啥都玫说之网络篇-5摸得到的网络5.1-5.2

5.摸得到的网络 5.1 介质

传输介质也称传输媒体或传输媒介，它指的是网络中发送器和接收器之间的物理通路。通常传输媒体分为两大类： 导引型传输媒体和非导引型传输媒体。导引型传输媒体，用这种传输介质传输数据通俗的说就是指有线传输。有线传输是指传输介质是看得见的，比特转换成电磁波后被导引沿着固体介质进行传播。非导引型传输媒体，传输介质是自由空间、空气或真空。电磁波通过发射、中继、接收等方式实现在自由空间中传播。

先说导引型传输媒体，也就是说说线都是什么样的线。

首先要说的就一定是双绞线就是我们俗称的网线，双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号的干扰，一根导线在传输中辐射的电波会与另一根线上发出的电波抵消。双绞线由8根不同颜色的线分成4对绞合在一起，成对扭绞的作用是为了尽可能减少电磁辐射与外部电磁干扰的影响。在EIA/TIA—568标准中，将双绞线按电气特性区分为： 三类、四类、五类线。网络中最常用的是三类线和五类线，已有六类以上的。双绞线单根的长度不应超过100米，虽然说按照不同的电器特性对双绞线的长度会有一定影响，但是综合考虑，双绞线但跟长度尽量不要超过100米，一般五类和超五类线能达到100米左右，六类和超六类可以达到120米无衰减，但是真正综合布线的时候，没人会使用这么长的双绞线。

除此之外在网线的EIA/TIA—568标准中还规定了两种接线的顺序，568A和568B。

568A线序：绿白—1，绿—2，橙白—3，蓝—4，蓝白—5， 橙—6，棕白—7，棕—8 568B线序：橙白—1，橙—2，绿白—3，蓝—4，蓝白—5， 绿—6，棕白—7，棕—8

现在我们在市面上能买到的成品网线，都采用568B线序，在综合布线时候制作的线序也普遍采用568B，为了保持最佳的兼容性，普遍采用568B标准来制作网线。值得强调的是在整个网络布线中应该只采用一种网线标准。如果标准不统一，几个人共同工作时准会乱套；更严重的是施工过程中一旦出现线缆差错，在成捆的线缆中是很难查找和剔除的。所以强烈建议统一采用568B标准。具体为什么不用568A线序，我觉得可能是568B线序比较容易背。

事实上10M、100M以太网的网线只使用1、2、3、6编号的芯线传递数据，即1、2用于发送，3、6用于接收，按颜色来说：橙白、橙两条用于发送；绿白、绿两条用于接收；4、5，7、8是双向线。1000M网卡需要使用四对线，即8根芯线全部用于传递数据。具体线序有什么用呢？其实是根据网线两端连接网络设备的不同，而作用不同。为了连接两端不同的设备，网线又分为直通线(平行线)和交叉线两种。直通线(平行线)就是按前面介绍的568B标准制作的网线，也就是两端都使用568B的标准。而交叉线的线序在直通线的基础上做了一点改变：就是在线缆的一端把1和3对调，2和6对调，也就是如果一端使用568B的标准，另外一端则使用568A的标准。在实际应用的时候，一般这样做，同种类型设备之间使用交叉线连接，不同类型设备之间使用直通线连接。这是一条死规矩，不过现在也没有这么教条了，一般的设备会存在一种叫做端口智能反转的功能，即使线序不对，也可以自动调整哪条线路是接受信号，哪条线路是发送信号的。不过为了提高效率，使用何种线序标准还是按照规定来用的好。

还有一种传输介质就是同轴电缆，同轴电缆是指有两个同心导体，它们按照圆筒式的外导体套在内导体外面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制造的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，故而得名。这样的设计是为了防止外部电磁波干扰异常信号的传递。同轴电缆常用于设备与之设备间的连接，或应用在总线型网络拓扑中，也是局域网上最常见的传输介质之一。其实同轴电缆屏蔽性能好，抗干扰能力强，数据传输稳定，价格便宜，常用于基带传输，以前多用于有线电视系统。不过现在三网融合，有线电视网络也有很大部分改造为光纤了，所以这个同轴电缆越来越少见了。

下面我们就说说光纤，光纤通信就是利用光纤传递光脉冲信号(光：即光波，是指某一频段的电磁波；脉冲是指断断续续的能量)来进行通信。有光脉冲相当于1，没有光脉冲相当于0。由于可见光的频率非常高，所以光纤系统的传输带宽是目前传输媒体中最大的。通常大多数人认为光缆就是光纤，其实光纤只是光缆的一部分。光缆分为光纤、缓冲层及披覆，即多数光纤在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”，光纤外层的保护结构可防止外界环境如闪电，水火等对光的伤害。

