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1 第四章常见的网络设备 教学目标 了解常见的网络设备 掌握网卡的分类 掌握网卡的选择和安装方法 认识和了解交换机 了解交换机的选择依据 了解其他网络设备的作用 by fairy18 11 2010 2 4 1网卡4 2调制解调器4 3集线器4 4交换机4 5其他网络设备 3 4 1网卡 网卡 networkinterfacecard 简写为nic 也称网络适配器 是计算机与局域网相互连接的借口 无论是普通计算机还是高端服务器 只要连接到局域网 就都需要安装一块网卡 如果有必要 一台计算机也可以同时安装两块或多块网卡 4 4 1 1网卡的性能 一是将计算机的数据封装为帧 并通过网线 对无线网络来说就是电磁波 将数据发送到网络上去 二是接受网络上传过来的帧 并将帧重新组合成数据 发送到所在的计算机中 5 4 1 1网卡的性能 工作原理 在网卡上有一定数目的缓冲存储器 当网上传来的数据到达本工作站时 首先被暂时存放在网卡的缓存中 由网卡来通知cpu在某个时候来处理新来的数据 共同点 每块网卡都有一个世界唯一的id号 也叫mac mediaaccesscontrol 地址 它用于在网络中表示计算机的身份 实现网络中不同计算机之间的通信和信息交换 6 4 1 2网卡的种类 网络有许多种不同的类型 如以太网 令牌环网 fddi atm 无线网络等 不同的网络必须采用与之相适应的网卡 然而 事实上绝大多数局域网都是以太网 因此 我们所接触到的网卡也基本上都是以太网卡 所以我们这里只讨论以太网卡 7 以太网 ethernet 以太网最早由xerox 施乐 公司创建 在1980年 dec lntel和xerox三家公司联合开发成为一个标准 以太网是应用最为广泛的局域网 包括标准的以太网 10mbit s 快速以太网 100mbit s 和10g 10gbit s 以太网 采用的是csma cd访问控制法 它们都符合ieee802 3标准 8 令牌环网 常用于ibm系统中 其支持的速率为4mbps和16mbps两种 目前novell ibmlanserver支持16mbpsieee802 5 令牌环网技术 由于目前以太网技术发展迅速 令牌网存在固有缺点 令牌在整个计算机局域网已不多见 原来提供令牌网设备的厂商多数也退出了市场 所以在目前局域网市场中令牌网可以说是 明日黄花 了 9 fddi 光纤分布式数据接口 光纤分布式数据接口它是于80年代中期发展起来一项局域网技术 它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网 10mbps 和令牌网 4或16mbps 的能力 fddi网络的主要缺点是价格贵 且因为它只支持光缆和5类电缆 所以使用环境受到限制 从以太网升级更是面临大量移植问题 10 atm 是asynchronoustransfermode异步传输模式的缩写 atm是一项数据传输技术 是实现b isdn的业务的核心技术之一 atm是以信元为基础的一种分组交换和复用技术 它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式 它适用于局域网和广域网 它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音 数据 传真 实时视频 cd质量音频和图像的通信 11 4 1 2网卡的种类 根据总线分类 1 isa总线 2 pci总线 3 pcmcia总线型网卡 4 usb网络适配器 12 isa总线网卡 这是早期的一种的接口类型网卡 在上世纪80年代末 90年代初期几乎所有内置板板卡都是采用isa总线接口类型 一直到上世纪90年代末期都还有部分这类接口类型的网卡 当然这种总线接口不仅用于网卡 像现在的pci接口一样 当时也普遍应用于包括网卡 显卡 声卡等在内所有内置板卡 isa总线接口由于i o速度较慢 随着上世纪90年代初pci总线技术的出现 很快被淘汰了 从图中可以看出它的金手指比较长 与pci接口同样 也只有一个缺口位 但这一缺口位离两端的距离比pci接口金手指缺口位要长许多 13 pci总线 不同于isa总线 pci总线的地址总线与数据总线是时分复用的 这样做的好处是 一方面可以节省接插件的管脚数 另一方面便于实现突发数据传输 从数据宽度上看 pci总线有32bit 64bit之分 从总线速度上分 有33mhz 66mhz两种 目前流行的是32bit 33mhz 