计算机网络技术及应用网络硬件

1、第三章 网络硬件赵婧如西安邮电大学XIAN UNIVERSITY OF POSTS & TELECOMMUNICATIONS计算机网络技术及应用网络硬件第1页网络适配器调制解调器中继器和集线器交换机路由器无线设备防火墙本章主要内容计算机网络技术及应用网络硬件第2页网络适配器调制解调器中继器和集线器交换机路由器无线设备防火墙本章主要内容计算机网络技术及应用网络硬件第3页3.2 网络适配器网络适配器(Network Adapter)或网络接口卡NIC (Network Interface Card)，简称“网卡”。计算机网络技术及应用网络硬件第4页3.2 网络适配器网卡与局域网之间通信是经过电缆以

2、串行方式进行，而和计算机之间通信是经过计算机主板上I/O总线以并行传输方式进行。硬件地址至局域网适配器（网卡）串行通信CPU 和存放器生成发送数据，处理收到数据把帧发送到局域网，从局域网接收帧计算机IP 地址并行通信计算机网络技术及应用网络硬件第5页 网卡结构3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第6页 网卡功效 网卡工作在数据链路层，是对计算机网络功效扩展。 功效以下：1) 数据封装与解封，信号发送与接收。2) 介质访问控制协议实现。3) 串行/并行转换。4）编码与译码。3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第7页主控芯片：负责控制着进出网卡数据流。数据泵：用来发送和接收中止

3、请求（IRQ）信号，起到指挥数据正常流动作用。Boot ROM芯片插槽：在此插槽上安装无盘开启芯片每块网卡都有一个唯一硬件地址，它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM中，且确保绝对唯一。LED状态指示灯：用来指示网卡工作状态。晶振是石英振荡器简称，它是时钟电路中最主要部件，它作用是向显卡、网卡、主板等配件各分提供基准频率. 如：00-E0-3C-22-4D-5A （全球唯一）Vendor ID MAC ID3.1.1 网卡组成和功效计算机网络技术及应用网络硬件第8页计算机网络技术及应用网络硬件第9页计算机网络技术及应用网络硬件第10页 MAC地址（硬件地址/物理地址） IEEE802标准为每个DT

4、E要求了一个48位全局地址，它是站点全球唯一标识符，与其物理位置无关。 MAC地址为6Byte（48位）。 MAC地址前3个字节（高24位）由IEEE统一分配给厂商,低24位由厂商分配给每一块网卡。 网卡MAC地址能够认为就是该网卡所在站点MAC地址3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第11页 MAC地址地址字段前3个字节（高24位）其中0至23位（前三个字节）称为“组织唯一标识符OUI(Organizationally Unique Identifer)”，俗称企业标识符，由IEEE注册管理机构RA(Registration Authority)负责分配，由IEEE注册管理委员会R

5、A统一分配给厂商，低24位由厂商自行分配。3.2 网络适配器/cgi-bin/ouisearch?xx-xx-xx（xx-xx-xx处输入MAC地址前三个字节）来查询网卡所属厂商计算机网络技术及应用网络硬件第12页 MAC地址查看3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第13页 MAC地址查看3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第14页计算机网络技术及应用网络硬件第15页 网卡工作原理发送时，操作系统调用网卡驱动程序对数据进行封装，然后将数据帧放至发送队列，按次序发送到通信线路上。当网络上有数据帧抵达时，网卡检验数据帧目标地址是否是当地网络接口卡硬件地址或者广播地址。假如都不是

6、就丢弃该数据帧，假如是，将数据帧放入接收队列，然后对数据帧进行解封，去除发送方附加首部和尾部信息，然后将原始数据放入处理队列中等候操作系统中上层网络模块处理。LED状态指示灯：用来指示网卡工作状态。3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第16页计算机网络技术及应用网络硬件第17页网络适配器分类网卡能够连接传输介质有同轴电缆（包含粗缆、细缆）、双绞线、光纤，无线介质。连接传输介质不一样，连接接口也不一样。1按传输介质接口分类(1) 同轴电缆接口网卡(2）双绞线接口网卡(3) 光纤接口网卡(4) 无线网卡3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第18页按传输介质接口分类 同轴电缆接口

