【计算机网络】第五话·物理层的底层设备❥超详解

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Hello大家好啊，我是kikokingzz，名字太长不好记，大家可以叫我kiko哦～

从今天开始，我将正式开启一个新的打卡专题——【计算机网络·宇宙计划】，没错！这是今年上半年的一整个系列计划！本专题目的是通过百天刷题计划，通过题目和知识点串联的方式，刷够1000道题！完成对计算机网络相关知识的全方位复习和巩固；同时还配有专门的笔记总结和文档教程哦！想要搞定，搞透计算机网络的同学

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【计算机网络】第一话·计算机网络的基本概念

【计算机网络】第二话·计算机网络的体系结构

【计算机网络】第三话·浅谈OSI和TCP/IP模型

【计算机网络】第四话·深入理解物理层の细节

目录

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​知识点5：物理层相关的硬件设施

5.1 最底层的传输介质

1.传输介质及分类

2.导向性传输介质

3.非导向性传输介质

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5.2 物理层设备

1.中继器（转发器）

2.集线器

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热爱所热爱的， 学习伴随终生，kikokingzz与你同在！❥(^_-)

知识点5：物理层相关的硬件设施

5.1 最底层的传输介质

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1.传输介质及分类

Q1：什么是传输介质？

A1：传输介质也称传输媒体/传输媒介，它是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。

Q2：为什么大标题是“最底层”的传输介质，而不是物理层的传输介质？

A2：因为传输介质不属于物理层，传输媒体在物理层的下面，因为物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为0层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。但物理层规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。

Q3：传输介质有哪些分类？

A3：传输介质可分为导向传输介质和非导向传输介质：

• 导向传输介质：电磁波被导向沿着固体媒介（双绞线、光纤）传播。
• 非导向传输介质：电磁波可以自由传播，介质可以是空气、真空、海水等。

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2.导向性传输介质

（1）双绞线

Q1：什么是双绞线？

A1：双绞线是最常用的古老传输介质，它由两根采用一定规则并排绞合的、相互绝缘的铜导线组成。

Q2：铜线为何要绞合？

A2：信号的传输方式是电流，电流会产生电磁场，对周围的的线路造成干扰，且干扰会随着线路的长度而增强。而在双绞线中，两根导线会传输幅值相同，极性相反的信号，这样一来，由于大小相等、极性相反，一条导线所产生的干扰就会与另一条导线所产生的干扰相互抵消，接收到的就是未被干扰的纯净信号。

Q3：如何提高双绞线的抗干扰能力？

A3：为了进一步提高抗电磁干扰的能力，可在双绞线的外面再加上一层，即用金属丝编织成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线(STP)，无屏蔽层的双绞线称为非屏蔽双绞线(UTP)。

073.双绞线是用两根绝缘导线绞合而成的，绞合的目的是（ ）。
A.减少干扰
B.提高传输速度
C.增大传输距离
D.增大抗拉强度

kiko：绞合可以减少两根导线相互的电磁干扰；因此选A。

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（2）同轴电缆

Q1：什么是同轴电缆？

A1：同轴电缆由内导体、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料外层构成，如下图所示。由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有良好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据，其传输距离更远，但价格较双绞线贵。

Q2：同轴电缆有哪些分类？

A2：按特性阻抗数值的不同，通常将同轴电缆分为两类:50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆：

• 50Ω同轴电缆：用于传送基带数字信号，又称基带同轴电缆，它在局域网中应用广泛。
• 75Ω同轴电缆：用于传送宽带信号，又称宽带同轴电缆，主要用于有线电视系统。

Q3：同轴电缆V/S双绞线

A3：由于外导体屏蔽层的作用,同轴电缆抗干扰特性比双绞线好，被广泛用于传输较高速率的数据，其传输距离更远，但价格较双绞线贵。

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074.题目难度 ⭐️⭐️

074.同轴电缆比双绞线的传输速率更快，得益于（ ）。
A.同轴电缆的铜心比双绞线粗，能通过更大的电流
B.同轴电缆的阻抗比较标准，减少了信号的衰减
C.同轴电缆具有更高的屏蔽性，同时有更好的抗噪声性
D.以上都正确

详细题解：

同轴电缆以硬铜线为心,外面包一层绝缘材料,绝缘材料的外面再包围一层密织的网状导体,导体的外面又覆盖一层保护性的塑料外壳。这种结构使得它具有更高的屏蔽性，从而既有很高的带宽，又有很好的抗噪性。因此同轴电缆的带宽更高得益于它的高屏蔽性。

✅正确答案：C

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（3）光纤

Q1：什么是光纤？

A1：光纤通信就是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲来进行通信。有光脉冲表示1，无光脉冲表示0。可见光的频率约为MHz，因此光纤通信系统的带宽范围极大。

