計算機網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備全解

1、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及實訓(xùn),2,第2章 計算機網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備,2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的互連設(shè)備,2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備連接,3,2.1.1網(wǎng)卡,網(wǎng)卡，又叫網(wǎng)絡(luò)適配器，是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的連接設(shè)備。網(wǎng)卡安裝在計算機中，多臺計算機通過傳輸介質(zhì)(如雙絞線或光纖)連接網(wǎng)卡并與某個集中設(shè)備(如交換機)相連，是目前最為流行的計算機網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)。 1. 網(wǎng)卡的作用 代表固定的網(wǎng)絡(luò)地址 在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)，必須確定數(shù)據(jù)從哪臺計算機來，到哪臺計算機去，如何標識這些計算機呢？這就要靠網(wǎng)卡的物理地址來標識。 數(shù)據(jù)從一臺計算機傳輸?shù)搅硗庖慌_計算機時，也就是從一塊網(wǎng)卡傳輸?shù)搅硪粔K網(wǎng)卡，即從源網(wǎng)絡(luò)地址傳輸?shù)侥康木W(wǎng)絡(luò)地址。 以太

2、網(wǎng)網(wǎng)卡的物理地址(Ethernet Address)是由十六進制數(shù)表示的、長度為6個字節(jié)的一組數(shù)字。所有廠商生產(chǎn)的所有網(wǎng)卡，物理地址絕對不會相同。,4,2.1.1網(wǎng)卡, 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)送到網(wǎng)線上 網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的方式與計算機內(nèi)部處理數(shù)據(jù)的方式是不相同的，它必須遵從一定的數(shù)據(jù)格式(通信協(xié)議)。當計算機將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)卡上時，網(wǎng)卡會將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可處理的字節(jié)，那樣才能將數(shù)據(jù)送到網(wǎng)線上，網(wǎng)絡(luò)上其它的計算機才能處理這些數(shù)據(jù)。 接收數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式 在網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)卡的工作是雙重的：一方面它將本地計算機上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式后送入網(wǎng)絡(luò)；另一方面它負責(zé)接收網(wǎng)絡(luò)上傳過來的數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)進行與發(fā)送數(shù)據(jù)時相反的轉(zhuǎn)

3、換，將數(shù)據(jù)通過主板上的總線傳輸給本地計算機。,5,2.1.1網(wǎng)卡,2. 網(wǎng)卡的分類 按網(wǎng)卡的工作方式可分為： 半雙工： 全雙工： 一般來說，現(xiàn)在絕大部分的網(wǎng)卡都是全雙工的了。,6,2.1.1網(wǎng)卡, 按網(wǎng)卡的工作對象可分為普通工作站網(wǎng)卡和服務(wù)器專用網(wǎng)卡 按網(wǎng)卡的總線類型可分為ISA網(wǎng)卡、EISA網(wǎng)卡和PCI網(wǎng)卡 按網(wǎng)卡的接口類型可分為BNC接口、AUI接口、RJ-45接口及光纖接口 按網(wǎng)卡的傳輸速率可分為10Mbps網(wǎng)卡、100Mbps網(wǎng)卡、10/100Mbps自適應(yīng)網(wǎng)卡、1000Mbps網(wǎng)卡幾種：,7,2.1.2 傳輸介質(zhì),1. 有線介質(zhì) 雙絞線 無論是對模擬數(shù)據(jù)傳輸還是數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸，最普通的

4、傳輸介質(zhì)就是雙絞線。它是由按一定規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列并扭在一起的多根絕緣導(dǎo)線所組成，芯內(nèi)大多是銅線，外部裹著塑橡絕緣外層，線對扭絞在一起可以減少相互間的幅射電磁干擾。計算機網(wǎng)絡(luò)中常用的雙絞電纜是由4對線(8芯制，RJ-45接頭)按一定密度相互扭絞在一起的。,8,2.1.2 傳輸介質(zhì),按照其外部包裹的是金屬編織層還是塑橡外皮，可分為屏蔽雙絞線電纜(STP，Shielded Twisted Pair)和非屏蔽雙絞線電纜(UTP，Unshielded Twisted Pair)。,9,2.1.2 傳輸介質(zhì),圖2-3 非屏蔽雙絞線電纜(UTP),圖2-4 屏蔽雙絞線電纜(STP),10,2.1.2 傳輸介

5、質(zhì), 同軸電纜 典型的同軸電纜由一根內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線，外加絕緣層、密集網(wǎng)狀編織導(dǎo)電金屬屏蔽層以及外包裝保護塑橡材料組成，其結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。在細纜10Base-2網(wǎng)絡(luò)中，如果要將計算機網(wǎng)卡連接到同軸電纜上，還需要一個T型接頭和BNC接插件。用戶在安裝時不能把不同類型的電纜混合使用，原因是不同型號的同軸電纜其特征阻抗值是不同的，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接失敗。 同軸電纜分為兩類：基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。計算機網(wǎng)絡(luò)一般選用基帶同軸電纜進行數(shù)據(jù)傳輸，寬帶電纜是采用頻分復(fù)用和模擬傳輸技術(shù)的同軸電纜，以前采用同軸電纜較多，主要是因為同軸電纜組成的總線形拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)成本較低，但是單條電纜的損壞可能導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓

6、，維護也難，所以同軸電纜已經(jīng)是一種將近淘汰的傳輸介質(zhì)。,11,2.1.2 傳輸介質(zhì),圖2-5 同軸電纜,12,2.1.2 傳輸介質(zhì), 光纖 光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱，它由能傳導(dǎo)的石英玻璃纖維外加保護層構(gòu)成，相對于金屬導(dǎo)線來說具有重量輕、線徑細的特點,外觀如圖2-6所示。,13,2.1.2 傳輸介質(zhì),用光纖傳輸電信號時，在發(fā)送端先將其變成光信號，而在接收端又要由光檢測器還原成電信號。光纖的電信號傳送過程如圖2-7所示。,圖2-7 光纖的電信號傳送過程,14,2.1.2 傳輸介質(zhì),2. 無線傳輸介質(zhì) 無線傳輸介質(zhì)通過空間傳輸，不需要架設(shè)或鋪埋地電纜或光纖，給施工帶來很大方便。目前常用的無線傳輸技術(shù)有：

7、微波通信和衛(wèi)星通信。 微波通信 微波通信的載頻通常為2GHz40GHz范圍。因為頻率很高，可同時傳送多路信息，例如，一個頻帶為2MHz的頻段可容納500條話音線路，用來傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)，速率可達數(shù)Mbps。微波通信的工作頻率很高，與短波通信不一樣，它是沿直線傳播的，由于地球表面是個曲面，使微波傳播的距離受限制。直接傳播的距離與天線的高度有關(guān)，天線越高傳播的距離越遠，超過一定的距離就要用中繼站來接力。,15,2.1.2 傳輸介質(zhì), 衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信是微波通信的一種特殊形式，衛(wèi)星通信利用地球同步衛(wèi)星做中繼來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號。衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制，一個地球衛(wèi)星可以覆蓋地地球的1/3以上表

8、面，三個這樣的衛(wèi)星就可以覆蓋地球全部通信區(qū)域，這樣，地球上的各個地面站這間都可互相通信。由于衛(wèi)星通信頻帶寬，也可采用多路復(fù)用技術(shù)分為若干個子頻道，有些用于由地面站向衛(wèi)星發(fā)送，稱為上行信道，而有些用于由衛(wèi)星向地面轉(zhuǎn)發(fā)，稱為下行信道。衛(wèi)星通信的優(yōu)點是容量大，傳輸距離遠；缺點是傳輸延遲時間長，對于數(shù)萬里高度的衛(wèi)星來說，以200m/s或5s/km的信號傳播速度來計算，從發(fā)送站通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到接收站的傳播延遲的時間約要花數(shù)百毫秒，這相對于地面電纜的傳播延遲時間來說，兩者要相差幾個數(shù)量級。,16,(3)無線電波通信 容易產(chǎn)生，可以傳輸很遠的距離，能夠穿過建筑物，應(yīng)用廣泛。 傳輸是全方向的 傳輸速度有限制,1

9、7,2.1.3 集線器,集線器(HUB)是計算機網(wǎng)絡(luò)中連接多個計算機或其他設(shè)備的連接設(shè)備。集線器基本上是一個共享設(shè)備，其實質(zhì)是一個中繼器，主要提供信號放大和中轉(zhuǎn)的功能，它把一個端口接收的全部信號向所有端口分發(fā)出去。圖2-8是一臺標準的24口集線器。,圖2-8 標準的24口集線器,18,2.1.3 集線器,2. 集線器的分類 集線器有多種類型，各個種類具有特定的功能、提供不同等級的服務(wù)。 按總線帶寬的不同，集線器分為10M、100M和10M/100M自適應(yīng)三種； 按配置形式的不同可分為獨立型、模塊化和堆疊式三種； 按端口數(shù)目的不同主要有8口、16口、24口和32口幾種； 按工作方式可分為智能型和

10、非智能型兩種。,19,按工作方式區(qū)分有較普遍的意義，可以進一步劃分為被動無源集線器、主動有源集線器、智能集線器和交換集線器四種。 被動無源集線器(passive HUB) 被動集線器只把多段網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)連接在一起，允許信號通過，不對信號做任何處理，它不能提高網(wǎng)絡(luò)性能，也不能幫助檢測硬件錯誤或性能瓶頸，只是簡單地從一個端口接收數(shù)據(jù)并通過所有端口分發(fā)，這是集線器可以做的最簡單的事情。,20,2.1.3 集線器, 主動有源集線器(active HUB) 主動集線器擁有被動集線器的所有性能，此外還能監(jiān)視數(shù)據(jù)。在以太網(wǎng)實現(xiàn)存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能中，主動集線器在轉(zhuǎn)發(fā)之前檢查數(shù)據(jù)，糾正損壞的分組并調(diào)整時序，并對微弱信號進

