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2.5网络设备概述制作者：吴代文Email:wudaiwen@foxmail.com主要内容：网络设备概述物理层设备数据链路层设备网络层设备无线局域网设备重点内容：掌握几种主要网络设备（网卡、交换机、路由器等），理解他们的基本概念和分类方式。主要内容一、网络设备概述OSI层名称该层功能信息单元地址类型网络设备应用层为用户提供操作功能应用程序数据协议转换器表示层提供字符表示、数据压缩等方面的功能字符和单词协议转换器会话层建立，管理和结束会话协议转换器传输层在应用程序进程之间传输消息消息/字节流应用程序进程地址协议转换器网络层通过网络发送单个的数据包数据包网络地址网关，路由器，第3层交换机数据链路层将数据发送到目的节点帧网卡地址网桥，交换机物理层通过物理介质传输表示比特的信号比特线缆，无线信道,中继器和集线器二、物理层设备在OSI参考模型中，物理层（PhysicalLayer）是参考模型的最低层。物理层的主要功能是：利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接，实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。在这一层的网络设备主要有：网卡、中继器和集线器等。1、网卡1.网卡基本概念网络接口卡（NIC，NetworkInterfaceCard）也叫网络适配卡（NetworkAdapter），是构成网络的基本部件。网卡一方面连接局域网中的计算机，另一方面连接局域网中的传输介质。网卡的分类方法（1）按照网卡支持的计算机种类分类，主要分为标准以太网卡和PCMCIA网卡两类。标准以太网卡用于台式计算机连网，而PCMAIA网卡用于便携式计算机连网。PCMAIA是个人计算机机内存卡国际协会（PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation）制定的一种便携机插卡标准，符合这种标准的网卡和信用卡大小相似，它仅适用于将便携机连入局域网。典型的网卡结构如图1-1和图1-2所示。标准以太网卡总线类型：ISA：IndustrialstandardarchitectureEISA：ExtendedIndustrialstandardarchitecturePCI：PeripheralcomponentInterconnectUSB：UniversalserialBus图1-1以太网网卡网卡的分类方法图1-2PCMAIA网卡网卡的分类方法（2）按照网卡支持的传输速率分类，主要分为10Mbps、100Mbps、10/100Mbps和1000Mbps四类。根据传输速率的要求，网卡可以仅支持10Mbps或100Mbps传输速率，也可以同时支持10Mbps与100Mbps的传输速率，并能自动侦测出网络的传输速率。随着千兆位以太网交换机的使用，1000Mbps网卡也开始出现，如图1-3所示。网卡的分类方法图1-3千兆网卡网卡的分类方法（3）按网卡所支持的传输介质类型分类，主要分为双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡和光纤网卡四类。（4）按网卡所支持的总线类型分类，主要分为ISA网卡、PCI网卡和USB接口网卡三类。网卡的分类方法2、中继器中继器工作物理层，是最简单的网络互连设备。中继器不关心数据的格式和含义，它只负责复制和增强通过物理介质传输的表示“1”和“0”的信号。中继器的主要功能是扩展一个工作站或一组工作站与网络中其它部分的距离。它的作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。其基本结构如下图所示。中继器中继器中继器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。一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。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。中继器中继器又叫转发器，是两个网络在物理层上的连接，用于连接具有相同物理层协议的局域网，是局域网互连的最简单的设备。中继器中继器的特点中继器可以将局域网的一个网段和另一个网段相连，而且可以连接不同类型的介质，如10Base2与10Base5。由于中继器只是一种信号放大设备，它不能连接两种不同的介质访问类型，如令牌环网和以太网。中继器只是一种物理层设备，它不能识别数据桢的格式和内容，也不能将一种数据链路报头类型转换成另外一种形式。10BASE-2是10M带宽的网络，电缆延伸距离最大为185米。数字“2”表示最大延伸距离接近200米，200米内不需要转接器。10BASE-2以太网也称作“细电缆网”、“细以太网”或“模拟网络”，因为以太网的电缆线很细，一般是50欧姆的基带同轴电缆。10Base5以太网标准用于使用粗同轴电缆、速度为10Mbps的基带局域网络，在总线型网络中，最远传输距离为500米。网络节点装有收发器，该收发器插在网卡上的15针连接单元接口（AttachmentUnitInterface）中，并接到电缆上。也作thickEthernet,ThickNet,ThickWare。指的是使用标准的（粗）50Ω基带同轴电缆的10Mbit/s的基带以太网规范。它是IEEE802.3基带物理层规范的一部分，在每个网段上的距离限制是500m。10Base5中继器的适用场合中继器适用于较小地理范围内的相对较小的局域网（少于100个节点），如一栋办公楼。由于中继器不能隔断局域网网段间的通信，所有的数据都能双向通过中继器（不能过滤任何数据），所以不能用它连接负载沉重的局域网。以太网中继器在以太网中，中继器用来扩展物理介质的作用距离。5/4/3规则5/4/3的规则最初提出来，是为了简化10M以太网络的设计难度。而这个规则最大的好处是通用性强，无论什么样的设备，什么样的传输介质，都完全遵循这个规则。