第五章 计算机网络设备

1、 第5章 计算机网络设备5.1 网卡n概念：又称网络适配器，网络接口卡概念：又称网络适配器，网络接口卡。计算机与网络的接口，提供了计算机和网络缆线之间的物理接口。v1、实现局域网中传输介质的物理连接和电气连接v2、代表一个固定的地址v3、执行网络控制命令 网卡对传送的电信号进行电平匹配，传输的电信号由网卡接收后要转换为计算机所要求的逻辑电平，而网卡发送时，则要转换成传输规定在介质中传送的信号电平，用光缆连接的网卡，还要进行光电转换与电光转换，以接收光纤传送的信号和发送光信号。v4、实现OSI参考模型中的数据链路层功能 (1)对传输介质内信息传送方向的控制 (2)并/串数据转换 (3)传输错误检

2、测v5、对传送和接收的数据进行缓存 在高速主机并行发送并行发送和接收与传输介质中低速串行传送间起缓冲作用。 v6、按照OSI协议物理层传输的接口标准，实现规定的接口功能 网卡随网络结构不同而不同。例如有以太网卡、令牌环网卡、ATM网卡、FDDI网卡等。组建什么类型的网络，就用什么类型的网卡。 缓缓存存CPU从网络上收从网络上收到的待处理到的待处理数据数据网卡网卡nCPU周期性的不断检查网卡。(周期时间的长短对数据处理的影响。)n网卡通知CPU某个时间处理新来的数据，网卡的这种工作方式被称为中断请求。CPU接到申请后，通知DMA，将数据送入内存，CPU一旦空闲就会处理网卡上的数据。1、按总线的类

3、型分类 ISA总线型网卡(现在的计算机已不支持)、PCI总线型网卡、PCMCIA总线型网卡、USB网络适配器。(1) PCI总线型网卡 PCI总线型网卡常用于服务器和台式机。(2) PCMCIA总线型网卡 笔记本电脑使用的网线，扑克牌般大小。(3) USB网络适配器 USB是一种新型的总线技术其传输速率远远大于传统的并行口和串行口，设备安装简单又支持热插拔。USB网络适配器，其实是一种外置式网卡，连接在USB接口上。2、按网络类型分类 以太网卡、令牌环网卡和ATM网卡等。3、按网卡的连接头分类 网卡的连接头是为了连接不同的线缆而设计的，它分为几类：(1)BNC连接头：适用于连接细同轴电缆(2)

4、RJ-45连接头：适用于连接UTP(非屏蔽双绞线)(3)AUI连接头：适用于连接粗同轴电缆(4)无线网卡：通过无线电传输网络信号，需要专用的无线集线器设备支持。(5)光纤网卡：用于连接光纤。4、按传输速率分类 网卡按其传输速率分为10Mbps网卡、 100Mbps网卡、 1000Mbps网卡10/100Mbps网卡(目前常用目前常用)、10/100/1000Mbps自适应网卡。 网卡的选择(1)选择性价比高的网卡(2)根据组网类型选择网卡 在选网卡之前应明确需要组建的局域网是通过什么介质连接的、数据传输的容量和要求等因素。 (3)根据工作站选择合适总线类型的网卡 总线的性能直接决定从服务器内存

5、和硬盘向网卡传递信息的效率。(4)根据使用环境选择网卡 在选网卡之前应明确需要组建的局域网是通过什么介质连接的、数据传输的容量和要求等。(5)根据特殊要求选择网卡 组建的局域网要实现远程控制功能。 网卡用于笔记本电脑，选择带有低功耗功能的网卡，以节省电量。(1)关机，将机器后方的各种插头和连线拆除。(2)将主机外壳的螺丝卸下，再将外壳卸下。(3)确认网卡的总线接口。目前大部分网卡为PCI总线。(4)在主板上找到相应的空闲插槽。(5)在机壳后方对应插槽位置上将阻隔的挡板拆除(6)将网卡插入相应的空闲插槽中，并稍微摇晃，确保网卡与插槽接触良好。(7)旋紧螺丝，固定机壳与网卡的连接。(8)将机壳安装

6、好，并接好拆下的插头和连线。5.2 集线器n概念：一种连接多个用户节点的设备，每个经集线器连接的节点都需要一条专用电缆。集线器工作处于OSI模型中的物理层。n从某种意义上可以将集线器看做是多端口多端口中继器中继器。 1、中继器、中继器(Repeater)1、工作在物理层、工作在物理层 功能：信号整形和放大，在网段之间复制比特流功能：信号整形和放大，在网段之间复制比特流 特点：特点：F不进行存储不进行存储信号延迟小信号延迟小F不检查错误不检查错误会扩散错误会扩散错误F不对信息进行任何过滤不对信息进行任何过滤F可进行介质转换可进行介质转换如如UTP转换为光纤转换为光纤F用中继器连接的多个网段是一个