11、行放大后轉(zhuǎn)發(fā)。此外，主動集線器還可以報告哪些設(shè)備失效，從而提供了一定的診斷能力。 智能集線器(intelligent HUB) 智能集線器除了主動集線器的特性外，還提供了集中管理功能。如果連接到智能集線器上的設(shè)備出了問題，可以很容易地識別、診斷和修補。智能集線器另一個出色的特性是可以為不同設(shè)備提供靈活的傳輸速率。除了上連到高速主干的端口外，智能集線器還支持到桌面的10/16/100Mbps的速率，即支持以太網(wǎng)、令牌環(huán)和FDDI。,21,2.1.3 集線器, 交換集線器(switching HUB) 交換集線器就是在一般智能集線器功能上又提供了線路交換能力和網(wǎng)絡(luò)分段能力的一種智能集線器。由于集線

12、器基本上是作為一種共享設(shè)備來定義的，因此很多時候也把它劃入入門級的交換機類型中。交換機與集線器的區(qū)別在于：用集線器組成的網(wǎng)絡(luò)稱為共享式網(wǎng)絡(luò)，用交換機組成的網(wǎng)絡(luò)稱為交換式網(wǎng)絡(luò)。同時，集線器只能在半雙工方式下工作，而交換機同時支持半雙工和全雙工操作。,22,2.1.4 交換機,交換機的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、錯誤校驗、幀序列以及流量控制。另外，交換機還具備對虛擬局域網(wǎng)(VLAN)的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。如圖所示為交換機的外觀示意圖。,交換機外觀示意圖,23,2.1.4 交換機,1. 交換機的作用 端口帶寬的獨享 集線器不管有多少個端口，所有端口都是共享一條

13、帶寬，在同一時刻只能有二個端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待。而交換機最顯著的特點在于端口帶寬的獨享。在同一時刻可進行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都是一個獨立的沖突域，連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設(shè)備競爭使用。,24,2.1.4 交換機,當節(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個傳輸都享有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是100Mbps的以太網(wǎng)交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2100Mbps200Mbps，而使用100Mbps的共享式集線器時，一個集線器的總流通量也不會超出100Mbps。 識別MAC地址，并完成封裝

14、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包 交換機可以識別MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址。,25,2.1.4 交換機, 網(wǎng)絡(luò)分段 使用帶VLAN功能的交換機可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對照地址表，交換機只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，分割通信量，使前往給定網(wǎng)段的某主機的數(shù)據(jù)包不至于傳播到另一個網(wǎng)段上。這樣可以有效的隔離廣播風(fēng)暴，減少誤包和錯包的出現(xiàn)，避免共享沖突。,26,2.1.4 交換機,2. 交換機的分類 從廣義上來看，交換機分為兩種：廣域網(wǎng)交換機和局域網(wǎng)交換機。廣域網(wǎng)交換機主要應(yīng)用于電信領(lǐng)域，提供通信用的

15、基礎(chǔ)平臺。而局域網(wǎng)交換機則應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)，用于連接終端設(shè)備，如計算機及網(wǎng)絡(luò)打印機等。 從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上可分為以太網(wǎng)交換機、快速以太網(wǎng)交換機、千兆以太網(wǎng)交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環(huán)交換機等。 從規(guī)模應(yīng)用上又可分為企業(yè)級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度并不是完全一致的，一般來講，企業(yè)級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式(插槽數(shù)較少)，也可以是固定配置式，而工作組級交換機為固定配置式(功能較為簡單)。 從應(yīng)用的規(guī)模來看，作為骨干交換機時，支持500個信息點以上大型企業(yè)應(yīng)用的交換機為企業(yè)級交換機，支持300個信息點以下中型企業(yè)的交換機為部門級交換機，

16、而支持100個信息點以內(nèi)的交換機為工作組級交換機。,27,2.1.4 交換機, 從交換機工作的協(xié)議層來分有第2層交換機、第3層交換機和第4層交換機。 第2層交換機依賴于鏈路層中的信息(如MAC地址)完成不同端口數(shù)據(jù)間的線速交換；第3層交換機具有路由功能，將IP地址信息用于網(wǎng)絡(luò)路徑選擇，并實現(xiàn)不同網(wǎng)段之間的線速交換；第4層交換機則使用傳輸層包含在每一個IP包包頭的服務(wù)進程/協(xié)議(例如HTTP是用于傳輸Web，F(xiàn)TP是用于文件傳輸，Telnet用于終端通信、SSL用于安全通信等)進行交換和傳輸處理，實現(xiàn)帶寬分配、故障診斷和對TCP/IP應(yīng)用程序數(shù)據(jù)流進行訪問控制功能。,28,2.1.5 路由器,1

