数据通信系统组件维护与管理思维导图

EIA/TIA568A的线序定义依次为：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕

EIA/TIA568B的线序定义依次为：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

纤芯

包层

涂覆层

单模光纤：单模光纤(Single ModeFiber):一种模式传输,纤芯直径是8和10um，包层直径为125um，传输距离5km以上，适于长距离传输，光源为激光光源，采用黄色外护套;

多模光纤：多模光纤(Multi ModeFiber):支持多种模式传输，纤芯直径是50um和62.5um，包层直径为125um，短距离传输，常用的应用场景为机房内跳纤光源为LED光源，采用橙色或水绿色外护套

n1=纤芯折射率;n2=包层折射率，n1>n2，形成形成全反射条件。

水晶头(Registeredjack，RJ)，是一种标准化的电信网络接口。提供声音和数据传输的接口。之所把它称之为“水晶头”，是因为它的外表晶莹透亮的原因。网络水晶头有种一种是RJ-45水晶头，一种是RI-11水晶头。都由PVC外壳、弹片、芯片等部分组成。

信息插座一般是安装在墙面上的，也有桌面型和地面型的，主要是为了方便计算机等设备的移动，并且保持整个布线的美观。

安装在地面上的接线盒应防水和抗压，安装在墙面或柱子上的信息插座底盒、多用户信息插座盒及集合点配线箱体的底部离地面的高度宜为 300mm。信息插座通常由底盒、面板和模块三部分组成。信息模块可以进行快速的线缆连接。

光纤接头(optical fibersplice)，将两根光纤永久地或可分离开地联结在一起，并有保护部件的接续部分，光纤接头是光纤的末端装置，光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。

常见接头类型有:FC圆型带螺纹(配线架上用的最多)、LC模块化插孔(RJ)闩锁机理、SC卡接式方型(路由器交换机上用的最多)、PC微球面研磨抛光、APC呈8度角并做微球面研磨抛光、MT-RJC方型，一头双纤收发一体)等。

网线钳

剥线钳

打线钳

网线测试仪

光纤切割刀

测试仪

光纤熔接机

皮线钳

米勒钳

水晶头主要由三部分组成，金属片卡口和夹子

压制水晶头的过程中存在两个动作。 一是将头部的八个金属片压进芯线，另一个动作是将尾部的塑料卡口压紧网线，防止网线松动。网线的最外层是塑料外皮。

剥开外皮是四对双绞线和一根白色棉线。 每对双绞线均由一根纯色的星线和一根唇色与白色相间的星线组成。

棉线的作用，一般认为是为了利于剥线或者糠拉伸而添加的。开始接水晶头之前，先准备两个基本工具。网线钳和测试仪。

网线钳包含两个刀片，其中一个刀片用来剥网线外皮，另一个刀片用来切断网线。 此外，钳子还有几个网线头压制孔。 用来固定网线和水晶头的连接。

测试仪的作用是检测接好的网线内八根芯线排列顺序是否一致，与确保网线可以正常使用。 接水晶头时，首先用网线钳上的剥线刀片，剥开网线，塑料外皮。

然后按照橙白、橙、绿、白蓝蓝白绿棕白棕的颜色排列好八根星线。 这种顺序按照五六八b标准也是最常见的通用接法

那根白色的棉线放置在一旁即可。

接下来用网线钳的刀片切齐排列好的新线。 水晶头的金属片朝上将排列好的网线平齐的移入水晶头，这个过程要保证八根芯线以插入水晶头的顶部。

最后将水晶头放入网线钳的压制孔。网线钳同时将水晶头顶部的八个金属片压进网线，并且将尾部的塑料卡口压住。网线及制作完毕。最后一步是通过测试仪检测接好的网线顺序是否一致。

当看到测试仪上八个灯依次闪烁，即表示网线可正常使用。如果八个灯的闪烁顺序混乱，或者个别灯不亮，则表明芯线排列顺序错误，或芯线未与金属片接触，网线不可用，需要重新连接。

