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第69题

知识点：电源交换机千兆以太网双绞线以太网 ping 防静电培训

关键词：测试丢包率防静电地板非屏蔽双绞线机柜级联千兆以太网线槽以太网交换机丢包交换机静电双绞线以太网章/节：数据通信基础知识局域网物理设计计算机网络基础知识

教室安装有120台终端电脑和3台48口千兆以太网交换机，3台交换机依次级联，端电脑通过5类非屏蔽双绞线连接交换机，双绞线和电源线共用防静电地板下的线槽从机柜敷设到各终端电脑处。安装完成后培训教室内的电脑相互ping测试，发现时有丢包现象。丢包率约1~2%，造成该现象的原因可能是（）。

A. 交换机级联影响网络传输稳定性

B. 交换机性能太低

C. 终端电脑网卡故障

D. 网络线缆受到电磁干扰

相关试题：性能指标

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第35题 2022年下半年

53%

如下图所示运行Di jkstra算法的路由协议在执行完毕后，路由器Z计算所得的最短路径表如下，
则可推测出链路a和链路b的费用..

第56题 2022年下半年

44%

在EPON应用中，如果用户端的家庭网关或者交换机是运营商提供并统一进行VLAN管理的，那么在UNI口上VLAN操作模式应该配置为（）。

第2题 2020年下半年

71%

假设某计算机的字长为32位，该计算机文件管理系统磁盘空间管理采用位示图，记录磁盘的使用情况，若磁盘的容量为300GB，物理块的大..


知识点讲解
· 电源 · 交换机 · 千兆以太网 · 双绞线 · 以太网 · ping · 防静电 · 培训

电源

（1）设备间内安放计算机主机时，应按照计算机主机电源要求进行工程设计。

（2）设备间内安放程控用户交换机时应按照《工业企业程控用户交换机工程设计规范》CECS09：1989进行工程设计。

（3）设备间、交接间应用可靠的交流220V、50Hz电源供电。

设备间应由可靠交流电源供电，不要用邻近的照明开关来控制这些电源插座，减少偶然断电事故发生。

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。

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。

双绞线

双绞线（Twisted Pair，TP）是目前计算机网络综合布线中最常用的一种传输介质。双绞线由一对一对的带绝缘塑料保护层的铜线组成。每对绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可有效地降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。双绞线一般由两根22号、24号、26号绝缘铜导线相互缠绕而成。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。在双绞线电缆（也称双扭线电缆）内，不同线对具有不同的扭绞长度，通常情况下，扭绞长度在38.1～14cm内，按逆时针方向扭绞，相临线对的扭绞长度在12.7cm以上。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、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。

目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）和屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）。

虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但同样适用于数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输。在传输期间，信号的衰减比较大，并且产生波形畸变。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用的铜质导线的质量、长度及传输技术。只要精心选择双绞线、进行标准化安装，就可以获得较高的传输率，通常100m可以达到155Mb/s。

因为双绞线传输信息时会向周围辐射，所以信息比较容易窃听。当然这只需要耗费较小的代价即额外增加一层屏蔽层，就可以避免这类情况发生，这就是通常使用的屏蔽双绞线。屏蔽双绞线的外层都是由一层铝箔包裹的，可以有效地减小辐射，当然也不能完全消除辐射。屏蔽双绞线的价格相对非屏蔽双绞线来说高一些，安装也比非屏蔽双绞线难一些。类似于同轴电缆，它必须配有支持屏蔽功能的特殊连结器和相应的安装技术。但它有较高的传输速率，100米内可达到155Mb/s。

计算机网络综合布线经常使用的4对非屏蔽双绞线的结构如下图所示。

常用的4对非屏蔽双绞线结构示意图

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。

（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。

规格型号

EIA/TIA（Electronic Industries Association/Telecommunications Industry Association，美国电子工业协会／美国电信工业协会）为双绞线电缆定义了多种不同质量的型号。计算机网络综合布线使用第三、四、五、超五、六类。主要的种类型号如下：

（1）第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于20世纪80年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。

（2）第二类：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率4Mb/s的数据传输，常见于使用4Mb/s规范令牌传递协议的旧的令牌网。

（3）第三类：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。该电缆的传输频率为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mb/s的数据传输，主要用于10base-T。

（4）第四类：该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mb/s的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。

（5）第五类：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输频率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mb/s的数据传输，主要用于100base-T和10base-T网络，这是最常用的以太网电缆。

（6）超五类：在五类双绞线的基础上，增加了额外的参数（近端串扰、衰减串扰比）和部分性能的提升，传输速率为100Mb/s。

（7）第六类：物理上与超五类不同，线与线对之间是分隔的，传输速率为250Mb/s。

同时又由于双绞线有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线之分，这样双绞线的种类就更多了，具体规格和传输速率如下图所示。

各种规格的双绞线

性能指标

对于各种类的双绞线，用户所关心的能够代表其特征的性能指标有衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻等。

