网络工程师之路_第二章|常见网络接口与线缆

    本章将围绕 Quidway 系列路由器讨论各种常见网络物理接口与线缆的相关内容，包括常见的接口规范、线缆的类型以及其一般机械特性、电气特性、传输特性以及使用注意事项等等。

    2.1 培训目标

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    2.2 典型网络模型
    
    2.2.1 网络模型

    
🦷💈🍟🆗🐡‌    一个简单明了的网络模型：一个局域网中的某个用户希望利用己有的公共网络资源，与远端的另一个局域网中的某台主机通信时，通过与本局域网相连的广域网边缘设备进入广域网，经由广域网到达与另一台主机所在的局域网相连的边缘设备，从而与目的主机之间建立通信。
    
    这里我们关注的重点就是这种广域网边缘设备。
    
    常见的广域网边缘设备包括各类路由器、ATM接入交换机等等。
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    2.2.2 广域网边缘设备


    广域网边缘设备承担着连接局域网与广域网的重要任务，它将同时属于局域网和广域网，可知，就边缘设备而言，局域网接口，广域网接口这二者缺一不可。另外，出于此种设备应用的灵活性，其本地配置接口也是不可缺少的。下面的内容中我们将逐一进行讨论。

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    2.3 局域网
    
    2.3.1 常见局域网类型
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    局域网，Local Area Network，简称LAN，和广域网区别有如下三个方面的特征：
    
    (1)范围
    (2)传输技术👮‍♂️‏👠🔑🤤✍
    (3)拓扑结构
    
    就范围来讲，局域网一般覆盖的范围较小，通常是处于同一建筑，同一所大学或方圆几公里以内的专用网络。
    
    就传输技术而言，LAN通常使用这样一种传输技术，所有的机器连接到一条电缆上，通过广播的方式进行通信。广播式LAN有多种拓扑结构，一般多数网络使用以下两种：
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    总线型网络：突出的例子就是以太网和令牌总线网。这种网络中，任意时刻都只有一台机器是主站并可进行发送，其他机器则不能发送。当两台或更多机器都想发送信息时，就需要一种仲裁机制来解决冲突，这种机制可以是集中式的，也可以是分布式的。不同的网络使用的机制和实现方法不尽相同。
    
    环网：突出的例子就是IBM令牌环网。在环中，每个比特独自在网内传播而不必等待他所在的分组里的其他比特。也需要某种机制来仲裁对网络的同时访问。
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    另外，目前正迅速发展的交换式LAN采用了星型拓扑结构。

    2.3.2 以太网的物理接口类型

    

👵‍🩰🪝🤐💪

    以太网是一种基于总线型拓扑结构的网络，使用分布式仲裁机制来解决冲突。速度有10Mbps、100Mbps和1000Mbps三种。
    
    IEEE 802.3 主要确定了以太网各项标准及规范。
    
    以太网上的计算机任何时候都可以发送信息，但发送之前都需先检测网络是否空闲，即“侦听”，如果某时刻有两个或者更多的分组发生冲突，则检测到冲突欲发送数据的计算机就都需等待一段时间，即“回退”，然后再次试图发送。这就是以太网技术必须提到的CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)机制。
👎⛴☣🐒‌    
    显然，随着同一网络上的计算机数目的増加，以太网的效率会降低。同时，随着网络带宽的増大和电缆长度值的増大，(在帧长度不变的条件下)以太网的效率也会降低。

    2.3.3 10M以太网

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    10Mbps以太网即标准以太网，由IEEE 802.3 定义，同一公共通信信道上的所有用户共享这个带宽，这个公共信道称为总线。在交换式LAN中，每个交换式端口都是一个以太网总线，采用星型拓扑结构。这种连接方式下将有可能提供全双工的连接，此时，将提供20Mbps的总带宽。
    
    根据IEEE 802.3的规定，10M以太网目前广泛使用的线缆有：10Base-T双绞线、10Base5粗同轴电缆以及10Base2细同轴电缆。
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    10Base5 粗同轴电缆采用插入式分接头，表示的意思是：工作速率为10Mb/s,采用基带信号，最大支持段长为500m，最多段数为100。10Base5粗同轴电缆线径较粗，不易弯曲，安装非常不便。
    