7、网卡3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第19页按传输介质接口分类 双绞线接口网卡3.2 网络适配器市场上多见通常为10/100Mbps自适应型或10/100/1000Mbps自适应型计算机网络技术及应用网络硬件第20页按传输介质接口分类 光纤接口网卡3.2 网络适配器光纤网卡能够支持1000Mbps、10Gbps高传输速率计算机网络技术及应用网络硬件第21页按传输介质接口分类 无线网卡3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第22页网络适配器分类在计算机系统中，各个功效部件都是经过总线进行数据交换，针对网卡所支持总线接口不一样分类以下。2按照总线接口类型分类(1) ISA网卡

8、(2) PCI网卡(3) PCI-X网卡(4) PCI Express网卡(5) PCMCIA网卡(6) USB网卡3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第23页按照总线接口类型分类 ISA网卡3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第24页按照总线接口类型分类 PCI网卡3.2 网络适配器32位PCI网卡能够插接在64位5伏PCI插槽上使用。而第三种结构与前两种都不一样，传统32位PCI网卡不能插接到这一类型PCI插槽上使用。计算机网络技术及应用网络硬件第25页按照总线接口类型分类 PCI-X网卡3.2 网络适配器PCI-X是PCI总线改良版，PCI-X与PCI总线不一样是，P

9、CI总线有32位和64位两种，而PCI-X总线均为64位。因为PCI-X与之前64位PCI总线完全兼容而且性能方面有显著提升，所以很快取代64位PCI成为新标准。计算机网络技术及应用网络硬件第26页按照总线接口类型分类 PCI Express网卡3.2 网络适配器，Intel企业提出3GIO（Third Generation I/O Architecture，第三代I/O体系）总线概念，它以串行、高频率运作方式取得高性能。PCI Express没有沿用传统PCI采取共享架构。计算机网络技术及应用网络硬件第27页按照总线接口类型分类 PCI Express网卡3.2 网络适配器标准总线宽度工作时

10、钟频率传输速率PCI 3232Bit33 MHz66 MHz133 Mb/s266 Mb/sPCI 6464 Bit33 MHz66 MHz 266 Mb/s533 Mb/sPCI-X 1.064 Bit66 MHz100 MHz133 MHz533 Mb/s800 Mb/s1066 Mb/sPCI-X 2.0 (DDR)64 Bit133 MHz2132 Mb/sPCI-X 2.0 (QDR)64 Bit133 MHz4264 Mb/sPCI Express11 Lines, 8 bit2.5 GHz500 Mb/sPCI Express22 Lines, 8 bit2.5 GHz1 Gb/

11、s (Duplex)PCI Express44 Lines, 8 bit2.5 GHz2 Gb/s (Duplex)PCI Express88 Lines, 8 bit2.5 GHz4 Gb/s (Duplex)PCI Express1616 Lines, 8 bit2.5 GHz8 Gb/s (Duplex)PCI Express3232 Lanes, 8 bit2.5 GHz16 Gb/s (Duplex)通道数加倍，带宽也加倍计算机网络技术及应用网络硬件第28页按照总线接口类型分类 PCI Express网卡3.2 网络适配器PCI Express 1网卡计算机网络技术及应用网络硬件第2

12、9页按照总线接口类型分类 PCMCIA网卡3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第30页按照总线接口类型分类 PCMCIA网卡3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第31页计算机网络技术及应用网络硬件第32页按照总线接口类型分类 PCMCIA网卡3.2 网络适配器PCMCIA（Personal Computer Memory Card International Association，PC内存卡国际联合会）是一个成立于1989年国际性组织。最早出现PCMCIA卡是16位，与ISA总线相同，以后出现被称为CardBusPCMCIA卡，采取32位33MHzPCI总线，提供更高传输

13、速率，但基本物理结构与之前卡相同。现在， PCMCIA推出ExpressCard，已取代Cardbus标准，成为笔记本扩展卡通用标准。计算机网络技术及应用网络硬件第33页按照总线接口类型分类 PCMCIA网卡3.2 网络适配器34mm总线接口计算机网络技术及应用网络硬件第34页按照总线接口类型分类 USB网卡3.2 网络适配器计算机网络技术及应用网络硬件第35页硬件安装驱动安装协议参数配置3.2 网络适配器网卡安装计算机网络技术及应用网络硬件第36页计算机网络技术及应用网络硬件第37页网络适配器调制解调器中继器和集线器交换机路由器无线设备防火墙本章主要内容计算机网络技术及应用网络硬件第38页