（1）衰减（Attenuation）。衰减是沿链路的信号损失度量。衰减与线缆的长度有关系，随着长度的增加，信号衰减也随之增加。衰减用dB作单位，表示源传送端信号到接收端信号强度的比率。又因为衰减随频率而变化，所以应该测量在应用范围内的全部频率上的衰减。

（2）近端串扰（Near-End Crosstalk Loss，NEXT）。串扰可分为近端串扰和远端串扰（Far-End Crosstalk Loss，FEXT），测试仪主要是测量NEXT，由于存在线路损耗，因此FEXT的量值的影响较小，在三类、五类线缆中可以忽略不计。近端串扰损耗是测量一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合。对于UTP链路，NEXT是一个关键的性能指标，也是最难精确测量的一个指标。随着信号频率的增加，其测量难度将加大。NEXT并不表示在近端点所产生的串扰值，只是表示在近端点所测量到的串扰值。这个量值会随电缆长度不同而变，电缆越长，其值变得越小。同时发送端的信号也会衰减，对其他线对的串扰也相对变小。实验证明，只有在40m内测量得到的NEXT是较真实的。如果另一端是远于40m的信息插座，那么它会产生一定程度的串扰，但测试仪可能无法测量到这个串扰值。因此，最好在两个端点都进行NEXT测量。现在的测试仪都配有相应设备，使得在链路一端就能测量出两端的NEXT值。

（3）直流电阻。直流环路电阻会消耗一部分信号，并将其转变成热量。它是指一对导线电阻的和，11801规格的双绞线的直流电阻不得大于19.2Ω。每对间的差异不能太大（小于0.1Ω），否则表示接触不良，必须检查连接点。

（4）特性阻抗。与环路直流电阻不同，特性阻抗包括电阻及频率为1～100MHz的电感阻抗及电容阻抗，它与一对电线之间的距离及绝缘体的电气性能有关。各种电缆有不同的特性阻抗，而双绞线电缆则有100Ω、120Ω及150Ω几种（其中，120Ω的线缆在中国不生产）。

（5）衰减串扰比（Attenuation-to-Crosstalk Ratio，ACR）。在某些频率范围，串扰与衰减量的比例关系是反映电缆性能的另一个重要参数。ACR有时也以信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR）表示，它由最差的衰减量与NEXT量值的相减得到的。ACR值越大，表示抗干扰的能力越强。一般系统要求至少大于10dB。

双绞线在外观上的文字

双绞线一般每隔两英尺（foot，1foot=30.48cm）就有一段文字，解释了有关此线缆的相关信息。下面以CSAI公司生产的线缆为例，其文字为：

CSAI SYSTEMS CABLEE138034 0100

24AWG（UL）CMR/MPR ORC（UL）PCC

FT4 VERIFIED ETL CAT5 O44766 FT 0907

其中的具体含义如下所述：

（1）CSAI：代表生产该线缆公司的名称为CSAI。

（2）0100：表示特性阻抗为100Ω。

（3）24：表示线芯是24号的（线芯有22、24、26三种规格）。

（4）AWG：表示美国线缆规格标准。

（5）UL：表示通过认证的标准。

（6）FT4：表示4对线。

（7）CAT5：表示五类线。

（8）044766：表示线缆当前处在的英尺数。

（9）0807：表示生产日期是2008年7月。

布线标准

EIA/TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序，分别是T568A与T568B，这两个标准是最常使用的布线标准，如下图所示。

T568A和T568B针脚示意图

（1）T568A规定的连接方法是：

1——白绿（就是白色的外层上有些绿色，表示和绿色的是一对线）。

2——绿色。

3——白橙（就是白色的外层上有些橙色，表示和橙色的是一对线）。

4——蓝色。

5——白蓝（就是白色的外层上有些蓝色，表示和蓝色的是一对线）。

6——橙色。

7——白棕（就是白色的外层上有些棕色，表示和棕色的是一对线）。

8——棕色。

（2）T568B规定的连接方法是：

1——白橙。

2——橙色。

3——白绿。

4——蓝色。

5——白蓝。

6——绿色。

7——白棕（就是白色的外层上有些棕色，表示和棕色的是一对线）。

8——棕色。

在通常的工程实践中，T568B使用得较多。不管使用哪一种标准，一根五类线或超五类的两端都必须使用同一种标准。

直通线与交叉线

直通线（Straight Cable）是指线缆两端的线序排列完全相同的网线（要么两端全部使用T568A，要么两端全部使用T568B）。

交叉线（Crossover Cable）是指线缆两端的线序一边是按照T568A标准连接，另一边按照T568B标准连接。

用户可根据实际需要选用直通线或交叉线，各种使用情况如下表所示。

交叉线和直通线适用范围

在实际通信中只需要用到双绞线八根铜线中的第1、2、3、6四条铜线。

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。

ping

ping通过发送"Internet控制报文协议（ICMP）"回送请求／应答报文来验证与另一台TCP/IP计算机的IP级连接。回送请求/应答报文的接收情况将和往返过程的次数一起显示出来。ping是用于检测网络连接性、可到达性和名称解析的疑难问题的主要TCP/IP命令。如果不带参数，ping将显示帮助。

1）语法格式