【愚公系列】软考高级-架构设计师 027-其他网络知识（通信技术、交换技术、路由技术、传输介质）

🏆 作者简介，愚公搬代码 🏆《头衔》：华为云特约编辑，华为云云享专家，华为开发者专家，华为产品云测专家，CSDN博客专家，CSDN商业化专家，阿里云专家博主，阿里云签约作者，腾讯云优秀博主，腾讯云内容共创官，掘金优秀博主，亚马逊技领云博主，51CTO博客专家等。 🏆《近期荣誉》：2022年度博客之星TOP2，2023年度博客之星TOP2，2022年华为云十佳博主，2023年华为云十佳博主等。

🏆《博客内容》：.NET、Java、Python、Go、Node、前端、IOS、Android、鸿蒙、Linux、物联网、网络安全、大数据、人工智能、U3D游戏、小程序等相关领域知识。

🏆🎉欢迎 👍点赞✍评论⭐收藏

🚀一、其他网络知识

🔎1.通信技术

计算机网络和通信技术是数据传输的关键领域，涉及多种设备、信道、信号处理技术以及数据传输方法。以下是对提供信息的详细整理：

🦋1.1 信道分类

• 物理信道：由传输介质和设备组成，分为：
  • 无线信道：数据通过空气或其他非物质介质传输，如无线局域网、卫星通信等。
  • 有线信道：数据通过物理介质传输，如光纤、同轴电缆、双绞线等。
• 逻辑信道：在数据发送端和接收端之间存在的虚拟线路，可以是有连接的（如TCP）或无连接的（如UDP）。逻辑信道依赖物理信道作为其载体。

🦋1.2 信号处理

• 发信机处理：
  • 信源编码：优化数据表示以减少所需带宽。
  • 信道编码：增加冗余数据以抵抗传输错误。
  • 交织：减少误码率，通过重新排序信号的元素。
  • 脉冲成形：控制信号的物理波形。
  • 调制：将信号从一个频率转换到另一个频率，以适合传输。
• 收信机处理：
  • 解调：从调制信号中提取原始信息。
  • 采样判决：从模拟信号中提取数字数据。
  • 去交织：还原交织过程以便于信道译码。
  • 信道译码：从接收到的数据中恢复原始数据，消除或纠正错误。
  • 信源译码：将信道译码后的数据转换回用户原始格式。

🦋1.3 数据传输技术

• 复用技术：在一条信道上同时传输多路数据。
  • 时分复用 (TDM)：在时间上分割信道。
  • 频分复用 (FDM)：在频率上分割信道。
  • 码分复用 (CDM)：使用不同的编码方案区分信号。
• 多址技术：在一条信道上同时传输多个用户的数据，并在接收端将它们分离。
  • 时分多址 (TDMA)：每个用户在不同时间发送数据。
  • 频分多址 (FDMA)：每个用户在不同频率发送数据。
  • 码分多址 (CDMA)：每个用户使用独特的码来编码数据。

🦋1.4 5G网络特征

• 服务化架构：更灵活的网络功能部署，允许更多定制的服务和优化的网络管理。
• 网络切片：允许运营商为不同类型的服务创建独立的网络架构，在同一物理设施上提供多种网络。

🔎2.交换技术

交换机是网络中一个关键设备，它在数据转发、网络管理和维持网络通信效率中发挩着至关重要的作用。以下是对交换机功能及其实现方式的整理：

🦋2.1 交换机的基本功能

• 集线功能：
  • 提供多个端口，允许多台设备通过线缆连接至交换机，常用于构建星型网络拓扑，从而中心化网络管理和增强信号强度。
• 中继功能：
  • 在转发帧时，交换机会重新生成不失真的电信号，确保数据传输质量和距离。
• 桥接功能：
  • 在内部端口上应用统一的转发和过滤逻辑，确保数据流向正确，并有效地利用网络资源。
• 隔离冲突域功能：
  • 通过将网络分割为多个冲突域，每个冲突域都拥有独立的带宽，从而提高整体网络的带宽利用效率和减少数据包冲突。

