《计算机网络 基础》-第四章 网络设备

4.1网络服务器4.1.1服务器在网络系统中的作用作为硬件来说，服务器通常指那些具有较高计算能力，能够提供给多个用户使用的计算机。它的主要任务是运行网络操作系统和其他应用软件，为网络提供通信控制、管理和共享资源等。服务器在网络系统中往往处于中心地位，主要功能是为网络上的其他计算机或设备提供信息服务。因此，服务器的性能会直接影响到网络的性能。服务器的基本任务是处理各个网络工作站提出的网络请求，如文件服务、打印服务、WWW服务、电子邮件服务和FTP服务等。下一页4.1网络服务器4.1.2服务器的分类与特点服务器按不同的功能有以下几种分类方法(服务器如图4-1所示)。1.按用途分类(1)文件服务器，是计算机网络提供的主要服务器之一。(2)打印服务器，用于对网络打印资源的管理与访问，使多个网络客户机能使用同一台打印机。(3)应用服务器，因其用途不同可分为Web服务器、电子邮件服务器、FTP服务器等。下一页上一页4.1网络服务器4.1.2服务器的分类与特点2.按用户规模数量分类(1)工作组级服务器。其功能全面、可管理性强、易于维护、可用性强，比较适合中小企业、中小学及大企业的分支机构。(2)部门级服务器。最适合做各种中小型数据库、Internet和Web服务器等网络应用。部门级服务器还具有较强的扩充能力，适合于对可靠性要求较高的应用环境，结合RAID磁盘阵列还可以进一步提高数据的安全性。(3)企业级服务器。适合运行在需要处理大量数据、高处理速度，以及对可靠性要求极高的金融、证券、交通、邮电和通信等行业中。下一页上一页4.1网络服务器4.1.3服务器的选择1.服务器的技术指标服务器的主要技术指标有：CPU速度、内存大小、硬盘容量、接口类型和硬盘的结构形式(单个盘、镜像盘)以及I/O速度等。2.选择服务器的注意事项(1)应从用途出发。(2)在客户机/服务器模式下，服务器的CPU利用率较高。(3)关键部门要求具有很高的安全性，不允许丢失实时数据或要求能24小时连续工作时服务器应具备磁盘阵列、热备份和热插拔功能，因此通常应选择中高档服务器。上一页返回4.2网络工作站工作站也称为客户机(Client)是接入网络并接受网络服务器管理和控制的供客户访问网络资源的计算机。工作站能够运行独立的操作系统，是用户使用网络资源的接口设备，同时也是用户使用网络资源的真正平台。工作站分为有盘工作站和无盘工作站，所谓有盘工作站是指本身带有硬盘的工作站，脱离网络环境时可作为一般计算机使用，开机时可选择是否入网，也可在计算机运行状态下选择重新入网。无盘工作站是指本身不带有硬盘的工作站，其引导程序存放在网络适配器(网卡)的EPROM中，机器加电后自动执行，引导计算机与网络自动连接。无盘工作站造价低，但近年来随着计算机硬件成本的降低，网络系统中无盘工作站己很少采用。返回4.3传输介质4.3.1双绞线双绞线是由全程相互缠绕的一对或多对铜芯构成。1.非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UnshieldedTwisted-pair，UTP)是由多个缠绕在一起的铜线对组成，而每根铜线又都封闭在一个简陋的塑料套子单，如图4-2所示。(1)一类和二类最初是针对语言通信定义的，只能运行较低的数据传送速率，小于4Mbps。(2)三类适用于大多数往来。(3)四类提供的数据传输速率可达20Mbps。(4)五类在三类的基础上有所增强，比如支持FastEthernet(快速以太网)、更强的绝缘能力以及每英尺更多的扭数等。下一页4.3传输介质4.3.1双绞线

