5.摸得到的網絡

5.1 介質

傳輸介質也稱傳輸媒體或傳輸媒介，它指的是網絡中發送器和接收器之間的物理通路。通常傳輸媒體分為兩大類： 導引型傳輸媒體和非導引型傳輸媒體。導引型傳輸媒體，用這種傳輸介質傳輸數據通俗的說就是指有線傳輸。有線傳輸是指傳輸介質是看得見的，比特轉換成電磁波後被導引沿著固體介質進行傳播。非導引型傳輸媒體，傳輸介質是自由空間、空氣或真空。電磁波通過發射、中繼、接收等方式實現在自由空間中傳播。

先說導引型傳輸媒體，也就是說說線都是什麼樣的線。

首先要說的就一定是雙絞線就是我們俗稱的網線，雙絞線是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質。雙絞線由兩根具有絕緣保護層的銅導線組成。把兩根絕緣的銅導線按一定密度互相絞在一起，可降低信號的干擾，一根導線在傳輸中輻射的電波會與另一根線上發出的電波抵消。雙絞線由8根不同顏色的線分成4對絞合在一起，成對扭絞的作用是為了儘可能減少電磁輻射與外部電磁干擾的影響。在EIA/TIA—568標準中，將雙絞線按電氣特性區分為： 三類、四類、五類線。網絡中最常用的是三類線和五類線，已有六類以上的。雙絞線單根的長度不應超過100米，雖然說按照不同的電器特性對雙絞線的長度會有一定影響，但是綜合考慮，雙絞線但跟長度儘量不要超過100米，一般五類和超五類線能達到100米左右，六類和超六類可以達到120米無衰減，但是真正綜合布線的時候，沒人會使用這麼長的雙絞線。

除此之外在網線的EIA/TIA—568標準中還規定了兩種接線的順序，568A和568B。

568A線序：綠白—1，綠—2，橙白—3，藍—4，藍白—5， 橙—6，棕白—7，棕—8 568B線序：橙白—1，橙—2，綠白—3，藍—4，藍白—5， 綠—6，棕白—7，棕—8

現在我們在市面上能買到的成品網線，都採用568B線序，在綜合布線時候製作的線序也普遍採用568B，為了保持最佳的兼容性，普遍採用568B標準來製作網線。值得強調的是在整個網絡布線中應該只採用一種網線標準。如果標準不統一，幾個人共同工作時準會亂套；更嚴重的是施工過程中一旦出現線纜差錯，在成捆的線纜中是很難查找和剔除的。所以強烈建議統一採用568B標準。具體為什麼不用568A線序，我覺得可能是568B線序比較容易背。

事實上10M、100M乙太網的網線只使用1、2、3、6編號的芯線傳遞數據，即1、2用於發送，3、6用於接收，按顏色來說：橙白、橙兩條用於發送；綠白、綠兩條用於接收；4、5，7、8是雙向線。1000M網卡需要使用四對線，即8根芯線全部用於傳遞數據。具體線序有什麼用呢？其實是根據網線兩端連接網絡設備的不同，而作用不同。為了連接兩端不同的設備，網線又分為直通線(平行線)和交叉線兩種。直通線(平行線)就是按前面介紹的568B標準製作的網線，也就是兩端都使用568B的標準。而交叉線的線序在直通線的基礎上做了一點改變：就是在線纜的一端把1和3對調，2和6對調，也就是如果一端使用568B的標準，另外一端則使用568A的標準。在實際應用的時候，一般這樣做，同種類型設備之間使用交叉線連接，不同類型設備之間使用直通線連接。這是一條死規矩，不過現在也沒有這麼教條了，一般的設備會存在一種叫做埠智能反轉的功能，即使線序不對，也可以自動調整哪條線路是接受信號，哪條線路是發送信號的。不過為了提高效率，使用何種線序標準還是按照規定來用的好。