数据传输速率可达到132mb s 而64bit系统正在普及中 它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口 几乎所有的主板产品上都带有这种插槽 pci插槽也是主板带有最多数量的插槽类型 在目前流行的台式机主板上 atx结构的主板一般带有5 6个pci插槽 而小一点的matx主板也都带有2 3个pci插槽 可见其应用的广泛性 14 pcmcia总线型网卡 这种总类型的网卡是笔记本电脑专用的 它受笔记本电脑的空间限制 体积远不可能像pci接口网卡那么大 随着笔记本电脑的日益普及 这种总线类型的网卡目前在市面上较为常见 很容易找到 而且现在生产这种总线型的网卡的厂商也较原来多了许多 pcmcia总线分为两类 一类为16位的pcmcia 另一类为32位的cardbus cardbus是一种用于笔记本计算机的新的高性能pc卡总线接口标准 就像广泛地应用在台式计算机中的pci总线一样 该总线标准与原来的pc卡标准相比 具有以下的优势 第一 32位数据传输和33mhz操作 cardbus快速以太网pc卡的最大吞吐量接近90mbps 而16位快速以太网pc卡仅能达到20 30mbps 第二 总线自主 使pc卡可以独立于主cpu 与计算机内存间直接交换数据 这样cpu就可以处理其它的任务 第三 3 3v供电 低功耗 提高了电池的寿命 降低了计算机内部的热扩散 增强了系统的可靠性 第四 后向兼容16位的pc卡 老式以太网和modem设备的pc卡仍然可以插在cardbus插槽上使用 15 usb网络适配器 usb网络适配器就是usb网卡 支持即插即用 不用安装任何的驱动 插上usb网卡以后 等电脑自动找到硬件后 插入网线 设置好网卡的属性就可以上网了 usb 是英文universalserialbus 通用串行总线 的缩写 中文简称为 通串线 是一个外部总线标准 用于规范电脑与外部设备的连接和通讯 是应用在pc领域的接口技术 usb具有传输速度快 使用方便 支持热插拔 连接灵活 独立供电等优点 可以连接鼠标 键盘 打印机 扫描仪 摄像头 闪存盘 mp3机 手机 数码相机 移动硬盘 外置光软驱 usb网卡 adslmodem cablemodem等 几乎所有的外部设备 16 4 1 2网卡的种类 根据端口类型分类1 按语连接的传输介质相连接端口的类型分为 rj 45端口 双绞线 网卡 aui端口 粗缆 网卡 bnc端口 细缆 网卡和光纤端口网卡 2 按端口的数量分为 单端口网卡 双端口网卡甚至三端口的网卡 如rj 45 bnc bnc aui rj 45 bnc aui等 17 rj 45端口 双绞线 网卡 18 bnc端口 细缆 网卡 单bnc端口网卡 rj 45 bnc双端口网卡 19 光纤端口网卡 20 千兆位以太网 千兆位以太网是ieee802 3以太网标准的扩展 传输速度为每秒1000兆位 即1gbps 最初应用于大型校园网 能把现有的10mbps以太网和100mbps快速以太网连接起来 它可取代100mbpsfddi网 也是atm技术的强劲对手 这类网卡采用光纤端口或rj 45端口 适用于与多模光纤或双绞线的连接 21 4 1 2网卡的种类 根据带宽分类1 1000mb s网卡 千兆位以太网网卡 千兆位以太网是ieee802 3以太网标准的扩展 传输速度为每秒1000兆位 即1gbps 最初应用于大型校园网 能把现有的10mbps以太网和100mbps快速以太网连接起来 它可取代100mbpsfddi网 也是atm技术的强劲对手 22 4 1 2网卡的种类 根据带宽分类2 10 100mb s自适应网卡 快速以太网网卡 所谓的自适应就是网卡根据网线的品质自动调整传输速率 10 100mb s自适应就是网卡可以自动在10mb s和100mb s两个速率间自动切换 3 10mb s网卡 以太网卡 在老式网络和对数据传输速率没有较高要求的网络中还能见得到 23 4 1 3网卡的选择 虽然一般网卡的价格并不贵 但其质量会在很大程度上影响着计算机的性能 连接速率和通信质量 甚至影响着网络的稳定性 因此对网卡的选择应当非常慎重 24 4 1 3网卡的选择 网卡的总线类型现在市场上的主流总线接口是pci接口 isa接口已很少出现在主板上 而且pci接口支持即插即用 速度相对比较快 而且安装设置相对比较容易 所以现在应该选择pci接口的网卡为好 网卡的速度 网卡的接口类型 网卡的兼容性适用性好的网卡应通过各主流操作系统的认证 至少具备如下操作系统的驱动程序 windows netware unix