一、媒介决定两件事

常见媒介的差别集中在速率与段长：

第二列与第三列不是同一个方向的性能：双绞线跑到千兆已经够快了，但只能 100 米； 单模光纤速率高，但它的真正优势是几十公里。 所以「园区主干用光纤」多数时候是因为距离，不是因为带宽。 第三行那个「几十公里」是量级上的差别：铜缆的信号衰减是按米算的，光纤是按公里算的。 这就是为什么跨城链路只能走光纤——不是买不起更快的铜缆，是铜缆根本传不了那么远。

二、段长决定为什么要中继

信号在介质里会衰减，超过段长就认不出来：

第二行有个容易忽略的点：同一根线，速率越高衰减越严重， 所以 Cat5e 千兆只能 100 米，而 10BASE-T 也是 100 米——不是线不行，是规范留了余量。 这也是为什么「超五类跑万兆」在短距离内可行、超过几十米就不稳。 第三行那个「双绞」不是随便拧的：两根线绞在一起，干扰在两线上产生的电动势互相抵消， 绞得越密抗干扰越好。 这就是「五类／六类」的差别所在，不是铜更纯，是绞法更讲究。

三、数据链路是「一段一段」的

这一条是很多人对分层理解不到位的根源：

| 层 | 管到哪 | 范围 | |---|---| | 链路层 | 只管一段线 | 本网段 | | 网络层 | 管端到端 | 跨任意跳数 |

「数据链路」这个词里的「链路」就是一段：两台设备之间的一段物理连接。 所以以太网帧的源 MAC 与目的 MAC，在每一跳都会被改写—— 因为它们描述的是「这一跳」，不是「全程」。 而 IP 包的源与目的地址全程不变：它描述的是「两端」，不是「这一段」。 这就是为什么跨网段抓包时，帧头一直在变、IP 头一直不变。 看错这一点，会把「同一连接」误判成「不同连接」。 理解这一层区别，后面几节就顺了：中继器与交换机在同一段内工作，路由器负责把一段接到另一段。

四、动手 Demo：通信媒介不同，能力差多少

先读本机能拿到的媒介参数，再对照常见媒介的规范值。 本机读不到「介质类型」与「最大段长」，这两列只能是规范值。

import psutil, _netsim as N

st = psutil.net_if_stats()
for name, s in st.items():
    if s.isup:
        print('%-22s MTU %-6d %-6s %s'
              % (name[:22], s.mtu, s.speed, '在线'))

print()
for med, sp, seg in (('双绞线 Cat5e', '1000 Mbps', '100 米'),
                     ('多模光纤', '1~10 Gbps', '几百米'),
                     ('单模光纤', '10~100 Gbps', '几十公里')):
    print('%-16s %-16s %s' % (med, sp, seg))

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
通信媒介不同，能力差多少
--------------------------------------------------------------------
**媒介决定了两件事：能跑多快、能传多远。**下面把本机能读到的媒介参数列出来，
再对照常见媒介的规范值。

  接口                   MTU      速率Mbps     通
  ------------------------------------------------
  Loopback Pseudo-In     1500     1073         是
  WLAN                   1500     144          是

**本机能读到的只有「速率」与「MTU」**，读不到「介质类型」与「最大段长」。
下面这几个是常见媒介的规范值，不是本机实测：

  媒介                    典型速率                    最大段长
  -------------------------------------------------------------
  双绞线（Cat5e）         1000 Mbps                   100 米
  多模光纤                1~10 Gbps                   几百米
  单模光纤                10~100 Gbps                 几十公里
  Wi-Fi 5（802.11ac）     最高约 3.5 Gbps（理论）     几十米

**「最大段长」这一列是「为什么需要中继器」的答案**：**信号在介质里会衰减，超过段长就得再生一次。**
**光纤能传几十公里，是因为衰减极小**；**双绞线只能 100 米，是因为铜的衰减大。**

**所以「换成光纤」不只是为了快，更多是为了远**——
**园区网主干用光纤，往往是因为距离，不是因为带宽。**

本机能读到的只有「速率」与「MTU」两列：「介质类型」和「最大段长」读不到， 所以下面那张表全部是规范值，不是本机实测。 这一点要写清楚，不能把规范值冒充实测。 注意 Loopback 那行的速率显示 1073， 这是个无意义的数——回环是内存里的虚拟接口，根本没有物理速率，驱动随手填了一个值。 这类「看起来是数、其实是占位」的字段，读的时候要留神。 「最大段长」这一列是「为什么需要中继器」的答案：信号在介质里衰减，超过段长就得再生一次。 双绞线只能 100 米，是因为铜的衰减大；光纤能传几十公里，是因为衰减极小。

30 秒实验

1. 把本机的 speed 和你家宽带套餐比一下—— 网卡协商速率是「到路由器那一段」，不是「到互联网」的速率。
2. 查一下 Cat5e 与 Cat6 的差别，看是「绞距」还是「铜径」变了。
3. 想一下：为什么无线没有「最大段长」这个概念？

常见误区

1. 以为光纤就是为了快。 它的核心优势是距离：几十公里对 100 米，这是量级差别。
2. 以为链路层管全程。 它只管一段，所以帧头的 MAC 每一跳都在变，而 IP 头全程不变。
3. 以为「网卡速率 144 Mbps」就是你的网速。 那是协商速率，只代表「到路由器这一段」的上限。

下一节讲第一个设备：网卡——它把帧变成电信号，也把电信号变回帧。

• ☐ （本节完，下一节 1.9.2 网卡）

相关笔记

• 地址的层次性
• 网卡
• 📚 图解TCP／IP · 索引