還有一種傳輸介質就是同軸電纜，同軸電纜是指有兩個同心導體，它們按照圓筒式的外導體套在內導體外面，兩個導體間用絕緣材料互相隔離的結構製造的，外層導體和中心軸芯線的圓心在同一個軸心上，故而得名。這樣的設計是為了防止外部電磁波干擾異常信號的傳遞。同軸電纜常用於設備與之設備間的連接，或應用在總線型網絡拓撲中，也是區域網上最常見的傳輸介質之一。其實同軸電纜屏蔽性能好，抗干擾能力強，數據傳輸穩定，價格便宜，常用於基帶傳輸，以前多用於有線電視系統。不過現在三網融合，有線電視網絡也有很大部分改造為光纖了，所以這個同軸電纜越來越少見了。

下面我們就說說光纖，光纖通信就是利用光纖傳遞光脈衝信號(光：即光波，是指某一頻段的電磁波；脈衝是指斷斷續續的能量)來進行通信。有光脈衝相當於1，沒有光脈衝相當於0。由於可見光的頻率非常高，所以光纖系統的傳輸帶寬是目前傳輸媒體中最大的。通常大多數人認為光纜就是光纖，其實光纖只是光纜的一部分。光纜分為光纖、緩衝層及披覆，即多數光纖在用前必須由幾層保護結構包覆，包覆後的纜線即被稱為「光纜」，光纖外層的保護結構可防止外界環境如閃電，水火等對光的傷害。

然後我們說說非導引型傳輸媒體，首先要明確一點, 數據傳輸過程不管用什麼傳輸媒體，傳輸的都是電磁波。電磁波是一個統稱，它根據不同頻率被分為很多的波段。由低到高分別是LF波、MF波、HF波、VHF波、UHF波、SHF波、EHF波和THF波。非導引型傳輸媒體實際上指的就是自由的空間，可包括接近地球地面的大氣層、電離層、宇宙空間等。它常用於一些特殊地理環境，不便鋪設導引型的傳輸介質，因此利用電磁波可以在自由空間在傳播的性質，建立無線通信系統。無線通信常用的電磁波段是無線電波。無線電分為短波、微波等。我們現在家用的Wi-Fi使用的是工作在2.4Ghz頻段的微波，當然最近兩年也出現了工作在2.4Ghz頻段的Wi-Fi。具體到微波、信道、信號處理等內容，似乎不屬於計算機專業範疇，我更多的是在通信專業的課程中看到這些內容，所以此處我們略過。

5.2 現在不常見得設備

我們終於要開始聊聊網絡設備了，在此之前我又不得不說點歷史上的設備才能進入正題。首先我們得先回憶一下OSI參考模型和TCP/IP協議族得5層模型。這個回顧我們得先從物理層開始說起。

先說中繼器，英文是RP repeater，是工作在物理層上的連接設備。適用於完全相同的兩類網絡的互連，主要功能是通過對數據信號的重新發送或者轉發，來擴大網絡傳輸的距離。 中繼器是對信號進行再生和還原的OSI參考模型的物理層設備。中繼器是區域網環境下用來延長網絡距離的，但是它不屬於網絡互聯設備，中繼器對在線路上的信號具有放大再生的功能，用於擴展區域網的長度。中繼器是連接網絡線路的一種裝置。由於存在損耗，在線路上傳輸的信號功率會逐漸衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，因此會導致接收錯誤。中繼器就是為解決這一問題而設計的。它完成物理線路的連接，對衰減的信號進行放大，保持與原數據相同。一般情況下，中繼器的兩端連接的是相同的媒體，但有的中繼器也可以完成不同媒體的轉接工作。從理論上講中繼器的使用是無限的，網絡也因此可以無限延長。事實上這是不可能的，因為網絡標準中都對信號的延遲範圍作了具體的規定，中繼器只能在此規定範圍內進行有效的工作，否則會引起網絡故障。如果兩個網絡結點之間的距離真的超過了100米，又不得不使用雙絞線連接，那麼我們需要在信號沒有衰減到失真之前，連接中繼器。