🦋2.2 交换机实现的关键功能

• 转发路径学习：
  • 交换机通过监听进入的数据帧来学习源MAC地址，并将这些地址与对应的端口映射关系存储在MAC地址表中。这使得交换机能够有效地定向数据帧的转发。
• 数据转发：
  • 当数据帧到达时，交换机会检查其目的MAC地址，并在MAC地址表中查找对应的端口。如果找到，数据帧将被转发到指定的端口。
• 数据泛洪：
  • 如果目的MAC地址不在MAC地址表中，或者帧是广播或多播帧，交换机会将数据帧发送到除源端口外的所有其他端口，这种做法称为泛洪。
• 链路地址更新：
  • MAC地址表不是静态的，交换机会定期（例如每300秒）更新地址表，以适应网络中设备的变动，确保地址表的准确性和最新性。

交换机在现代计算机网络中发挥着中枢的角色，不仅提高了数据传输的效率，还增强了网络的可靠性和管理的便捷性。这些特点使得交换机成为企业和数据中心网络设计中不可或缺的设备。

🔎3.路由技术

路由器是网络中的关键设备，负责在不同网络之间转发数据包。它工作在OSI模型的网络层（第三层），具备多种功能和特性。以下是对路由器功能的详细整理：

🦋3.1 路由器的主要功能

1. 异种网络互连：
   • 路由器能够连接使用不同子网协议的网络，如不同类型的局域网或广域网。
2. 子网协议转换：
   • 实现不同网络协议之间的转换，使得各种网络设备能够通信。
3. 数据路由：
   • 根据路由规则将数据包从一个网络转发到另一个网络。路由决策基于路由表中的信息。
4. 速率适配：
   • 通过使用缓存和流量控制协议，调整不同网络间的数据传输速率。
5. 隔离网络：
   • 防止广播风暴，并通过实现防火墙功能来提高网络安全。
6. 报文分片和重组：
   • 当数据包大小超过网络接口的最大传输单元（MTU）时，进行分片；在目的地将分片的数据包重新组合。
7. 备份和流量控制：
   • 包括主备线路的自动切换和复杂的流量控制策略，以确保网络的稳定性和高效性。

🦋3.2 路由器的工作原理

• 路由器通过维护一个路由表来决定数据包的下一跳地址。这个路由表可以手动配置（静态路由），也可以通过动态路由协议自动更新。路由器接收从一个网络接口来的数据包，并根据目的地址决定其转发的下一跳。

🦋3.3 路由协议分类

• 内部网关协议 (IGP)：
  • 在单一自治系统内部使用的路由协议，如RIP, OSPF, 和EIGRP。
• 外部网关协议 (EGP)：
  • 用于不同自治系统之间的路由决策，最常见的例子是BGP（边界网关协议）。

通过以上功能，路由器在数据传输、网络安全、和网络效率方面起到了核心作用，是连接互联网和局域网的重要设备。

🔎4.传输介质

🦋4.1 双绞线

双绞线是网络布线中广泛使用的一种电缆类型，通过将两根铜线以特定的方式缠绕来减少电磁干扰。这种缠绕有助于抵消电磁干扰，特别是来自相邻线缆和外部源的干扰。以下是双绞线的两大类：无屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）的详细分类和用途描述。

☀️4.1.1 无屏蔽双绞线（UTP）

• 特点：
  • 价格低：成本效率高，适用于大多数标准办公环境。
  • 安装简单：不需要额外的接地措施，易于部署。
  • 可靠性相对较低：因为缺乏额外的屏蔽层，对电磁干扰的抵抗能力较弱。
• 分类：
  • CAT3：支持最高10 Mbps速率，早期用于电话系统和10BASE-T网络。
  • CAT4：支持最高16 Mbps速率，已基本淘汰，目前几乎无应用。
  • CAT5：支持最高100 Mbps速率，适用于快速以太网（100BASE-TX）。
  • CAT5e：支持最高1000 Mbps（1 Gbps）速率，用于千兆以太网（1000BASE-T），具有更好的抗干扰性能。
  • CAT6：同样支持最高1000 Mbps速率，在部分设置中支持高达10 Gbps（条件严格，距离较短），用于替代CAT5e，提供更优的性能和频率响应。

