第2章 计算机网络的硬件设备

计算机网络技术及实训计算机网络技术及实训张蒲生主编中国水利水电出版社3第2章计算机网络的硬件设备2.1计算机网络的互连设备2.2计算机网络的设备连接42.1.1网卡网卡，又叫网络适配器，是计算机网络中最重要的连接设备。网卡安装在计算机中，多台计算机通过传输介质(如双绞线或光纤)连接网卡并与某个集中设备(如交换机)相连，是目前最为流行的计算机网络的基本结构。1.网卡的作用⑴代表固定的网络地址在网络中传输数据，必须确定数据从哪台计算机来，到哪台计算机去，如何标识这些计算机呢？这就要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，也就是从一块网卡传输到另一块网卡，即从源网络地址传输到目的网络地址。以太网网卡的物理地址(EthernetAddress)是由十六进制数表示的、长度为6个字节的一组数字。所有厂商生产的所有网卡，物理地址绝对不会相同。52.1.1网卡⑵转换数据并将数据送到网线上网络上传输数据的方式与计算机内部处理数据的方式是不相同的，它必须遵从一定的数据格式(通信协议)。当计算机将数据传输到网卡上时，网卡会将数据转换为网络设备可处理的字节，那样才能将数据送到网线上，网络上其它的计算机才能处理这些数据。⑶接收数据并转换数据格式在网络中，网卡的工作是双重的：一方面它将本地计算机上的数据转换格式后送入网络；另一方面它负责接收网络上传过来的数据包，对数据进行与发送数据时相反的转换，将数据通过主板上的总线传输给本地计算机。62.1.1网卡2.网卡的分类⑴按网卡的工作方式可分为：①半双工：它的意思是虽然网卡可以接收发送数据，但是一次只能做一种动作，不能同时收发。②全双工：就是能够“同时”接收与发送信号，例如电话就是一种全双工传输设备，我们在听对方讲话的同时，也可以发话给对方。理论上，全双工传输可以提高网络效率，但是实际上仍是配合其他相关设备才有用。例如必须选用双绞线的网络缆线才可以全双工传输，而且中间所接的集线器可交换机，也要能全双工传输；最后，所采用的网络操作系统也得支持全双工作业，如此才能真正发挥全双工传输的威力。一般来说，现在绝大部分的网卡都是全双工的了。72.1.1网卡⑵按网卡的工作对象可分为普通工作站网卡和服务器专用网卡：①普通工作站网卡是一般计算机上使用的网卡，主要特点是价康物美，兼容性强等特点，如图2-1所示为普通PCI网卡。图2-1普通PCI网卡82.1.1网卡②服务器专用网卡是为了适应网络服务器的工作特点而专门设计的，价格较贵，但性能很好。图2-2是Intel千兆以太网卡－PRO/1000XTServerAdapter，它从电路设计、布局、用料上都比普通网卡高出不少档次。图2-2Intel的千兆位以太网卡92.1.1网卡⑶按网卡的总线类型可分为ISA网卡、EISA网卡和PCI网卡因PC技术的发展，先后出现了不同接口类型的网卡，主要有以下几种：①ISA网卡：工业标准结构，较原始的计算机上使用的总线结构，8位或16位机器主板上使用，已淘汰。②EISA网卡：扩展工业标准结构，使用32位的总线结构，在386，486主板上可以找到，也渐渐的淡出市场。③PCI网卡：即插即用总线结构，现在的主流总结结构方式，还有专门用于笔记本计算机的PCMCIA网卡。102.1.1网卡⑷按网卡的接口类型可分为BNC接口、AUI接口、RJ-45接口及光纤接口根据传输介质的类型不同，主要有以下几种：①BNC接口(细缆)网卡：用于总线结构的细同轴电缆中。②AUI接口(粗缆)网卡：通常只有在连接粗同轴电缆(RJ-11)网线、或是连接收发器时才会使用。③RJ-45接口网卡(双绞线)：现在市场上的主要的接口方式，采用此接口的网卡速率有10Mbps、100Mbps和1000Mbps。按用于连接传输介质的端口的数量，可以将网卡分为单接口网卡、双接口网卡(如RJ-45+BNC)、3端口网卡(如RJ-45+BNC+AUI)等。④光纤接口网卡：正在进入主流的接口方式，但还比较贵。