14、调制解调器Modem，是Modulator（调制器）和Demodulator（解调）两个单词首字母缩写。 用于使用传统模拟通信线路进行计算机通信接入设备。3.3 调制解调器计算机网络技术及应用网络硬件第39页 调制解调器分类 按外部结构分：外置式、内置式、卡式、机架型3.3 调制解调器计算机网络技术及应用网络硬件第40页按外部结构分：外置式、内置式、卡式、机架型3.3 调制解调器 调制解调器分类 计算机网络技术及应用网络硬件第41页 宽带接入技术 xDSL 技术 光纤同轴混合网(HFC网) FTTx技术按接入方式分：传统MODEM、ADSL MODEM、CABLE MODEM、（以下结合宽带接

15、入技术讲解。）3.3 调制解调器 调制解调器分类 计算机网络技术及应用网络硬件第42页 以下分别结合xDSL 技术和光纤同轴混合网(HFC网)技术讲解ADSL MODEM和CABLE MODEM 。按接入方式分：传统MODEM、ADSL MODEM、CABLE MODEM3.3 调制解调器 调制解调器分类 计算机网络技术及应用网络硬件第43页3.3 调制解调器 xDSL 技术就把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用高端频谱留给用户上网使用。 DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)缩写。而 DSL 前缀 x 则表示在数字用户线上实现不一样

16、宽带方案。ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线 ADSL技术计算机网络技术及应用网络硬件第44页ADSL MODEM3.3 调制解调器 频谱频率上行信道传统电话04下行信道(kHz)40138110025 个子信道249 个子信道计算机网络技术及应用网络硬件第45页ADSL MODEM外观3.3 调制解调器计算机网络技术及应用网络硬件第46页ADSL技术ADSL语音分离器是在传统电话系统上提供ADSL服务无源低通滤波器，可将传输话音低频信号（3003400Hz）和传输数据高频信号（20KHz1MHz）完全有效分离。分离器段线缆均为

17、带有RJ-11插头双绞线，线缆为带有RJ-45插头双绞线。计算机网络技术及应用网络硬件第47页ADSL MODEM外置式连接（不用电话）3.3 调制解调器计算机网络技术及应用网络硬件第48页ADSL MODEM内置式连接3.3 调制解调器计算机网络技术及应用网络硬件第49页 光纤同轴混合网(HFC网) HFC 网是在当前覆盖面很广有线电视网 CATV 基础上开发一个居民宽带接入网。 HFC 网除可传送 CATV 外，还提供电话、数据和其它宽带交互型业务。 现有 CATV 网是树形拓扑结构同轴电缆网络，它采取模拟技术频分复用对电视节目进行单向传输。而 HFC 网则需要对 CATV 网进行改造。

18、3.3 调制解调器计算机网络技术及应用网络硬件第50页光纤同轴混合网(HFC网)因为要让电视和Internet在同一根电缆上共存，必须合理分配电缆频带。HFC 网含有比 CATV 网更宽频谱，且含有双向传输功效。下行信道上行信道5 40 50 550 750 1000原有模拟电视数字信号频率(MHz)保留电话通信、数据通信、对HFC网络监视数字电视信号、网络交互业务保留给今后使用，如个人通信3.3 调制解调器计算机网络技术及应用网络硬件第51页Cable MODEM 电缆调制解调器一端连接到计算机，另一端连接到有线电视网（Cable TV，简称CATV），以使用户借助有线电视网进行数据通信，访

19、问Internet等信息资源。 用户经过电缆调制解调器连接有线电视宽带网接入有线电视数据网，有线电视数据网再和Internet高速相连。 3.3 调制解调器计算机网络技术及应用网络硬件第52页 Cable Modem 电缆调制解调器是为 HFC 网而使用调制解调器。 电缆调制解调器最大特点就是传输速率高。其下行速率普通在 310 Mb/s之间，最高可达 30 Mb/s，而上行速率普通为 0.22 Mb/s，最高可达 10 Mb/s。 电缆调制解调器比在普通电话线上使用调制解调器要复杂得多，而且不是成对使用，而是只安装在用户端。 3.3 调制解调器计算机网络技术及应用网络硬件第53页Cable