7、冲突域用中继器连接的多个网段是一个冲突域2、集线器（、集线器（HUB）n多端口的中继器，工作在物理层多端口的中继器，工作在物理层n功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大n可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备n特点：特点：F具有与中继器同样的特点具有与中继器同样的特点 F可改变网络物理拓扑形式：总线连接可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接星形连接F 逻辑上仍是一个总线型共享介质网络逻辑上仍是一个总线型共享介质网络n端口数：端口数：8，12，16，24用集线器构建的网络的特点n所有主机共享带宽所有

8、主机共享带宽n无法限制冲突和广播无法限制冲突和广播n适用于小型网络适用于小型网络集线器的分类1、按端口数量分类：5口、8口、12口、16口、24口、48口等。24口最常用。2、按带宽分类10Mbps、 100Mbps、10/100Mbps、1000Mbps3、按照可管理性分类 不可网管集线器：只起信号放大和再生作用，无法对网络进行性能优化。 可网管集线器：带有一个管理模块，支持SNMP网络管理集线器的分类协议，可以向网络管理软件报告集线器的运行状态，也可以接受网络管理软件的指令，打开或关闭某些端口，或自动屏蔽有故障的端口。4、按扩展能力分类(1)独立集线器：主要用于小型局域网(2)堆叠式集线器

9、：不占用自身的端口，两个集线器背板的直接连接，效率优于独立集线器。 例：用集线器搭建简单的网络n以以1 1台服务器，台服务器，3 3台台PCPC机为例：机为例：n一台一台HUBHUBn4 4块块UTPUTP接口的网卡接口的网卡n4 4台台PCPC机机n8 8个个RJ45RJ45接头（水晶头）接头（水晶头）n若干米若干米UTPUTP双绞线双绞线 NICHUBUTPPC机机服务器服务器集线器的选择1、速率、速率2、端口数、端口数3、可扩展性：考虑其支持堆叠或级联、可扩展性：考虑其支持堆叠或级联4、是否内置交换模块、是否内置交换模块5、是否提供网管功能、是否提供网管功能6、外形尺寸、外形尺寸集线器的

10、连接 1、集线器常见端口(1)RJ-45端口：可用于连接RJ-45连接头，适用于由双绞线构建的网络，这种端口最常见。(2)BNC端口：与细同轴电缆连接。(3)AUI端口：与粗同轴电缆连接。集线器的连接 (2)集线器堆叠端口：只有堆叠式集线器才有这种端口，它的作用是用来连接两个堆叠式集线器。堆叠式集线器上有两个样式类似的端口，一个标注为UP，一个标注为DOWN。在连接时，是用电缆从一个集线器的UP端口连接到另一个集线器的DOWN端口。集线器的连接 2、集线器的堆叠和级联 为了使集线器满足节点数较多的网络对端口数量的要求，可以使用多个集线器进行连接。 (1)集线器的堆叠:UP DOWN (2)集线

11、器的级联n 使用UPLink端口级联(最好采用这种方式) 使用普通端口级联 5.3 交换机n共享信道共享信道LAN的缺点的缺点n冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突；冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突；n网络中站点越多，冲突现象越严重；网络中站点越多，冲突现象越严重；n具有具有n个站点的个站点的总带宽总带宽B的共享的共享网络，每个站点的平网络，每个站点的平均拥有带宽为均拥有带宽为B/n。n解决的方法解决的方法n提高网络传输速度提高网络传输速度没有从根本上解决问题没有从根本上解决问题n网络分段（微网段化）网络分段（微网段化）n减少每个网段中站点的数量减少每个网段中站点的数量, 使冲突的概率减小

12、使冲突的概率减小n实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器网络分段示意网络分段示意HUBHUB广播域广播域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域网桥或网络交换机网桥或网络交换机v交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域HUB冲突域冲突域/广播广播域域网段网段2网段网段1总带宽总带宽: BW2结点带宽结点带宽: BW/4总带宽总带宽: BW结点带宽结点带宽: BW/8网桥与交换机的出现n网桥，存储转发设备，工作在数据链路层数据链路层，是为各种局域网存储转发数据而设计的。n相对于集线器而言，网桥比较复杂，啷个网段分别连接到网桥的两个端口时，各网段中，

