计算机网络的硬件和软件设备

计算机网络硬件和软件设备的选择樊彩明西京学院2第1节计算机网络的硬件设备选择1.1计算机网络的终端设备

1.2计算机网络的传输设备

1.3计算机网络的连接设备1.1计算机网络的终端设备（服务器）

网络终端设备主要由服务器、工作站、网络打印机、绘图仪等工作终端。其中服务器和工作站是网络中的主体。1.服务器的概念网络服务器是一台速度快、存储量大、配置高的计算机，它是网络系统的核心设备，负责网络资源管理和用户服务。可以分为文件、通信、数据库、应用程序、打印服务器等。2.服务器的作用安装、运行网络操作系统存储、管理网络中的共享资源和软件系统31.1计算机网络的终端设备（服务器）3.服务器的分类A.按网络规模划分工作组级服务器部门级服务器企业级服务器B.按服务器的结构划分CISC架构的服务器RISC架构的服务器41.1计算机网络的终端设备（服务器）C.按照使用的用途划分通用性服务器专用型服务器D.按照服务器的外观塔式服务器刀片式服务器机架式服务器51.1计算机网络的终端设备（服务器）4.服务器硬件的组成及其特点主要由CPU、内存、芯片组、I/O总线、I/O设备、电源和机箱组成。

具有高性能、高可靠性和可拓展性。61.1计算机网络的终端设备（工作站）

工作站的概念

工作站是具有独立处理能力的计算机，它是用户向服务器申请服务的终端设备。常用的有台式机、笔记本、数据采集器、智能手机等。781.2计算机网络的传输设备（网卡）网卡，又叫网络适配器，是计算机网络中最重要的连接设备。网卡安装在计算机中，多台计算机通过传输介质(如双绞线或光纤)连接网卡并与某个集中设备(如交换机)相连，是目前最为流行的计算机网络的基本结构。1.网卡的作用⑴代表固定的网络地址在网络中传输数据，必须确定数据从哪台计算机来，到哪台计算机去，如何标识这些计算机呢？这就要靠网卡的物理地址来标识。数据从一台计算机传输到另外一台计算机时，也就是从一块网卡传输到另一块网卡，即从源网络地址传输到目的网络地址。91.2计算机网络的传输设备（网卡）⑵转换数据并将数据送到网线上网络上传输数据的方式与计算机内部处理数据的方式是不相同的，它必须遵从一定的数据格式(通信协议)。当计算机将数据传输到网卡上时，网卡会将数据转换为网络设备可处理的字节，那样才能将数据送到网线上，网络上其它的计算机才能处理这些数据。⑶接收数据并转换数据格式在网络中，网卡的工作是双重的：一方面它将本地计算机上的数据转换格式后送入网络；另一方面它负责接收网络上传过来的数据包，对数据进行与发送数据时相反的转换，将数据通过主板上的总线传输给本地计算机。101.2计算机网络的传输设备（网卡）2.网卡的分类⑴按网卡的工作方式可分为：①半双工：它的意思是虽然网卡可以接收发送数据，但是一次只能做一种动作，不能同时收发。②全双工：就是能够“同时”接收与发送信号，例如电话就是一种全双工传输设备，我们在听对方讲话的同时，也可以发话给对方。理论上，全双工传输可以提高网络效率，但是实际上仍是配合其他相关设备才有用。例如必须选用双绞线的网络缆线才可以全双工传输，而且中间所接的集线器可交换机，也要能全双工传输；最后，所采用的网络操作系统也得支持全双工作业，如此才能真正发挥全双工传输的威力。一般来说，现在绝大部分的网卡都是全双工的了。111.2计算机网络的传输设备（网卡）⑵按网卡的工作对象可分为普通工作站网卡和服务器专用网卡：①普通工作站网卡是一般计算机上使用的网卡，主要特点是价康物美，兼容性强等特点，

图2-1普通PCI网卡121.2计算机网络的传输设备（网卡）②服务器专用网卡是为了适应网络服务器的工作特点而专门设计的，价格较贵，但性能很好。图2-2是Intel千兆以太网卡－PRO/1000XTServerAdapter，它从电路设计、布局、用料上都比普通网卡高出不少档次。