20、MODEM(外置式连接之一)3.3 调制解调器段线缆均为同轴电缆，线缆为带有RJ-45插头双绞线（假如使用USB接口连接，线缆为USB连接线） 计算机网络技术及应用网络硬件第54页网络适配器调制解调器中继器和集线器交换机路由器无线设备防火墙本章主要内容计算机网络技术及应用网络硬件第55页3.4 中继器和集线器共享网络：网络中只有一个信号传输通道，全部节点共享该通道，每个时刻仅且仅接收一个节点发出数据（e.g.单行道）冲突： 共享网络中多个节点同时发送数据造成信号碰撞 ，在总线型网络采取争用方法处理冲突冲突域： 受同一冲突影响全部设备组成一个冲突域。广播域： 能够接收同一广播全部设备组成一个广播

21、域。计算机网络技术及应用网络硬件第56页3.4 中继器和集线器 Repeater(中继器)全部端口都在同一个冲突域中全部端口都在同一个广播域中全部设备共享带宽信号放大工作在物理层 使用中继器能够连接两端相同或不相同缆线；接收、放大信号来增加传输距离；在两个方向上传输全部数据；以最经济方式连接两段线缆。计算机网络技术及应用网络硬件第57页中继器工作原理RepeaterTransmits data to all connected computersRepeater3.4 中继器和集线器计算机网络技术及应用网络硬件第58页 Hub(集线器) 电子器件模拟实际电缆工作，多个中继器集中 每个端口都含有

22、发送和接收数据功效3.4 中继器和集线器计算机网络技术及应用网络硬件第59页 Hub(集线器)使用集线器以太网在逻辑上仍是一个总线网 连接到HUB设备都在一个冲突域，使冲突域扩大工作在物理层3.4 中继器和集线器计算机网络技术及应用网络硬件第60页思索工作在物理层集线器是否能够从比特流中分辨出数据帧？集线器怎样把数据送往目标节点？计算机网络技术及应用网络硬件第61页 集线器连接Hub to PC：直通线=100mHub to Hub ：细缆连接或用双绞线级联3.4 中继器和集线器计算机网络技术及应用网络硬件第62页网络适配器调制解调器中继器和集线器交换机路由器无线设备防火墙本章主要内容计算机网

23、络技术及应用网络硬件第63页3.5 网桥和交换机 交换机外观与集线器相同。 连入集线器全部节点被划入一个段范围内，在这个范围内，一个时刻只能有一个节点发送数据，不然就会引发冲突，该范围被称为冲突域。处于同一冲突域内节点共享总带宽。 交换机多个RJ-45端口,采取“微分段”，即一个端口一个分段，相互通信节点享受全部带宽。 计算机网络技术及应用网络硬件第64页使用交换机后，可建立多个并发通信。比如：8个端口最多可建立4个并发通信，总带宽 = (8/2)10Mbps = 40 Mbps10Mb/s 网络交换机交换式以太网3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第65页交换机类型1按照是否含有

24、可管理性划分1）非网管型交换机非网管型交换机，不需任何配置，加电后便能够正常工作，因为无需配置，所以除了网络连接端口以外不提供任何配置端口。这类交换机使用方便，不过不支持远程监视和管理。普通作为传统集线器理想替换产品，主要应用于家庭、工作组，中小型企业办公桌面连网。3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第66页交换式类型1按照是否含有可管理性划分2）网管型交换机网管型交换机支持SNMP协议，能够完成全部基本网络管理任务，网管型交换机产品提供了基于终端控制口（Console）、基于Web页面以及支持Telnet远程登录网络等各种网络管理方式。网络管理人员能够依据网络需求配置交换机，在当

25、地或远程实时监控交换机工作状态、调整网络运行状态，使全部网络资源得以合理利用。网管型交换机主要应用于企业级及少数部门级网络连接。 3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第67页交换式类型2按照是否含有可扩展性划分 1）固定端口交换机 所带有端口是固定，这里所说端口指是普通端口，这类交换机不能再增加端口数目。提供有限端口和固定类型接口，所以，不论从可连接用户数量上，还是从可使用传输介质上来讲都含有一定不足，但这种交换机在工作组中应用较多，普通适合用于小型局域网、桌面交换环境。 3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第68页3.5 网桥和交换机交换机类型2按照是否含有可扩展性划

