF）两种。如果光纤纤芯的直径较粗，则当不同频率的光信号（实际上就是不同颜色的光）在光纤中传播时，就有可能在光纤中沿不同传播路径进行传播，将具有这种特性的光纤称为多模光纤。如果将光纤纤芯直径一直缩小，直至光波波长大小的时候，则光纤此时如同一个波导，光在光纤中的传播几乎没有反射，而是沿直线传播，这样的光纤称为单模光纤。

（1）单模光纤。单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大。单模光纤的芯径为8～10μm，包层直径为125μm；使用的光波波长为1310nm、1550nm。

（2）多模光纤。多模光纤是在给定的工作波长上能以多个模式同时传输的光纤。多模光纤的纤芯直径较粗一般为50～200μm，包层直径为125～230μm；使用的光波波长为850nm、1300nm。

单模光纤的造价很高，且需要激光作为光源，但其无中继传输距离非常远，且能获得非常高的数据传输速率，一般用于广域网主干线路上。多模光纤相对来说无中继传播距离要短些，而且数据传输速率要小于单模光纤；但多模光纤的价格便宜一些，并且可以用发光二极管作为光源，多模光纤一般用于局域网组网时的传输介质。单模光纤与多模光纤的比较如下表所示。

单模光纤与多模光纤的比较

光纤的主要传播特性

光纤的主要传播特性为损耗和色散。损耗是光信号在光纤中传输时发生的信号衰减，其单位为dB/km。色散是到达接收端的延迟误差，即脉冲宽度，其单位是μs/km。光纤的损耗会影响传输的中继距离，色散会影响数据传输速率，两者都很重要。自1976年以来，人们发现使用1.3μm和1.55μm波长的光信号通过光纤传输时的损耗幅度大约为0.5～0.2dB/km；而使用0.85μm波长的光信号通过光纤传输时的损耗幅度大约为3dB/km。使用0.85μm波长的光信号在多模光纤中传输时，色散可以降至10μs/km以下；而使用1.3μm波长的光信号在单模光纤中传输时，产生的色散近似于零。因此单模光纤在传输光信号时，产生的损耗和色散都比多模光纤要低得多，因此单模光纤支持无中继距离和数据传输速率都比多模光纤要高得多。

交换机

机架式交换机是一种插槽式的交换机，这种交换机扩展性较好，可支持不同的网络类型，如以太网、快速以太网、千兆位以太网、ATM、令牌环及FDDI（Fiber Distributed Data Interface，光纤分布式数据接口）等，但价格较贵。固定配置式带扩展槽交换机是一种有固定端口数并带少量扩展槽的交换机，这种交换机在支持固定端口类型网络的基础上，还可以支持其他类型的网络，价格居中。固定配置式不带扩展槽交换机仅支持一种类型的网络，但价格最便宜。

交换机的性能指标主要有机架插槽数、扩展槽数、最大可堆叠数、最小／最大端口数、支持的网络类型、背板吞吐量、缓冲区大小、最大物理地址表大小、最大电源数、支持协议和标准、支持第3层交换、支持多层（4～7层）交换、支持多协议路由、支持路由缓存、支持网管类型、支持端口镜像、服务质量（Quality of Service，QoS）、支持基于策略的第2层交换、每端口最大优先级队列数、支持最小／最大带宽分配、冗余、热交换组件、负载均衡等。

路由器

路由器是计算机网络中重要的一个环节，分为模块化和非模块化两种类型。模块化结构的路由器的扩展性好，支持多种端口类型（如以太网接口、快速以太网接口、高速串行口等），并且各种端口的数量一般是可选的，但价格通常比较昂贵。固定配置的路由器扩展性差，只能用于固定类型和数量的端口，但价格低廉。

在选择路由器产品时，应多从技术角度来考虑，如可延展性、路由协议互操作性、广域数据服务支持、内部ATM支持、SAN集成能力等。另外，选择路由器还应遵循标准化原则、技术简单性原则、环境适应性原则、可管理性原则和容错冗余性原则等。特别是对于高端路由器，还应该更多地考虑是否和如何适应骨干网对网络高可靠性、接口高扩展性以及路由查找和数据转发的高性能要求。高可靠性、高扩展性和高性能的“三高”特性是高端路由器区别于中、低端路由器的关键所在。从技术性能上考察路由器产品，一般要考察路由器的容量、每秒钟能处理多少数据包、能否被集群等性能问题，还要注意路由器是否能够提供增值服务和其他各种服务。另外，在安装、调试、检修、维护或扩展网络的过程中，免不了要给网络中增减设备，也就是说可能会要插拔网络部件。那么路由器能否支持带电插拔，也是路由器产品应该考察的一个重要性能指标。

