第3章：网络设备

网络技术基础主讲：章小龙网络专业网络设备NetworkMedium课程内容

网卡（NIC

）中继器（Repeater

）集线器（HUB）交换机（Switch）网桥（Bridge）路由器（

Router

）本章任务网卡的工作原理、性能和特点中继器的作用和原理集线器的作用、分类和选择交换机的功能、技术和选购网桥的作用和原理路由器的作用和原理本章重点、难点本章重点：网卡的功能、MAC地址和分类集线器的作用和分类路由器的功能和工作过程交换机的功能和交换技术网桥的功能本章难点：网卡的功能、MAC地址集线器的作用和分类路由器的功能和工作过程交换机的功能和交换技术网络中所使用的设备1、NIC—网卡2、Repeater—中继器3、Hub—集线器4、Switch—交换机5、Bridge—网桥6、Router—路由器一、NIC网卡又叫作网络适配器（NetworkInterfaceCard）。网卡NIC在计算机主板中，提供与网络的接口。它是计算机和网络之间的物理连接，是局域网最基本的组成部分之一。网卡有16位与32位之分，16位网卡的代表产品是NE2000，市面上有很多其兼容产品，一般用于工作站；32位网卡的代表产品是NE3200，一般用于服务器。网卡的接口有三种规格：粗同轴电缆接口（AUI接口）；细同轴电缆接口（BNC接口）；无屏蔽双绞线接口（RJ-45接口）。一般的网卡仅一种接口，但也有两种甚至三种接口的，称为二合一或三合一卡。网卡接口旁边的红、绿色发光二极管是网卡的工作指示灯。红灯亮时表示正在发送或接收数据，绿灯亮则表示网络连接正常。

图2-5网络适配器

一、NIC1.网卡的功能电脑之间在进行相互通信时，数据不是以流而是以帧的方式进行传输。可把帧看成一个种数据包，此包中不仅含有数据信息，还包括数据的发送和接收地址信息和数据的校验信息。主要功能有两个：将电脑的数据封装为帧，并通过网线（对于无线网络来说就是电磁波）将数据发送到网络中接收网络上传来的帧，并将帧重新组合成数据，传输到电脑。网卡完成了重要的数据链路层功能2、MAC地址一个计算机，无论它是否连到网络上，都有一个物理地址。没有两个物理地址是相同的。这个物理地址，也叫做MAC地址。MAC地址对于计算机网络至关重要，它使得计算机之间可以相互识别。MAC地址给主机一个永久的、独一无二的名字。硬件产商为每个NIC分配一个物理地址。这个地址存储在网络接口卡（NIC）的ROM中。MAC地址命名

MAC地址采用十六进制，用48bit分成6段来进行标记：前24位表示生产厂家的编号后24位为厂商自己编制，为该设备编号。正常情况下每一个二层以上设备都有一个MAC，并且这个MAC是全球唯一的一、NIC这就是网卡的MAC地址可用此命令查询本机的MAC地址3、分类：1.按照传输速率(带宽)分：10Mb网卡100Mb网卡（以太网网卡）10/100Mb网卡（快速以太网网卡）1000Mb网卡（吉比特以太网网卡）一、NIC无线2.按照总线接口分：USB（主要满足没有内置网卡的笔记本电脑2.按照总线接口分：PCMCIANIC（用于笔记本脑）2.按照总线接口分：NIC(networkinterfacecard)PCI（最流行）2.按照总线接口分：3.按照连接器接口分：AUI接口（粗缆接口）BNC接口（细缆接口）RJ—45接口（双绞线接口）FX网卡（光纤接口）

一、NIC4.按照用途分：工作站网卡服务器网卡一、NIC在选择网卡的时候需要考虑下面三个因素：网络类型（例如是以太网的、令牌环网的、

FDDI“光纤分布式数据接口”等）介质类型（例如双绞线、同轴电缆或光缆）总线类型（例如PCI或ISA）一、NIC网卡的选购：传输速率应用环境(驱动程序)远程唤醒（一台电脑可以通过网络启动另一台已经关闭电源的电脑)全双工技术含量品牌：