26、分 2）模块化交换机 模块化交换机可任意选择不一样数量、不一样速率和不一样接口类型模块，以适应各种网络需求。价格较高，但拥有很大灵活性、可扩充性和强大容错能力，支持交换模块冗余备份，企业级应用中因为更多地考虑其扩充性、兼容性和排错性，所以常选取模块化交换机。计算机网络技术及应用网络硬件第69页交换式类型2按照是否含有可扩展性划分 2）模块化交换机 在模块化交换机背板或前面板上有扩展槽，没有插入模块时有带螺丝挡板封闭。使用时，将原挡板拆下，把模块插入交换机扩展槽内即可。 3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第70页交换式级联与堆叠当单一交换机所能够提供端口数量不足以满足网络需求时，需

27、要两个或更多交换机提供对应端口数量，这就要包括到交换机之间连接问题。与前一节讲述集线器一样，交换机之间连接有级联和堆叠两种方式。 3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第71页交换式级联与堆叠1级联交换机之间级联不受品牌和型号制约，任何交换机都能够经过级联方式连接在一起，所以，级联通常是处理不一样品牌交换机怎样连接有效伎俩。 3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第72页交换式级联与堆叠1级联提供了专用级联端口（Uplink端口） 使用普通端口级联 3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第73页交换式级联与堆叠1级联级连是组建网络基础，能够灵活利用各种拓扑、冗余技

28、术，在层次太多时候，需要进行精心设计。对于级连层次极少网络，级连方式能够提供最优性能。 3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第74页交换式级联与堆叠2堆叠与级联不一样，堆叠需要专用堆叠模块和堆叠线缆，它们可能随机附带，也可能需要单独购置。含有堆叠模块（其上带有堆叠端口）交换机之间便能够经过专用堆叠线缆连接起来，能够在有限空间内提供尽可能多端口，堆叠后全部交换机组成一个统一逻辑单元，相当于一个含有高密度端口交换机。 只能将同一品牌交换机(支持堆叠)进行堆叠。3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第75页3.5 网桥和交换机交换式级联与堆叠2堆叠菊花链式堆叠堆叠线缆Cisco

29、 3750系列交换机堆叠 SMC8700S-30 Cisco 3750 计算机网络技术及应用网络硬件第76页 2堆叠 另一个交换机堆叠方式： 多个交换机堆叠也可采取以下方法，如图，最下面交换机提供一个多口堆叠母模块和一个单口堆叠子模块，其它交换机只提供单口堆叠子模块，用专用堆叠线缆将全部子模块与母模块连接起来，组成堆叠单元。 交换式级联与堆叠3.5 网桥和交换机计算机网络技术及应用网络硬件第77页网络适配器调制解调器中继器和集线器交换机路由器无线设备防火墙本章主要内容计算机网络技术及应用网络硬件第78页 Router(路由器)用于异构网络互连，工作在网络层。主要功效：1）网络互连支持各种局域网

30、和广域网接口，实现不一样网络间相互通信。2）分组转发对于收到分组，为其寻找一条适合路径，并从对应端口转发出去。直接向另一个网络或网段目标计算机发送数据包，减小网络压力。3.6 路由器计算机网络技术及应用网络硬件第79页 工作在第三层（网络层）上。 在网络之间转发网络分组。 能够提供按最佳路由转发网络分组。 实现子网隔离，限制广播风暴。 (目地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播比较网络交换机)路由器功效3.6 路由器计算机网络技术及应用网络硬件第80页3.6 路由器1.按结构分：非模块化、模块化2.按性能分：低端固定路由器、低端可变路由器、中端路由器、 高端路由器宽带路由器模块接口卡路由器

31、分类计算机网络技术及应用网络硬件第81页路由器配置连接console portRJ-45ConnectorRolloverCable ComputerRJ-45 to DB-9Adapter3.6 路由器计算机网络技术及应用网络硬件第82页路由器外观三、Router外观及连接3.6 路由器DB-9RJ-45计算机网络技术及应用网络硬件第83页 采取存放转发方法： 接收并缓存IP数据分组，提取分组中目标IP地址，然后查路由表决定转发路径。假如未查到，则丢弃该分组。 路由器工作原理概述3.6 路由器计算机网络技术及应用网络硬件第84页Cisco路由器基本组成Cisco路由器是由CPU、RAM、NVRAM、FLASH、ROM和一些对应接口经过内部总线相连而组成。CPU：负责整个系统计算和控制；ROM（Read Only Memory）：存放引导程序和IOS一个最小子集。它是只读存放器，系统掉电，程序不会丢失；ROM里包含了POST（Power On Self Test）加电自检代码、Boot Strap引导代码、Mini IOS (简化版IOS相当于windows 系统安全模式)、ROM Moni