13、只有标明了发送给另一个网段的信号，才会通过网桥。后来出现了多端口网桥，每个端口可连接一个网段。n 多端口网桥虽然很好，但是技术复杂，造价高，逐渐被交换设备取代。如交换机。n网络交换机和网桥属同一类设备，工作在网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链路层。数据链路层。n但网络交换机的端口数多，并且交换速度快。在这个意但网络交换机的端口数多，并且交换速度快。在这个意义上，网络交换机可看作是多端口的高速网桥。义上，网络交换机可看作是多端口的高速网桥。n交换机比网桥优越的地方：交换机比网桥优越的地方：n交换速度快，可实现线速转发；交换速度快，可实现线速转发；n能解决网络主干上的通信拥挤问题；能解决网

14、络主干上的通信拥挤问题；n端口密度高，一台交换机可连接多个网段，端口密度高，一台交换机可连接多个网段，降低了组网成本。降低了组网成本。网桥与交换机的出现交换机的特点n交换机通过内部的交换矩阵把网络划分为多个网段每个端口为一个冲突域；n交换机能够同时在多对端口间无冲突地交换帧。三种交换技术 1、端口交换2、帧交换：目前应用最广的局域网交换技术。n存储转发（存储转发（Store and forward）n整个帧完整接收后，对帧进行差错检验，然后再进行转发操作。整个帧完整接收后，对帧进行差错检验，然后再进行转发操作。n优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段。优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的

15、网段。n缺点：延迟比较大。缺点：延迟比较大。n直通直通转发（转发（Cut-through）n只要收到帧的前只要收到帧的前6个字节（目的个字节（目的MAC地址），就开始进行转发操作。地址），就开始进行转发操作。n优点：交换延迟小。优点：交换延迟小。n缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段。缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段。三种交换技术 3、信元交换 ATM采用对网络帧进行分解，将帧分解成固定长度的53B的信元，由于长度固定，便于用硬件实现，处理速度快，同时能够完成高级控制功能。如优先级控制等。局域网交换机的种类n1、按照传输介质和传输速率划分n2、按应用领域划分n(1)工作

16、组交换机n(2)部门级交换机:端口较少，但支持较多的MAC地址。n(3)企业级交换机：仅用于大型网络。局域网交换机的选择n 对用户而言，局域网交换机最主要的指标是端口的配置、数据交换能力、包交换速度等因素。n (1)外形尺寸 n (2)运行管理容易n (3)端口的带宽及类型交换机应用中几个值得注意的问题n1、交换机网络中的瓶颈问题n 厂商在交换机中设计一个或多个高速端口，用户也可以通过设计多台服务器或者追加多个网卡来消除瓶颈。n2、网络中的广播帧n 服务器通过发送网络广播帧向客户机提供服务。广播包的存在大大降低了交换机的效率。n3、虚拟网的划分(VLAN)5.4 路由器n概念：用于路由选择的专

17、用设备。n随着网络规模的扩大，整个网络可能包含成千上万台相互连接的计算机，那么怎样实现这么多的设备相互通信呢？不可能去让每一台计算机记住其他所有计算机的位置，更何况这些计算机的位置可能是动态变化的。那么如何解决这个问题？ 5.4 路由器n思路：将整个网络人工分成许多互相连接的小网络，这些相互连接的小网络还可以根据需要再分成一些子网络，然后让这些小网络记住其他小网络的位置。完成这项工作的就是路由器。n路由器负责记住和跟踪其他网络的情况，并指示本网络的信息何如到达另一个网络，路由器就是为信息寻找到达目标节点的工具。n路由器的功能：路由器的功能：n 路径选择路径选择n 数据转发数据转发( (又称为交

18、换又称为交换) )n 数据过滤数据过滤 n工作在工作在OSI第三层（网络层）。第三层（网络层）。n应用：把应用：把LAN连入广域网或作为广域网的核心连接设备。连入广域网或作为广域网的核心连接设备。n用路由器进行网络互联的特点：用路由器进行网络互联的特点： 用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一个网络的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一个网络中的站点，必须指定该站点的逻辑地址（中的站点，必须指定该站点的逻辑地址（IP地址），通地址），通过广播是无法与之进行通信的。过广播是无法与之进行通信的。

