1、認識計算機網(wǎng)絡設備 2.2 網(wǎng)絡互連設備,計算機網(wǎng)絡技術與應用,目標,通過本節(jié)學習了解掌握常見的網(wǎng)路連接設備。,重點,網(wǎng)卡 集線器 交換機 路由器,難點,網(wǎng)卡 集線器 交換機 路由器,網(wǎng)卡,網(wǎng)絡接口卡（NIC，Network Interface Card）又稱網(wǎng)絡適配器（NIA，Network InterfaceAdapter），簡稱網(wǎng)卡。用于實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)計算機和網(wǎng)絡電纜之間的物理連接，為計算機之間的相互通信提供一條物理通道，并通過這條通道進行高速數(shù)據(jù)傳輸。在局域網(wǎng)中，每一臺聯(lián)網(wǎng)計算機都需要安裝一塊或多塊網(wǎng)卡，通過介質連接器將計算機接入網(wǎng)絡系統(tǒng)。網(wǎng)卡完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的大部分功能。,網(wǎng)卡的功能

2、,網(wǎng)卡是LAN的接入設備，起著向網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)流量、接受并轉換數(shù)據(jù)的作用。它具有以下主要功能： 實現(xiàn)局域網(wǎng)中傳輸介質的物理連接和電氣連接 代表著一個固定的地址 執(zhí)行網(wǎng)絡控制命令 實現(xiàn)OSI參考模型中的數(shù)據(jù)鏈路層的功能 對傳送和接收的數(shù)據(jù)進行緩存 按照OSI協(xié)議物理層傳輸?shù)慕涌跇藴剩瑢崿F(xiàn)規(guī)定的接口功能,網(wǎng)卡的MAC地址,每一塊網(wǎng)卡都帶有一個與其他網(wǎng)卡不一樣的編號，作為識別LAN結點的標識，這個編號在網(wǎng)絡中稱為MAC（Media Access Control，介質訪問控制）地址 （物理地址）。網(wǎng)卡的MAC地址通常是由網(wǎng)卡生產(chǎn)廠家刻入網(wǎng)卡的EPROM（一種閃存芯片，通常可以通過程序擦寫）上，

3、它存儲的是傳輸數(shù)據(jù)的計算機和接收數(shù)據(jù)的主機的地址。形象地說，MAC地址就如同我們的身份證號碼，具有全球唯一性。著名的以太網(wǎng)卡，其物理地址是48 bit的整數(shù)，如：44-45-53-54-00-00，以計算機可讀的方式存入主機接口中。 如何獲取本機的MAC地址？ 在Windows 98/Me中，依次單擊“開始運行”，輸入“winipcfg”，再按回車鍵，即可看到MAC地址。 在Windows 2000/XP中，依次單擊“開始運行”，輸入“cmd”，按回車鍵，再輸入“ipconfig /all”，再按回車鍵，即可看到MAC地址。,網(wǎng)卡的工作原理,在網(wǎng)卡上有一定容量的緩存，當網(wǎng)上傳來的數(shù)據(jù)到達本工作

4、站時，首先被暫時存放在網(wǎng)卡的緩存中。而CPU并不知道網(wǎng)卡何時從網(wǎng)絡上收到待處理的數(shù)據(jù)，因此網(wǎng)卡與CPU之間必須有一種有效的聯(lián)系方法，使得CPU能夠知道網(wǎng)卡上當前有無數(shù)據(jù)需要處理。一種方法是CPU周期性地不斷查詢網(wǎng)卡，其缺點是：如果周期太長，大量數(shù)據(jù)被放在網(wǎng)卡緩存中得不到處理，有可能造成部分數(shù)據(jù)丟失，同時對網(wǎng)卡緩存容量要求較高；如果周期短，又會大大浪費CPU處理能力，降低CPU的實際工作效率。一些老式網(wǎng)卡采用這樣的工作方式，目前已經(jīng)較少使用了。另一種溝通CPU與網(wǎng)卡的方法，也是目前較流行的一種方法，則是由網(wǎng)卡來通知CPU在某個時候來處理新來的數(shù)據(jù)，網(wǎng)卡的這種工作方式被稱為中斷請求。CPU接收到網(wǎng)