2.屏蔽双绞线屏蔽双绞线(ShieldedTwisted-pair，STP和非解蔽双绞线的唯一区别在于STP电缆在电线与外部的塑料外套之间有一个解蔽层。这个解蔽层通常由铝金属和聚醋纤维做成，形成了一个防止电磁辐射进入或逸出的解障。如图4-3所示。下一页上一页4.3传输介质4.3.2同轴电缆同轴电缆(CoaxialCable)就是在当时普遍采用的传输介质，如图4-4所示。它共由4层组成：一根中央铜导线，包围铜线的绝缘层，一个网状金属屏蔽层以及一个塑料保护外皮。它的内部共有两层导体排列在同一轴上，所以称为“同轴”。计算机与细缆连接要采用BNC连接器，也称T型接头。BNC连接器直接连接在计算机的网卡上，它有3个接口，“T”型底部连接到网卡上，另外两边连接细缆，以便允许信号进入网卡，如图4-5所示。下一页上一页4.3传输介质4.3.3光纤光纤传输的是光信号，而不是电信号。和其他网络传输媒体比较，它是效率最高的一种。每根光纤都有自己的包层，一根或多根光纤再由外皮包裹构成光缆。如图4-6所示。光纤既可以采用多模式，也可以采用单模式。单模式光纤只用一条单独光纤通路，典型情况是使用由固体激光器发出的激光进行信号传输。如果想省钱，不妨考虑多模式光纤，因为它能使用LED(发光二极管)，和激光比较起来，LED是一种更经济的光源。表4-1列出了发光二极管和固体激光器的特性。下一页上一页4.3传输介质4.3.3光纤在一个典型的LAN环境中，光纤的布线从一台带有光纤网卡的计算机或网络设备开始。这块网卡有一个输入接口及一个输出接口。利用特殊的光纤连接器(如图4-7所示)可以使接口与光纤直接连接。光纤的相反一端则连入一个连接设备或接合中心。如果要连接不带有与光纤兼容的设备的计算机，那么必须把计算机挂接到一台称为光纤驱动器的连接设备上。光纤接口设备能电了信号转换成光信号，以便通过光纤进行传输。相反，光脉冲通过光纤到达目的地后，光纤接口设备能将它们还原成电子信号。下一页上一页4.3传输介质4.3.4无线介质1.无线电波无线电波除了用于无线电广播和电视节目以外，也可以用于传输数据信号，不过信号频率要远高于电台的发射频率，频率在10kHz~30MHz之间。优点：波长较短，而目强度较低。只适用于短距离的传输。传输数据速度一般在2~6Mbps之间。与其他无线通信相比，无线电通信比较便宜而且易于安装。缺点：(1)不能满足高速网络通信的要求；(2)使用的频率难以控制。如果有其他信号使用的频率与无线电通信的频率在相似范围之内，就会受到信号干扰；(3)容易受自然环境的影响，如山峰会减弱或干扰信号的传输。下一页上一页4.3传输介质4.3.4无线介质2.微波采用微波传输的站必须安装在视线内，通常称这种方式为地面微波，其传输的频率为4~6GHz和21~23GHz。微波系统还可以采用另一种方式：卫星微波。卫星在发送站与接收站之间反射信号。这类传输的频率范围为11~14GHz。3.红外线红外光也可以用作网络通信的介质，相比其他无线通信技术而言，红外线设备成本通常更低，且不需要天线，然而，红外线技术也存在一些不足之处，红外线系统的特性是传输距离小于2km，限制在视线范围之内，一般局限于一个很小的区域；另外，通常要求发送器直接指向接收器；且红外线不能穿墙。红外线的数据传输速率同样不高，在面向一个方向通信时，数据传输速率为16Mbps。上一页返回4.4网卡4.4.1概述网卡(NetworkAdapter)，又称网络适配器或网络接口卡。计算机通过网卡就可以相互连接、相互通信。网卡的主要功能是处理以计算机上发到网线上的数据，按照特定的网络协议将数据分解成适当大小的数据包，然后发送到网络上去。目前市面上见到的低端网卡都是以太网网卡。图4-8所示为一款10/100Mbps自适应网卡。按照主板上的总线类型可将网卡可分为ISA、PCI等。