Q2：光纤的结构组成的细节有哪些？

A2：光纤主要由纤芯和包层构成（见图2.9)，纤芯很细，其直径只有8至，光波通过纤芯进行传导，包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此，只要入射角大于某个临界角度，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯，这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。

Q3：光纤的种类有哪些？

A3：光纤的种类按光纤中传输的光线数目分为多模光纤和单模光纤：

多模光纤：利用光的全反射特性，可以将从不同角度入射的多条光线在一根光纤中传输，这种光纤称为多模光纤（如上图)。

多模光纤的光源为发光二极管。光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽,造成失真，因此多模光纤只适合于近距离传输。

单模光纤：光纤的直径减小到只有一个光的波长时，光纤就像一根波导那样，可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射，这样的光纤就是单模光纤。单模光纤的纤芯很细，直径只有几微米，制造成本较高。

单模光纤的光源为定向性很好的半导体激光器，因此单模光纤的衰减较小，可传输数公里甚至数十千米而不必采用中继器，适合远距离传输。

Q4：光纤相比其他传输介质有何优点？

A4：光纤不仅具有通信容量非常大的优点，还具有如下特点：

• 1.传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
• 2.抗雷电和电磁干扰性能好。
• 3.无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。
• 4.体积小，重量轻。

75.多模光纤传输光信号的原理是（ ）。
A.光的折射特性
B.光的发射特性
C.光的全反射特性
D.光的绕射特性

kiko：多模光纤传输光信号的原理是光的全反射特性；因此选C。

76.以下关于单模光纤的说法中，正确的是（ ）。
A.光纤越粗，数据传输速率越高
B.如果光纤的直径减小到只有光的一个波长大小，那么光沿直线传播
C.光源是发光二极管或激光
D.光纤是中空的

kiko：光纤的直径减小到与光线的一个波长相同时，光纤就如同一个波导，光在其中没有反射，而沿直线传播，这就是单模光纤；因此选B。

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3.非导向性传输介质

（1）无线电波

无线电波具有较强的穿透能力，可以传输很长的距离，所以它被广泛应用于通信领域，如无线手机通信、计算机网络中的无线局域网（WLAN)等。因为无线电波使信号向所有方向散播，因此有效距离范围内的接收设备无须对准某个方向，就可与无线电波发射者进行通信连接，大大简化了通信连接。这也是无线电传输的最重要优点之一。

（2）微波

微波通信的频率较高，频段范围也很宽，载波频率通常为2一40GHz，因而通信信道的容量大。与通常的无线电波不同，微波通信的信号是沿直线传播的，因此在地面的传播距离有限，超过一定距离后就要用中继站来接力。

卫星通信利用地球同步卫星作为中继来转发微波信号，可以克服地面微波通信距离的限制。三颗相隔120°的同步卫星几乎能覆盖整个地球表面，因而基本能实现全球通信。卫星通信的优点是通信容量大、距离远、覆盖广，缺点是保密性差、端到端传播时延长。

（3）红外线、激光

目前高带宽的无线通信主要使用三种技术：微波、红外线和激光。它们都需要发送方和接收方之间存在一条视线(Line-of-sight）通路，有很强的方向性，都沿直线传播，有时统称这三者为视线介质。

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077.题目难度 ⭐️⭐️

77.下面关于卫星通信的说法，错误的是（ ）。
A.卫星通信的距离长，覆盖的范围广
B.使用卫星通信易于实现广播通信和多址通信
C.卫星通信的好处在于不受气候的影响，误码率很低
D.通信费用高、延时较大是卫星通信的不足之处

详细题解：

卫星通信的主要有以下特点：

优点：通信容量大；距离远；覆盖广；易于实现广播通信和多址通信。

缺点：传播时延长；受气候影响大；误码率较高；成本高。

✅正确答案：C 

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078.题目难度 ⭐️⭐️

078.不受电磁干扰和噪声影响的传输介质是（ ）。
A.屏蔽双绞线
B.非屏蔽双绞线
C.光纤
D.同轴电缆

详细题解：

光纤抗雷电和电磁干扰性能好，无串音干扰，保密性好。

✅正确答案：C

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079.题目难度 ⭐️⭐️

079.在电缆中采用屏蔽技术带来的好处主要是（ ）。
A.减少信号衰减
B.减少电磁干扰辐射
C.减少物理损坏
D.减少电缆的阻抗

详细题解：

屏蔽层的主要作用是提高电缆的抗干扰能力。

✅正确答案：B

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5.2 物理层设备

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1.中继器（转发器）

Q1：为什么会有中继器？

A1：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。

Q2：中继器有什么功能？

A2：中继器的主要功能是将信号整形并放大再转发出去，以消除信号经过一长段电缆后而产生的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需要的要求，进而扩大网络传输的距离。