linux等 相应的 市场上主流的网卡一般都带有这几种操作系统的驱动程序 另外 有的网卡在bootrom上做文章 加入防病毒功能 有的网卡则与主机板配合 借助一定的软件 实现远程唤醒 wakeonlan 功能 可以通过网络远程启动计算机 还有的计算机则将网卡集成到了主机板上 网卡生产商 25 4 1 4网卡的安装 分为硬件安装和软件安装两部分硬件安装 步骤见书p58 软件安装 步骤见书p59 不同的系统 安装的驱动程序也不同 26 4 2调制解调器 4 2 1调制解调器的作用调制解调器也叫modem 俗称 猫 它是一个通过电话拨号接入internet的必备的硬件设备 通常计算机内部使用的是 数字信号 而通过电话线路传输的信号是 模拟信号 调制解调器的作用就是当计算机发送信息时 将计算机内部使用的数字信号转换成可以用电话线传输的模拟信号 通过电话线发送出去 接收信息时 把电话线上传来的模拟信号转换成数字信号传送给计算机 供其接收和处理 27 4 2 2调制解调器的种类 按调制解调器与计算机连接方式可分为内置式与外置式 内置式调制解调器体积小 使用时插入主机板的插槽 不能单独携带 外置式调制解调器体积大 使用时与计算机的通信接口 com1或com2 相连 有通信工作状态指示 可以单独携带 能方便地与其他计算机连接使用 28 内置式调制解调器 外置式调制解调器 29 内置式和外置式接口说明 30 4 2 2调制解调器的种类 按调制解调器的传输能力不同有低速和高速之分 常见的调制解调器速率有14 4kbps 28 8kbps 33 6kbps 56kbps等 bps 为每秒钟传输的数据量 字节数 工作速度越快 上网效果越好 价格越高 但电话线路的通信能力可能制约调制解调器的整体工作效率 个人用户入网一般选择14 4 33 6kb s的调制解调器 31 4 2 2调制解调器的种类 fax modemfax modem指传真调制解调器 modem指调制解调器 fax指传真 它拥有modem和传真机的两个功能 市面上大部分的modem产品都有这两个功能 一个好的fax modem可以自动区分是语音电话 传真电话还是数据 fax modem 它传送以传真格式编码的数据 传真机或另一个调制解调器则将这些数据解码并还原成图像 图像必须已经在主机上编码 文本和图形文档可用特殊软件转换成传真格式 纸上的文档则要先扫描进来 传真调制解调器可以是内置或外置的 也可以兼有传真机和传统调制解调器的功能 不是移动网卡 只是一个多功能modem 32 4 3集线器 线器英文名hub hub 是 中心 的意思 集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大 以扩大网络的传输距离 同时把所有节点集中在以它为中心的节点上 采用广播方式发送数据 容易形成数据堵塞 33 4 3 1集线器在网络中所处的位置 集线器主要用于共享网络的组件 是解决从服务器直接到桌面的最佳 最经济的方案 在交换式网络中 集线器直接与交换机相连 将交换机端口的数据送到桌面 使用hub组网灵活 它处于网络的一个星型结点 对结点相连的工作站进行集中管理 不让出问题的工作站影响整个网络的正常运行 并且用户的加入和退出也很自由 34 4 3 2集线器的分类 根据总线带宽的不同 分为10mb s 100mb s 10 100mb s自适应3中 按配置形式不同 分为独立型 模块化和堆叠式集线器3中 根据管理方式不同 分为智能型集线器和非智能型集线器两种 目前使用的集线器基本上是以上3中分类的组合 比如 10 100mb s自适应智能型堆可叠式集线器等 根据端口数目的不同 主要分为8口 16口和24口集线器等 35 4 3 3集线器在组网中的应用 在前些年组建的网络中 10mb s网络几乎成为网络的标准配置 有相当数量的10mb s集线器成为分散式布线中为用户提供长距离信息传输的中继 或作为小型办公室的网络核心 但这种应用在今天已不再是主流 尤其是随着100mb s网络的日益普及 10m s网络及其设备将会越来越少 集线器连接网络注意点 书p61 注意 36 4 4交换机 随着网络传输媒体类型的日益丰富 图形 图像及各种流媒体等多媒体内容的出现 人们对网络数据传输速率和传输性能的要求日益提高 集线器由于它的共享介质传输 单工数据操作和广播数据发送方式等都先天决定了很难满足用户的上述速度和性能要求 交换机完全克服了集线器的上述种种先天不足之处 所以在短时间内得到业界广泛的认可和应用 交换机是在集线器的基础上又新增了网络所需要的功能 信息流优先级 服务分类 