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1、第3章 计算机网络硬件系统,本章学习目标,本章主要讲解计算机网络硬件的基础知识。通过本章的学习，读者应掌握以下内容：网卡及其作用和分类同轴电缆及其分类 双绞线的分类及使用了解光纤,3.1 网卡,3.1.1 网卡的类型,1网卡概述网卡（NIC，Network Interface Card）又称网络接口卡或网络适配器，是计算机与网络的接口。它负责将用户要传递的数据转换为网络上其他设备能够识别的格式，通过网络介质传输。网卡的基本功能包括从并行到串行的数据转换、包的装配与拆装、网络存取控制、数据缓冲和网络信号控制，主要参数有带宽、总线方式、电气接口方式等。,网卡必须具备两大技术：网卡驱动程序和I/O技
2、术。驱动程序使网卡和网络操作系统兼容，实现PC机与网络的通信。I/O技术可以通过数据总线实现PC和网卡之间的通信。网卡是计算机网络中最基本的元素。网卡能够对信道中的信息进行侦听，并根据自身的MAC地址识别自己应该接收的信息。当与网卡连接的计算机或其他设备做好接收信息的准备后，网卡便将从外部接收的信息提交给这些设备；当与网卡连接的计算机或其他设备需要向外界发送信息时，网卡会在信道信息流中寻找间隙，并将信息送上信道。,2网卡的作用网卡（NIC）是局域网中最基本和最重要的连接设备，它的好坏与网络性能紧密相关。它有两个主要功能：（1）读入由网络设备传输过来的数据包，经过拆包，将它变为计算机可以识别的数
3、据，并将数据传输到所需设备中。（2）将计算机发送的数据打包后输送至其他网络设备。3网卡的分类根据所支持的物理层标准以及计算机接口的不同，网卡可以分成不同的类型。,（1）按总线类型分：目前主要有ISA、PCI、USB、PCMCIA方式。ISA网卡一般而言，ISA总线网卡的数据传输速率多为10Mbps，大多用于486DX或早期的Pentium计算机中。ISA网卡采用程序请求I/O方式与CPU进行通信，这种方式的网络传输速率低，CPU资源占用大。如图3-1所示为有RJ-45口的ISA网卡。,PCI网卡PCI总线网卡又分为PCI2.1标准和PCI2.2标准。PCI2.1标准的工作频率为33MHz，数据
4、传输速率为133Mbps；PCI2.2标准的工作频率为66MHz，最大数据传输速率高达533Mbps。PCI网卡与CPU之间的通信方式一般采用总线控制方式，所以大大提高了运行的效率，降低了对系统资源的占用。如图3-2所示为有RJ-45口的PCI网卡。 USB网卡USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种新型总线 .USB总线网卡一般是外置式的，具有不占用计算机扩展槽和热插拔的优点，因而安装更为方便。这类网卡主要是为了满足没有内置网卡的笔记本电脑用户。,USB总线分为USB2.0和USB1.1标准。USB1.1标准的传输速率的理论值只有12Mbps，而USB2.0标准
5、的传输速率高达480Mbps。如图3-3所示为有RJ-45口的USB网卡。,图3-2RJ-45口的PCI网卡 图3-3RJ-45口的USB网卡,PCMCA网卡PCMCIA网卡是用于笔记本电脑的一种网卡。PCMCIA总线分为两类，一类为16位的PCMCIA，另一类为32位的CardBus。如图3-4所示为有RJ-45口的PCMCIA网卡。,图3-4 RJ-45口的PCMCIA网卡,（2）按所支持的传输速率分类。10Mbps网卡：由于其支持的传输速率太低，因此只能在老式的低速网络中看到，目前基本上已经退出市场。100Mbps网卡：其传输速率是10Mbps网卡的10倍，但价格10Mbps网卡相近。1