图2-2Intel的千兆位以太网卡131.2计算机网络的传输设备（网卡）⑶按网卡的总线接口可分为ISA网卡、PCMCIA网卡和PCI网卡因PC技术的发展，先后出现了不同接口类型的网卡，主要有以下几种：①ISA网卡：工业标准结构，较原始的计算机上使用的总线结构，8位或16位机器主板上使用，已淘汰。②PCI网卡：即插即用总线结构，现在的主流总结结构方式，还有专门用于笔记本计算机的PCMCIA网卡。141.2计算机网络的传输设备（网卡）⑷按网卡的接口类型可分为BNC、AUI、RJ-45、USB、ATM及光纤接口根据传输介质的类型不同，主要有以下几种：①BNC接口(细缆)网卡：用于总线结构的细同轴电缆中。②AUI接口(粗缆)网卡：通常只有在连接粗同轴电缆(RJ-11)网线、或是连接收发器时才会使用。③RJ-45接口网卡(双绞线)：现在市场上的主要的接口方式，采用此接口的网卡速率有10Mbps、100Mbps和1000Mbps。按用于连接传输介质的端口的数量，可以将网卡分为单接口网卡、双接口网卡(如RJ-45+BNC)、3端口网卡(如RJ-45+BNC+AUI)等。④光纤接口网卡：正在进入主流的接口方式，但还比较贵。151.2计算机网络的传输设备（网卡）⑸按网卡的传输速率可分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡、1000Mbps网卡几种：①10Mbps网卡：老的EISA网卡、或者带BNC口与RJ-45口的网卡。②100Mbps网卡：传输速率固定为100Mbps的网卡。③10/100Mbps自适应网卡：自适应是指网卡可以与远端网络设备(集线器或交换机)自动协商，确定当前的可用速率是10Mbps还是100Mbps。④1000Mbps网卡：服务器应该采用千兆以太网网卡，这种网卡多用于服务器与交换机之间的连接，以提高整体系统的响应速率。(6)按传输路线分为有线网卡和无线网卡161.2计算机网络的传输设备（集线器）集线器(HUB)是计算机网络中连接多个计算机或其他设备的连接设备。集线器基本上是一个共享设备，其实质是一个中继器，主要提供信号放大和中转的功能，它把一个端口接收的全部信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号加强后重新发出，一些集线器则排列信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。

