传输设备1

计算机网络传输设备本节主要描述和介绍：•LAN网络设备(包括NIC、转发器、多站访问部件MAU、集线器、路由器、桥式路由器、转换器和网关)的功能。•解释LAN网络设备是如何进行工作的。•说明WAN网络设备(包括多路器、信道组、专用网、调制解调器、访问服务器和路由器)的目的。•解释WAN网络设备是如何进行工作的。LAN传输设备是可以用来连接单独网络的设备、也可创建并连接多个网络或子网、建立校园网等。在LAN中的传输设备可作为单一的结点，或将多个结点互连，这些结点包括以下几项：NIC、转发器、MAU、集线器、路由器、桥式路由器、转换器、网关。网络互联设备1.中继器和集线器2.调制解调器3.网络互联设备—网卡4.网桥5.交换机6.路由器7.网关第一节中继器和集线器中继器（RPrepeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制调整和放大功能，以此来延长网络的长度。在OSI参考模型中的位置如图所示。作用：完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。以太网络标准中就约定了一个以太网上只允许出现5个网段，最多使用4个中继器，而且其中只有3个网段可以挂接计算机终端。集线器（Hub）是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。集线器在OSI/RM中的位置如图所示。常分为5种不同的类型1）单中继器网段集线器在硬件平台中，第一类集线器是一种简单中继LAN网段，最好的例子是叠加式以太网集线器或令牌环网多站访问部件（MAU）。2）多网段集线器多网段集线器是从第一类集线器直接派生而来的，采用集线器背板，这种集线器带有多个中继网段。多网段集线器通常是有多个接口卡槽位的机箱系统。多网段集线器的主要技术优点是可以将用户的信息流量分载，网段之间的信息流量一般要求独立的网桥或路由器。3）端口交换式集线器端口交换式集线器是在多网段集线器基础上将用户端口和背板网段之间的连接过程自动化，并通过增加端口交换矩阵（PSM）来实现的。优点：实现移动、增加和修改的自动化4）网络互联集线器端口交换式集线器注重端口交换，而网络互联集线器在背板的多个网段之间实际上提供一些类型的集成连接。这可以通过一台综合网桥、路由器或LAN交换机来完成这类集线器通常都采用机箱形式。5.交换式集线器集线器和交换机之间的界限已变得越来越模糊。交换式集线器有一个核心交换式背板，采用一个纯粹的交换系统代替传统的共享介质中继网段。集线器和交换机之间的特性几乎没有区别。第二节调制解调器作用：它将计算机输出的原始数字信号变换成适应模拟信道的信号，我们把这个实现调制的设备称为调制器。从已调制信号恢复为数字信号的过程称为解调，相应的设备叫做解调器。调制器与解调器合起来称为调制解调器。调制解调器的分类(1)按功能分类就功能而言，调制解调器可分为通用调制解调器及具有传真功能的调制解调器(2)按外形分类就外形而，调制解调器可分为外置式、内插式、袖珍型和机架型4种。第二节调制解调器(3)按传输速率分类调制解调器的传输速率是以bps(bps)为计算单位的，标准的传输速率为1200\2400\9600\14400等。(4)按使用线路分类调制解调器按电话线路可分为PSTN、LEASED、LINE及DDS等几种。PSTN（公用电话网）即一般家庭和办公室所使用的电话线；LEASDLINE则是一般所说的电话专线，只算月租费；DDS是数字数据网，网上只能传送数据而不能传送声音信号。(5)按操作模式分类调制解调器的操作有同步和异步两种模式。调制解调器在联网中的功能1)数据传输功能在数据通信系统中，数据传输是实现数据通信的基础。数据传输的方式可分为并行传输与串行传输。并行传输：在并行传输中，一个字符的所有各个比特都是同时发送的，也就是说每一比特均使用单独的信道，所有比特是同时从发送端发出，并且同时抵达接收端。串行传输：串行传输是最常用的通信方法，它的字符以串行方式在一条信道上传输，且每个字符中的各个比特都是一个接一个的在通信线路中发送(3)同步与异步传输功能调制解调器的工作方式必须和与它相连的终端设备的工作方式相一致调制解调器可以接收异步信号，对这些信号的定时没有严格的规定；对高速调制解调器来说都是同步工作方式，在同步传输时只能有一个时钟源。(4)传输速率数据传输的速率通常用每秒传输的比特来衡量。与调制解调器有关的速率包括：•调制解调器之间的传输速率（DECspeed）；•数据终端设备与调制解调器之间的传输速率（DTEspeed）；•调制解调器本身的串口速率（Serialportspeed）。•调制解调器间的传输速率eg.一般所说的“2400的调制解调器”或“9600的调制解调器”。这里的“2400”或“9600”指的就是两部调制解调器在线路上传输数据时的传输速率。购买MODEM，必须遵循下列主要原则。(1)与终端设备匹配在选择调制解调器之前，要根据网络中采用的终端特性，即传输特性，选择出与之适配的调制解调器。首先必须考虑终端传输速率，速率的划分可按前面的分级；其次是终端的工作特性，即终端是同步还是异步工作方式，是全双工还是半双工方式。(2)终端连接方式进行数据传输之前，终端必须要建立起通信链路，通信链路可分为交换线路与专用线路。(3)调制解调器的性能主要有3个方面评价调制解调器：a)带宽利用率、每赫频带每秒能传送多少个二进制码元。b)是差错性能，通常以误码率PE与信噪比E/NO的关系曲线来表示。如果在达到要求的误码率PE时所需的信噪比低，则说明该设备在较差的环境中工作。c)设备的复杂性，它与设备的价格有关，是一个重要的经济指标第三节网络互联设备—网卡网卡概述网卡（NetworkInterfaceCard）是OSI模型中数据链路层的设备，如图所示。