计算机网络10种硬件设备介绍

—1—计算机网络10种硬件设备介绍网络设备主要有网卡、中继器、网桥、集线器、交换机、路由器、网关、调制解调器、防火墙和传输介质等。一、网卡网络接口卡(NetworkInterfaceCard，NIC)，又称网卡或网络适配器，工作在数据链路层的网络组件，是主机和网络的接口，用于协调主机与网络间数据、指令或信息的发送与接收，硬件结构如右图所示。在发送方，把主机产生的串行数字信号转换成能通过传输媒介传输的比特流；在接收方，把通过传输媒介接收的比特流重组成为本地设备可以处理的数据。主要作用：（1）读入由其他网络设备传输过来的数据包，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。（2）将PC发送的数据，打包后输送至其他网络设备中。二、中继器中继器(Repeater)是网络物理层上面的连接设备。适用于完全相同的两类网络的互连，主要功能是对数据信号进行再生和还原，重新发送或者转发，扩大网络传输的距离。由于存在—2—损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的，它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。如上图所示，经过远距离传输过来的信号经过中继器处理后，再传输到各设备。三、网桥网桥（Bridge）像一个聪明的中继器。中继器从一个网络电缆里接收信号，放大它们，将其送入下一个电缆。相比较而言，网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理。它工作于数据链路层，不但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。网桥可以是专门硬—3—件设备，也可以由计算机加装的网桥软件来实现，这时计算机上会安装多个网络适配器（网卡）。上图是用一个网桥连接的两个网络，网桥的A端口连接A子网，B端口连接B子网。当有数据包进入端口A时，网桥从数据包中提取出源MAC地址和目的MAC地址，以源MAC地址更新转发表，根据目的MAC地址查找转发表，找到该地址所对应的端口号，进行转发。四、集线器集线器(Hub)是属于物理层的硬件设备，可以理解为具有多端口的中继器。同样对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，它采用广播方式转发数据，不具有针对性。这种转发方式有三方面不足：（1）用户数据包向所有节点发送，—4—很可能带来数据通信的不安全因素，数据包容易被他人非法截获；（2）由于所有数据包都是向所有节点同时发送，容易造成网络塞车现象，降低了网络执行效率。（3）非双向传输，网络通信效率低。集线器的同一时刻每一个端口只能进行一个方向的数据通信，网络执行效率低，不能满足较大型网络通信需求。工作过程如下图所示。五、交换机交换机(Switch)是一种用于信号转发的网络设备。与集线器广播的方式不同，它维持一张MAC地址表，可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。主要有二重交换机和三重交换机，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，三重交换机带路由功能，工作于网络层。网络中的交换机一般默认是二重交换机。交换机也有一张MAC-PORT对应表，和网桥不一样的是，网桥的表是一对多的(一个端口号对多个MAC地址)，但交换机的—5—表却是一对一的，根据对应关系进行数据转发，工作原理如下图所示。六、路由器路由器工作在OSI体系结构中的网络层，能够根据一定的路由选择算法，结合数据包中的目的IP地址，确定传输数据的最佳路径。同样是维持一张地址与端口的对应表，但与网桥和交换机不同之处在于，网桥和交换机利用MAC地址来确定数据的转发端口，而路由器利用网络层中的IP地址，来作出相应的决定。由于路由选择算法比较复杂，路由器的数据转发速度比网桥和交换机慢，主要用于广域网之间或广域网与局域网的互连。—6—工作过程见下图所示，路由器的两端分别连接局域网和广域网。其中无线局域网通过无线AP（无线交换机）级联到上层交换机中，通过路由器连接到互联网。七、网关网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与—7—网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。网关用于类型不同且差别较大的网络系统间的互连，或用于不同体系结构的网络或者局域网与主机系统的连接，一般只能进行一对一的转换，或是少数几种特定应用协议的转换。它的概念模型如图(a)所示。图(b)给出了网关的工作原理示意图。如果一个NetWare节点要与TCP／IP主机通信，因为两者的协议是不同的，所以不能直接访问。它们之间的通信必须由网关来完成，网关的作用是为NetWare产生的报文加上必要的控制信息，将它转换成TCP／IP主机支持的报文格式。当需要反方向通信时，网关同样要完成TCP／IP报文格式到NetWare报文格式的转换。—8—八、调制解调器调制解调器(Modem)，其实是Modulator（调制器）与Demodulator（解调器）的简称，它的作用是模拟信号和数字信号的“翻译员”。我们使用的电话线路传输的是模拟信号，而PC机之间传输的是数字信号，当通过电话线把电脑连入Internet时，就必须使用调制解调器来转换两种不同的信号。当PC机向Internet发送信息时，由于电话线传输的是模拟信号，所以必须要用调制解调器来把数字信号翻译成模拟信号，才能传送到Internet上，这个过程叫做调制。当PC机从Internet获取信息时，由于通过电话线从Internet传来的信息都是模拟信号，所以PC机想要看懂它们，还必须借助调制解调器，这个过程叫作解调。下图是ADSL（非对称数字用户线路）调制解调器的一个例子，电话线分离出的网络信号被调制成数字信号后传到网卡上。—9—九、防火墙防火墙(FireWall)是一个位于计算机和它所连接的网络之间的软件或硬件(硬件防火墙将隔离程序直接固化到芯片上，因为价格昂贵，用的较少，如国防部以及大型机房等)，它实际上是一种隔离技术。防火墙是在两个网络通讯时执行的一种访问权限控制，它能将非法用户或数据拒之门外，最大限度地阻止网络上黑客的攻击，从而保护内部网免受入侵。防火墙主要由服务访问规则、验证工具、包过滤和应用网关4个部分组成。—10—十、传输介质网络传输介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路，它对网络的数据通信具有一定的影响。常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤等。双绞线是将一对以上的导线组合封装在一个绝缘外套中，为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，也因此把它称为双绞线。双绞线分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。非屏蔽双绞线价格便宜，传输速度偏低，抗干扰能力较差；屏蔽双绞线抗干扰能力较好，具有更高的传输速度，但价格相对较贵。同轴电缆：由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成，内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开。按直径的不同，可分为粗缆和细缆两种：（１）粗缆传输距离长，性能好但成本高、网络安装维护困难，一般用于大型局域网的干线；（２）细缆安装较容易，造价较低，但传输距离短，日常维护不方便。光纤又称为光缆或光导纤维，由光导纤维纤芯、玻璃网层和外壳组成。应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号—11—变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它恢复为电信号。与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰小、频带宽、传输速度快、传输距离远，但价格昂贵，主要用于要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。分为单模光纤和多模光纤：（１）单模光纤由激光作光源，仅有一条光通路，传输距离远，2千米以上；（２）多模光纤由二极管发光，可同时传输多路光线，传输距离稍短，2千米以内。