自动控制 网络管理等 37 4 4 1交换机的概念 交换 switching 是按照通信两端传输信息的需要 用人工或设备自动完成的方法 把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称 广义的交换机 switch 就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备 38 4 4 1交换机的概念 交换机的主要功能包括物理编址 网络拓扑结构 错误校验 帧序列以及流控 目前交换机还具备了一些新的功能 如对vlan 虚拟局域网 的支持 对链路汇聚的支持 甚至有的还具有防火墙的功能 交换机除了能够连接同种类型的网络之外 还可以在不同类型的网络 如以太网和快速以太网 之间起到互连作用 如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或fddi等的高速连接端口 用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽 一般来说 交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段 但是有时为了提供更快的接入速度 我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上 这样 网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度 支持更大的信息流量 39 4 4 1交换机的概念 最后简略的概括一下交换机的基本功能 1 像集线器一样 交换机提供了大量可供线缆连接的端口 这样可以采用星型拓扑布线 2 像中继器 集线器和网桥那样 当它转发帧时 交换机会重新产生一个不失真的方形电信号 3 像网桥那样 交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑 4 像网桥那样 交换机将局域网分为多个冲突域 每个冲突域都是有独立的宽带 因此大大提高了局域网的带宽 5 除了具有网桥 集线器和中继器的功能以外 交换机还提供了更先进的功能 如虚拟局域网 vlan 和更高的性能 40 4 4 2交换机与集线器的区别 从osi体系结构来看 集线器属于osi的第一层物理层设备 而交换机属于osi的第二层数据链路层设备 这就意味着集线器只是对数据的传输起到同步 放大和整形的作用 对数据传输中的短帧 碎片等无法有效处理 不能保证数据传输的完整性和正确性 而交换机不但可以对数据的传输做到同步 放大和整形 而且可以过滤短帧 碎片等 从工作方式来看 集线器是一种广播模式 也就是说集线器的某个端口工作的时候其他所有端口都有名收听到信息 容易产生广播风暴 当网络较大的时候网络性能会受到很大的影响 那么用什么方法避免这种现象的发生呢 交换机就能够起到这种作用 当交换相工作的时候只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口 那么交换机就能够隔离冲突域和有效地抑制广播风暴的产生 从带宽与传输模式来看 集线器不管有多少个端口 所有端口都共享一条带宽 在同一时刻只能有两个端口传送数据 其他端口只能等待 同时集线器只能工作在半双工模式下 而对于交换机而言 每个端口都有一条独占的带宽 当两个端口工作时并不影响其他端口的工作 同时交换机不但可以工作在半双工模式下也可以工作在全双工模式下 41 4 4 3交换机的工作原理 由交换机构建的网络称之为交换式网络 每个端口都能独享带宽 所有端口都能够同时进行通信 并且能够在全双工模式下提供双倍的传输速率 而集线器构建的网络称之为共享式网络 在同一时刻只能有两个端口进行通信 所有的端口分享固有的带宽 42 4 4 3交换机的工作原理 共享 与 交换 数据传输技术最根本的是要理解 共享 share 和 交换 swith 这两个概念 集线器采用共享方式进行数据传输 而交换机工作原理则是采用交换方式进行数据传输的 数据传递的方式集线器的数据包传输方式是广播方式的 由于集线器中只能同时存在一个广播 所以同一时刻只能有一个数据包在传输 信道的利用率较低 而对于交换机而言 它能够凭借每块网卡的物理地址即 mac地址 认识连接到自己身上的每一台计算机 43 工作原理 当交换机从某一节点受到一个以太网帧后 将立即在其内存中的地址表 端口号 mac地址 中进行查找 以确认该目标mac的网卡连接在哪一个节点上 然后将该帧转发至该节点 如果在地址表中没有找到该mac地址 