5、卡的申請后，會通知主板上的直接存儲器訪問芯片（DMA），將數(shù)據(jù)送入內存中，而CPU一旦空閑便會處理網(wǎng)卡上的數(shù)據(jù)。,網(wǎng)卡的類型,按網(wǎng)卡的總線接口類型來分，一般可將網(wǎng)卡分為ISA網(wǎng)卡、PCI網(wǎng)卡、PCI-X網(wǎng)卡、PCMCIA網(wǎng)卡和USB接口網(wǎng)卡。 按網(wǎng)卡的網(wǎng)絡接口類型來分，可將網(wǎng)卡分為RJ-45接口網(wǎng)卡、BNC接口網(wǎng)卡、AUI接口網(wǎng)卡、FDDI接口網(wǎng)卡和ATM接口網(wǎng)卡。 按網(wǎng)卡的傳輸速率劃分，目前主流的網(wǎng)卡主要有10 Mbps網(wǎng)卡、100 Mbps以太網(wǎng)卡、10 Mbps/100 Mbps自適應網(wǎng)卡、1 000 Mbps（千兆）以太網(wǎng)卡及10 Mbps/100 Mbps/1 000 Mbps自適應

6、以太網(wǎng)卡等。 除了以上幾類網(wǎng)卡外，另外還有一些新興類型的網(wǎng)卡，如現(xiàn)在非常流行的無線網(wǎng)卡。,集線器,集線器（Hub）主要應用于局域網(wǎng)中，作用于OSI參考模型的第一層，因此又被稱為物理層設備。集線器內部采用了電器互連結構，可連接多個用戶結點，且每個結點都通過一條專用電纜和集線器連接，所以從某種意義上講，可以將集線器看作是多端口的中繼器。如下圖所示。,集線器的缺陷,數(shù)據(jù)傳輸速率低 基于集線器的網(wǎng)絡僅僅是一個共享集線器內部總線的局域網(wǎng)，所以當多臺計算機同時發(fā)送數(shù)據(jù)時就好像上、下行通道在同時發(fā)送信號，集線器內部會產(chǎn)生信號碰撞現(xiàn)象，并產(chǎn)生碰撞強化信號（Jam）向集線器所連接的目標端口進行傳送。 這時所有數(shù)

7、據(jù)都將不能發(fā)送成功，形成“網(wǎng)絡塞車”，這樣就降低了數(shù)據(jù)傳輸效率。 不具備交換機的“記憶能力”和“學習能力” 在集線器傳輸過程中，無論從哪一個端口收到一個數(shù)據(jù)包時，都會將此數(shù)據(jù)包廣播到其他端口，沒有針對性，而且集線器也沒有交換機所具備的MAC地址表，不具有尋址功能，所以它并不記憶每個端口所連接網(wǎng)卡的MAC地址。 采用“廣播技術”為數(shù)據(jù)發(fā)送方式，存在著三點不足 數(shù)據(jù)通信不安全，易受網(wǎng)絡黑客非法截取數(shù)據(jù)包； 共享帶寬的工作方式降低了網(wǎng)絡執(zhí)行效率； 非雙工傳輸方式減低了網(wǎng)絡通信效率，不能滿足大型網(wǎng)絡通信需求。,集線器的類型,按端口數(shù)量來分，目前主流集線器主要有8口、16口和24口等大類，但也有少數(shù)品牌

8、提供非標準端口數(shù)，如4口和12口的，還有5口、9口、18口的集線器產(chǎn)品。 集線器也有帶寬之分，如果按集線器所支持的帶寬不同分類，通?？煞譃?0 Mbps、100 Mbps、10 Mbps/100 Mbps三種。 隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，集線器技術也在不斷改進，發(fā)展到了今天的具有堆疊技術的堆疊式集線器，有的集線器還具有智能交換機功能?？梢哉f集線器產(chǎn)品已在技術上向交換機技術進行了過渡，具備了一定的智能性和數(shù)據(jù)交換能力。但隨著交換機價格的不斷下降，集線器僅有的價格優(yōu)勢已不再明顯，市場越來越小，處于被淘汰的邊緣。,交換機,交換機的英文名稱為“Switch”，它是集線器的升級換代產(chǎn)品，從外觀上來看，它與

9、集線器外形基本上沒有多大區(qū)別，都是帶有多個端口的長方體。交換機是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳酚缮系募夹g統(tǒng)稱。廣義的交換機就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設備。 交換機的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流量控制。目前一些高檔交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng)）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有路由和防火墻的功能。此外，交換機還可以有效地隔離廣播風暴，減少誤包和錯包的發(fā)生，并避免網(wǎng)絡共享沖突。具體方法是通過交換機給網(wǎng)絡“分段”，然