☀️4.1.2 屏蔽双绞线（STP）

• 特点：
  • 价格高：由于添加了屏蔽层，成本更高。
  • 安装复杂：需要正确接地屏蔽层，以防止屏蔽层自身成为干扰源。
  • 可靠性高：屏蔽层有效抵抗外部电磁干扰，适用于电磁环境复杂或对数据传输可靠性要求极高的场合。

☀️4.1.3 应用场景

• UTP：由于成本低和安装简便，广泛应用于办公室、学校和家庭网络中，尤其是在电磁干扰不严重的环境下。
• STP：用于工业环境或近距离电源线和无线设备的地区，其中电磁干扰可能影响数据传输的场合。

选择合适的双绞线类型需要考虑环境干扰、预算以及期望的数据传输速率和可靠性。在大多数商业安装中，CAT5e和CAT6是最常见的选择，提供高速数据传输和足够的干扰抵抗能力。

🦋4.2 安装标准

在布置以太网线（双绞线）时，确实存在两种主要的接线标准，这些标准指定了八根颜色编码的线如何按顺序插入RJ-45连接器（通常称为水晶头）。这两种标准分别是T568A和T568B。它们主要在绿色和橙色线的排列上有所区别，特别是在插头的第1、2、3和6脚位置的布线。下面是每种标准的详细说明：

☀️4.2.1 T568A 标准

按照T568A标准安装的水晶头，其线序如下：

• 1脚：绿白（白色带绿色条纹）
• 2脚：绿色
• 3脚：橙白（白色带橙色条纹）
• 4脚：蓝色
• 5脚：蓝白（白色带蓝色条纹）
• 6脚：橙色
• 7脚：棕白（白色带棕色条纹）
• 8脚：棕色

☀️4.2.2 T568B 标准

按照T568B标准安装的水晶头，其线序如下：

• 1脚：橙白（白色带橙色条纹）
• 2脚：橙色
• 3脚：绿白（白色带绿色条纹）
• 4脚：蓝色
• 5脚：蓝白（白色带蓝色条纹）
• 6脚：绿色
• 7脚：棕白（白色带棕色条纹）
• 8脚：棕色

☀️4.2.3 应用选择

• T568A：这种布线标准在美国政府采购中比较常见，因为它是早期电话行业的标准。
• T568B：更普遍用于商业网络，因为它与早期的AT&T 258A标准兼容，是许多商业和家庭网络的首选。

☀️4.2.4 安装注意事项

1. 一致性：在整个网络中，确保使用相同的标准，无论是T568A还是T568B，都应该保持一致。
2. 交叉线和直通线：
   • 直通线（Straight-through）：两端使用相同标准的线（T568A-T568A或T568B-T568B），适用于不同类型设备间的连接，如交换机到路由器。
   • 交叉线（Crossover）：两端使用不同标准的线（T568A-T568B），适用于相同类型设备的直连，如交换机到交换机。

确保正确和一致的接线对于网络的可靠性和性能至关重要。选择哪种标凘主要取决于现有设施的要求和个人偏好。

🦋4.3 光纤

光纤是现代通信网络中用于高速数据传输的关键介质，特别是在需要远距离传输和高带宽的应用场景中。光纤通过使用光而不是电信号来传输数据，从而提高传输效率并减少干扰。以下是光纤的基本组成、类型及其特点的详细整理：

☀️4.3.1 光纤基本组成

• 纤芯（Core）：光纤的中心部分，用于传输光信号。
• 包层（Cladding）：围绕纤芯的材料层，具有不同的折射率，用于保持光信号在纤芯内通过全反射传输。
• 转换需求：在光纤传输系统中，电信号必须转换为光信号，这一过程通过光源实现，反之亦然。

