第4章常用的网络设备

李太君林元乖等编著清华大学出版社第4章常用的网络设备本章内容提要网卡和调制解调器中继器与集线器网桥与交换机路由器网关李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1网卡和调制解调器4.1.1网卡概述网卡（NetworkInterfaceCard，NIC）也叫网络适配器，是集成在计算机主板上、插在计算机总线插槽内或某个外部接口上的扩展卡，是计算机连接网络中各设备的物理接口，是构成网络的基本部件，其主要作用是将计算机数据转换为能够通过介质传输的信号。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1网卡和调制解调器4.1.1网卡概述图4-2网卡结构李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.2网卡的主要作用网卡工作在物理层和数据链路层之间，网卡的硬件特性、驱动程序在这两层得以实现，如图4-3所示。图4-3网卡工作在OSI/RM中的示意图李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.2网卡的主要作用在计算机网络中，网卡一方面自动将本地计算机上的数据转换成网络可以识别的数据格式及打包后送到网络上；另一方面负责接收网络上的数据包，通过和自己本身的物理地址相比较决定是否为本机应接收信息，解包及反向转换后，将数据通过主板上的总线传输给本地计算机。所以网卡的主要作用包括：固定网络地址、数据转换并发送到网络上和接收数据并转换数据格式。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.2网卡的主要作用⑴固定网络地址在计算机网络通信过程中，一台计算机中的数据传输到另一台计算机，必须确定计算机的标识，而计算机是靠网卡的物理地址来标识。数据从一台计算机传输到另外一台计算机时，实际上就是数据通过一块网卡传输到另一块网卡，即从源地址传输到目的地址。网卡的物理地址标识（EthernetAddress，物理地址）是由十六进制表示的，每块网卡在出厂时都赋予一个全世界范围内唯一的地址，即MAC地址。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.2网卡的主要作用⑵数据转换并发送到网络上网络上的传输数据方式必须遵守一定的数据格式（通信协议）。所以计算机将数据传输到网卡时，网卡会自动将数据转换成网络可以识别的数据格式，然后再将数据传送到网络，发送到目的计算机的网卡。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.2网卡的主要作用⑶接收数据并转换数据格式在网络通信时，网卡具有双重性功能：一方面宏观世界将本计算机上的数据进行格式转换送入网络；另一方面接收网络上传输过来的数据包，对数据进行解包及反向转换。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.3网卡的工作原理计算机发送数据时，网卡首先侦听介质上是否有载波（载波由电压指示）。如果有，则认为其他站点正在传送信息，继续侦听介质。一旦通信介质在一定时间内没有载波，即没有被其他站点占用，则开始进行数据帧发送，同时继续侦听通信，以检测冲突。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.3网卡的工作原理如果检测到冲突，则立即停止该次发送，并向介质发送一个“阻塞”信号，告知其他站点已经发生冲突，从而丢弃那些可能一直在接收的受到损坏的帧数据，并等待一段随机时间。在等待一段时间后，再进行新的发送。如果重传多次后仍发生冲突，就放弃发送。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.4网卡的分类1、按网卡速率分网卡速率是指网卡每秒钟接收或发送数据的能力，单位是Mbps（兆位/秒）。按照网卡速率可分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps网卡、1000Mbps网卡、10000Mbps网卡。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.4网卡的分类1、按网卡速率分目前网卡在标准以太网中速度为10/100Mbps，在快速以太网中速度为1000Mbps等。千兆以太网卡（GigabitEthernet）是一种高速局域网技术，它能够在铜线上提供1Gbps（1000Mbps）的带宽，如图4-4所示，主要用在服务器领域。图4-4千兆网卡李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.4网卡的分类1、按网卡速率分万兆网卡（10000Mbps）是最新推出的速度最快的网卡。万兆以太网技术是以太网技术发展中的一个重要标准，与原来的以太网模型完全相同，仍然保留帧结构，只是通过不同的编码方式或波分复用提供10Gbps传输速度。它是一种只适用于全双工模式，所以不需要带有冲突检测的载波侦听多路访问协议（CSMA/CD）。万兆以太网卡能够使用多种光纤介质。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.4网卡的分类2、按总线类型分按网卡的总线接口类型来分，可分为ISA总线网卡、PCI总线网卡、PCI-X总线网卡、PCI-E总线网卡、PCMCIA总线网卡、USB接口网卡、Mini-PCI接口网卡。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.4网卡的分类3、按接口类型分可以按网卡的网络接口类型来划分，不同的网络接口适用于不同的网络类型。目前常见的接口主要有以太网的RJ-45接口、细同轴电缆的BNC接口和粗同轴电缆的AUI接口、FDDI接口、ATM接口等，有的网卡为了适用于更广泛的应用环境，提供了两种或多种类型的接口。其中RJ-45接口网卡是最常见的一种网卡，也是应用最广的一种接口类型网卡，在双绞线以太网应用中普及。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.5调制解调器的功能调制解调器是一种网络设备，它的功能是将计算机的数字信号转换成模拟信号或反之，以便在电话线路或微波线路上传输。调制是把数字信号转换成模拟信号的过程；解调是模拟信号转换成数字信号的过程。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准主要包括传统的调制解调器、CableModem、ADSLModem、电力Modem等。1、传统的调制解调器传统的调制解调器指的就是通过电话线进行拨号上网所用的网络设备，通过RS－232C串行口信号线与计算机连接，其外置式的Modem结构如图4-5所示。