第一步套热缩保护管。热缩管应保持清洁。免热缩后损耗过大

第二步，用皮线钳剥除皮线塑料层，将皮线光纤插入至皮线钳的标尺长度。握紧皮线钳拨出皮线保护层

第三步，用米勒钳拨出光纤突破层。 从光纤根部用米勒前的小口剥除光纤涂覆层。 然后用沾有无水酒精的棉球擦拭干净。

第四步制作光纤端面，将清洁干净的皮线光纤放入专业的皮线夹具。将光纤放入夹具的固定槽位中。夹紧夹具。将夹紧光纤的夹具放入割刀的固定槽位中切割光纤。

第五步熔接将切好的光纤放入定位槽中。 按下set 键进行熔接套热缩管的时候，注意不要将揉好的光纤折断。热缩管的作用主要就是为了保护光纤加热，指示灯亮，自动加热。

oWindows是桌面操作系统中占据市场份额最大的一个，主要分为个人计算机、服务器、手机操作系统。当前使用的是 Windows10

oLinux系统是一款开源免费的操作系统，也是变种最多的操作系统，在我国将成为政府指定操作系统，主要有:OpenEuler、红旗、深度、红帽、 Ubuntu

oMacOS是苹果电脑的操作系统，主要应用在苹果电脑。它是一个封闭的操作系统。它是基于 Unix基础进行扩展的操作系统。

子主题 1

TCP/IP参考模型 主要功能 网络接口层 定义了TCP/IP与各种通信子网之间 的网络接口。网络接口层的功能是传输经网络层 处理过的消息。

网络层 将数据分为一定长度的分组，根据数据报 文中的地址信息，在通信子网中选择传输路径， 将数据从一个节点发送到另一个节点

传输层 建立、维护和终止端到端的数据传输过 程，能提供控制传输速率，调整数据的传输顺序 等功能

应用层 TCP/IP的应用层直接为用户提供各类服 务。TCP/IP将所有与应用相关的工作都归为这一 层。如远程登录、文件传输、电子邮件、Web服 务器等。

功能：在不同的网络之间转发数据包

设备：路由器、三层交换机

IP地址分为网络部分和主机部分。 IP地址由32个二进制位组成，通常用点分十进制 形式表示。

二进制的特点:用0和1两个数码来表示的数。它的 基数为2，进位规则是“逢二进 -”。借位规则是“借 一当二”

十进制是人类最方便的进制表示，也是日常生活 中最常用的数制，包含数字0、1、2、3、4、5、 6、7、8、9，但用计算机处理十进制数必须先转 换成二进制数。

IP地址分为网络部分和主机部分

·IP地址由32个二进制位组成，通常用点分十进制 形式表示。·有类编址

IP地址分类:根据网络号和主机号位数的不同，有 类编址将IP地址分为A类、B类、C类、 D类和E类 五类。

私有地址:私有地址不用于Internet，主要用于局 域网中，私有IP地址是一段保留的IP地址。 A类、B类和C类的私有IP地址范围: A类私有IP地址范围:10.0.0.0~10.255255.255 B 类私有IP地址范围:172 160.0~17231.255.255。 C类私有IP地址范围:192168.0.0~192168255.255 特殊地址:127.0.0.0~127.255.255.255

定义:ARP(Address Resolution Protocol)协议是 网络层的协议，用于将IP地址解析为的MAC地 址

工作原理:每个主机都会在自己的ARP缓冲区中建 立一个ARP列表，以记录IP地址和MAC地址之间 的对应关系;

主机(网络接口)新加入网络时(也可能只是MAC地 址发生变化，接口重启等)，会发送ARP报文把自 己IP地址与MAC地址的映射关系广播给其他主 机。

因特网控制报文协议(Internet Control MessageProtocolCMP)工作在网络层 ICMP的消 息可以分为两类:一类是差错报文，即通知出错原 因的错误消息(如 traceroute)，另一类是查询报 文，即用于诊断的查询消息(如ping)。

ICMP的 功能: ICMP的功能是确认IP包是否成功到达目标地址和 通知在发送过程中IP包被丢弃的原因

作用:解决“有类编址”进行地址划分的颗粒度太大 的问题。避免大量IP地址资源的浪费

特点:无类编址(ClasslessAddressing)不限定网络 号和主机号的位数，使得IP地址的分配更加灵 活，IP地址的利用率也得到了提高。

无类编址举例:IP地址为60.1.71，它可能是60.1. 0.0网络中的一个主机地址也可能是60.1.7.0网络 中的一个主机地址

作用:可以将一个大的网络划分为多个小的网络， 提高IP地址的使用效率。子网划分的过程

子网掩码(SubnetMask)由32个比特位组成，也 可看作是由4个字节，并且也通常以点分十进制数 来表示。

网络基础让我们认知什么是数据通信网，数据通 信网在当前通信系统中是怎样的结构，是什么构 成，是承担的哪些任务。

我们周围无时无刻不存在一张网，如电话网、电 报网、电视网、计算机网络等;即使我们身体内部 也存在许许多多的网络系统，如神经系统、消化 系统等。最为典型的代表即计算机网络，它是计 算机技术与通信技术两个领域的结合。