INTEL、ACCTON、联想、3COM、D-LINK、TP-LINK中继器传输数据到所有连接的计算机二、Repeater功能：常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作，负责在两个节点信号的复制调整和放大功能，以此来延长网络的长度。工作在OSI中的物理层上。

主要作用是扩展网络的范围。Repeater二、Repeater

图2-6中继器

注意：只用于网段间的延伸遵守MAC协议规则：5-4-3规则工作在最低层，与协议和访问方式无关，被连的网段必须使用同种介质访问控制方式。整个网络中双绞线最多可以通过4个中继器连接5个网络。在其中的3个网段上可以增加节点在另2个网段上，除做中继器链路外不能接任何节点1个大型的冲突域，最大站点数1024

二、Repeater优点：安装容易、使用方便、价格便宜，保持原来的传输速率。缺点：不具有差错检查和纠正，隔离冲突功能；容易形成“广播风暴”，导致信号拥挤；某个网段有问题，引起网段中断；引起时延。二、Repeater工作在最低层，与协议和访问方式无关，被连的网段必须使用同种介质访问控制方式。产品类型：双口、多口、集线器、模块中继器和缓冲中继器按形式分：插入式、独立式和机架式二、Repeater三、Hub称为Concentrator（集线器

）和多口中继器，是工作在物理层的局域网连接设备，具有多个端口，可连接多台计算机。在局域网中常常将分散的计算机连接起来，形成星型拓扑结构的局域网系统。集线器传输数据到所有星型拓扑结构网络中的计算机中Hub集线器是一种特殊的中继器三、Hub集线器（Hub）集线器是网络管理中最小的单元，是局域网的星型连接点可以连接多台计算机。以前Hub是局域网中应用最广的连接设备。按配置形式可分为独立型集线器、模块化集线器和堆叠式集线器三种。市场上常见到的是10M、或10M/100M自适应速率的集线器。集线器的连接应考虑所使用的网络传输介质。集线器接口数通常有8口、12口、16口等几种。三、Hub图2-7集线器

HUB工作原理使用广播技术，也就是HUB从任一个端口收到一个信息包后，它都将此信息包广播发送到其它的所有端口。注释：HUB并不记忆该信息包是由哪一个MAC地址发往哪一个端口。上面所说的广播技术是指HUB将该信息包发以广播发送的形式发送到其它所有端口，并不是将该包改变为广播数据包。

集线器的工作方式为单式方式；即：同一时刻只能有一个方向的传输；属于共享型设备，即同一网段的机器共享固有的带宽，也就是带宽由它的端口平均分配；如网络宽带为100Mbit/s，同时连接4台计算机，则每台拥有25Mbit/s的带宽。三、HubHub以太网Ethernet100所有节点共享100M带宽在HUB内部只有一个共同的单行通道，同一时间只能有一个设备发送信息，计算机发出和接受数据都必须通过这个通道，这样各节点只能共享带宽。1）共享型：Hub特点也称为“群发”，是指集线器在发送数据给下层设备时，不分原数据来自何处，将所得数据发给每一个端口，容易形成数据堵塞。

它实质是一个中继器，所以不具备自动寻址能力2）IP广播3）不具备交换用分类：按带宽分

10Mbps：多应用于同轴电缆接口总线网络中

100Mbps：主流

10M/100Mbps：有手动和自动切换两种三、Hub按配置的形式分独立型：独立工作，但可使10base-5电缆连接级联式：使用普通或级联端口来进行相互连接级联端口，标有“UPLink”模块化：配有机架和多个卡槽，每个卡槽安装一个通信卡（相当于一个独立型HUB）堆叠式：在后面板上有UP和DOWN两个24针的堆叠接口，把多个HUB进行物理连接三、Hub注释：级联：通过集线器的某个端口与其它的集线器相连，级联后的集线器在逻辑上仍是一个被网管的设备；堆叠：通过集线的背板连接起来的，堆叠后的集线器在逻辑上是一个被网管的设备；从是否可进行网管分

