第4章 计算机网络设备.ppt
第四章 计算机网络设备,网卡,网卡是网络接口卡的简称，也称网络适配器。是计算机的硬件，一块布满芯片和电路的电路板。属于接入设备，是局域网中的基础设备。,4.1.2 网卡的功能,1、实现局域网中传输介质的物理连接和电气连接2、代表一个固定的地址，长度为48位的二进制数3、执行网络控制命令，进行电平匹配4、实现OSI模型中的数据链路层的功能，发送与接收5、对传送和接收的数据进行缓冲6、按照OSI协议网络层传输的接口标准，实现规定的 功能,网卡的主要功能有以下三个：1.数据的封装与解封：发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层；2.链路管理：主要是CSMA/CD协议的实现；3.编码与译码：即曼彻斯特编码与译码。,4.1.3 网卡的工作原理,对传送和接收的数据进行缓冲网卡上面装有处理器和存储器（包括RAM和ROM）。网卡和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的。而网卡和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行。因此，网卡的一个重要功能就是要进行串行/并行转换。由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同，因此在网卡中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。,在安装网卡时必须将管理网卡的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。这个驱动程序以后就会告诉网卡，应当从存储器的什么位置上将局域网传送过来的数据块存储下来。,网卡的类型,总线类型：PCI总线型32位33Hz下的PCI总线数据传输速率可达132Mbps64位66Hz下的PCI总线数据传输速率可达257Mbps,PCMCIA总线型网卡专用于笔记本的一种网卡，如扑克牌般大小,USB网络适配器外置式网卡，连接在计算机的USB接口上,网卡支持的电缆接口：以太网的RJ-45接口细同轴电缆的BNC接口粗同轴电AUI接口无线网卡、光纤网卡。,网络类型：现在比较流行的有以太网，令牌环网，ATM网，FDDI网等传输速率：10Mbps网卡，100Mbps网卡，1000Mbps网卡，10/100Mbps自适应网卡，10/100Mbps/1000Mbps网卡等多种,网卡的选择,选择性价比较高的网卡根据组网类型选择网卡根据工作站选择合适总线型的网卡根据使用环境选择网卡根据特殊要求选择网卡,一般网卡,无线网卡 无线网卡是终端无线网络的设备，是无线局域网的无线覆盖下通过无线连接网络进行上网使用的无线终端设备。具体来说无线网卡就是使你的电脑可以利用无线来上网的一个装置，但是有了无线网卡也还需要一个可以连接的无线网络，如果在家里或者所在地有无线路由器或者无线AP的覆盖，就可以通过无线网卡以无线的方式连接无线网络可上网。,无线上网卡 无线上网卡指的是无线广域网卡，连接到无线广域网，如中国移动TD-SCDMA、中国电信的CDMA2000、CDMA 1X以及中国联通的WCDMA网络等。无线上网卡的作用、功能相当于有线的调制解调器，也就是我们俗称的“猫”。它可以在拥有无线电话信号覆盖的任何地方，利用USIM或SIM卡来连接到互联网上。无线上网卡的作用、功能就好比无线化了的调制解调器（MODEM）。,蹭网卡,概述 蹭网卡是指插在电脑上，会自动搜索邻居的无线网络并破解其安全密码，强行“共享”无线网络的“无线网卡”。原理 实质上是一种大功率无线网卡，同时配备了自动破解软件。无线蹭网卡并不神秘。它本质上就是一种外置的上网器，只是比普通无线上网卡搜寻网络能力要强，说到底就是免费上人家的网。普通宽带用户无线网络密码设置比较简单，自动破解软件破解几乎不费吹灰之力。由于是无线接收，接收范围大，能同时在几秒内能搜索到大量的网络，一般情况下搜索到10-60个网络很普遍，使用者就相当于同时装了10-60个宽带网线。实现达到免费无线上网目的。,网卡的安装,1、关闭机器，将网卡插入机箱的某个合适的空闲扩展槽口2、网线一头插入网卡的RJ45接口，另一头插入墙上校园网网络插座。3、启动计算机，系统提示“发现了新硬件”，将驱动盘插入软驱按提示指定驱动程序位置（win98或winme），或者让系统自动安装驱动（win2000或winxp）。4、按提示重启计算机。5、鼠标右键单击“我的电脑”，左键单击“属性”“硬件”，左键双击“网络适配器”“网卡型号”，在“常规”项中显示“这个设备运转正常”，表示网卡已经安装好。如果“网络适配器”不可见或者在前面显示有黄色惊叹号，表示该网卡没有安装好或存在故障，需要重新安装或者更换新网卡。,4.2 中继器,中继器（Repeater）中继器又称转发器或者收发器。中继器（Repeater）工作于OSI的物理层，是局域网上所有节点的中心，它的作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。中继器仅适用于以太网，可将两段或两段以上以太网互连起来。