然后我们说说非导引型传输媒体，首先要明确一点, 数据传输过程不管用什么传输媒体，传输的都是电磁波。电磁波是一个统称，它根据不同频率被分为很多的波段。由低到高分别是LF波、MF波、HF波、VHF波、UHF波、SHF波、EHF波和THF波。非导引型传输媒体实际上指的就是自由的空间，可包括接近地球地面的大气层、电离层、宇宙空间等。它常用于一些特殊地理环境，不便铺设导引型的传输介质，因此利用电磁波可以在自由空间在传播的性质，建立无线通信系统。无线通信常用的电磁波段是无线电波。无线电分为短波、微波等。我们现在家用的Wi-Fi使用的是工作在2.4Ghz频段的微波，当然最近两年也出现了工作在2.4Ghz频段的Wi-Fi。具体到微波、信道、信号处理等内容，似乎不属于计算机专业范畴，我更多的是在通信专业的课程中看到这些内容，所以此处我们略过。

5.2 现在不常见得设备

我们终于要开始聊聊网络设备了，在此之前我又不得不说点历史上的设备才能进入正题。首先我们得先回忆一下OSI参考模型和TCP/IP协议族得5层模型。这个回顾我们得先从物理层开始说起。

先说中继器，英文是RP repeater，是工作在物理层上的连接设备。适用于完全相同的两类网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者，来扩大网络传输的距离。 中继器是对信号进行再生和还原的OSI参考模型的物理层设备。中继器是局域网环境下用来延长网络距离的，但是它不属于网络互联设备，中继器对在线路上的信号具有放大再生的功能，用于扩展局域网的长度。中继器是连接网络线路的一种装置。由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。如果两个网络结点之间的距离真的超过了100米，又不得不使用双绞线连接，那么我们需要在信号没有衰减到失真之前，连接中继器。

再说集线器，它的英文名叫Hub，是指将多条以太网双绞线或光纤集合连接在同一段物理介质下的设备。集线器是运作在OSI模型中的物理层。它可以视作多端口的中继器，若它侦测到碰撞，它会提交阻塞信号。由于集线器会把收到的任何数字信号，经过再生或放大，再从集线器的所有端口提交，这会造成信号之间碰撞的机会很大，而且信号也可能被窃听，并且这代表所有连到集线器的设备，都是属于同一个碰撞域以及广播域，因此大部份集线器已被交换机取代。因为集线器只对信号进行整形、放大后再重发，不进行编码，所以是物理层的设备。集线器的工作过程是非常简单的，它可以这样的简单描述：首先是节点发信号到线路，集线器接收该信号，因信号在电缆传输中有衰减，集线器接收信号后将衰减的信号整形放大，最后集线器将放大的信号广播给其他所有端口。集线器属于数据通信系统中的基础设备，它和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。它被广泛应用到各种场合。集线器工作在局域网环境，被称为物理层设备。集线器内部采用了电器互联，当维护LAN的环境是逻辑总线或环型结构时，完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。在这方面，集线器所起的作用相当于多端口的中继器。其实，集线器实际上就是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。这种设备的广播发送数据方式有些不足，比如说所有数据包都是向所有节点同时发送，加上其共享带宽方式(如果两个设备共享10M的集线器，那么每个设备就只有5M的带宽)，就更加可能造成网络塞车现象，更加降低了网络执行效率。

最后说说网桥，英文名是Bridge，是早期的两端口二层网络设备，也就是数据链路层设备，用来连接不同网段。网桥的两个端口分别有一条独立的交换信道，不是共享一条背板总线，可隔离冲突域。网桥比集线器性能更好，集线器上各端口都是共享同一条背板总线的。网桥像一个聪明的中继器。中继器从一个网络电缆里接收信号， 放大它们，将其送入下一个电缆。相比较而言，网桥对传来的信息更敏锐一些。网桥是一种对帧进行的技术，根据MAC分区块，可隔离碰撞。网桥将网络的多个网段在数据链路层连接起来。网桥也叫桥接器，是连接两个局域网的一种存储/设备，它能将一个大的LAN分割为多个网段，或将两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN，使LAN上的所有用户都可访问服务器。扩展局域网最常见的方法是使用网桥。最简单的网桥有两个端口，复杂些的网桥可以有更多的端口。网桥的每个端口与一个网段相连。

后来，以上的这些设备被具有更多端口、同时功能也更强大的交换机(Switch)所取代。只是在一些特定的场合还能见到中继器的身影罢了，没办法，谁让我们得考虑到网线得延长问题呢。

在这里我们涉及到一些新的名词，比如说广播，广播域，双工，这些都是什么呢？

我们来说说广播是什么，广播其实是用来描述网络结点之间通讯方式的术语，还有点播和组播。我们从小的点播开始说。点播是一种形式的单播，点播提供了对流的最大控制，但这种方式由于每个客户端各自连接服务器，会迅速用完网络带宽。点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。在点播连接中，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流。似乎觉得是在看硬盘中的电影。