112.1.1网卡⑸按网卡的传输速率可分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡、1000Mbps网卡几种：①10Mbps网卡：老的EISA网卡、或者带BNC口与RJ-45口的网卡。②100Mbps网卡：传输速率固定为100Mbps的网卡。③10/100Mbps自适应网卡：自适应是指网卡可以与远端网络设备(集线器或交换机)自动协商，确定当前的可用速率是10Mbps还是100Mbps。④1000Mbps网卡：服务器应该采用千兆以太网网卡，这种网卡多用于服务器与交换机之间的连接，以提高整体系统的响应速率。122.1.1网卡3.网卡的选择目前绝大多数的网络采用以太网技术，下面重点以以太网网卡为例，讨论选购网卡时应注意的问题。购买时应注意以下几个重点：⑴网卡的总线类型现在市场上的主流总线接口是PCI接口，ISA接口已很少出现在主板上，而且PCI接口支持即插即用、速度相对比较快，而且安装设置相对比较容易，所以现在应该选择PCI接口的网卡为好。⑵网卡的速度鉴于10Mbps技术已经拥有的基础(如以前的集线器和交换机等)，通常的变通方法是购买10M/100Mbps网卡，这样既有利于保护已有的投资，又有利于网络的进一步扩展。就整体价格和技术发展而言，千兆以太网到桌面机尚需时日，但10M的时代已经逐渐远去。因而，10M/100M网卡应该是采购时的首选。而1000M以太网卡主要用于服务器上，用于服务器与交换机之间的连接，以提高整体系统的响应速率。132.1.1网卡⑶网卡的接口类型快速以太网在桌面一般采用100Base-TX技术，以UTP为传输介质。因此，快速以太网的网卡设一个RJ-45接口。而且由于目前网络普遍采用双绞线作为传输介质，并进行结构化布线，RJ-45接口的网卡就成为当然之选了。⑷网卡的兼容性适用性好的网卡应通过各主流操作系统的认证，至少具备如下操作系统的驱动程序：Windows、Netware、Unix、Linux等。相应的，市场上主流的网卡一般都带有这几种操作系统的驱动程序。另外，有的网卡在BootROM上做文章，加入防病毒功能；有的网卡则与主机板配合，借助一定的软件，实现远程唤醒(WakeonLAN)功能，可以通过网络远程启动计算机；还有的计算机则将网卡集成到了主机板上。142.1.1网卡⑸网卡生产商由于网卡技术的成熟性，目前生产以太网网卡的厂商除了国外的3Com、Intel和IBM等公司之外，台湾的厂商以生产能力强且多在内地设厂等优势，其价格相对比较便宜。另外，国内的联想、实达等大公司也有不少网卡型号产品供选择，而且价格也相对比较低，性价比高，应是一般用户的首选。152.1.2传输介质1.有线介质⑴双绞线无论是对模拟数据传输还是数字数据传输，最普通的传输介质就是双绞线。它是由按一定规则螺旋结构排列并扭在一起的多根绝缘导线所组成，芯内大多是铜线，外部裹着塑橡绝缘外层，线对扭绞在一起可以减少相互间的幅射电磁干扰。计算机网络中常用的双绞电缆是由4对线(8芯制，RJ-45接头)按一定密度相互扭绞在一起的。162.1.2传输介质按照其外部包裹的是金属编织层还是塑橡外皮，可分为屏蔽双绞线电缆(STP，ShieldedTwistedPair)和非屏蔽双绞线电缆(UTP，UnshieldedTwistedPair)。图2-3所示的UTP电缆每对线的绞矩与所能抵抗的电磁辐射干扰成正比，并采用了滤波及对称性等技术，具有体积小、安装简便等特点。图2-4所示STP只不过在封套层内增加了箔屏蔽层，可有效减少串音及电磁干扰、射频干扰，它大多是一种屏蔽金属铝箔双绞电缆。STP电缆还有一根漏电线，主要用来连接到接地装置上，泄放掉金属屏蔽的电荷，解除线间的干扰问题。与非屏蔽双绞线相比，屏蔽双绞线比较昂贵，主要用于强电磁干扰环境。172.1.2传输介质图2-3非屏蔽双绞线电缆(UTP)图2-4屏蔽双绞线电缆(STP)182.1.2传输介质⑵同轴电缆典型的同轴电缆由一根内导体铜质芯线，外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成，其结构如图2-5所示。在细缆10Base-2网络中，如果要将计算机网卡连接到同轴电缆上，还需要一个T型接头和BNC接插件。