    10Base2细同轴电缆接头采用工业标准的BNC连接器组成T型插座，使用灵活可靠性高，价格也较便宜，但使用范围只有200米，每一段内仅能使用30台计算机，段数最高为30。
    
    10Base-T是目前使用最为广泛的一种以太网电缆标准。它具有一个显著优势就是易于扩展，维护简单，价格低廉，一个集线器加上几根10Base-T电缆，就能构成一个实用的小型局域网(当然还得有计算机)，10Base-T的缺点是：

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    电缆的最大有效传输距离是距集线器100m,即使是高质量的5类双绞线也只能达到150m。

    10Base-T 的物理介质

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    双绞线(Twisted pair)，收发各由两条拧在一起并相互绝缘的铜线组成。
    
    两条线拧在一起可以减少线间的电磁干扰。
    👴‌🧢📟🥱👄
    3类到6类双绞线在塑料外壳内均有这样的四对线缆，区别主要在于类数越高的双绞线，单位长度内的绞环数越多，拧得越紧，这使得5类或者6类双绞线的交感更少并且在更长的距离上信号质量更好，更适用于高速计算机通信。

    双绞线连接器


🙏🎢🍚🆚🐥‍    双绞线连接器一般都使用 RJ-45 连接器(如上图)。

    5 类双绞线的线序

    👦‎🩳⌨🤩👁
    5 类双绞线由8芯细线组成，利用细线外绝缘层上的颜色进行分组标识。通常利用单色和单色加上白色作为成对标识，也有利用色点成对进行标识的。直连网线和级连网线的线序如图所示。图中各线画法仅为说明两端的线序关系，实际双绞电缆线芯都是成对拧绞在一起的。

    2.3.4 快速以太网

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    快速以太网由IEEE 802.3u标准定义，基本与标准以太网相同，但速度比标准以太网快十倍。快速以太网的速度是通过提高时钟频率和使用不同的编码方式获得的。其传输方案最常用的便是100Base-T，100Base-T又包括100Base-TX和100Base-T4，100Base-T4是一种3类双绞线方案，不支持全双工，目前最广泛使用的都是100Base-TX，此方案需使用5类以上双绞线，时钟信号处理速率高达125MHz。
    
    100Base-FX使用一对多模或者单模光纤，使用多模光纤的时候，计算机到集线器之间的距离最大可到两公里，使用单模光纤时最大可达十公里。
    
    快速以太网还提供全双工通信，总带宽达到200Mbps。全双工快速以太网仅在使用光纤或某些双绞线介质的点对点链路有效，因为每个带宽为100Mbps的信道都需要独立的线来支持。👦‏👚🪝🙄🖕
    
    快速以太网有自动协商的功能，能够自动适应电缆两端最高可用的通信速率，能方便的与10M以太网连接通信。

    2.3.5 千兆以太网
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    千兆以太网保留了传统以太网的大部分简单特征，以1000Mbps /2000Mbps的带宽提供半双工/全双工通信。千兆以太网对电缆的长度的要求更为严厉，多模光纤的长度至多为500米，5类双绞线为100米。
    
    IEEE 802.3z标准定义了千兆以太网，IEEE 802.3ab标准专门定义了双绞线上的千兆以太网规范，两者都是802.3标准的补充。
    

👏🏠🥛©🦦‌

    由于高速数据速率定时的限制，在同一冲突域中，千兆以太网不允许中继器的互连。
    
    千兆以太网有自动协商的功能，但仅限于协商半双工或全双工流量控制，确定是否支持控制帧，不能与低速以太网之间协商速率。

    2.3.6 局域网小结🧑‍💻‎🩳✒🥲💅


    2.4 广域网

    2.4.1 广域网的类型
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    广域网( Wide Area Network )是一种跨越大的地域的网络。目前有多种公共广域网络，按其提供业务的带宽的不同，可简单的分为窄带广域网和宽带广域网两大类。

    窄带广域网的类型

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    现有的窄带公共网络包括PSTN公共交换电话网、ISDN综合数字业务网、DDN、X.25网、FrameRelay帧中继网等。
    