,4.3 集线器,集线器（Hub）主要指共享式集线器。它工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备。,集线器,集线器在本质上是一种特殊的中继器。中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离；而集线器除了具有中继器的功能外，还能够提供多端口的服务，所以又可以称它为多端口中继器。所以，集线器只能互联两个相同的网络（如以太网和以太网），从网络覆盖的物理范围上增大网络的规模。,集线器的作用与工作原理,集线器在网络中的主要作用是作为多端口的信号放大设备。,它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点，,集线器分类：,按端口数量分类5口、8口、12口、16口、24口、48口等最常用的是24口集线器按带宽分类10Mbps集线器、100Mbps集线器10/100Mbps自适应集线器、1000Mbps集线器,按管理性分类不可网管集线器：信号放大再生可网管集线器：带管理模块，支持SNMP网络管理协议、接受网络管理软件的命令，自动屏蔽,按扩展能力分类：1、独立集线器 独立集线器本身没有进一步扩展的能力，只能通过级联的方式扩展端口数量与网络距离。这种集线器一般用于连接工作组计算机，向上连接到网络交换机,2、堆叠式集线器 堆叠集线器带有堆叠接口，通过专用电缆可以将两个以上的集线器堆叠成为一个逻辑的集线器来使用和管理。,堆叠式集线器与级联式集线器的区别1、堆叠式集线器不占自身端口，效率较高2、级联式集线器占自身的端口，效率较低,集线器的选择,集线器的选择一般可遵循以下标准：（1）速率（2）端口数（3）可扩展性（4）是否内置交换模块（5）是否提供网管功能（6）外形尺寸,集线器的连接,（1）集线器常见端口 集线器常见端口包括RJ-45端口、BNC端口、AUI端口、光纤端口等。堆叠集线器还具有堆叠端口，分别标注为“UP”和“DOWN”，其作用是用来连接两个堆叠集线器。（2）集线器的堆叠和级联 集线器的堆叠将若干集线器用专用连接电缆通过堆叠端口连接起来（从一台集线器的“UP”堆叠端口直接连接到另一台集线器的“DOWN”堆叠端口），以实现单台集线器端口数的扩充。集线器的级联是指使用集线器普通的或特定的端口（“级联端口”，一般标有“UPLink”）来进行集线器间的连接。利用Uplink端口级联使用直通双绞线，利用普通端口级联使用交叉双绞线。集线器间的级联除了能够增加集线器的端口数量外，还可以增大局域网的范围。,双绞线由4对8芯铜线按照一定的规则绞织而成，每对芯线的颜色各不相同。目前，国际通用的双绞线制作标准有两种，即EIA/TIA568A和EIA/TIA568B。T568A的排线顺序为白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕 T568B的排线顺序为白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕 这些芯线分别对应RJ-45插头的18脚。,1、直通双绞线PC与交换机/集线器的普通接口连接交换机/集线器与路由器的以太口相连集线器的Uplink口与交换机的普通端口相连集线器普通口与集线器级联口连接2、交叉双绞线PC与PC的网卡端口连接路由器的以太口互连PC与路由器的以太口相连集线器普通口与集线器普通口连接,设备口相同：交叉线设备口不同：直通线,4.4 网桥,4.4.1 网桥的定义网桥是一种基于物理地址来过滤、存储和转发数据帧的互连设备。网桥将两个相似的网络连接起来。它一般由软件和硬件组成，工作于 数据链路层。,4.4.2网桥的分类1、按网桥硬件所处的位置分类 内部网桥和外部网桥2、按网桥分布的地理范围分类 近程网桥和远程网桥 近程网桥联通两个相邻的局域网段；远程网桥被用来连接两个或多个相距较远的LAN。比如，某个公司分布在多个城市中，该公司在每个城市中均有一个本地的LAN，最理想的情况就是所有的LAN均连接起来，整个系统就像一个大型的LAN一样。,4.4.3 网桥的特点1、网桥工作在数据链路层，对高层协议是透明的。能够转发任何网络层协议的数据流。是一种存储转发设备。2、网桥与网络层无关。转发所有广播帧，没有隔离广播信息的能力。3、网桥能够互联不同的网络，在不同的局域网之间提供转换功能。,4.4.4 网桥的工作原理当使用网桥连接两段LAN 时，网桥对来自网段1 的MAC 帧，首先要检查其终 点地址。如果该帧是发往网段1 上某一站的，网桥则不将帧转发到网段2，而将 其滤除；如果该帧是发往网段2 上某一站的，网桥则将它转发到网段2.这表明，如果LAN1和LAN2上各有一对用户在本网段上同时进行通信，显然是可以实现的。,4.4.5三种交换技术,1、端口交换最早应用2、帧交换目前应用最广的局域网交换技术；1】直通交换 2】存储转发3、信元交换ATM局域网,端口交换,端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器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。