那什么又是单播呢？网络结点之间的通信就好像是人们之间的对话一样。如果一个人对另外一个人说话，那么用网络技术的术语来描述就是单播，此时信息的接收和传递只在两个结点之间进行。单播在网络中得到了广泛的应用，网络上绝大部分的数据都是以单播的形式传输的，只是一般网络用户不知道而已。例如，你在收发电子邮件、浏览网页时，必须与邮件服务器、Web服务器建立连接，此时使用的就是单播数据传输方式。但是通常使用“点对点通信”(Point to Point)代替“单播”。

组播又称多播，可以理解为一个人向多个人(但不是在场的所有人)说话，这样能够提高通话的效率。如果你要通知特定的某些人同一件事情，但是又不想让其他人知道，使用电话一个一个地通知就非常麻烦，而使用日常生活的大喇叭进行广播通知，就达不到只通知个别人的目的了，此时使用组播来实现就会非常方便快捷，但是现实生活中组播设备非常少。在网络技术的应用并不是很多，网上视频会议、网上视频观看特别适合采用组播方式。因为如果采用单播方式，逐个节点传输，有多少个目标节点，就会有多少次传送过程，这种方式显然效率极低，是不可取的；如果采用不区分目标、全部发送的广播方式，虽然一次可以传送完数据，但是显然达不到区分特定数据接收对象的目的。采用组播方式，既可以实现一次传送所有目标节点的数据，也可以达到只对特定对象传送数据的目的。

广播可以理解为一个人通过广播喇叭对在场的全体说话，这样做的好处是通话效率高，信息一下子就可以传递到全体。广播在网络中的应用较多，如客户机通过DHCP自动获得IP地址的过程就是通过广播来实现的。但是同单播和组播相比，广播几乎占用了子网内网络的所有带宽。拿开会打一个比方吧，在会场上只能有一个人发言，想象一下如果所有的人同时都用麦克风发言，那会场上就会乱成一锅粥。在网络中不能长时间出现大量的广播包，否则就会出现所谓的广播风暴。广播风暴就是网络长时间被大量的广播数据包所占用，正常的点对点通信无法正常进行，外在表现为网络速度奇慢无比。出现广播风暴的原因有很多，一块有故障的网卡，就可能长时间向网络上发送广播包而导致广播风暴。集线器由于其工作原理决定了不可能过滤广播风暴，一般的交换机也没有这一功能，不过现在有的网络交换机也有过滤广播风暴功能了，路由器本身就有隔离广播风暴的作用。广播风暴不能完全杜绝，但是只能在同一子网内传播，就好像喇叭的声音只能在同一会场内传播一样，因此在由几百台甚至上千台电脑构成的大中型局域网中，一般进行子网划分，就像将一个大厅用墙壁隔离成许多小厅一样，以达到隔离广播风暴的目的。

冲突域也称碰撞域，指的是连接在同一导线上的所有工作站的集合，或者说是同一物理网段上所有节点的集合或以太网上竞争同一带宽的节点集合。这个域代表了冲突在其中发生并传播的区域，这个区域可以被认为是共享段。在OSI参考模型中，冲突域被看作是第一层的概念，连接同一冲突域的设备有集线器，中继器或者其他进行简单复制信号的设备。也就是说，用集线器或者中继器连接的所有节点可以被认为是在同一个冲突域内，它不会划分冲突域。而第二层设备(网桥，交换机)第三层设备(路由器)都可以划分冲突域的，当然也可以连接不同的冲突域。简单的说，可以将中继器等看成是一根电缆，而将网桥等看成是一束电缆。

广播域，接收同样广播消息的节点的集合。如：在该集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分。由于许多设备都极易产生广播，所以如果不维护，就会消耗大量的带宽，降低网络的效率。由于广播域被认为是OSI参考模型中的第二层概念，所以像集线器，交换机等第一，第二层设备连接的节点被认为都是在同一个广播域。而路由器，第三层交换机则可以划分广播域，即可以连接不同的广播域。

具体到双工什么的，说的就是按照数据流的方向可划分的三种传输模式，分别是：

单工：指两者的通信是单向的，一个只能主动的发信号，而另一个只能被动的接受信息。

像交通灯可以发起各种信号，而行人、车辆只能被动接受信息。

半双工：两个对象A和B，A能发信息给B，B也能发消息给A，但这两个动作不可以同时进行。

像打球的两个人，可以相互传球，但不能同时传球,因为球只有一个。

全双工：两个对象A和B，A能发信息给B，B也能发消息给A，并且这两个动过可以同时进行。

打电话的两个人。

行了，历史问题交代清楚了，后边该说说现在的网络设备了。