    PSTN可能是我们接触最多的公共窄带网络，目前主要提供电话和传真业务，通过调制解调器可以完成一些有限的数据传输业务。

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    ISDN综合业务数字网将在本章后面小节专门介绍。
    
    DDN即数字数据网，是一种广泛使用的基于点对点连接的窄带公共数据网络。
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    X.25网是一种国际通用的标准广域网，在很多地区，X.25是唯一可用的WAN技术，在欧洲非常流行。内置的差错纠正、流量控制和丢包重传机制，使之具有高度的可靠性，适于长途噪声线路。最大速率仅为有限的64Kbps，使之可提供的业务非常有限。沿途每个节点都要重组包，使得数据的吞吐率很低，包时延较大。X.25显然不适于传输质量好的信道。
    
    Frame Relay帧中继是一种应用很广的服务，采用E-1电路，速率可从64K到2兆，速率较快，它减少了差错检测，充分利用了如今广域网连接中比较简洁的信令。中间节点的延迟比X.25网小得多。帧中继的帧长度可变，可以方便的适应LAN中的任何包或帧，提供了对用户的透明性。帧中继容易受到网络拥挤的影响，对于时间敏感的实时通信没有特殊的保障措施，当线路收到噪声干扰时，将引起包的重传。

    宽带广域网的类型
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    ATM即异步传输模式，为在交换式WAN或LAN骨干网以及高速传输数据提供了通用的通信机制，它同时支持多种数据类型(话音、视频、文本等)。与传统WAN不同，ATM是一种面向连接的技术，在开始通信之前，将首先建立端到端的连接。ATM—个最突出的优势之一，就是支持QoS(Quality of Service)。
    
    SDH是目前应用最广的光传输网络，带宽宽，抗干扰性强，可扩展性较强。👩‌🧥💰😫

    2.4.2 窄带接入方式

    
    在以下的窄带WAN接入方式内容中，我们将介绍以下几种接口规程:
👍🏫🍞🈚🦬‌
    V.24规程
    V.35规程
    BRI接口规程
    PRI接口规程

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    以上是目前使用最多的窄带接口规程。#362:

    2.4.3 V.24接口规程

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    V.24接口规程的介绍中，将以Qmdway系列路由器的常用接口为例从机械特性、电气特性、常用控制信号、传输速率、传输距离和接口电缆六个方面来讲解。这几个方面也是其它规程所关心的重要内容之一。

    V.24 接口规程的机械特性
🥷‍👗🪓🤑🤌

    机械规程包括对接口的物理管脚数目、排列定义以及标准尺寸等方面的定义。
    
    Quidway系列路由器使用V.24接口电缆外观如图所示，路由器端为DB50专用插头，外接端是标准DB25接头，符合EIA-RS-232接口标准，电缆可以工作在同步和异步两种方式下，所以既可以与普通的模拟Modem、ISDN终端适配器等以拨号方式进行异步连接，也可以连接基带Modem进行同步连接。异步工作方式下，封装链路层协议PPP，支持网络层协议IP和IPX，最高传输速率是115200bps，同步方式下，可以封装X.25、帧中继、PPP、HDLC、SLIP和LAPB等链路层协议，支持IP和IPX，而最高传输速率仅为64000bps。
    🧑‍🌾‌🎩🪓🤐🤝
    V.24电缆接口分DCE和DTE两侧，分别对应数据电路端接设备(网络侧)和数据终端设备(用户侧)。对应的DCE侧为插座(25孔)，DTE侧为插头(25针)。通信的双方相对而言，路由器属于DTE侧设备，各种Modem、ISDN终端适配器等则属于DCE设备。
    
    本图所示为Quidway系列路由器V.24DTE广域网电缆。

    V.24 接口规程的机械特性(续)
🤳🗺🍽☣🐖‏

    本图所示为 Quidway 系列路由器 V.24 DCE 广域网电缆，外接网络端为 25 孔插头。
    
    V.24 接口规程的电气特性🧑‍💻‌🩴🛏😒🤛


    V.24规程所规定的接口的电气特性需符合EIA-RS-232电气标准，其电平定义如下：
    
    在TxD 和RxD 数据上：
✋🌡🦀☣🐋‌    逻辑1(MARK)= -3~-15伏；
    逻辑0(SPACE)= +3~+15伏；
    
    在RTS、CTS、DSR、STR和DCD等控制线上：
    🧑‍🌾‍👗⌨😶🖐
    信号有效(接通、ON状态正电压)= +3+15伏
    信号无效(断开、OFF状态、负电压)= -3-15伏；
    