图4-5传统的调制解调器李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准由发送、接收、控制、接口、操纵面板及电源等部分组成。通常，数据终端设备以二进制串行信号形式发送数据，经Modem接口转换为内部逻辑电平送入发送部分，再经调制电路变成线路要求的信号向线路发送。Modem接收部分接收来自线路的信号，经滤波、反调制、电平转换后还原成数字信号送入数字终端设备。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准调制解调器有内置式和外置式，内置式和普通的计算机插卡一样，大家都称为传真卡，外置式的却只能叫做调制解调器或Modem了。•内置式调制解调器是一块即插即用的卡，如图4-6所示，卡上没有跳线。它有两个接口，一个标明“Line”的字样，用来接电话线；另一个标明“Phone”的字样，用来接电话机。此外它是一块支持语音的Modem卡，除正常的两个插口外，它还有一个麦克风接口和声音出口。图4-6内置Modem卡李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准•外置式的调制解调器，如图4-5所示，一般是25针的RS232接口，用来和计算机的RS232口(串口)相连。标有“Line”的接口接电话线，标有“Phone”的接电话机。不同的Modem外形不同，但这些接口都是类似的。除此之外，它带有一个变压器，为其提供直流电源。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准USB技术的出现，给电脑的外围设备提供更快的速度、更简单的连接方法。USB接口的56K的Modem，的确给传统的串口Modem带来挑战，如图4-7所示，只需将其接在主机的USB接口就可以使用，非常方便。图4-7USBModem李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准2、ADSLModemADSLModem是使用ADSL接入Internet的核心设备。原来的Modem一样，有内置和外置之分，也有USB接口的。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准ADSLModem与传统Modem的区别?李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准ADSLModem与传统Modem的区别是：⑴连接速率不同目前市场上最高速率的传统Modem只能提供56Kbps的连接速率，而且，由于线路及其他未知因素，在实际使用中其连接速率还会有一定下降。而ADSLModem则能向用户提供1Mbps的上行速率和8Mbps的下行速率。在实际应用中，ADSLModem虽然也会受到线路传输等问题的影响，但它仍然可以提供640Kbps左右的上行速率，而下行速率的变化并不大。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准⑵数据传输原理不同传统Modem使用纯音频信号进行数据传输，它与电话一样，使用的都是电话线的低频部分（4KHz以下频段），由于与电话使用相同频段的传输信号，直接造成了用户在使用拨号上网的同时不能接听或拨打电话。而ADSLModem使用电话线中26KHz～1.1MHz的频段来传输数字信号，保证了两种信号既能同步传输又不会出现信号干扰。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准3、CableModemCableModem简称CM，中文名称为电缆调制解调器、线缆调制解调器、线缆数据机，是一种可以通过有线电视网络进行高速数据接入的装置。CableModem是一种适用于HFC的调制技术，允许用户通过有线电视网进行高速数据接入Internet的设备，在50MHz以上的频段(多在550MHz以上)用电视的6MHz带宽提供一个下行信道，在5MHz～50MHz频段开辟一个上行通道。采用64QAM调制可使下行通道的速率达到36Mbps，上行速率达到10Mbps。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准其次，CableModem只占用了有线电视系统可用频谱中的一小部分，因而在上网时不影响收看电视。计算机可以每天24小时停留在网上，不发送或接收数据时不占用任何网络和系统资源。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准CableModem的原理和普通的Modem拨号上网一样，都是通过各自的调制解调器在对送来或发出的数据信号进行解调解码或编码调制之后来进行传输的，不同之处在于它是通过有线电视CATV的某个传输频带进行调制解调的，CableModem属于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。它们很适合用来提供宽带功能业务。CableModem彻底解决了由于声音图像的传输而引起的阻塞，其速率已达10Mbps以上，下行速率则更高。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准4、电力调制解调器电力调制解调器俗称电力猫，如图4-9所示，是电力线上网中用户端的核心接入设备。电力线上网只需要一个电力猫和一个常用的电线插板，不用任何网络线和电话线。终端用户只需要插上电源插头，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。当电力线空载时，点对点电力线上网信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输一二百米。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.1.6调制解调器的技术类型和标准4、电力调制解调器目前来讲，PLC还不适合长距离的数据传输，但如果只在楼宇内应用，解决“最后一百米”的入户问题，还是完全可以胜任的。图4-9电力猫李太君林元乖等编著清华大学出版社4.2中继器与集线器4.2.1中继器•中继器具有对物理信号进行放大和再生的功能，将其从输入接口接收的物理信号通过放大和整形，再从输出接口输出。中继器具有典型的单进单出结构，所以当网络规模增加时，可能会需要许许多多的单进单出结构的中继器作为信号放大之用。李太君林元乖等编著清华大学出版社4.2.1中继器中继器主要负责在两个结点的物理层上按位传递信息，同时负责放大或再生局域网的信号；中继器可以扩展网络连接距离和扩充工作站数目。使用中继器应遵守以下两条原则：一是用中继器连接的以太网不能形成环型网；另一个必须遵守MAC（介质访问控制）协议的