图2-8标准的24口集线器171.2计算机网络的传输设备（集线器）

2.集线器的分类集线器有多种类型，各个种类具有特定的功能、提供不同等级的服务。⑴按总线带宽的不同，集线器分为10M、100M和10M/100M自适应三种；⑵按配置形式的不同可分为独立型、模块化和堆叠式三种；⑶按端口数目的不同主要有8口、16口、24口和32口几种；⑷按工作方式可分为智能型和非智能型两种。按工作方式区分有较普遍的意义，可以进一步划分为被动无源集线器、主动有源集线器、智能集线器和交换集线器四种。181.2计算机网络的传输设备（集线器）①被动无源集线器(passiveHUB)被动集线器只把多段网络介质连接在一起，允许信号通过，不对信号做任何处理，它不能提高网络性能，也不能帮助检测硬件错误或性能瓶颈，只是简单地从一个端口接收数据并通过所有端口分发，这是集线器可以做的最简单的事情。一般的总线带宽是10M。②主动有源集线器(activeHUB)主动集线器拥有被动集线器的所有性能，此外还能监视数据。在以太网实现存储转发功能中，主动集线器在转发之前检查数据，纠正损坏的分组并调整时序，并对微弱信号进行放大后转发。此外，主动集线器还可以报告哪些设备失效，从而提供了一定的诊断能力。191.2计算机网络的传输设备（集线器）③智能集线器(intelligentHUB)智能集线器除了主动集线器的特性外，还提供了集中管理功能。如果连接到智能集线器上的设备出了问题，可以很容易地识别、诊断和修补。智能集线器另一个出色的特性是可以为不同设备提供灵活的传输速率。除了上连到高速主干的端口外，智能集线器还支持到桌面的10/16/100Mbps的速率，即支持以太网、令牌环和FDDI。④交换集线器(switchingHUB)交换集线器就是在一般智能集线器功能上又提供了线路交换能力和网络分段能力的一种智能集线器。由于集线器基本上是作为一种共享设备来定义的，因此很多时候也把它划入入门级的交换机类型中。交换机与集线器的区别在于：用集线器组成的网络称为共享式网络，用交换机组成的网络称为交换式网络。同时，集线器只能在半双工方式下工作，而交换机同时支持半双工和全双工操作。201.2计算机网络的传输设备（交换机）交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制。另外，交换机还具备对虚拟局域网(VLAN)的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。如图所示为交换机的外观示意图。交换机外观示意图211.2计算机网络的传输设备（交换机）1.交换机的作用⑴端口带宽的独享集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有二个端口传送数据，其他端口只能等待。而交换机最显著的特点在于端口带宽的独享。在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都是一个独立的冲突域，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。221.2计算机网络的传输设备（交换机）当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是100Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×100Mbps＝200Mbps，而使用100Mbps的共享式集线器时，一个集线器的总流通量也不会超出100Mbps。⑵识别MAC地址，并完成封装转发数据包交换机可以识别MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。231.2计算机网络的传输设备（交换机）⑶网络分段使用带VLAN功能的交换机可以把网络“分段”，通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，分割通信量，使前往给定网段的某主机的数据包不至于传播到另一个网段上。这样可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。241.2计算机网络的传输设备（交换机）2.交换机的分类⑴从广义上来看，交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如计算机及网络打印机等。⑵从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。⑶从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不是完全一致的，一般来讲，企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式(插槽数较少)，也可以是固定配置式，而工作组级交换机为固定配置式(功能较为简单)。⑷从应用的规模来看，作为骨干交换机时，支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。251.2计算机网络的传输设备（交换机）⑸从交换机工作的协议层来分有第2层交换机、第3层交换机和第4层交换机。第2层交换机依赖于链路层中的信息(如MAC地址)完成不同端口数据间的线速交换；第3层交换机具有路由功能，将IP地址信息用于网络路径选择，并实现不同网段之间的线速交换；第4层交换机则使用传输层包含在每一个IP包包头的服务进程/协议(例如HTTP是用于传输Web，FTP是用于文件传输，Telnet用于终端通信、SSL用于安全通信等)进行交换和传输处理，实现带宽分配、故障诊断和对TCP/IP应用程序数据流进行访问控制功能。1.2计算机网络的传输设备（中继器）中继器又称重发器，仅适用于以太网，是网络物理层的一种传输设备连接介质，由于信号在传输过程中有衰减，使有用的数据信号变得越来越弱，中继器对信号有放大和整形作用，并按原方向重新发送。261.2计算机网络的传输设备（网桥）网桥也是局域网的连接设备。网桥的作用是拓展网络的距离，减轻网络的负载。27281.2计算机网络的传输设备（路由器）1.路由器的作用一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。路由器能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。路由器是广域网与局域网连接时必不可少的互连设备，它将数据分组“封装”到含有路由和传送信息的数据包中，在公共数据网中传送。当路由器收到一个数据包后，读出其中的源和目标网络地址，然后根据路由表中的信息，利用复杂的路由算法，为数据包选择合适的路由并转发该数据包。数据包到达目标节点前的路由器后，分解为数据链路层所认识的数据帧，并把它传送到目标节点。