用户在安装时不能把不同类型的电缆混合使用，原因是不同型号的同轴电缆其特征阻抗值是不同的，会导致网络连接失败。同轴电缆分为两类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。计算机网络一般选用基带同轴电缆进行数据传输，宽带电缆是采用频分复用和模拟传输技术的同轴电缆，以前采用同轴电缆较多，主要是因为同轴电缆组成的总线形拓扑结构网络成本较低，但是单条电缆的损坏可能导致整个网络瘫痪，维护也难，所以同轴电缆已经是一种将近淘汰的传输介质。192.1.2传输介质图2-5同轴电缆202.1.2传输介质⑶光纤光纤是光导纤维的简称，它由能传导的石英玻璃纤维外加保护层构成，相对于金属导线来说具有重量轻、线径细的特点,外观如图2-6所示。外护套加固材料塑料屏蔽层玻璃纤维和包层图2-6光缆结构212.1.2传输介质用光纤传输电信号时，在发送端先将其变成光信号，而在接收端又要由光检测器还原成电信号。光纤的电信号传送过程如图2-7所示。图2-7光纤的电信号传送过程222.1.2传输介质2.无线传输介质无线传输介质通过空间传输，不需要架设或铺埋地电缆或光纤，给施工带来很大方便。目前常用的无线传输技术有：微波通信和卫星通信。⑴微波通信微波通信的载频通常为2GHz~40GHz范围。因为频率很高，可同时传送多路信息，例如，一个频带为2MHz的频段可容纳500条话音线路，用来传输数字数据，速率可达数Mbps。微波通信的工作频率很高，与短波通信不一样，它是沿直线传播的，由于地球表面是个曲面，使微波传播的距离受限制。直接传播的距离与天线的高度有关，天线越高传播的距离越远，超过一定的距离就要用中继站来接力。232.1.2传输介质⑵卫星通信卫星通信是微波通信的一种特殊形式，卫星通信利用地球同步卫星做中继来转发微波信号。卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制，一个地球卫星可以覆盖地地球的1/3以上表面，三个这样的卫星就可以覆盖地球全部通信区域，这样，地球上的各个地面站这间都可互相通信。由于卫星通信频带宽，也可采用多路复用技术分为若干个子频道，有些用于由地面站向卫星发送，称为上行信道，而有些用于由卫星向地面转发，称为下行信道。卫星通信的优点是容量大，传输距离远；缺点是传输延迟时间长，对于数万里高度的卫星来说，以200m/μs或5μs/km的信号传播速度来计算，从发送站通过卫星转发到接收站的传播延迟的时间约要花数百毫秒，这相对于地面电缆的传播延迟时间来说，两者要相差几个数量级。242.1.2传输介质3.传输介质的选择传输介质的选择要从以下因素来考虑：网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承受的价格范围。⑴双绞线的显著特点是价格便宜，但与同轴电缆相比，其带宽受到限制。对于单个建筑物内的低通信容量网络来说，双绞线性能价格比可能是最好的。⑵同轴电缆的价格要比双绞线贵一些，对于大多数局域网来说，需要连接较多设备而且通信容量相当大时可以选择同轴电缆。⑶光纤作为传输介质，与同轴电缆和双绞线相比具有一系列优点：频带宽、速率高、体积小、重量轻、衰减小、能电磁隔离、误码率低等，已广泛用于高速数据通信网。随着光通信技术的发展和成本降低，光纤作为网络的传输介质也得到了普遍采用。目前，便携式计算机已经有了很大的发展和普及，由于可随身携带，对于可移动的无线网的需求将日益增加，无线数字网络类似蜂窝电话网，人们可以随时随地将计算机接入网络，发送和接收数据。252.1.3集线器集线器(HUB)是计算机网络中连接多个计算机或其他设备的连接设备。集线器基本上是一个共享设备，其实质是一个中继器，主要提供信号放大和中转的功能，它把一个端口接收的全部信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号加强后重新发出，一些集线器则排列信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。图2-8是一台标准的24口集线器。图