不可网管型：傻瓜式，不能进行网络管理和监测。可网管型：智能HUB，可通过SNMP（简单网络管理协议）对

HUB进行管理，实现远程监测，网络分段，从而缩小广播域，减少冲突提高数据传输效率。

三、Hub四、计算机网络转发器（连接不同传输介质的转接器）

BNCTOAUIAUITORJ-45AUITOSTSTTORJ-45三、Hub三、集线器的选购因素网络带宽：10Mbit/s、100Mbit/s、10/100Mbit/s端口类型：考虑扩展（堆叠、级联）方便管理：可网管（大型网络）和不可以网管（小型网络）外形与尺寸：19英寸品牌：美国的3Com，Intel，Bay

台湾的D-Link和Accton

大陆的联想、实达、TPLink网桥工作在数据链路层，将两个网段连起来并根据MAC地址来转发数据帧。中继器和Hub从一个网络电缆里接收信号，放大它们，将其送入下一个电缆。它们毫无目的和选择地对数据进行转发，而对它们所转发消息的内容不进行任何处理。相比较而言，网桥对网络中的信息具有智能判断功能。网桥（Bridge）

图2-8网桥工作原理

网段1和网段2通过网桥连接后，网桥接收网段1发送的数据包，检查数据包中的地址，如果地址属于网段1，它就将其丢弃，相反，如果是网段2的地址，它就将数据转发给网段2网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络中的数据进行管理。不但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网络的性能、安全性和可靠性。利用网桥隔离信息，将网络划分成多个网段。网桥在一定条件下具有提高网络性能的作用；网段被隔离后本网段内的通信不会被其他网段的用户收到，这样就可以提高安全型；由于网络的分段，各网段相对独立，一个网段的故障不会影响到其他网段，无形中提高了整个网络的可靠性。

图2-9

Cisco6500系列交换机

交换机是一个具有高性能价格比和高端口密度的交换产品。随着大规模集成电路技术的不断发展，交换机已经取代了网桥和集线器成为当前主流的网络互连设备。图2-9为Cisco6500系列交换机。四、Switch四、Switch

它是工作在TCP/IP协议栈的第二层（数据链路层）的一种设备，根据MAC地址对数据帧有选择和目标的进行转发。

基本功能：转发数据帧和建立维护表

网卡加入到网络时，会发出广播消息，申明自己的MAC地址，交换机接收并建立一个MAC地址表，MAC地址表中的每一项对应了交换机端口和计算机网卡的MAC地址。局域网交换机连接局域网的网段，使用目标MAC地址判断数据应该发往哪个网段，减少通信量。

注释：MAC地址表：

一个交换机刚加入网络时，MAC地址表是空白的，根据自动学习来获取MAC地址，即：当一台计算机打开电源后，安装在该系统中的网卡会定期的发出空闲包或信号，交换机即可据此得知它的MAC地址，同时就会更新MAC地址表；四、Switch共享与交换设备的区别用集线器组成的网络称为共享式网络。共享式以太网的主要问题是所有用户共享带宽，信息通过广播方式转发到所有端口，每个用户实际可用带宽随着网络用户数的增加而递减。因为当信息繁忙时，多个用户都可能同时“争用”一个信道，而一个信道在某一时刻只允许一个用户占用，所以大量的用户处于监测状态，致使信号传输时产生抖动、停滞、失真。

用交换机组成的网络称为交换式网络。

在交换式以太网中，交换机提供给每个用户专用的信道，根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，避免了和其他端口发生碰撞。

交换机的三种交换技术1、存储转发交换技术

当交换机接收到数据帧时，就会将数据暂时存储在共享缓存中。然后对数据帧进行CRC校验，如果有错就丢弃该数据，无错则发送给下一个节点，最后到达数据帧上标注的目的端。存储转发的特点：存储转发技术的交换机要进行数据处理，所以延时大。存储转发具有CRC校验，所以数据出错率低。支持不同速度的输入/输出端口间的交换，可有效地改善网络性能。能将10Mbps的低速数据转存以100Mbps的高速数据速率发送。