这种转发和拥塞控制，减少数据传输的盲目性和平衡网络流量，改善网络性能。同时，延伸网络距离，实现局域网接入Internet和多个局域网之间的远程连接。路由器可用带有多块网卡的计算机与相应的路由软件配置而成，每块网卡与一个子网相连；当然，也可以与广域网相连，在Internet共享应用中，MODEM也可看作是一块广域网的网卡。291.2计算机网络的传输设备（路由器）2.路由器的分类我们可以从不同的角度对路由器进行不同的分类。例如：从支持网络协议能力的角度，我们可以将路由器分为单协议路由器和多协议路由器。从工作位置来分，可以将其分为访问路由器和边界路由器。从连接规模和能力考虑，又可以将其分为区域路由器、企业路由器、园区路由器等，它们分别用于构建不同规模的互联网络。301.2计算机网络的传输设备（路由器）3.路由器的选择⑴类型对口实用按照连接方式的不同，路由器又可以分为直连路由和非直连路由，由路由器各网络接口所直连的网络之间使用直连路由进行通信。如果要实现两个局域网的点到点连接，可以选用直连路由，这种路由器配置操作简单，特别适合那些没有专门网管人员的单位，因为这种类型的路由在配置完路由器网络接口的IP地址后自动生成的，而不再需要其他复杂的配置。如果单位组建的局域网是和其他许多局域网进行互联，此时就必须选择使用非直连路由。非直连路由是指人工配置的静态路由或通过运行动态路由协议而获得的动态路由。其中静态路由比动态路由具有更高的可操作性和安全性。311.2计算机网络的传输设备（路由器）⑵性价比考虑根据性能和价格，路由器还可分为低端、中端和高端三类。高端路由器又称核心路由器。低、中端路由器每秒的信息吞吐量一般在几千万至几十亿比特之间，而高端路由器每秒信息吞吐量均在100亿比特以上。对于低端路由器来说，它是许多用户首先需要考虑的品种，也是局域网用户接触最多的一种产品了。如果局域网中包含的主机很多，需要处理和传输的信息量很大的话，就应该考虑选择中端路由器了。与低端路由器相比，中端路由器支持的网络协议多、速度快，要处理各种局域网类型，支持多种协议，包括IP、IPX和Vine，还要支持防火墙、包过滤以及大量的管理和安全策略以及VLAN(虚拟局域网)。高端路由器一般使用在某个行业或者系统的主干网上。互联网目前由几十个主干网构成，每个主干网服务几千个小网络，高端路由器实现企业级网络的互联。由于高端路由器工作的特殊性，因此对它的选择要求是速度和可靠性第一，而价格则处于次要地位。321.2计算机网络的传输设备（路由器）⑶端口选择常见的路由器端口至少应包含局域网端口和广域网端口各一个。广域网端口主要包括同步并口和异步串口之分，大部分路由器同时具备这两种端口。广域网端口为同/异步可调，AUX为一异步拨号备份端口，当主通讯线路通讯中断时，异步拨号备份线路自动拨通，以保持数据交换的连续性。对于局域网，主要包括以太网、令牌环、令牌总线、FDDI等网络接口；而且大部分局域网都是通过双绞线与路由器连接的，因此大部分路由器都带有RJ45口。当然，也有的路由器产品的LAN接口为AUI(粗缆)接口的，这种类型的路由器和局域网连接时需通过AUI-RJ45的转发器接到双绞线上。不同的接口，用于不同规模、不同要求的局域网，大家一定要根据组建局域网的原则和要求来进行选择。我们用户在建立局域网时，应首先规划好局域网是通过什么方式和因特网连接，这样可以确定路由器应该包含什么广域网接口，然后确定局域网中使用的何种传输介质来确定路由器的局域网接口类型；不过从应用的角度来看，路由器包含的接口多一点有更大的扩展余地，对局域网规模的拓展非常方便。331.2计算机网络的传输设备（路由器）⑷安全性在满足需求的条件下，网络的可靠性、安全性必须尽可能高。路由器的稳定安全与否，直接决定了内部网络的安全。网络系统的安全性可以体现在两方面。一方面是网络本身的安全性，网络不能受非授权路由协议、管理协议的控制。另一方面网络上传输的数据应当是安全的，该方面的安全考虑通常使用端到端的加密协议或VPN实现。目前许多厂家的路由器可以设置访问权限列表，控制哪些数据才可以进出路由器，实现防火墙的功能，防止非法用户的入侵。路由器的另外一个作用就是地址转换功能，顾名思义，在使用路由器对外连接时，路由器能够屏蔽公司内部局域网的网络地址，利用地址转换功能统一转换成电信局提供的广域网地址，这样网络上的外部用户就无法了解到公司内部网的网络地址，进一步防止了非法的用户入侵。网络系统的稳定性是指路由器在数据转发以及长时间工作下的表现。路由器作为数据转发的网络设备，有一个重要的指标就是“丢包率”，指的是在一定的数据流量状态下路由器不能进行转发的数据包的比例。丢包率的大小会影响到路由器线路的实际工作速度，严重时甚至会使线路中断，因此丢包率是评测不同厂家路由器性能的一个重要指标。341.2计算机网络的传输设备（路由器）(5)控制管理功能通常，在管理路由器时，我们都是利用终端，通过专用配置线连接到路由器的配置口直接进行配置管理的。但仅仅使用这种管理方式是不能满足要求的。我们可能经常需要改变路由器的许多设置，但是当时并不在路由器旁边，无法使用专用配置线，这时就需要路由器提供远程登录功能或者远程Modem拨号配置功能，达到远程管理路由器的目的。现在不少路由器带有了智能管理功能，这种路由器的每一个端口都可以由网络操作员从路由器管理控制台上来配置、监视、连通或解释，这样网络管理人员就可以减轻网络维护的工作。因此，如果局域网规模较大的话，就应该考虑使用带有智能管理功能的路由器。当然，如果规模较小的局域网，就不应该选择该类路由器，毕竟它的价格比较昂贵，如果使用它就有点大材小用的味道，而且从另外一个角度来看，规模小的局域网，其维护和管理的工作量是不大的，网络管理员完全可以对局域网内部的各个端口进行分别管理，从而节省网络建设成本。351.3计算机网络的连接设备（双绞线）⑴双绞线无论是对模拟数据传输还是数字数据传输，最普通的传输介质就是双绞线。它是由按一定规则螺旋结构排列并扭在一起的多根绝缘导线所组成，芯内大多是铜线，外部裹着塑橡绝缘外层，线对扭绞在一起可以减少相互间的幅射电磁干扰。计算机网络中常用的双绞电缆是由4对线(8芯制，RJ-45接头)按一定密度相互扭绞在一起的。361.3计算机网络的连接设备（双绞线）按照其外部包裹的是金属编织层还是塑橡外皮，可分为屏蔽双绞线电缆(STP，ShieldedTwistedPair)和非屏蔽双绞线电缆(UTP，UnshieldedTwistedPair)。图2-3所示的UTP电缆每对线的绞矩与所能抵抗的电磁辐射干扰成正比，并采用了滤波及对称性等技术，具有体积小、安装简便等特点。图2-4所示STP只不过在封套层内增加了箔屏蔽层，可有效减少串音及电磁干扰、射频干扰，它大多是一种屏蔽金属铝箔双绞电缆。STP电缆还有一根漏电线，主要用来连接到接地装置上，泄放掉金属屏蔽的电荷，解除线间的干扰问题。与非屏蔽双绞线相比，屏蔽双绞线比较昂贵，主要用于强电磁干扰环境。371.3计算机网络的连接设备（双绞线）