模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。,帧交换,帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它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。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异，但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。前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全性，同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。,信元交换,ATM技术采用固定长度53个字节的信元交换。由于长度固定，因而便于用硬件实现。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。,直通交换,直通交换方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快，这是它的优点。它的缺点是，因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且容易丢包。,存储转发,存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC（循环冗余码校验）检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。,4.5 交换机,交换机的英文名称之为“Switch”，它是集线器的升级换代产品，从外观上来看的话，它与集线器基本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体。交换机是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。,交换机,4.5.1交换机工作在OSI第二层。交换机可以根据MAC地址决定数据的转发。,工作原理,控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。,交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。,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。,交换机的分类,从传输介质和传输速度上分 以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。,交换机的分类,从规模应用上分工作组交换机部门级交换机企业级交换机,工作组交换机,主要用于办公室、小型机房、多媒体制作中心、网站管理中心和业务收集较为集中的业务部门等在传输速率上，工作组交换机大都提供多个具有10/100Mbps自适应能力的端口,部门级交换机,常用作扩充设备具有较少端口支持较多MAC地址端口传输速率基本上为100Mbps,企业级交换机,仅用于大型网络，一般作为网络的骨干交换机具有快速数据交换能力、全双工能力提供容错等智能特性,4.5.3交换机的选购,1、外形尺寸2、可管理性3、端口带宽及类型,交换机与集线器不同点：,1、交换机接收到的源地址的数据包转发到目的 端口所在的网络接口上。集线器接收到的源地址的数据包转发到所有端口，所有设备都能收到数据包。,2、交换机具有多个冲突域，有几个端口就有几个冲突域；集线器有却只有一个冲突域；3、交换机每个端口都通过唯一的一个节点与一个段相连，所以节点和段享有完全的带宽 集线器不能够。,冲突域：一个站点向另一个站点发出信号。除目的站点外，有多少站点能收到这个信号。这些站点就构成一个冲突域。在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合,虚拟网,虚拟网是指在物理网络基础架构上，利用交换机和路由器的功能，配置网络的逻辑拓扑结构，从而允许网络管理员任意地将一个局域网内的任何数量网段聚合成一个用户组，就好像它们是一个单独的局域网。,4.6 路由器,路由器是网络层互联设备，主要用于局域网广域网互联。,路由器工作在OSI第三层是用于路由选择的专用设备,路由器的工作原理,当路由器接收到来自一个网络接口的数据包，根据其中所含的目的地址，决定转发到下一个目的地址。因此，路由器首先得在转发路由表中查找它的目的地址，若找到了目的地址，就在数据包的帧格前添加下一个MAC地址，同时IP数据包头的TTL（Time To Live）域也开始减数，并重新计算校验和。当数据包被送到输出端口时，它需要按顺序等待，以便被传送到输出链路上。路由器在工作时能够按照某种路由通信协议查找设备中的路由表。如果到某一特定节点有一条以上的路径，则基本预先确定的路由准则是选择最优（或最经济）的传输路径。,TTL：(Time To Live)生存时间 指定数据包被路由器丢弃之前允许通过的网段数量。