☀️4.3.2 光纤类型

光纤按照光信号传输的模式分为多模光纤（MMF）和单模光纤（SMF）两种：

1、多模光纤 (MMF)

• 纤芯半径：较大，允许多种光波同时传输，适合多种模式的光波。
• 光源：通常使用发光二极管（LED）作为光源。
• 特点：
  • 成本低：较单模光纤更便宜，制造和维护成本低。
  • 传输效率和可靠性较低：由于模式色散（不同模式的光信号传播速率不同），传输效率受影响。
  • 适用范围：适合短距离传输，例如在校园网、数据中心内部连接。
• 性能：
  • 传输距离：与传输速率有关；
    • 100 Mbps时，最长可达2公里；
    • 1000 Mbps时，最长可达550米。

2、单模光纤 (SMF)

• 纤芯半径：很小，一般只能传输一种模式的光信号。
• 光源：采用激光二极管（LD）作为光源。
• 特点：
  • 成本高：比多模光纤更贵，主要是因为制造精度高和使用激光光源。
  • 传输距离远：光信号直射，几乎无色散，保持信号完整性好。
  • 可靠性高：适用于长距离和高带宽需求的场合，如广域网络连接。
• 性能：
  • 传输距离可达5公里或更远，具体距离依赖于具体的系统设计和光源性能。

☀️4.3.3 应用选择建议

• 多模光纤：适用于办公楼、校园、数据中心内部的网络布线，特别是距离较短且成本预算有限的情况。
• 单模光纤：适用于连接城市之间或跨越广泛地区的长距离网络传输，以及高速数据服务如ISP后干线连接。

选择哪种类型的光纤取决于需要覆盖的距离、预算以及期望的传输速度和可靠性。单模光纤虽然在成本上较高，但它提供了远距离和高速率的优势，是连接广域网络的首选。多模光纤则是成本效益高的解决方案，特别是在需要频繁布线或升级的环境中。

🦋4.4 无线信道

无线信道是通过空气而不是通过物理介质（如电缆）传输数据的通信方式。无线信道主要利用无线电波和红外光波两种形式的电磁波进行数据传输。以下是对这两种无线信道的基本描述和区别：

☀️4.4.1 无线电波

无线电波是一种电磁波，其频率范围从约3 kHz至300 GHz。无线电波在无线通信中的应用非常广泛，包括但不限于以下领域：

• 广播电视：利用特定频段的无线电波发送音频和视频信号。
• 移动通信：手机和其他移动设备通过无线电波与基站通信，支持语音和数据服务。
• 无线网络：例如WiFi和蓝牙技术，使用2.4 GHz或5 GHz的无线电频段来实现设备间的数据交换。
• 卫星通信：使用较高频率的无线电波在地球和空间卫星之间传输数据。

无线电波的主要优点包括传输距离远、穿透力强和易于广播。然而，它们也可能受到物理障碍物（如建筑物）、天气条件和其他无线电频率的干扰。

☀️4.4.2 红外光波

红外光波是一种较短的电磁波，波长范围从大约700 nm到1 mm，位于可见光的红色端和微波之间。红外通信具有如下特点：

• 直线传输：红外信号通常要求发射器和接收器之间有直接的视线路径。
• 应用实例：遥控器通常使用红外信号来控制电视、空调等家用电器。
• 数据传输：某些类型的短距离数据传输，如早期的IrDA（红外数据协会）标准，允许设备之间通过红外线进行无线数据交换。

红外通信的主要优点是成本低廉且相对安全，因为信号不易穿过墙壁等障碍物，从而减少了数据泄露的风险。但它的缺点是传输距离短且需要无障碍的直线路径。

☀️4.4.3 应用选择建议

• 无线电波适用于需要长距离通信或没有直接视线路径的应用，如移动电话网络、广播和卫星通信。
• 红外光波更适合安全性要求较高且传输距离较短的环境，如室内遥控和某些个人设备的数据传输。

无线信道的选择依赖于具体的应用需求，包括传输距离、环境、成本和安全性等因素。

我正在参与2024腾讯技术创作特训营最新征文，快来和我瓜分大奖！