大众熟悉的三大类网络

数据通信网络的演进

数据通信网络的主要特性

核心部分:由大量网络和连接这些网络的路由器组 成。这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性 和交换)

边缘部分:由所有连接在互联网上的主机组成。这 部分是用户直接使用的，用来进行通信(传送数 据、音频或视频)和资源共享。

边缘系统之间的设备终端，通称为端系统，包括 了服务器，PC机，手机等。

客户/服务器方式(C/S) 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉 及的两个应用进程。 客户/服务器方式所描述的是进程之间服务和被服 务的关系。客户是服务的请求方，服务器是服务 的提方。 服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分 所提供的服 务。

对等连接方式 peer-to-peer 对等连接(peer-to-peer，简写为P2P)是指两个主 机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服 务提供方。 只要两个主机都运行了对等连接软件(P2P软件)， 它们就可以进行平等的、对等连接通信。 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文 档。

电路交换 N部电话机两两直接相连，需N(N-1)/2 对电线。 这种直接连接方法所需要的电线对的数量与电话 机数量的平方(N 2)成正比。

报文交换 电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换( message switching)。 报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。 现在报文交换已经很少有人使用了。

分组交换 分组交换则采用存储转发技术。在发送端，先把 较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 每一个数据段前面添加上首部构成分组( packet)。 每一个分组的首部都含有地址(诸如目的地址和源 地址)等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部 中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换 机。每个分组在互联网中独立地选择传输路径。 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终 目的地。

接入网：接入网AN (Access Network)，它又称为本地接 入网或居民接入网。

局域网：LAN通常指几千米以内的可以通过某种介质互联 的计算机、打印机、modem或其他设备的集 合。

城域网：MAN覆盖范围为中等规模，介于局域网和广域网 之间，通常是在一个城市内的网络连接（距离为 10KM左右）

广域网：分布郢离远,它通过各种类型的串行连接以便在更 大的地理区城内实现接入

总线型拓扑

星型拓扑

环形拓扑

树形拓扑

网型拓扑

公用网（public network） 按规定交纳费用的人都可以使用的网络。因此也 可称为公众网。 我们常说的手机网，宽带网，有线电视网都是公 用网络，也是最常用的网络。

专用网（privatenetwork） 为特殊业务工作的需要而建造的网络。 例如银行， 石油， 铁路， 部队网都是专用网， 这些网络不会接入到公用网中，但在一些情况下 也会借用部分公用网的资源。

带宽：在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传 送数 据的能力。表示在单位时间内网络中的某信道所 能通 过的"最高数据率"。单位是bit/s,即“比特每秒"

时延：时延(delay或latency)是指数据(一个报文或分组 甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所 需 的时间。有时也称为延迟或迟延

速率：比特(bit)是计算机中数据量的单位。比特(bit)来 源 于binary digit,意思是一个“二进制数字"。速率 是 计算机网络中最重要的一个性能指标，指的是数 据的 传送速率，它也称为数据率(data rate)或比特率( bitrate)

往返时间：往返时间RTT(round - trip time)表示从发送方发 送 数据开始，到发送方收到来自接收方的确 认，总共经 历的时间。在互联网中，往返时间还 包括各中间结点 的处理时延、排队时延以及转发 数据时的发送时延。

一些非性能特征也很重要。它们与前面介绍的性 能指 标有很大的关系。

语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以 及做出何种应答；

语法：数据与控制信息的格式、数据编码等；

时序：时间先后顺序和速度匹配。

I、规定介质类型、接口类型、信令类型 2、 规范在终端系统之间激活、维护和关闭物理 链路 的电气、机械、流程和功能等方面的要求 3、 规范电平、数据速率、最大传输距离和物理 接头 等特征

物理层介质

数据链路层包含LLC子层和MAC子层： MAC Sub-layer:Media Access Control Sub-Laver介质访问控制子层。指定数据如何通 过物理线路进行传输，并与物理层通信。 LLC Sub - layer:Logic Link Control Sub - layer逻辑链路控制子层。识别协议类型并对数据 进行封装通过网络进行传输。

功能：在不同的网络之间转发数据包

设备：路由器三层交换机

最终目标是向用户(一般指应用层的进程)提供有 效 ·可靠的服务。传输层主要定义了主机应用程序 间端到端的连通性，它一般包含四项基本功能。 1.建立分段上层数据 2.端到端连接 3.将数据从一端主机传送到另一端主机 4.保证数据按序、可靠、正确传输