2、直通交换技术直通交换技术的特点：优点：交换机对接收到的数据帧的目标地址进行检查，并立刻按照指定的地址发送，不进行差错校验和过滤处理，故延时小。这种方式没有通过交换机的缓存，而是直接发送，故速度快。缺点：直通方式无法对数据进行差错校验。不支持不同速率的输入/输出端口间的连接。当网络交换机端口变多，则通信复杂，出错率高。3、无碎片直通碎片：

碎片是指数据帧在发送过程中，突然发生冲突时产生残缺数据帧，碎片也就是指无用数据帧。碎片检测：检测碎片主要的标准是检测数据帧的大小。标准数据帧是不会小于64byte.如果数据帧＜64byte

说明是残缺帧，做丢弃处理。如果数据帧≥64byte

说明完整帧，发送。注：这种方式的数据处理速度比存储转发方式快，但是比直通方式慢，但是由于能够避免帧出错，故被应用在低档交换机中。帧的发送处理：无碎片直通方式，一般使用的是种“先进先出”FIFO的缓存。数据帧被接收时，将被保存在FIFO缓存中，进行残缺帧判断。存储转发方式（存储--校验--过滤--转发）延时大，但可以支持不同速度端口的转换直通方式（接收--转发）延迟小，交换速度快，但不能查错，没有缓存，容易丢包无碎片直通方式

（接收—校验—真包转发）（接收—校验—假包丢弃并要求重发）速度比存储转发快，但比直通慢交换机常用的三种技术

1、从网络的覆盖范围划分

广域网交换机：电信城域网相联，互联网接入

局域网交换机：平时所见的交换机

交换机的分类2、根据传输介质和传输速度划分以太网交换机：100Mbps以下；RJ-45、BNC、AUI；双绞线、细缆、粗缆快速以太网交换机：100Mbps；RJ-45、SC；双绞线、光纤千兆以太网交换机：1000Mbps；同上10千兆以太网交换机（SC）ATM交换机：电信、邮政主干网；RJ-45、SCFDDI交换机：以太网没有开发之间而开发，没有盛行，以光纤为传输介质企业级交换机：模块化结构，500信息点以上部门级交换机：300信息点以下工作组交换机：传统HUB替代产品，没有网管能力，支持100信息点以内桌面型交换机：端口较少，价格最低，提供10/100Mbit/s自适应能力端口

3、根据应用层次划分固定端口交换机（8、16、24）模块化交换机（可扩充）4、根据结构划分第二层交换机（数据链路层）：可独占带宽，消除碰撞检测和出错重发，但可能引起广播风暴第三层交换机（网络层）：具有路由功能，可划分VLAN网段，减少广播影响第四层交换机（传输层）：直接面向具体应用，尚在开发5、根据工作的协议层划分6、根据是否支持网管分网管型交换机非网管型交换机所支持的交换技术：存储转发、直通延迟时间：从收到包到向端口发送包间的时间间隔，越小越好管理功能：可网管和非可网管支持MAC地址数：Buffer容量决定所能记忆的MAC地址数网络带宽：背板带宽越大，传输速率越快端口数：看是否可扩充品牌：CiscoIntel;联想3ComStarTP-Link

交换机的选购10／100Ｍ自适应交换机路由器工作在OSI参考模型中的网络层，是一种负责路由的网络设备，它在网络中从多条路径中寻找一条最佳的网络路径用于数据转发。Cisco12000系列路由器六、路由器（Router）路由器（Router）路由器用于连接多个逻辑上分开的网络。路由器利用路由表为数据传输选择路径，路由表包含网络地址以及各地址之间“距离”的清单，路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。路由器使用路由协议来获得网络信息，构造路由表并负责维护路由器表。如果某一网络路径发生故障或堵塞，路由器可选择另一条路径，以保证数据的正常传输。互联网由各种各样的网络构成，路由器是其中非常重要的组成部分，路由器的配置也比较复杂。工作过程：路由器是一种负责寻径的网络设备，它在互联网中从多条路径中寻找一通讯量最少的一条网络路径提供给用户通信；路由器利用“路由表”为数据传输选择路径；路由表----包含网络地址及各地址之间距离的清单；路由动作：寻径、转发；工作在网络层路由作用：