10、后通過對照MAC地址表，只允許必要的網(wǎng)絡流量通過交換機。,交換機的組成,交換機主要是由背板、端口、緩沖區(qū)、邏輯控制單元和交叉矩陣等部件組成。 背板 與計算機主板相似，可在上面插多個板卡。邏輯控制單元集成電路和交叉矩陣電路部件都設計在背板上。 端口 是一排物理接口，每個端口可連接一個站點或一個LAN。各端口之間可同時形成多個數(shù)據(jù)通道。端口之間的幀輸入和輸出不受CSMA/CD協(xié)議控制。在交換機上同時存在三個數(shù)據(jù)通道，連接站點與站點、站點與LAN、LAN與LAN，因此，相當于大大提高了網(wǎng)絡帶寬。 邏輯控制單元 管理交換機，識別連接到端口的LAN類型，自動進行源端口到目的端口的動態(tài)連接，并對每個端口進

11、行流量控制。 交叉矩陣 交換機的矩陣部件是一個在每兩個端口之間都存在連接的交叉開關電路。它一旦接收到來自邏輯控制單元的指令，就啟動源端口與目的端口之間的交叉連接，并保持該連接，直到數(shù)據(jù)幀通過并被確認。,交換機的交換原理,交換機屬于數(shù)據(jù)鏈路層設備，可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進行轉發(fā)，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中，如下圖所示。,交換機的類型,根據(jù)網(wǎng)絡覆蓋范圍分為局域網(wǎng)交換機和廣域網(wǎng)交換機。 根據(jù)傳輸介質和傳輸速度劃分，可以將交換機分為以太網(wǎng)交換機、快速以太網(wǎng)交換機、千兆（G位）以太網(wǎng)交換機、10千兆（10 G位）以太網(wǎng)交換機、FDDI交換機、AT

12、M交換機和令牌環(huán)交換機等。 根據(jù)交換機所應用的網(wǎng)絡規(guī)模，可以將交換機劃分為企業(yè)級交換機、校園網(wǎng)交換機、部門級交換機和工作組交換機等。 根據(jù)工作在OSI中的層次，交換機可分為第二層交換機、第三層交換機和第四層交換機。,交換機與集線器的區(qū)別,在OSI/RM（OSI參考模型）中的工作層次不同 數(shù)據(jù)傳輸方式不同 帶寬占用方式不同 傳輸模式不同 總之，集線器屬于純硬件網(wǎng)絡底層設備，且工作于物理層。集線器基本上不具有類似于交換機的“智能記憶”能力和“學習”能力，也不具備交換機的MAC地址表，所以它發(fā)送數(shù)據(jù)時都是沒有針對性的，采用廣播方式發(fā)送。 交換機基于MAC地址識別，工作于數(shù)據(jù)鏈路層，是能完成封裝轉發(fā)數(shù)

13、據(jù)包功能的網(wǎng)絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，并將其存放在內部地址表中，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，可以使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址。,路由器,路由器（Router）是工作在OSI第三層（網(wǎng)絡層）上的互連設備，如下圖所示。它可以連接不同傳輸速率并運行于各種環(huán)境的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。因為路由器的互連功能更強，因而能獲得更多的信息，為到來的數(shù)據(jù)分組找到最佳路徑。路由器與網(wǎng)絡協(xié)議有關，利用互連網(wǎng)絡協(xié)議，可以為網(wǎng)絡管理員提供整個網(wǎng)絡的信息，以便管理網(wǎng)絡。,路由器的功能,路由器是在網(wǎng)絡層對分組信息進行存儲、轉發(fā)來實現(xiàn)多個網(wǎng)絡互連的。因此，路由器具有以下基本功能。 協(xié)議轉換

14、 路由選擇 多種協(xié)議的路由選擇 流量控制 過濾與隔離 分段和組裝 網(wǎng)絡管理,路由器的防火墻功能,防火墻是隔離本地和外部網(wǎng)絡的一道防御系統(tǒng)。早期低端的路由器大多沒有內置防火墻功能，而現(xiàn)在的路由器幾乎普遍支持防火墻功能，它能有效地提高網(wǎng)絡的安全性。防火墻常用的功能主要有： 報文過濾 狀態(tài)檢測 攻擊防御 流量控制 內容過濾 日志管理,路由器的類型,從支持網(wǎng)絡協(xié)議能力的角度，可把路由器分為單協(xié)議路由器和多協(xié)議路由器。 從所處網(wǎng)絡位置劃分，通常把路由器劃分為邊界路由器和中間結點路由器。 從功能上劃分，可將路由器分為骨干級路由器，企業(yè)級路由器和接入級路由器。,路由器與交換機的區(qū)別,工作層次不同 最初的交換機是工作在OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層，也就是第二層，而路由器一