即该目标mac地址是首次出现 交换机则将数据包广播道所以的节点 拥有该mac地址的网卡在接收到该广播之后 将立即做出应答 从而使交换机将其节点的 mac地址 添加到mac地址栏中 44 4 4 4交换机的种类 按网络覆盖范围划分 1 广域网交换机 主要应用于电信城域网互联 因特网接入等领域中 是提供通信用的基础平台 2 局域网交换机 常用的交换机 主要应用于局域网 用于连接终端设备 如服务器 工作站 集线器 路由器 网络打印机等网络设备 提供高速独立的通信信道 45 4 4 4交换机的种类 按应用层次划分 1 企业级交换机 2 校园网交换机 3 部门级交换机 4 工作组交换机 5 桌面型交换机 46 4 4 5交换机的选择 交换机的交换方式 1 直通式 cutthrough 当输入端口检测到一个数据包时 就检查该包的包头 根据包内的目的地址把数据包直通到相应端口 优点 这种方式不需要等数据包接收完就开始转发 交换速度快 延迟非常小 缺点 不提供错误检测服务 有可能将出错的数据包转发出去 也不提供缓存 不能将速率不同的端口直接接通 而且容易丢包 2 存储转发式 storeandforward 这种方式先将数据包完整的接收下来 经过crc检查 如果数据包没有错误 再根据地址进行转发 优点 提供错误检测服务 改善了网络性能 支持速度不同的端口的转发服务 可以保证高速端口与低速端口间协同工作 缺点 传输延时较大 而且需要较大的缓存容量 47 4 4 5交换机的选择 交换机的选购一般来说 与交换机性能和设备选型密切相关的因素主要有背板带宽 包转发率 交换方式 端口类型 端口速率 端口密度 冗余模块 堆叠能力 vlan数量 mac地址数量 三层交换能力等 下面以几款产品为例逐一介绍 a 背板带宽背板带宽是我们在选购交换机时应该十分注意的一个性能指标 它标志着一个交换机总的吞吐能力 背板带宽越高 能够给各通信端口提供的可用户带宽越大 数据交换速率越快 当然背板带宽越高的价格也就越贵 b 交换方式目前交换机通常采用直通式交换和存储转发式 其中直通式交换延时小 速度快 但不提供错误检测 容易丢包 存储转发与之相反 它是接收数据包后先缓存起来 做crc校验 过滤错误的数据包后再发送到目的端口 这种交换方式稳定准确 但是延时大 华为的s3026交换机即属于存储转发式 该技术是目前交换机使用最为普遍的方式 通常情况下 如网络对数据的传输速率要求不是太高 可选择存储转发式交换机 如网络对数据的传输速率要求较高 可选择直通转发式交换机 48 c 延时是指从交换机接收到数据包开始到向目标端口发送数据包之间的时间间隔 主要受所采用的转发技术等因素的印象 延时越短 数据的传输速率越快 网络的效率也就越高 当然是交换机的延迟时间越短越好 价格自然也就越贵 d 端口类型端口类型是指交换机上的端口是以太网 令牌环 fddi还是atm等类型 一般来说固定端口交换机只有单一类型的端口 而模块化交换机则可以有不同介质类型的模块可供选择 从而实现各种网络的互连 如华为的s3050交换机提供的是10 100base tx 1000base fx端口 而华为s5516交换机有1000 100 10base t 1000base lx 1000base sx等几种接口可供选择 在我们小型办公室中使用的交换机一般是以rj45以太网端口居多 49 e 端口速率除了背板带宽 包转发等 端口速率也是衡量交换机的一项重要指标 像神州数码dcs 1016交换机提供10m 100m速率 而其模块化交换机dcrs 7515能够提供10m 100m 1000m等不同速率 目前低端交换机一般都能够提供10m 100m速率 高端交换机能够提供1000m甚至更高 f mac地址数量像路由器有路由表一样 每个交换机都有一个mac地址表 所谓mac地址数量是指交换机的mac地址表中可以最多存储的mac地址数量 存储的mac地址数量越多 那么数据转发的速度和效率也就就越高 像cisco的交换机ciscows c6509 1300ac 的mac地址为16000 netgeargs524t的mac地址为8k 在我们选购交换机时要注意这个参数 不过现在的交换机一般都会在几千到几万个以上 差不多都会满足要求 50 以上简单列举了交换机的一些主要性能指标 目前市场上交换机产品琳琅满目 不同厂商对针对不同用户提出自己产品的特色 增强卖点 但只要您擦亮眼睛 清楚产品的本质特性 找到最佳的性能价格比 我相信就不难选择适合自己的产品了 还有其他一些像cpu主频类型 延时 mtbf 平均无故障时间 模块冗余 缓存类型和大小等参数 也