TCP面向连接可靠 适用于可靠性要求高的应用 开销大

UDP无连接不可靠适用于更关注传输效率的应用 可靠性由应用层负责

应用层的主要功能： 1.为用户提供接口、处理特定的应用； 2.数据加密、解密、压缩、解压缩； 3.定义数据表示的标准

CSMA/CD协议 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也 称为“冲突检测” 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门 限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送 数据，表明产生了碰撞。 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信 号电压摆动值将会增大（互相叠加） “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上 的信号电压大小。 “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没总线 上并没有什么“载波”。因此，有其他计算机发送 的数据信号。 ”载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检 测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如 果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 "多点接入"表示许多计算机以多点接入的方式连 接在一根总线上。 CSMA/CD 含义∶载波监听多点接入/碰撞检测

冲突域

广播域

帧格式

mac地址

共享型以太网 -采用了总线型拓扑 -数据信号就会在信道内碰撞产生冲突 -共享通信链路的带宽

CSMA/CD协议的工作过程 ①侦听信道上是否有信号在传输。如果有的话， 表明信道处于忙状态，就继续侦听，直到信道空 闲为止; ②若没有侦听到任何信号，就传输数据; ③传输时继续侦听，如发现冲突则执行退避算 法，随机等待一段时间后，重新执行步骤①; ④若未发现冲突则发送成功，计算机会返回到侦 听信道状态。

冲突和冲突域 -冲突(Collision):在以太网中，当两个数据帧同时 被发到物理传输介质 上，并完全或部分重叠时，就发生了数据冲突。 当冲突发生时，将导致数据损坏。 -冲突域:连接到同一个共享介质的设备共同组成 了一个冲突域。

以太网交换机的特点 -交换机工作在数据链路层 -交换机的每一个端口都是一个独立的冲突域 -交换机以端口隔离冲突域形成交换型以太网

-广播域:广播帧可达的区域，即:接收同样广播消 息的节点的集合; -广播域的分类:二层广播域和三层广播域。 -广播:一台设备向同一个网络中的所有其他设备 发送消息的数据发送方式:

1.学习:通过查看收到的每个数据帧的源MAC地址 来学习每个接口连接设备的MAC地址。

2.转发:在MAC地址表中找到了该目标MAC地 址，且该数据帧的源MAC和目的 MAC对应的端 口号不同。

3.广播:在MAC地址表中没有找到该目标MAC地 址。 丢弃:在MAC地址表中找到了该目标MAC地址， 目该数据帧的源MAC地址和目的 MAC地址对应 的端口号相同。

4.更新:交换机MAC地址表的默认老化时间是300 秒。 MAC(Media Access Control)地址用来定义网络 设备的位置。MAC地址由48比特长12位的16进 制数字组成，是各个厂商制造的所有网卡的一个 唯一编号。 MAC地址可以分为3种类型: 物理MAC地址:这种类型的MAC地址唯一的标识 了以太网上的一个终端，该地址为全球唯一的硬 件地址，例如:00.e0.fc.39.80.34; 广播MAC地址:全1的MAC地址为广播地址(FFFF-FF-FFFFFF)，用来表示LAN上的所有终端设 备; 组播MAC地址:除广播地址外，第8bit为1的MAC 地址为组播MAC地址(例如01-00-00-00-00-00)， 用来代表LAN上的一组终端。其中以01-80-c2开 头的组播MAC地址叫 BPDUMAC，一般作为协议 报文的目的MAC地址标示某种协议报文。

STP协议虽然能够解决环路问题，但是由于网络 拓扑收敛较慢，影响了用户通信质量，而且如果 网络中的拓扑结构频繁变化，网络也会随之频繁 失去连通性，从而导致用户通信频繁中断，这也 是用户无法忍受的。 由于STP的不足，IEEE于2001年发布的802.1w 标准定义了RSTP。RSTP在STP基础上进行了诸 多改进优化，使得协议更加清晰、规范，同也 实现了二层网络拓扑的快速收敛。 RSTP（IEEE 802.1w）是IEEE 802.1D标准的一 种发展。RSTP的术语大部分都与IEEE 802.1D STP术语一致，所以熟练掌握STP知识后，学习 RSTP非常容易。RSTP保留了STP的大部分算法 和计时器，只在一些细节上做了改进。 但这些改进相当关键，极大地提升了STP的性 能，使其能满足如今低延时高可靠性的网络要 求。后续诞生的MSTP，单个实例中的算法和 RSTP几乎一样。可以说从STP发展到RSTP的这 套算法，是整个生成树协议的精髓。

RSTP对端口角色进行重新划分，RSTP定义了两 种新的端口角色∶备份端口（Backup Port）和 预备端口（Alternate Port）。 RSTP对端口状态进行重新划分，RSTP的状态规 范把原来的5种状态缩减为3种∶