080.转发器的作用是（ ）。
A.放大信号        B.转发帧        C.存储帧        D.寻址

kiko：中继器又称为转发器，主要作用是放大信号；因此选A。

Q3：中继器的原理是什么呢？

A3：其原理是信号再生（而非简单地将衰减的信号放大)。中继器有两个端口，数据从一个端口输入，再从另一个端口发出。端口仅作用于信号的电气部分，而不管是否有错误数据或不适于网段的数据。

Q3：中继器的两端连接细节有哪些？

A3：中继器两端的连接细节主要有三：

• 中继器两端连接的是网段而不是子网，使用中继器连接的几个网段仍然是一个局域网。中继器若出现故障，对相邻两个网段的工作都将产生影响。
• 中继器两端连接的网段一定要使用同一个协议，这是因为中继器没有存储转发功能。
• 中继器不能连接两个具有不同速率的局域网。

Q4：什么是5-4-3规则？

A4：在采用粗同轴电缆的10BASE5以太网规范中，互相串联的中继器的个数不能超过4个，而且用4个中继器串联的5段通信介质中只有3段可以挂接计算机;其余两段只能用作扩展通信范围的链路段，不能挂接计算机。这就是所谓的“5-4-3规则”。

Q5：为什么会有5-4-3规则？

A5：从理论上讲，中继器的使用数目是无限的，网络因而也可以无限延长。但事实上这不可能，因为网络标准中对信号的延迟范围做了具体的规定，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。

081.在粗缆以太网中可通过中继器扩充网段，中继器最多可有（ ）。
A.3个
B.4个
C.5个
D.无限个

kiko：中继器或集线器有“5-4-3规则"，其中“5”表示5个网段，“4”表示4个中继器或集线器，“3”表示3个网段为主机段。也就是说，在一个由中继器或集线器互联的网络中，任意发送方和接收方最多只能经过4个中继器、5个网段；因此选B。

Q6：中继器与放大器有什么区别？

A6：放大器和中继器都起放大作用，只不过放大器放大的是模拟信号，原理是将衰减的信号放大，而中继器放大的是数字信号，原理是将衰减的信号整形再生。

082.为了使数字信号传输得更远，可采用的设备是（ ）。
A.中继器
B.放大器
C.网桥
D.路由器

kiko：放大器通常用于远距离地传输模拟信号，它同时也会放大噪声，引起失真。中继器用于数字信号的传输，其工作原理是信号再生，因此会减少失真。网桥用来连接两个网段以扩展物理网络的覆盖范围。路由器是网络层的互联设备，可以实现不同网络的互联；综上应当选A。

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2.集线器

Q1：集线器有什么功能？

A1：集线器（Hub）实质上是一个多端口的中继器。它对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，接着转发到其他所有（除输入端口外)处于工作状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备。

Q2：集线器工作时可能会出现什么问题？

A2：如果同时有两个或多个端口输入，那么输出时会发生冲突，致使这些数据都无效。

Q3：集线器两端连接细节有哪些？

A3：由集线器组成的网络是共享式网络，但逻辑上仍是一个总线网。Hub的每个端口连接的网络部分是同一个网络的不同网段。集线器只能在半双工状态下工作，网络的吞吐率因而受到限制。

083.一般来说，集线器连接的网络在拓扑结构上属于（ ）。
A.网状
B.树形
C.环形
D.星形

kiko：集线器的作用是将多个网络端口连接在一起，即以集线器为中心，所以使用它的网络在拓扑结构上属于星形结构；因此选D

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Q4：集线器可以分割冲突域吗？

A4：集线器连接的多台计算机必然会发生同时通信的情形，因此集线器不能分割冲突域，所有集线器的端口都属于同一个冲突域。

集线器在一个时钟周期中只能传输一组信息，如果一台集线器连接的机器数目较多，且多台机器经常需要同时通信，那么将导致信息碰撞，使得集线器的工作效率很差。比如，一个带宽为10Mb/s的集线器上连接了8台计算机，当这8台计算机同时工作时，每台计算机真正所拥有的带宽为10/8Mb/s = 1.25Mb/s。

084.若有5台计算机连接到一台 10Mb/s 的集线器上，则每台计算机分得的平均带宽为（ ）。
A.2Mb/s
B.5Mb/s
C.10Mb/s
D.50Mb/s

kiko：集线器以广播的方式将信号从除输入端口外的所有端口输出，因此任意时刻只能有一个端口的有效数据输入。因此，平均带宽的上限为(10Mb/s)/5 = 2Mb/s；因此选A。