6、0/100Mbps自适应网卡：传输速率是10Mbps网卡的10倍。自适应，是指该类网卡具有一定的智能，能够通过与远端网络设备（集线器或交换机）协商，自动确定其应采用的传输速率。1000Mbps网卡：多用于高速服务器，以消除数据通信的瓶颈提高网络的响应速度。,（3）按所支持的传输介质分类。双绞线网卡 适用于非屏蔽双绞线的网卡，提供RJ-45接口。RJ-45接口网卡是应用最广的一种接口类型网卡，这主要得益于双绞线以太网应用的普及。在网卡上还自带两个状态指示灯，通过这两个指示灯的颜色可初步判断网卡的工作状态，如图3-2所示是RJ-45接口的网卡示意图。细缆网卡 适用于细缆的网卡，提供BNC接口。这种
7、接口的网卡用于用细同轴电缆做传输介质的以太网或令牌网中，目前这种接口类型的网卡较少见，主要因为用细同轴电缆作为传输介质的网络比较少。图3-5所示的是BNC接口网卡。,图3-5 BNC接口网卡示意图,此外还有适用于粗缆的粗缆网卡，提供AUI接口，还有适用于光纤的光纤网卡，提供F/O接口。总之,针对不同的传输介质，网卡提供了相应的接口。,3.1.2 网卡的选择 1工作站网卡的选择在为工作站选择网卡时，应重点考虑下列因素：接口类型：不同的传输介质，需要不同类型的网卡。如果网络中只使用双绞线一种传输介质，则网卡只需具有一个RJ-45接口即可。如果网络中同时使用了双绞线和同轴电缆，则需要考虑购置RJ-4
8、5/BNC二合一网卡，以使计算机能通过不同的传输介质接入网络。传输速率：网卡最主要的技术指标。网卡是计算机与网络的接口，其传输速率的高低决定了网络与计算机的通信速度，应尽量选择10/100Mbps自适应网卡。,对全双工通信方式的支持：全双工网卡能够同时进行信息的接收和发送，其潜在带宽为标称带宽的两倍。总线类型：目前，网络中广泛使用的网卡为PCI网卡，其特点是速度快且占用的处理器资源较少。对操作系统的支持：网卡应附带用于支持不同操作系统的驱动程序。支持远程唤醒功能：多数MODEM都支持自动唤醒功能，当有电话呼入时，MODEM能够自动启动计算机。同样，在局域网中也可实现类似功能。对远程引导功能的支
9、持：建立无盘工作站时，必须购买具备远程引导芯片插槽且配备了专用的远程引导芯片的网卡。,2服务器网卡的选择服务器网卡应具有以下特性中的几个或全部：较高的数据传输速率：当前的工作组级和部门级的服器，其网卡的数据传输速率一般为100Mbps，而企业级服务器的特征之一就是应具有使用1000Mbps网卡的能力。 较低的处理器占用率：网卡中的网络控制芯片可以代替计算机的CPU完成与网络通信相关的任务，从而可降低网卡对CPU的占用率。可网管：服务器端网卡的最低标准是能够支持基于SNMP（简单网络管理协议）的网管软件。,3.2 传输介质,3.2.1 同轴电缆同轴电缆包括由绝缘体包围的一根中央铜线、一个网状金属
10、屏蔽层以及一个塑料封套。图3-6描绘了一种典型的同轴电缆。在同轴电缆中，铜线传输电磁信号；网状金属屏蔽层一方面可以屏蔽噪声，另一方面可以作为信号地；绝缘层通常由陶制品或塑料制品组成 。表3-1列出了几种不同类型的同轴电缆的规格说明 。,图3-6 同轴电缆示意图,同轴电缆存在许多不同规格，虽然在当前的使用中可能只见过2、3种类型的同轴电缆，每一种规格都被分配一个无线管理（RG）规格号。电缆类型之间的主要差异在于中心线所使用的材料上。如图3-7、3-8所示列出了两种不同类型的同轴电缆。,图3-7 10base2 细同轴电缆 图3-8 10base5 粗同轴电缆实及BNC头实物图,表3-1 同轴电缆
11、的类型,1粗缆（10Base5）IEEE将粗缆命名为10Base5 Ethernet。10代表10Mbps的吞吐量，Base代表是基带传输，5代表粗缆的最大段长度为500米。粗缆的特性总结如下。吞吐量：根据IEEE 802.3标准，粗缆传输数据的最大速率是10Mbps。它使用基带传输。成本：粗缆比光缆便宜得多，但比其他类型的同轴电缆，如细缆，要昂贵得多。连接器：粗缆需要一种转接器（在线上穿孔的连接器）连接到收发器，再用一个下行电缆连接网络设备，图3-9描述了粗缆的网络连接。,图3-9 粗缆网络连接,抗噪性：由于宽的直径和较好的屏蔽物，使得粗缆具有最高的抗噪性。尺寸和可扩展性：由于粗缆具有高抗噪