ISA网卡又可分为8位网卡和16位网卡两种。由于ISA网卡的传输速度最大只能达到11Mbps，所以已被淘汰。目前市场上PCI接口的网卡占了主流。按其网线的接头插口类型可将网卡分为RJ-45水晶头接口、BNC细缆接口、AUI(收发器)接口以及集成了这几种接口类型的2合1、3合1网卡。下一页4.4网卡4.4.2网卡的参数设置在安装网卡时，要注意三个重要的参数：中断请求号(IRQ)、直接存储器访问通道(DMA)以及基本的I/O口地址。1.配置IRQ而完成这种传递功能的CPU不知网卡存储器中何时有分组，则需要网卡在有分组到来的时候向CPU发出申请，这种申请称之为中断请求(IRQ)。每台计算机有16个不同的IRQ但不允许两个设备共享一个IRQ端口，且每个设备的IRQ必须是专用的，因此IRQ是计算机硬件资源中最宝贵的资源。设置IRQ时，必须知道计算机己使用了哪些IRQ。IRQ有时也称为中断等级，这是因为它代表了中断的优先级。IRQ的编号越低，优先级越高。下一页上一页4.4网卡4.4.2网卡的参数设置2.配置I/O地址网卡除了需要一个IRQ端口之外，还需要一个或多个I/O地址。I/O地址比IRQ端口要多得多，但是还是应该保证分配的I/O地址不会与现有设备的资源冲突。表4-2为COM与PRINTER端口、IRQ与I/O口地址常见的设置，表4-3为一般网卡所提供的I/O端口地址。虽然每一组地址都包含多个地址，但是一般都以第一组地址代表该组地址。3.配置DMA通道分配当一个分组从网络到达计算机后，它就被存放在网卡的存储器中，这时，网卡向CPU发出传输信息的请求。功能强大的DMA芯片就会来回地进行数据传输工作而不影响CPU的计算和信息处理工作。下一页上一页4.4网卡4.4.3网卡驱动程序网卡驱动程序是Windows操作系统与网卡进行通信的软件接口，有了它，网卡才能在Windows操作系统中正常工作。如果计算机配置的是即插即用型网卡，则在安装Windows时，安装程序会自动识别该网卡并进行配置，尽可能地减少了用户的干预。如果所用的网卡不是即插即用型，则按照步骤安装驱动。上一页返回4.5集线器4.5.1集线器的工作原理集线器(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，是对网络进行集中管理的最小单元。常见集线器的基本结构如图4-11所示，其外部结构比较简单。集线器的主要不足体现在如下几个方面。(1)用户带宽共享，带宽受限。(2)广播方式，易造成网络风暴。(3)非双工传输，网络通信效率低。下一页4.5集线器4.5.2集线器的应用一般来说，当中继器作为星型拓扑结构网络的中心时，使用的网络设备一般都是一种比较特殊的中继器一一集线器，集线器最重要的特性是：①放大信号；②通过网络传输信号；③无过滤功能；④无路径检测或交换功能；⑤被用作网络集中点。集线器主要用于共享网络的组建，是解决从服务器直接到桌面最经济的方案。上一页返回4.6交换机4.6.1交换机的工作原理交换机则是一个“聪明”的邮递员——其拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有端口都挂接在这条背部总线上，当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC(网卡的硬件地址)的NIC(网卡)挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加到内部地址表中。图4-12所示为普通交换机与核心交换机。下一页4.6交换机4.6.2交换机的应用交换机工作在数据链路层上，不需要检查上层信息。