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/

2、串数据转换 (3)传输错误检测 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

3、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

4、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)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

5、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

6、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

7、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

8、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、1000Mbps 3、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

9、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：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HUBHUB n4 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 NIC HUB UT

10、P PC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

11、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

12、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

13、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，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

14、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

15、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

16、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、

17、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

18、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

19、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。 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

20、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（Routing 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

21、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 2.0 AB 路由表的基本内容路由表的基本内容 172.16.2.0 172.16.1.0 172.16.4.0 AB 路由器路由器A的路由表的路由表 .3.1.2.3 q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：用线路速度、距离或跨越的路由器的个数（步跳开销

22、：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分为单协议路由器、多协议路由器。 n2、

23、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。 优点

24、：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

25、。 除了以上四种常见的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