延伸距离中继器1延伸距离中继器2中继器3中继器4•最多五个网段•最多串接四个中继器•其中三个网段可用来连接节点•有二个网段不能用来连接节点，只能用于延伸距离•如上，构成了一个以太网没有什么东西是绝对的，包括这54321和传输距离。但唯一可靠的参考是时延，RTT(TCP往返传输时间Round-TripTime)时间一定不能超过512us。数据包在网络中一来一去的时间如果超过了这个时延，就会被认为是断开的。随着技术的发展，和中继器的淘汰，这个规则基本上已经淘汰，但仍有一个不变的，那就是RTT值512us。在以太网络中，为512us。100M以太网中，为51.2us。1000M中，5.12us。10000M中，0.512us。TCP往返传输时间TCP传输往返时间(Round-TripTime)是指发送端从发送TCP包开始到接收到它的立即响应所耗费的传输时间。当接收端和发送端同时支持TCP时戳选项时,发送端记录在TCP包头选项内的时戳可以被接收端随响应反射回来,发送端就可以利用响应报文的反射时戳计算出某个TCP包的即时往返传输时间。当接收端应答不反射时戳时,发送端则利用重发队列中非重传响应所确认的最先数据片段的时戳来取样RTT。3、集线器1.集线器的基本概念集线器（Hub）属于数据通信系统中的基础设备，它和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。其实，集线器实际上就是中继器的一种，本质上是一个多口中继器。集线器外部板面结构非常简单。集线器是个长方体，背面有交流电源插座和开关、一个AUI接口和一个BNC接口，正面的大部分位置分布有两行RJ-45接口。在正面的右边还有与每个RJ-45接口对应的LED接口指示灯和LED状态指示灯，如图1-5所示。图1-5集线器2.集线器的分类方法（1）按尺寸分类按照外形尺寸分，集线器有机架式和桌面式两种。（2）按带宽分类按提供的带宽划分，集线器有10Mbps集线器、100Mbps集线器、10/100Mbps双速集线器三种。（3）按管理方式分类按管理方式分，集线器有哑集线器(DampHub)和智能集线器(IntelligentHub)两种。（4）按扩展方式分类按照扩展方式分类，集线器有可堆叠集线器和不可堆叠集线器两种。图1-6桌面集线器3.局域网集线器选择标准下面以中小型局域网的应用为特点，介绍其选择方法。（1）以传输带宽为标准；建议购买10/100Mbps自适应集线器。这种类型的集线器在网络中的应用比较灵活，上下兼容、左右逢源，既可以与10Mbps网络接轨，又便于升级至100Mbps快速以太网。（2）以外形尺寸为参考；应当选购符合机架标准的19英寸机架式集线器。该类集线器符合统一的工业规范，可以轻松地安装在机柜中，便于堆叠、级联、管理和维护.（3）以是否提供网管功能为标准；不建议选择具有智能管理模块的集线器，而是推荐选择性能更优良的交换机。（4）以能否满足拓展为标准；可以堆叠的集线器肯定能够级联，而能够级联的集线器则未必能够堆叠。所以，考虑到以后网络扩展的需要，当然应当首选可堆叠集线器。三、数据链路层设备在OSI参考模型中，数据链路层（DataLinkLayer）是参考模型的第2层。数据链路层的主要功能是：在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接，传输以帧为单位的数据包，并采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。在这一层的网络设备主要有：网桥和交换机等。1、网桥1.网桥的基本概念网桥（Bridge)也称桥接器，它是连接两个局域网的一种存储转发设备，网桥同中继器不同，网桥处理的是一个完整的帧，并使用和计算机相同的接口设备，如图1-7所示。网桥工作在数据链路层，它能将一个较大的LAN分割为多个网段，或将两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN，使LAN上的所有用户都可以访问服务器。网桥从端口接受网段上传送的各种帧，然后根据MAC地址来转发帧，可以看作是一个“低层的路由器”。图1-7网桥2.网桥的功能（1）存储转发信息帧。（2）过滤信息量。（3）扩大物理范围。（4）使用不同的物理层。（5）互联不同类型的局域网3.网桥的分类网桥可以分为透明网桥和源路由选择网桥。4.网桥的特点和中继器相比网桥具有以下特点：（1）实现不同类型的LAN的互联；比如可以用网桥把以太网和TOKENRING网络相连。（2）实现更大范围的LAN互联；中继器一般只能将一定距离内的以太电缆相连，而网桥可连接的距离几乎无限。（3）引入网桥可以提高LAN的安全性；LAN普遍采用广播式通信方式，一个站发送到信息其它站点都能收到。如果在一些重要的部门，如财务银行系统的安全保密问题就显得比较突出，引入网桥可将重要部门的电缆段与其它部门隔离开因此提高了网络的安全保密性。1.交换机的基本概念交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。2、交换机图1-8交换机交换机交换机交换机=多口网桥（Multi-portBridge），每个端口对应一个节点或LAN段连接局域网的不同网段(广播域)不是传统以太网广播式（Broadcast）包传输技术。自动学习（AutoSelf-learning）网卡地址（MACAddress）及包检查过滤，切割大型网络、各网段频带独立有效地提高网络整体性能。交换机的工作原理Switch交换机：网络同时可有多个节点发送数据(全双工)HubPCServerHubHub使用以太网交换机的优点1.可用带宽大增加（消除传统共享式以太网拥塞问题）2.传输时延大大降低3.升级现有局域网简单方便，不需改变已有硬件和软件设备4.采用模块化结构设计，扩展灵活简便管理维护方便5.提供多种模块，能适应各种网络应用和网络技术的发展2.交换机的特性与网桥和集线器相比，交换机从下面几方面改进了性能：（1）通过支持并行通信，提高了交换机的信息吞吐量。（2）将传统的一个大局域网上的用户分成若干工作组，每个端口连接一台设备或连接一个工作组，有效地解决拥挤现象