,路由器的功能,路径选择，数据转发，数据过滤路由器的功能可由硬件实现，也可以由软件实现，或者部分功能由硬件实现，部分功能由软件实现,为了便于在网络间传送报文，路由器总是先按照预定的规则把较大的数据分解成适当大小的数据包，再将这些数据包分别通过相同或不同路径发送出去。当这些数据包按先后秩序到达目的地后，再把分解的数据包按照一定顺序包装成原有的报文形式。路由器的分层寻址功能是路由器的重要功能之一，该功能可以帮助具有很多节点站的网络来存储寻址信息，同时还能在网络间截获发送到远地网段的报文，起转发作用；选择最合理的路由，引导通信也是路由器基本功能；多协议路由器还可以连接使用不同通信协议的网络段，成为不同通信协议网络段之间的通信平台。,路由选择,工作站A,路由器1（R1）,路由器5（R5）,路由器4（R4）,路由器3（R3）,路由器2（R2）,工作站B,AR1 R2R4 B,AR1 R3R5R4 B,路由协议,RIP路由选择信息协议基于距离向量OSPF开放式最短路径优先协议IGRP内部网关路由协议路由的主要工作是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点,RIP的特点,（1）仅和相邻的路由器交换信息。如果两个路由器之间的通信不经过另外一个路由器，那么这两个路由器是相邻的。RIP协议规定，不相邻的路由器之间不交换信息。（2）路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息。即自己的路由表。（3）按固定时间交换路由信息，如，每隔30秒，然后路由器根据收到的路由信息更新路由表。,路由协议,路由表的类型 静态路径表由系统管理员事先设置好固定的路由表 动态路径表路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由表 路由标的建立和刷新同样有静态和动态两种方式。,路由器的分类,1）按协议的支持情况 可分为单协议路由器和多协议路由器。单协议路由器连接的两个网络的网络层的路由协议必须是一样 多协议路由器可以连接使用不同路由通信协议的网络。2）按所处的位置 可分为访问路由器和边界路由器。3）按连接的规模和能力 可分为区域路由器、企业路由器是园区路由器,4.6.2 路由器的主要特点,特点如下：1、路由器可以互联不同的协议、不同的传输介质、不同的拓扑结构和不同的传输速率的异种网。广泛用于LANWANLAN2、路由器工作在网络层，与网络层协议有关。3、对大型网络进行微段化，将分段后的网络用路由器连接。可以提高网络性能，提高网络带宽的目的。,路由器的选择,（1）由于路由器是网络中比较关键的设备，针对网络存在的各种安全隐患，路由器必须具有如下的安全特性：可靠性与线路的安全 身份认证 访问控制 信息隐藏（2）路由器的控制软件是路由器发挥功能的一个关键环节。软件的安装、参数设置及调试越方便，用户使用起来就越容易。（3）随着计算机网络应用的增加，现有的网络规模有可能不能满足实际需要，会产生扩大网络规模的要求，因此扩展能力是一个网络在设计和建设过程中必须要考虑的。扩展能力的大小主要看路由器支持的扩展槽数目或者扩展端口的数目。,调制解调器,调制器/解调器是在发送端通过调制将数字信号转换为模拟信号，而在接收端通过解调再将模拟信号转换为数字信号的一种装置。,计算机内的信息是由“0”和“1”组成数字信号，而在电话线上传递的却只能是模拟电信号。于是，当两台计算机要通过电话线进行数据传输时，就需要一个设备负责数模的转换。这个数模转换器就是Modem。计算机在发送数据时，先由Modem把数字信号转换为相应的模拟信号，这个过程称为“调制”。经过调制的信号通过电话载波传送到另一台计算机之前，也要经由接收方的Modem负责把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号，这个过程称为“解调”。正是通过这样一个“调制”与“解调”的数模转换过程，从而实现了两台计算机之间的远程通讯。,调制解调器的分类,外置式Modem 放在计算机主机外面的设备 抗干扰能力较强Line接电话线Phone接电话机,内置式Modem 安装在计算机主机扩展槽上 售价较低 抗干扰能力较差,USB Modem 体积小巧，方便携带 集合了内置式Modem与外置式Modem的优点 PCMCIA接口的Modem 专为笔记本设计,中继器功能：是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离，重新生成信号（即对原信号进行放大和整形）。原理：中继器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。,中继器的应用中继器的主要优点是：安装简便，使用方便，价格便宜。中继器的主要缺点：1、用于局域网之间有条件的连接2、不能提供所连接网段之间的隔离功能3、不能控制广播风暴4、扩展网段和网络距离时，其数目有所限制,使用和选择中继器：1、网段的接口。2、网段扩展的极限距离。3、使用中继器时，协议应当兼容。,4.9习题,1、网卡的定义和作用2、路由器的主要功能3、集线器的分类4、交换机主要用于解决什么问题？分类？,