    一个明显的区别，RS-232电平标准使用了较TTL电平高得多的电压值，在收发数据引脚上使用了负逻辑。

👊🎠🌰™🦄‍    V.24 电缆的传输速率


    V.24电缆在同步工作方式下的最大传输速率为：64000bps；异步工作方式下，最大传输速率为115200bps。
    
👎🎠🌰➡🐤‍    从前面的介绍可以看到，RS-232电平与普通TTL电平存在很大的区别，快速的电平转换成为一个问题。目前，硬件的电平转换速率主要限制了其最大传输速率。
    
    V.24电缆的传输距离


👌🌞🔪🉑🐂‌    以上图示为IEEE(电气与电子工程师协会)提供的V.24电缆异步方式下以各种波特率传输数据的标准传输距离，实际情况中，由于使用环境的差别，其传输距离的极限将不尽相同，实际测试表明，本表所给出的数据略偏保守。
    
    路由器上使用的V.24规程电缆总述

🧒‏👠🖌🤳

    符合V.24规程的接口及电缆在通信、计算机系统中使用的非常广泛，从计算机串口到路由器的广域网口，都有它的身影。在路由器上，主要出现在以下几种接口电缆之中：
    
    WAN 广域网接口
    AUX 备份接口
    8AS 八异步串行接口
👂🚐🥛💲🐋‎    Console 控制台接口
    
    应用于广域网口的V.24电缆在前面的内容中己经介绍过了，下面将介绍其他三种接口电缆。

    AUX 口电缆

👀🌞🥩🈴🦟‎

    备份接口(AUX)电缆，路由器作为DTE设备，采用标准RS-232电平，路由器端采用RJ-45插座，与Modem的DB-25或DB-9插座相连。连接电缆与控制台接口电缆相同；是一根8芯的屏蔽双绞线，一端压接的是RJ-45水晶插头；另一端分别是一个DB-25(针)插头和一个DB-9(针)插头，与DCE设备的DB-25(孔)或DB-9(孔)插座对应。
    
    AUX口是一个标准异步口，通常用于连接Modem或ISDN终端适配器作为备份接口使用，也可以接一个Modem，作为一个远程配置接口。👩‌🦺📠🤖✍

    8AS——八异步串行口电缆

    
    八异步串口是QuidwayR 2509/2511以及华为公司其他中/高端路由器可选的接口，配合该接口的电缆俗称“八爪鱼”，路由器端为一68针插头，外接端被分为八个标准RS-232异步串行口，如果与八个模拟Modem配合，连接八根电话线，就可以组建一个小型的接入服务网络，可以允许八个用户使用Modem通过PSTN拨号同时登录到本地路由器所在的局域网，或者经由此路由器访问外部的Internet。🧑‍🎤‍👚🖌😷👎
    
    另外，注意到每个串行口均为标准的RS-232接口，联系到很多其它网络设备的配置口一般也为RS-232串行口，不难想到，用一台QuidwayR 2509/2511作为其它网络设备的远程带外配置中心也是个不错的网管方案。

    Console 口——串口控制台电缆
‌👔🪗🙃🤌

    控制台接口，即Console口，路由器作为DCE设备，采用标准RS-232电平，路由器端采用RJ-45插座，与计算机25芯或9芯串行口相连。连接电缆采用一根8芯的屏蔽双绞线，一端是压接的是RJ-45水晶插头；另一端与计算机串口相连，分别有一个DB-9(孔)和DB-25(孔)RS-232插头。
    
    Console口是对路由器进行配置使用的主要接口。
👳‌🥾📏👻🤌
    2.4.4 V.35 接口规程


    V.35接口规程的介绍中，同样的将以Qmdway系列路由器的常用接口为例，从其机械特性、电气特性、常用控制信号、传输速率、传输距离和接口电缆六个方面来讲解。
    

👂🚤🥩🅱🐅‏

    V.35 规程的机械特性

    
    V.35电缆的接口特性严格遵照EIA/TIA-V.35标准。路由器端为DB50接头，外接网络端为34针接头，也分DCE和DTE两种，对应的DCE侧为插座(34孔)，DTE侧为插头(34针)。
    