交换机基于站点或MAC地址，将业务量分成几段并将其进行过滤，以减少网络上不必要的业务量并将冲突发生的可能性降到最低。交换机的重要特性是：①比集线器更智能，分析收到的数据包并根据寻址信息来转发或丢弃；②在两个网段之间收集和传递数据包；③控制网络的广播风暴；④维护地址表。图4-13所示的是一个10Mbps共享式局域网的网络结构，一般情况下，共享式网络带宽的利用率只有50%左右，集线器与服务器之间的数据流量一般只有5Mbps。按一个集线器实际连接10个用户计算，每个用户只能得到0.5Mbps的速率。事实证明这时用户实际可利用的网络带宽很小。上一页返回4.7网络其他互联设备4.7.1中继器例如，假设准备连接的计算机间间隔了100m，且使用10BaseT电缆进行连接，那么就击要一个设备对信号进行放大，以确保数据正确无误地传输。用这种方式对信号进行放大的设备叫做“中继器”(Repeater)。图4-14所示便展示了一个中继器的连接情况。随着网络通信负载的加重，采用这种方法扩大网络往往会遇到许多困难，主要是大量用户使用同一带宽而发生冲突。因而要求使用比较智能的设备，以适应扩大网络的能力。在这种情况下，往往会选择使用网桥。下一页4.7网络其他互联设备4.7.2网桥网桥(Bridge)比中继器更高级，同中继器一样，能够放大信号，把信号从一种类型的电缆传到另一种类型的电缆。如果网络的一个部分负载过大，或数据传输量过大，就会严重影响整个网络的性能，但可以用网桥把这一部分隔离。此外，可以使用网桥提高网络的可靠性和安全性。网桥比中继器更理智，能够分析流过的数据。由于网桥能够在数据传输过程中破译目的信息，因此网桥能够通过程序的过滤传输，将其一边的网络段与网络的其他部分隔离。以下几种因素可能会用到网桥的这一功能：下一页上一页4.7网络其他互联设备4.7.2网桥(1)性能：如果网络的一部分非常忙，用户对数据交换有可能失去控制，但可以防止其影响整个网络。(2)可靠性：如果某个部门试验一个新的网络操作系统(NOS)、新的网络硬件，或其他可能对网络产生影响的东西，可以防止它们对整个网络产生影响。(3)安全性：如果有些敏感的数据不希望某些人看到，可以在网络的特殊部门限制这些数据，这样可以降低数据泄漏的可能性。下一页上一页4.7网络其他互联设备4.7.3路由器路由器是用于连接两个或多个网络的设备。它包括了相关的硬件和软件。图4-15所示为路由器。路由器使用逻辑和物理地址寻址方案连接两个或多个逻辑上相互独立的网络。为实现这种连接，需要将大型网络组织成不同的逻辑网络段(有时也称为“子网”)。每个子网都有自己的逻辑地址。路由器可以很容易地解决源站点和目标站点的多路径的问题。下一页上一页4.7网络其他互联设备4.7.3路由器路由器可以持续计量传输延迟和检测各连线的状态，仅在有重要变化需要通报时路由器之间才相互传递路由信息，这种方式称为链路状态协议(Link-stateProtocol)。这种协议比RIP效率高得多。采用RIP时，每隔30s路由器就会忙于收发路由信息，而影响其他数据的正常传输。并非所有的网络陇议都可以使用路由的方法，这是因为有许多协议并不包括使用路由所必须的网络地址信息。如上所述的XNS,TCP/IP和IPX协议都是使用路由器的。而IBM的大型机SNA和Microsoft及IBM的PC网络使用的NetBEUI不准使用路由器，而只能使用网桥。下一页上一页4.7网络其他互联设备4.7.4网关如果的结构和连接的都使用了功能与运作方式类似的协议，那么用路由器可以很方便地把它们连接起来。但是，如果准备连接的网络使用了完全不同的协议，便需要一个功能更强、更加智能的设备。这些，“网关”是一种特殊的设备，它能解释和翻译两个网络环境单使用的完全不同的协议。网