再說集線器，它的英文名叫Hub，是指將多條乙太網雙絞線或光纖集合連接在同一段物理介質下的設備。集線器是運作在OSI模型中的物理層。它可以視作多埠的中繼器，若它偵測到碰撞，它會提交阻塞信號。由於集線器會把收到的任何數位訊號，經過再生或放大，再從集線器的所有埠提交，這會造成信號之間碰撞的機會很大，而且信號也可能被竊聽，並且這代表所有連到集線器的設備，都是屬於同一個碰撞域以及廣播域，因此大部份集線器已被交換機取代。因為集線器只對信號進行整形、放大後再重發，不進行編碼，所以是物理層的設備。集線器的工作過程是非常簡單的，它可以這樣的簡單描述：首先是節點發信號到線路，集線器接收該信號，因信號在電纜傳輸中有衰減，集線器接收信號後將衰減的信號整形放大，最後集線器將放大的信號廣播轉發給其他所有埠。集線器屬於數據通信系統中的基礎設備，它和雙絞線等傳輸介質一樣，是一種不需任何軟體支持或只需很少管理軟體管理的硬體設備。它被廣泛應用到各種場合。集線器工作在區域網環境，被稱為物理層設備。集線器內部採用了電器互聯，當維護LAN的環境是邏輯總線或環型結構時，完全可以用集線器建立一個物理上的星型或樹型網絡結構。在這方面，集線器所起的作用相當於多埠的中繼器。其實，集線器實際上就是中繼器的一種，其區別僅在於集線器能夠提供更多的埠服務，所以集線器又叫多口中繼器。這種設備的廣播發送數據方式有些不足，比如說所有數據包都是向所有節點同時發送，加上其共享帶寬方式(如果兩個設備共享10M的集線器，那麼每個設備就只有5M的帶寬)，就更加可能造成網絡塞車現象，更加降低了網絡執行效率。

最後說說網橋，英文名是Bridge，是早期的兩埠二層網絡設備，也就是數據鏈路層設備，用來連接不同網段。網橋的兩個埠分別有一條獨立的交換信道，不是共享一條背板總線，可隔離衝突域。網橋比集線器性能更好，集線器上各埠都是共享同一條背板總線的。網橋像一個聰明的中繼器。中繼器從一個網絡電纜里接收信號， 放大它們，將其送入下一個電纜。相比較而言，網橋對傳來的信息更敏銳一些。網橋是一種對幀進行轉發的技術，根據MAC分區塊，可隔離碰撞。網橋將網絡的多個網段在數據鏈路層連接起來。網橋也叫橋接器，是連接兩個區域網的一種存儲/轉發設備，它能將一個大的LAN分割為多個網段，或將兩個以上的LAN互聯為一個邏輯LAN，使LAN上的所有用戶都可訪問伺服器。擴展區域網最常見的方法是使用網橋。最簡單的網橋有兩個埠，複雜些的網橋可以有更多的埠。網橋的每個埠與一個網段相連。

後來，以上的這些設備被具有更多埠、同時功能也更強大的交換機(Switch)所取代。只是在一些特定的場合還能見到中繼器的身影罷了，沒辦法，誰讓我們得考慮到網線得延長問題呢。

在這裡我們涉及到一些新的名詞，比如說廣播，廣播域，雙工，這些都是什麼呢？

我們來說說廣播是什麼，廣播其實是用來描述網絡結點之間通訊方式的術語，還有點播和組播。我們從小的點播開始說。點播是一種形式的單播，點播提供了對流的最大控制，但這種方式由於每個客戶端各自連接伺服器，會迅速用完網絡帶寬。點播連接是客戶端與伺服器之間的主動的連接。在點播連接中，用戶通過選擇內容項目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、停止、後退、快進或暫停流。似乎覺得是在看硬碟中的電影。

那什麼又是單播呢？網絡結點之間的通信就好像是人們之間的對話一樣。如果一個人對另外一個人說話，那麼用網絡技術的術語來描述就是單播，此時信息的接收和傳遞只在兩個結點之間進行。單播在網絡中得到了廣泛的應用，網絡上絕大部分的數據都是以單播的形式傳輸的，只是一般網絡用戶不知道而已。例如，你在收發電子郵件、瀏覽網頁時，必須與郵件伺服器、Web伺服器建立連接，此時使用的就是單播數據傳輸方式。但是通常使用「點對點通信」(Point to Point)代替「單播」。