🤳🌧🦀⁉🦌‍    V.35电缆一般只用于同步方式传输数据，可以在接口封装X.25、帧中继、PPP、SLIP、LAPB等链路层协议，支持网络层协议IP和IPX。V.35电缆通
    
    常用于路由器与基带Modem的连接之中，此方式下，与使用V.24电缆相同，路由器总是处在DTE侧。
    
    本图所示为DTE电缆示意，DCE电缆示意图略。👨‍🚒‌🩰📮🥲👊

    V.35规程的电气特性

    
    V.35规程定义了V.35电缆接口的电气特性。就电平标准而言，V.35接口同时符合EIA-RS-232电平和V.35电平标准。在V.35电缆接口上，不同功能定义的引脚的电气特性是不一样的，其中，控制信号电平符合RS-232电平，数据与时钟电平则符合V.35电平。

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    一般认为，V.35电平的标准电压使用±0.5伏，RS-232电平的电压使用±12V，对重要的但相对速率要求不是很高的控制信号使用幅值更高更不易出错的电平，对要求速率第一的数据等采用幅值低得多的电平，这是V.35接口规程考虑网络的速率和稳健性时的一个巧妙而折衷的办法。

    V.35 电缆的传输速率

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    V.35 电缆传输（同步方式下）的公认最高速率是2048000bps（2Mbps）。与 V.24 规程不同，V.35 电缆的最高传输速率主要受限于广泛的使用习惯，虽然从理论上 V.35 电缆速率可以超过 2M 到 4M 或者更高，但就目前来说，没有网络营运商在 V.35 接口上提供这种带宽的服务。

    V.35 电缆的传输距离
    

👍🚗🧊📶🐥‏

    以上图示为IEEE提供的V.35电缆在同步工作方式下以各种波特率传输数据的标准传输距离，实际情况中，由于使用环境的差别，其传输距离的极限将不尽相同，实际测试表明，本表所给出的数据略偏保守。

    V.35/V.24 的主要控制信号

👏🎢🥭☪🐡‏
    以下是V.24及V.35规程中几个常见然而重要的控制信号的说明：
    
    DTR(Data terminal ready，数据终端准备好)
    DSR(Data Set Ready数据准备好)
🙏🔥🥣➡🦮‎    
    主要用于传输设备之间的协商信息。
    
    DCD(Data Carrier Detect数据载体检测)
    🥷‌🩴🩸😘🤛
    用于设备检测当前的链路状态。
    
    RTS(request to send请求发送)
    CTS(clear to send清除发送)
    

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    非常重要的数据流控信号，在很多接口规程中都可以看到。
    
    无论是在V.24还是V.35接口规程中，这些控制信号对应的引脚都遵从RS-232电平标准。
    
    2.4.5 ISDN 综合业务数字网

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    综合业务数字网(Integrated Services Digital Network，简称ISDN)是自70年代发展起来的一种新兴技术。提供从终端用户到终端用户的全数字服务，实现了语音、数据、图形、视频等综合业务的一个全数字化传递方式。
    
    Quidway R1600系列路由器各提供了一个BRI接口，相当于内置了一个ISDN终端适配器，可以方便的通过ISDN专线与远端进行通信，也可以作为一个桥梁将一个局域网接入到Internet。👴‏👚🛏🤮🤞

    QuidwayR1600系列路由器中包括QuidwayR1603S/T接口路由器和QuidwayR1604U接口路由器，分别适应不同电信网络的规范。在中国采用S/T接口规范，所以中国用户应选用QuidwayR1603路由器。连接时，S/T口的R1603路由器需通过一个NT1再与ISDN线相连，U口的R1604则可以直接连接ISDN线路使用。BRI接口(S/T)也使用RJ-45水晶头连接器，但实际只使用了其中的四芯，U口的R1604可不通过NT1,直接与两芯的ISDN用户线相连。
    