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085.题目难度 ⭐️⭐️

085.用集线器连接的工作站集合（ ）。
A.同属一个冲突域，也同属一个广播域
B.不同属一个冲突域，但同属一个广播域
C.不同属一个冲突域，也不同属一个广播域
D.同属一个冲突域，但不同属一个广播域

详细题解：

冲突域：一个站点向另一个站点发出信号，除目的站点外，有多少站点能收到这个信息，这些站点就构成一个冲突域。

广播域：指网络中的某一设备同时向网络中所有的其它设备发送数据，这个数据所能广播到的范围即为广播域。

集线器把从一个端口收到的数据通过所有其他端口转发出去。集线器在物理层上扩大了物理网络的覆盖范围，但无法解决冲突域（第二层交换机可解决）与广播域（第三层交换机可解决）的问题，而且增大了冲突的概率。

✅正确答案：A

习题检测

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086.题目难度 ⭐️⭐️

086.下列关于物理层设备的叙述中，错误的是（ ）。
A.中继器仅作用于信号的电气部分
B.利用中继器来扩大网络传输距离的原理是它将衰减的信号进行了放大
C.集线器实质上相当于一个多端口的中继器
D.物理层设备连接的几个网段仍是一个局域网，且不能互连具有不同数据链路层协议的网段

详细题解：

中继器的原理是将衰减的信号再生，而不是放大，连接后的网段仍然属于同一个局域网。

✅正确答案：B

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087.题目难度 ⭐️⭐️

087.下列关于中继器和集线器的说法中，不正确的是（ ）。
A.二者都工作在OSI参考模型的物理层
B.二者都可以对信号进行放大和整形
C.通过中继器或集线器互联的网段数量不受限制
D.中继器通常只有2个端口，而集线器通常有4个或更多端口

详细题解：

中继器和集线器均工作在物理层，集线器本质上是一个多端口中继器，它们都能对信号进行放大和整形。因为中继器不仅传送有用信号，而且也传送噪音和冲突信号，因而互相串联的个数只能在规定的范围内进行，否则网络将不可用。注意“5-4-3规则”。

✅正确答案：C

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088.题目难度 ⭐️⭐️⭐️

088.两个网段在物理层进行互联时要求（ ）。
A.数据传输速率和数据链路层协议都可以不同
B.数据传输速率和数据链路层协议都要相同
C.数据传输速率要相同,但数据链路层协议可以不同
D.数据传输速率可以不同，但数据链路层协议要相同

详细题解：

网段：网段一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备（传输介质，中继器，集线器等）能够直接通讯的那一部分 。

物理层是OSI参考模型的第1层，它建立在物理通信介质的基础上,作为与通信介质的接口。在物理层互联时，各种网络的数据传输速率如果不同，那么可能出现以下两种情况:①发送方的速率高于接收方，接收方来不及接收导致溢出（因为物理层没有流量控制)，数据丢失。②接收方的速率高于发送方，不会出现数据丢失的情况，但效率极低。综上所述，数据传输速率必须相同。

另外，数据链路层协议可以不同。如果是在数据链路层互联，那么要求数据链路层协议也要相同，但本题要求在物理层互联，物理层是管不到数据链路层的，因为其位于数据链路层的下层。

注意：在物理层互联成功，只表明这两个网段之间可以互相传送物理层信号，但并不能保证可以互相传送数据链路层的帧；要达到在数据链路层互联互通的目的，则要求数据传输速率和数据链路层协议都相同。

✅正确答案：C

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089.题目难度 ⭐️⭐️

089.以太网遵循IEEE 802.3标准，用粗缆组网时每段的长度不能大于500m，超过500m时
就要分段，段间相连利用的是（ ）。
A．网络适配器           B.中继器        C.调制解调器        D.网关

详细题解：

网络适配器（网卡）：用于连接计算机与外界局域网。

调制解调器：发送端通过调制将数字信号转换为模拟信号；接收端通过解调将模拟信号转换为数字信号。

网关：在网络层以上实现网络的互联，是最复杂的网络互联设备，仅用于两个高层协议不同的网络互联。

中继器：主要功能是将信号复制、整形和放大再转发出去，切消除信可经过一长段电缆而造成的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需要的要求，进而扩大网络传输的距离，原理是信号再生，因此选B，其他三项显然有点大材小用。

✅正确答案：B

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090.题目难度 ⭐️⭐️

090.当集线器的一个端口收到数据后，将其（ ）。
A.从所有端口广播出去
B.从除输入端口外的所有端口广播出去
C.根据目的地址从合适的端口转发出去
D.随机选择一个端口转发出去

详细题解：

集线器没有寻址功能，从一个端口收到数据后，从其他所有端口转发出去。

✅正确答案：B

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