組播又稱多播，可以理解為一個人向多個人(但不是在場的所有人)說話，這樣能夠提高通話的效率。如果你要通知特定的某些人同一件事情，但是又不想讓其他人知道，使用電話一個一個地通知就非常麻煩，而使用日常生活的大喇叭進行廣播通知，就達不到只通知個別人的目的了，此時使用組播來實現就會非常方便快捷，但是現實生活中組播設備非常少。在網絡技術的應用並不是很多，網上視頻會議、網上視頻觀看特別適合採用組播方式。因為如果採用單播方式，逐個節點傳輸，有多少個目標節點，就會有多少次傳送過程，這種方式顯然效率極低，是不可取的；如果採用不區分目標、全部發送的廣播方式，雖然一次可以傳送完數據，但是顯然達不到區分特定數據接收對象的目的。採用組播方式，既可以實現一次傳送所有目標節點的數據，也可以達到只對特定對象傳送數據的目的。

廣播可以理解為一個人通過廣播喇叭對在場的全體說話，這樣做的好處是通話效率高，信息一下子就可以傳遞到全體。廣播在網絡中的應用較多，如客戶機通過DHCP自動獲得IP位址的過程就是通過廣播來實現的。但是同單播和組播相比，廣播幾乎占用了子網內網絡的所有帶寬。拿開會打一個比方吧，在會場上只能有一個人發言，想像一下如果所有的人同時都用麥克風發言，那會場上就會亂成一鍋粥。在網絡中不能長時間出現大量的廣播包，否則就會出現所謂的廣播風暴。廣播風暴就是網絡長時間被大量的廣播數據包所占用，正常的點對點通信無法正常進行，外在表現為網絡速度奇慢無比。出現廣播風暴的原因有很多，一塊有故障的網卡，就可能長時間向網絡上發送廣播包而導致廣播風暴。集線器由於其工作原理決定了不可能過濾廣播風暴，一般的交換機也沒有這一功能，不過現在有的網絡交換機也有過濾廣播風暴功能了，路由器本身就有隔離廣播風暴的作用。廣播風暴不能完全杜絕，但是只能在同一子網內傳播，就好像喇叭的聲音只能在同一會場內傳播一樣，因此在由幾百台甚至上千台電腦構成的大中型區域網中，一般進行子網劃分，就像將一個大廳用牆壁隔離成許多小廳一樣，以達到隔離廣播風暴的目的。

衝突域也稱碰撞域，指的是連接在同一導線上的所有工作站的集合，或者說是同一物理網段上所有節點的集合或乙太網上競爭同一帶寬的節點集合。這個域代表了衝突在其中發生並傳播的區域，這個區域可以被認為是共享段。在OSI參考模型中，衝突域被看作是第一層的概念，連接同一衝突域的設備有集線器，中繼器或者其他進行簡單複製信號的設備。也就是說，用集線器或者中繼器連接的所有節點可以被認為是在同一個衝突域內，它不會劃分衝突域。而第二層設備(網橋，交換機)第三層設備(路由器)都可以劃分衝突域的，當然也可以連接不同的衝突域。簡單的說，可以將中繼器等看成是一根電纜，而將網橋等看成是一束電纜。

廣播域，接收同樣廣播消息的節點的集合。如：在該集合中的任何一個節點傳輸一個廣播幀，則所有其他能收到這個幀的節點都被認為是該廣播幀的一部分。由於許多設備都極易產生廣播，所以如果不維護，就會消耗大量的帶寬，降低網絡的效率。由於廣播域被認為是OSI參考模型中的第二層概念，所以像集線器，交換機等第一，第二層設備連接的節點被認為都是在同一個廣播域。而路由器，第三層交換機則可以劃分廣播域，即可以連接不同的廣播域。

具體到雙工什麼的，說的就是按照數據流的方向可劃分的三種傳輸模式，分別是：

單工：指兩者的通信是單向的，一個只能主動的發信號，而另一個只能被動的接受信息。

像交通燈可以發起各種信號，而行人、車輛只能被動接受信息。

半雙工：兩個對象A和B，A能發信息給B，B也能發消息給A，但這兩個動作不可以同時進行。

像打球的兩個人，可以相互傳球，但不能同時傳球,因為球只有一個。

全雙工：兩個對象A和B，A能發信息給B，B也能發消息給A，並且這兩個動過可以同時進行。

打電話的兩個人。

行了，歷史問題交代清楚了，後邊該說說現在的網絡設備了。