19、用路由器进行网络互联用路由器进行网络互联 HUB路由器路由器冲突域冲突域2冲突域冲突域1路由器可以隔离冲突域和广播域路由器可以隔离冲突域和广播域 HUB HUB冲突域冲突域3广播域广播域2广播域广播域1路由选择及路由协议n路由器如何确定最佳路由？路由表路由表（Routing Table）n路由表是保存到达其他网络的路由信息的数据库n包含目的网络地址（号）、传输路径、传输开销包含目的网络地址（号）、传输路径、传输开销等n根据目的网络地址查找路由表并确定分组转发路径的过程称为路由路由选择选择（Routing）。n路由表的信息随网络拓扑的变化而变化建立、更新路由表的算法称为路由算法路由算法（Rout

20、ing Algorithm）：n网络中的每个路由器都会根据路由算法定时地或在网络拓扑发生变化时更新其路由表；n静态路由：由网络管理员预先手工设置路由信息；n动态路由：由路由器在运行时动态地建立与更新。n自动学习、记忆网络的变化并根据路由算法重新计算路由的协议称为路由选择协议路由选择协议（Routing Protocol）。路由表的例子2.0AB路由表的基本内容路由表的基本内容172.16.2.0172.16.1.0172.16.4.0AB路由器路由器A的路由表的路由表.3.1.2.3q路径：用下一路由器对应端口的路径：用下一路由器对应端口的IP地址来表示。地址来表示。q路径成本路径成本/开销：

21、用线路速度、距离或跨越的路由器的个数（步跳开销：用线路速度、距离或跨越的路由器的个数（步跳数）、成本、线路可靠性等表示。（大多数情况下用步跳数来表示）数）、成本、线路可靠性等表示。（大多数情况下用步跳数来表示）路由表的数据转发路由表的数据转发n 当一个路由器收到一个IP数据包时，它将根据数据包中的目的IP地址查找路由表，根据查找的结果将此IP数据包送往对应端口。下一台IP路由器收到数据包后继续转发，直至发到目的地。n 路由器的另一个重要作用就是充当过滤器，将来自对方网络的不需要的数据阻止在网络之外，进而减少网络之间的通信量。路由表的种类路由表的种类n1、按支持网络协议的能力分类n分为单协议路由

22、器、多协议路由器。n2、按工作位置分类n分为访问路由器和边界路由器。n3、按连接规模和能力分类n按连接规模和能力路由器可分为区域路由器、企业路由器和园区路由器等。路由表的选择方法路由表的选择方法n 在选择路由器时，需要考虑管理方式、多协议支持、安全性、在选择路由器时，需要考虑管理方式、多协议支持、安全性、地址转换功能等因素。地址转换功能等因素。5.4 其他网络设备简介n一、调制解调器一、调制解调器 将数字信号转换为模拟信号，调制器。将模拟信号转换为数字信号，解调器。56kbps Modem迅速成为市场主流，价格也大大降低。 1、调制解调器的分类 (1)外置式调制解调器：放在计算机主机外面。 优

23、点：抗干扰能力强。 缺点：需要占用一个串口，而且价格相对较贵。 5.4 其他网络设备简介(2)内置式调制解调器：像声卡、显卡一样安装于计算机主板扩展槽上的板卡。 优点：价格低。 缺点：安装麻烦，需要占用主板的一个扩展槽，容易受到其他设备的干扰而降低连接质量。(3)USB Modem USB Modem集合了内置式Modem和外置式Modem的优点于一身，是USB接口的，不必担心扩展能力。同时它是外置式的不用担心干扰问题，而且体积小，可随身携带。 5.4 其他网络设备简介(4)PCMCIA调制解调器：专为笔记本电脑设计的，它通过PCMCIA接口插入笔记本电脑，再通过转接线连接电话线。 除了以上四

24、种常见的Modem外，现在还有ISDN调制解调器、ADSL调制解调器和Cable Modem调制解调器。 Cable Modem 利用有线电视的电缆进行信号传送，不但具有调制解调功能，还集路由器、集线器、桥接器集路由器、集线器、桥接器于一身，理论传输速度可达到10Mbps10Mbps以上以上。通过Cable Modem上网，每个用户都有独立的IP地址，相当于拥有了一条个人专线。不过， Cable Cable Modem Modem 的接入方案采用分层树状结构，用户要和邻近用户分享的接入方案采用分层树状结构，用户要和邻近用户分享有限的带宽。有限的带宽。 5.4 其他网络设备简介 ADSL Modem，就是专门用于ADSL技术应用的Modem，负责对ADSL信号进行调制解调，发送和接收ADSL信号。ADSL可以在同一铜线同一铜线上分别传送数据数据和语音信号语音信号，数据信号并不通数据信号并不通过电话交换设备过电话