RSTP使用与IEEE 802.1D相同的BPDU报文格 式，主要区别在协议版本ID，BPDU类型和标志 字段。RSTP中没有了TCN和TCA报文，在拓扑结 构变化时只发送TC报文。RSTP用完标志字段所 有的8位。RSTP对STP的BPDU改动∶ 充分利用STP中BPDU的Flag，明确端口角色。 Type字段为2。 Flag字段使用了之前的保留位，更改后的配置 BPDU更名为RSTBPDU。

RSTP中配置BPUD的处理∶ 非根桥设备每隔Hello Timer从指定端口主动发 送配置BPDU，设备自主进行，无论非根桥设备 是否接收到根桥传来的配置BPDU报文。 BPDU超时计时器为3个Hello Timer，不像STP 那样需要先等待一个Max Age。 阻塞端口可以立即对收到的次级BPDU进行回 应。

根端口快速切换机制 SWC与SWA的直连链路down掉，其AP端口切换 成RP端口并进入转发状态可在秒级时间内完成收 敛。 如果网络中一个根端口失效，那么网络中最优的 Alternate端口将成为根端口，进入Forwarding 状态。

Proposal/Agreement机制的目的是使一个指定 端口尽快进入Forwarding状态。P/A机制要求两 台交换设备之间链路必须是点对点的全双工模 式。

一旦P/A协商不成功，指定端口的选择就需要等 待两个Forward Delay，协商过程与STP一样。

RSTP选举原理和STP本质上相同∶选举根交换机选举非根交换机上的根端口-选举指定端口-选举 预备端口和备份端口。 但是RSTP在选举的过程中加入了“发起请求-复 意”（P/A机制）这种确认机制， 由于每个步骤有确认就不需要依赖计时器来保证 网络拓扑无环才去转发，只需要考虑BPDU发送 报文并计算无环拓扑的时间（一般都是秒级）

次等BPDU处理机制∶RSTP处理次等BPDU报文 不再依赖于任何定时器超时解决拓扑收敛，而是 会立即发送本地最优的BPDU给对端，从而加快 了拓扑收敛。 SWB与SWA的直连链路down掉，SWC的AP端 口切换成DP端口并进入转发状态可在秒级时间内 完成。

直接与终端相连而不与其他网桥相连的端口定义 为边缘端口（Edge Port）。边缘端口可以直接 进入转发状态，不需要任何延时。由于网桥无法 知道端口是否是直接与终端相连，所以需要人工 配置。

拓扑变更机制的优化∶判断拓扑变化唯一标准是 一个非边缘端口迁移到Forwarding状态。

网络拓扑改变可能会导致交换机的MAC地址表产 生错误。如果SWB的E1端口发生了故障，而 SWC的MAC地址表中与PCA的MAC地址对应的 端口仍然是E1，则会导致数据转发丢失的问题。

RSTP拓扑变化处理:边绿端口down掉不会触发拓 扑变更,而且故障恢复后,同样也不会触发拓扑变 更。

BPDU保护∶配置BPDU保护功能后，如果边缘端 口收到BPDU报文，边缘端口将会被立即关闭。 BPDU保护∶防止有人伪造RSTBPDU恶意攻击交 换设备，当边缘端口接收到该报文时，会自动设 置为非边缘端口，并重新进行生成树计算，引起 网络震荡。

根保护∶由于维护人员的错误配置或网络中的恶 意攻击，网络中合法根桥有可能会收到优先级更 高的RST BPDU，使得合法根桥失去根地位，从 而引起网络拓扑结构的错误变动

TC-BPDU泛洪保护∶启用防TC-BPDU报文攻击功 能后，在单位时间内，RSTP进程处理TC类型 BPDU报文的次数可配置。可以避免频繁的删除 MAC地址表项，从而达到保护交换机的目的。

在运行RSTP协议的网络中，根端口和其他阻塞端 口状态是依靠不断接收来自上游交换设备的 BPDU维持。当由于链路拥塞或者单向链路故障 导致这些端口收不到来自上游交换设备的BPDU 时，交换设备会重新选择根端口。原先的根端口 会转变为指定端口，而原先的阻塞端口会迁移到 转发状态，从而造成交换网络中可能产生环路。 为了防止以上情况发生，可部署环路保护功能。

配置环路保护 配置交换设备根端口或Alternate端口的环路保护 功能。 一个接口只能配环路保护或者根保护，不能同时 配置两种保护方式。

RSTP配置需求∶如图所示，SWA、SWB和SWC 组成了一个环形的交换网络，为了消除环路对网 络的影响，故使交换机都运行RSTP，最终将环形 网络结构修剪成无环路的树形网络结构。