总的来说，路由器的主要性能指标有设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、背靠背帧数、路由表能力、背板能力、丢包率、时延、时延抖动、虚拟专用网支持能力、内部时钟精度、队列管理机制、端口硬件队列数、分类业务带宽保证、资源预留、区分服务、CIR、冗余、热插拔组件、路由器冗余协议、基于Web的管理、网管类型、带外网管支持、网管粒度、计费能力、分组语音支持方式、协议支持、语音压缩能力、端口密度、信令支持等。

IP地址

Internet地址是按名字来描述的，这种地址表示方式易于理解和记忆。实际上，Internet中的主机地址是用IP地址来唯一标识的。这是因为Internet中所使用的网络协议是TCP/IP协议，故每个主机必须用IP地址来标识。

每个IP地址都由4个小于256的数字组成，数字之间用“.”分开。Internet的IP地址共有32位，4个字节。它表示时有两种格式：二进制格式和十进制格式。二进制格式是计算机所认识的格式，十进制格式是由二进制格式“翻译”过去的，主要是为了便于使用和掌握。例如，十进制IP地址129.102.4.11的表示方法与二进制的表示方法10000001011001100000010000001011相同，显然表示成带点的十进制格式则方便得多。

域名和IP地址是一一对应的，域名易于记忆，便于使用，因此得到比较普遍的使用。当用户和Internet上的某台计算机交换信息时，只需要使用域名，网络则会自动地将其转换成IP地址，找到该台计算机。

Internet中的地址可分为5类：A类、B类、C类、D类和E类。各类的地址分配方案如下图所示。在IP地址中，全0代表的是网络，全1代表的是广播。

各类地址分配方案

A类网络地址占有1个字节（8位），定义最高位为0来标识此类地址，余下7位为真正的网络地址，支持1~126个网络。后面的3个字节（24位）为主机地址，共提供2²⁴-2个端点的寻址。A类网络地址第一个字节的十进制值为000~127。

B类网络地址占有2个字节，使用最高两位为10来标识此类地址，其余14位为真正的网络地址，主机地址占后面的2个字节（16位），所以B类全部的地址有（2¹⁴-2）×（2¹⁶-2）=16 382×65 534个。B类网络地址第一个字节的十进制值为128~191。

C类网络地址占有3个字节，它是最通用的Internet地址。使用最高三位为110来标识此类地址，其余21位为真正的网络地址，因此C类地址支持2²¹-2个网络。主机地址占最后1个字节，每个网络可多达2⁸-2个主机。C类网络地址第一个字节的十进制值为192~223。

D类地址是相当新的。它的识别头是1110，用于组播，例如用于路由器修改。D类网络地址第一个字节的十进制值为224~239。

E类地址为实验保留，其识别头是1111。E类网络地址第一个字节的十进制值为240~255。

网络软件和路由器使用子网掩码（Subnet Mask）来识别报文是仅存放在网络内部还是被路由转发到其他地方。在一个字段内，1的出现表明一个字段包含所有或部分网络地址，0表明主机地址位置。例如，最常用的C类地址使用前三个8位来识别网络，最后一个8位识别主机。因此，子网掩码是255.255.255.0。

子网地址掩码是相对特别的IP地址而言的，如果脱离了IP地址就毫无意义。它的出现一般是跟着一个特定的IP地址，用来为计算这个IP地址中的网络号部分和主机号部分提供依据。换句话说，就是在写一个IP地址后，再指明哪些是网络号部分，哪些是主机号部分。子网掩码的格式与IP地址相同，所有对应网络号的部分用1填上，所有对应主机号的部分用0填上。

A类、B类、C类IP地址类默认的子网掩码如下表所示。

带点十进制符号表示的默认子网掩码

如果需要将网络进行子网划分，此时子网掩码可能不同于以上默认的子网掩码。例如，138.96.58.0是一个8位子网化的B类网络ID。基于B类的主机ID的8位被用来表示子网化的网络，对于网络138.96.39.0，其子网掩码应为255.255.255.0。