    BRI接口规程定制的带宽为2B+D,共128Kbps。
    
🤞🔪♊🕊‏    ISDN BRI接口缺省封装链路层协议为PPP，支持IP和IPX等网络层协议。
    
    Quidway R4000系列路由器(其他中高端路由器选配)各提供了一个CE1/PRI接口，下面将对这种接口进行介绍。

    CE1/PRI 接口🧓‏🦺💉😂✍


    CE1/PRI接口在华为Quidway系列路由器中一般可见于R4001或各种中高端路由器的接口配置中。从CE1/PRI接口的这个名字就不难推断，该接口可以承载CE1和PRI这两种不同接口规程的数据传输任务。
    
    对应于CE1封装，大多数用于与DDN节点机的连接，最多可以支持同时划分为31个64K的逻辑接口，用于DDN连接，当然，按照实际需要，也可以通过捆绑多个时隙作为一个接口使用(channel-group)的方法，这样可以灵活的配置每条连接的带宽(必然是64K的整数倍)。可以使用的时隙范围为1~31，时隙0用于系统同步，不能用于数据传输。每一个逻辑接口特性均与同步串口相同，支持PPP、帧中继、LAPB和X.25等链路层协议，支持IP和IPX等网络层协议。

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    对应于PRI封装，主要用于作为ISDN用户的接入服务，PRI接口最多可以同时接入30位ISDN单B用户，或者15位双B用户。与R2509或R2511对应，R4001可以作为一个经济的小型数字用户接入服务器使用。

    CE1/PEI 接口（续）

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    PRI能使用32个时隙中的30个，另外的0时隙用于系统同步，15时隙用作D信道传输信令，不能随便使用。需要注意的是，PRI封装只能捆绑出一个接口(PRI-GROUP)，此接口未捆绑的时隙将不能使用。PRI-GROUP的逻辑特性与ISDN拨号口相同，支持PPP链路层协议和IP/IPX等网络层协议，可以封装DDR等参数。
    
    路由器CE1/PRI接口端为DB-15(针式)连接器，在网络端分别是BNC头或RJ-45水晶头连接器。上页图示为网络端为BNC头的CE1/PRI电缆。
    🧓‏👚📀😃💅
    PRI接口能提供的总带宽为30B+D，共2048Kbps。
    
    本页图示为外接网络端为RJ-45连接器的CE1/PRI电缆。
    
    介质电缆使用120欧平衡屏蔽双绞线。🧑‍⚕️‏🎩🗑🙂✋
    
    注：配置CE1/PRI接口时，需注意其帧校验方式、线路编解码格式和线路时钟的设置应与对端保持一致。
    
    现在，一般都使用下图所示的75欧铜轴电缆到120欧屏蔽双绞线的转换适配器来连接使用RJ-45连接器的CE1/PRI电缆。

🤛⛵🥑🅰🐙‏    CE1/PEI接口(续)

    
    本图为75欧BNC同轴电缆到120欧平衡屏蔽双绞线的转接适配器示意。
‌🩴🪓👻👊
    2.4.6宽带接入方式

    
    ATM接口是Quidway系列高端路由器才具有的特殊接口，用以连接基于ATM传输技术的宽带网络。ATM即Asynchronous Transfer Mode异步传输模式的英文缩写。ATM接口一般使用带宽155Mbps(OC-3)或622M(OC-12)的单/多模光纤作为传输介质，具有带宽宽(还可以成倍扩展)，传输距离远，不易受电磁干扰等多方面的优点，发展潜力巨大。
    

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    ATM接口在Quidway系列高端路由器中以可选模块的方式出现。
    
    SDH——Synchronous Digital Hierarchy同步数字系列的英文缩写，现多用于底层物理传输，是目前使用最多的光传输网络。

    2.5 本章重点
👁⛪🍚♏🦠‏

    本章掌握的重点如下：
    
    常见局域网：以太网，令牌环网使用的传输介质类型；👳‎🧥🔋🥲🤛
    V.24、V.35 接口规程定义的物理特性，传输特性；
    V.24、V.35 接口几种常见控制信号的作用与意义；
    Quidway 系列路由器各接口使用的电缆类型。

    下一章：以太网交换机基础

🧑‍🌾‎🥼📬💀🦴