网卡功能：1)读入由其他网络设备（Router、Switch、Hub或其他NIC）传输过来的数据包，经过拆包，将其变成客户机或服务器可以识别的数据，通过主板上的总线将数据传输到所需设备中（CPU、RAM或HardDriver）2)将PC设备（CPU、RAM或HardDriver）发送的数据，打包后输送至其他网络设备中从工作方式上来看，网卡大致有5类：1)主CPU用IN和OUT指令对网卡的I/O端口寻址并交换数据。这种方式完全依靠主CPU实现数据传送。当数据进入网卡缓冲区时，LAN控制器发出中断请求，调用ISR，ISR发出I/O端口的读写请求，主CPU响应中断后将数据帧读入内存。2)网卡采用共享内存方式，即CPU使用MOV指令直接对内存和网卡缓冲区寻址。接收数据时数据帧先进入网卡缓冲区，ISR发出内存读写请求，CPU响应后将数据从网卡送至系统内存。3)网卡采用DMA方式DMA控制器收到ISR请求后，向主CPU发出总线HOLD请求，获CPU应答后即向LAN发出DMA应答并接管总线，同时开始网卡缓冲区与内存之间的数据传输。4)主总线网卡能够裁决系统总线控制权，并对网卡和系统内存寻址，LAN控制权裁决总线控制权后以成组方式将数据传向系统内存，IRQ调用LAN驱动程序ISR，由ISR完成数据帧处理，并同高层协议一起协调接收和发送操作，这种网卡由于有较高的数据传输能力，常常省去了自身的缓冲区。5)智能网卡中有CPU、RAM、ROM以及较大的缓冲区。其I/O系统可独立于主CPU，LAN控制器接收数据后由内置CPU控制所有数据帧的处理，LAN控制器裁决总线控制并将数据成组地在系统内存和网卡缓冲区之间传递。网卡总线分类：1.ISA工业标准体系结构ISA卡，ISA卡总线作为传送为10Mbps（在10Mbps交换制时）或100Mbps的媒介。•ISA总线只有16位宽。•ISA总线的工作时钟频率只有8MHz。•ISA总线不允许猝发式数据传输。•大多数ISA总线为I/O映射型，从而降低数据传输速度2.PCI适配卡PCI总线外部设备互联适配卡，它不仅具有32位总线主控器，性能卓越，而且可以在UTP或AUI介质上，以高达10Mbps的速度进行操作•性能优良，具有32位总线主控器。•全双工（FDX）操作。•安装支持“即插即用”。•配有外部状态LED，用来显示链路（Link）及活动(Activity)状态•支持POST。3.专为便携机设计的PCMCIA适配卡PC存储器接口卡PCMCIA对于遵循PCMCIARelease2.0的便携机4.专为微通道(MCA)系统设计的以太网适配卡一种客户机适配卡，支持16位或32位。该适配卡配有接头，用于将微通道系统与所有的以太网配线系统相连•共享内存操作方式。•支持RPL标准。•支持POST。5.为EISA系统设计的以太网适配卡EISA以太网适配卡是为服务器和高性能工作站提供的一种32位总线主控器适配卡。它能够减少发送和接收数据所需的主机CPU时钟数，以及增加以太网的数据吞吐量，从而极大地提高网络性能第四节网桥网桥Brige（桥接器），是连接两个局域网的存储转发设备，用它可以连接具有相同或相似体系结构网络系统。被连接的网络系统都具有相同的逻辑链路控制规程（LLC），但媒体访问控制协议（MAC）可以不同。网桥是数据链路层的连接设备，准确地说它工作在MAC子层上。网桥在两个局域网的数据链路层（DDL）间按帧传送信息。位置如图所示。网桥工作原理：当网桥收到一个数据帧后，首先将它传送到数据链路层进行差错校验，然后再送至物理层，通过物理层传输机制再传送到另一个网上，在转发帧之前，网桥对帧的格式和内容不作或只作很少的修改第五节交换机交换机概述：交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第2层操作。与桥接器一样，交换机按每一数据包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。三种交换技术1.端口交换端口交换技术的背板通常划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域），不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。以太网主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交换用于模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。端口交换细分为：•模块交换：将整个模块进行网段迁移。•端口组交换：通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。•端口级交换：支持每个端口在不同网段之间进行迁移2.帧交换目前应用最广的局域网交换技术，通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。对网络帧的处理方式一般有以下几种：•直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前14个字节，便将网络帧传送到相应的端口上•存储转发：通过对网络帧的读取进行验错和控制3.信元交换ATM采用固定长度53个字节的信元交换。长度固定，便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但并不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还容许在源节点和目标节点之间建立多个虚拟链接，以保障足够的带宽和容错能力。在选择交换机时要注意以下事项：1)交换端口的数量；2)交换端口的类型；3)系统的扩充能力；4)主干线连接手段；5)交换机总交换能力；6)是否需要路由选择能力；7)是否需要热切换能力；8)是否需要容错能力；9)能否与现有设备兼容，顺利衔接；10)网络管理能力。交换机应用中几个值得注意的问题1.交换机网络中的瓶颈问题2.网络中的广播帧LANServer的服务器是通过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。这类局域网中广播包的存在会大大降低交