17、. 路由器的作用 一般說來，異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與多個子網(wǎng)互聯(lián)都應(yīng)采用路由器來完成。路由器能將不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)信息進行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成一個更大的網(wǎng)絡(luò)。路由器是廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)連接時必不可少的互連設(shè)備，它將數(shù)據(jù)分組“封裝”到含有路由和傳送信息的數(shù)據(jù)包中，在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送。當路由器收到一個數(shù)據(jù)包后，讀出其中的源和目標網(wǎng)絡(luò)地址，然后根據(jù)路由表中的信息，利用復(fù)雜的路由算法，為數(shù)據(jù)包選擇合適的路由并轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包到達目標節(jié)點前的路由器后，分解為數(shù)據(jù)鏈路層所認識的數(shù)據(jù)幀，并把它傳送到目標節(jié)點。這種轉(zhuǎn)發(fā)和擁塞控制，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿つ啃院推胶饩W(wǎng)絡(luò)流量，改善網(wǎng)絡(luò)性能。

18、同時，延伸網(wǎng)絡(luò)距離，實現(xiàn)局域網(wǎng)接入Internet和多個局域網(wǎng)之間的遠程連接。 路由器可用帶有多塊網(wǎng)卡的計算機與相應(yīng)的路由軟件配置而成，每塊網(wǎng)卡與一個子網(wǎng)相連；當然，也可以與廣域網(wǎng)相連，在Internet共享應(yīng)用中，MODEM也可看作是一塊廣域網(wǎng)的網(wǎng)卡。,29,2.1.5 路由器,2. 路由器的分類 我們可以從不同的角度對路由器進行不同的分類。例如：從支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能力的角度，我們可以將路由器分為單協(xié)議路由器和多協(xié)議路由器。從工作位置來分，可以將其分為訪問路由器和邊界路由器。從連接規(guī)模和能力考慮，又可以將其分為區(qū)域路由器、企業(yè)路由器、園區(qū)路由器等，它們分別用于構(gòu)建不同規(guī)模的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。,30,就路

19、由器與交換機來說，主要區(qū)別體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）工作層次不同 最初的的交換機是工作在OSIRM開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)鏈路層，也就是第二層，而路由器一開始就設(shè)計工作在OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層。由于交換機工作在OSI的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），所以它的工作原理比較簡單，而路由器工作在OSI的第三層（網(wǎng)絡(luò)層），可以得到更多的協(xié)議信息，路由器可以做出更加智能的轉(zhuǎn)發(fā)決策。 （2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)所依據(jù)的對象不同 交換機是利用物理地址或者說MAC地址來確定轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的目的地址。而路由器則是利用不同網(wǎng)絡(luò)的ID號（即IP地址）來確定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的地址。IP地址是在軟件中實現(xiàn)的，描述的是設(shè)備所在的網(wǎng)絡(luò)，有時這些第三層的地址也稱為協(xié)議

20、地址或者網(wǎng)絡(luò)地址。MAC地址通常是硬件自帶的，由網(wǎng)卡生產(chǎn)商來分配的，而且已經(jīng)固化到了網(wǎng)卡中去，一般來說是不可更改的。而IP地址則通常由網(wǎng)絡(luò)管理員或系統(tǒng)自動分配。,31,（3）傳統(tǒng)的交換機只能分割沖突域，不能分割廣播域；而路由器可以分割廣播域 由交換機連接的網(wǎng)段仍屬于同一個廣播域，廣播數(shù)據(jù)包會在交換機連接的所有網(wǎng)段上傳播，在某些情況下會導(dǎo)致通信擁擠和安全漏洞。連接到路由器上的網(wǎng)段會被分配成不同的廣播域，廣播數(shù)據(jù)不會穿過路由器。雖然第三層以上交換機具有VLAN功能，也可以分割廣播域，但是各子廣播域之間是不能通信交流的，它們之間的交流仍然需要路由器。 （4）路由器提供了防火墻的服務(wù) 路由器僅僅轉(zhuǎn)發(fā)特定地址的數(shù)據(jù)包，不傳送不支持路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包傳送和未知目標網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的傳送，從而可以防止廣播風(fēng)暴。,32,2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備連接,在計算機網(wǎng)絡(luò)中，通常使用網(wǎng)線連接交換機與計算機、交換機與交換機。下面以傳輸介質(zhì)是雙絞線的網(wǎng)絡(luò)為例，介紹直通雙絞線與交叉雙絞線及如何利用它們將交換機與計算機、交換機與交換機連接起來。,33,2.