图2-3非屏蔽双绞线电缆(UTP)图2-4屏蔽双绞线电缆(STP)381.3计算机网络的连接设备（双绞线）1.双绞线1236通信规则在用双绞线做传输介质的以太网中，除了100Base-T4和1000Base-T以外，其余均只使用四对绞线中的两对。当信号通过双绞线电缆传输时，在电缆内的四对(八根)铜线(芯线)中，实际起作用的只有其中的两对，分别是1-2脚和3-6脚。比如，对应网卡接口如表2-1，1-2脚负责发送数据(TX+，TX-)，而3-6脚负责接收数据(RX+，RX-)。引脚网卡上RJ-45插座信号1TX+(发送)2TX-(发送)3RX+(接收)4未使用5未使用6RX-(接收)7未使用8未使用表2-1网卡接口各引脚定义391.3计算机网络的连接设备（双绞线）2.568A与568B定义的双绞线的连接规则在568A与568B中所定义的RJ-45连接头各脚与双绞线各芯线排列的对应方式，如表2-2所示。引脚568A标准568B标准1绿白橙白2绿橙3橙白绿白4蓝蓝5蓝白蓝白6橙绿7棕白棕白8棕棕其中1-2脚和3-6脚是对绞的两对芯线。对绞的电缆因为其中传输的信号方向相反，从而使彼此的电磁辐射相互抵消，因此使收、发数据之间的干扰降到最小。引脚568A标准568B标准1绿白橙白2绿橙3橙白绿白4蓝蓝5蓝白蓝白6橙绿7棕白棕白8棕棕表2-2568A和568B标准定义的双绞线色线的排列规定401.3计算机网络的连接设备（双绞线）3.直通双绞线和交叉双绞线⑴直通双绞线：双绞线两端的RJ-45连接头与双绞线的连接均按568A或568B标准制作，两端的两对双绞芯线1-2脚和3-6脚直接对应。⑵交叉双绞线：双绞线一端的RJ-45连接头与双绞线的连接按568A标准制作，另一端按568B标准制作。即一对双绞芯线在一端连1-2脚，另一端连3-6脚；另一对双绞芯线在一端连3-6脚，另一端连1-2脚。即两端的1-2和3-6脚交叉对应。1.3计算机网络的连接设备（双绞线）1.制作网线需要RJ-45工具钳、RJ-45头、双绞线和网线测试仪2.制作网线的方法切线排序置入压制测试41421.3计算机网络的连接设备（同轴电缆）⑵同轴电缆典型的同轴电缆由一根内导体铜质芯线，外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成，其结构如图2-5所示。在细缆10Base-2网络中，如果要将计算机网卡连接到同轴电缆上，还需要一个T型接头和BNC接插件。用户在安装时不能把不同类型的电缆混合使用，原因是不同型号的同轴电缆其特征阻抗值是不同的，会导致网络连接失败。同轴电缆分为两类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。计算机网络一般选用基带同