例如，一个B类地址172.16.3.4，为了直观地告诉大家前16位是网络号，后16位是主机号，就可以附上子网掩码255.255.0.0（11111111111111110000000000000000）。

假定某单位申请的B类地址为179.143.XXX.XXX。如果希望把它划分为14（至少占二进制的4位）个虚拟的网络，则需要占4位主机位，子网使用掩码为255.255.240.0~255.255.255.0来建立子网。每个LAN可有2¹²-2个主机，且各子网可具有相同的主机地址。

假设一个组织有几个相对大的子网，每个子网包括了25台左右的计算机；而又有一些相对较小的子网，每个子网大概只有几台计算机。这种情况下，可以将一个C类地址分成6个子网（每个子网可以包含30台计算机），这样解决了很大的问题。但是出现了一个新的情况，那就是大的子网基本上完全利用了IP地址范围，但是小的子网却造成了许多IP地址的浪费。为了解决这个新的难题，避免任何的IP浪费，就出现了允许应用不同大小的子网掩码来对IP地址空间进行子网划分的解决方案。这种新的方案就叫作可变长子网掩码（VLSM）。

VLSM用一个十分直观的方法来表示，那就是在IP地址后面加上“/网络号及子网络号编址位数”。例如，193.168.125.0/27就表示前27位表示网络号。

例如，给定135.41.0.0/16的基于类的网络ID，所需的配置是为将来使用保留一半的地址，其余的生成15个子网，达到2000台主机。

由于要为将来使用保留一半的地址，完成了135.41.0.0的基于类的网络ID的1-位子网化，生成两个子网135.41.0.0/17和135.41.128.0/17，子网135.41.128.0/17被选作为将来使用所保留的地址部分；135.41.0.0/17被继续生成子网。

为达到划分2000台主机的15个子网的要求，需要将135.41.128.0/17的子网化的网络ID的4-位子网化。这就产生了16个子网（135.41.128.0/21，135.41.136.0/21，…，135.41.240.0/21，135.41.248.0/21），允许每个子网有2046台主机。最初的15个子网化的网络ID（135.41.128.0/21~135.41.240.0/21）被选定为网络ID，从而实现了要求。

现在的IP协议的版本号为4，所以也称之为IPv4，为了方便网络管理员阅读和理解，使用了4个十进制数中间加小数点“.”来表示。但随着因特网的膨胀，IPv4不论从地址空间上，还是协议的可用性上都无法满足因特网的新要求。因此出现了一个新的IP协议IPv6，它使用了8个十六进制数中间加小数点“.”来表示。IPv6将原来的32位地址扩展成为128位地址，彻底解决了地址缺乏的问题。

net

在网络管理中，最为常用的就是net命令家族。常用的net命令有以下几个。

.net view命令：显示由指定的计算机共享的域、计算机或资源的列表。

.net share：用于管理共享资源，使网络用户可以使用某一服务器上的资源。

.net use命令：用于将计算机与共享的资源相连接或断开，或者显示关于计算机连接的信息。

.net start命令：用于启动服务，或显示已启动服务的列表。

.net stop命令：用于停止正在运行的服务。

.net user命令：可用来添加或修改计算机上的用户账户，或者显示用户账户的信息。

.net config命令：显示正在运行的可配置服务，或显示和更改服务器服务或工作站服务的设置。

.net send命令：用于将消息（可以是中文）发送到网络上的其他用户、计算机或者消息名称上。

.net localgroup命令：用于添加、显示或修改本地组。

.net accounts命令：可用来更新用户账户数据库、更改密码及所有账户的登录要求。

改进措施

针对备件、维护、服务等方面的常见改进措施如下。

（1）优化维护体制，建立快速响应的维护队伍，减少业务中断时间。这包括对设备的维修和对传输介质的维修。

（2）通过提高维护队伍的分布、技术水平，增加对维护人员的技术、流程培训，从而减少操作事故，减少故障定位时间。

（3）制定完善的备件策略，减少备件的响应时间。

（4）采购设备时应考虑设备制造商提供的服务水平。

（5）增加计划性的维护，以减少潜在故障的发生。

线路

在两个结点间承载信息流的信道称为线路（line）。线路可以是采用电话线、电缆、光纤等有线信道，也可以是无线电信道。

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