12、性，因而与其他类型的电缆相比，它允许数据传输更远的距离。它的最大段长度是500米，每段最大能够容纳100个节点。它的总最大网络长度为1500米。为最小化站点之间的干扰的可能性，网络设备应分隔2.5米。这种类型的电缆难以管理，它的坚硬性使它难于处理和安装。其次，由于高速数据传输不能运行在粗缆上，它不允许网络改进。从本质上说它是一种过时的技术。,2细缆（10Base2）IEEE将细缆命名为10Base2 Ethernet，其中10代表它的数据传输速率为10Mbps，Base代表它使用基带传输，2代表它的最大段长度为185米（或粗略为200米）。细缆电缆直径大约为0.64cm，这使得它比粗缆更加灵活
13、，也更易于处理和安装。细缆的大部分特性列举如下：吞吐量：细缆传输数据的最大速率为10Mbps，使用基带传输。费用：细缆比粗缆和光缆便宜得多，但比双绞线电缆昂贵。尺寸和可扩展性：细缆允许每个网络段最长185米，细缆每段最多仅能容纳30个节点，它的最大总网络长度为550多米。为最小化干扰，细缆网络中的设备应至少分隔0.5米。,连接器：细缆使用BNC-T型连接器将电缆与网络设备相连，如图3-11所示。一个具有3个开放口的BNC连接器的T型底部连接到Ethernet的网络接口卡上，两边连接细缆电缆，以便允许信号进出网络接口卡。抗噪性：由于有绝缘体和屏蔽层，细缆比双绞线电缆具有更强的抗噪能力，但不如粗缆
14、抗噪能力强。细缆的主要优点是非常低的成本以及使用相对容易一些。粗缆和细缆都能用于总线结构中。使用总线结构的网络必须在两端终结。因此，粗缆和细缆都需要一个50欧姆的电阻器以终结网络的每一端。若没有终结器，总线网络上的信号将在网络的两端之间无休止地传输，这种现象称为信号反射。图3-10描绘了一个使用总线拓扑结构的同轴电缆网络的典型例子。,图3-10 使用总线拓扑结构的同轴电缆网络示意图,3.2.2 双绞线,双绞线（TP）电缆类似于电话线，由绝缘的彩色铜线对组成，每根铜线的直径为0.40.8mm，两根铜线互相缠绕在一起，双绞线对中的一根电线传输信号信息，另一根接地并吸收干扰。双绞线电缆能轻易地应用于
15、多种不同的拓扑结构中，但更经常的是应用于星型和星型拓扑结构中。此外，双绞线电缆能适应当前更快的网络传输速率。由于双绞线电缆的广泛使用，它出现在传输速率更快的网络中。双绞线电缆有一个缺点，那就是其灵活性使得它比同轴电缆更易遭受物理损害。相对于双绞线带来的好处，这个缺点是一个可以忽略的因素。,所有的双绞线电缆可以分为两类：屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞（UTP）。1屏蔽双绞线屏蔽双绞线（STP）电缆中的缠绕电线对被一种金属（如箔）制成的屏蔽层所包围，而且每个电线对中的电线也是相互绝缘的。图3-11描绘了一根STP电缆。,图3-11 屏蔽双绞线（STP）示意图,2非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线（UTP）
16、电缆包括一对或多对由塑料封套包裹的绝缘电线对。图3-12描述了一根典型的UTP电缆。UTP电缆中的10Base-T、100Base-T，其中“10”或“100”代表最大数据传输速率为10Mbps或100Mbps，Base代表采用基带传输方法传输信号，T代表UTP。双绞线电缆的标准是由TIA/EIA国际协会制定的。为管理网络电缆，需要熟悉用于现代网络的一些标准，特别是3类和5类UTP。1类线（CAT1）：一种包括两个电线对的UTP形式。1类线适用于语音通信，而不适用于数据通信。它每秒最多只能传输20千位（kbps）的数据。,2类线（CAT2）：一种包括四个电线对的UTP形式。数据传输速率可以达到4Mbps。但由于大部分系统需要更高的吞吐量，2类线很少用于现代网络中。3类线（CAT3）：一种包括四个电线对的UTP形式。在带宽为16MHz时，数据传输速率最高可达10Mbps。3类线一般用于10Mbps的Ethernet或4Mbps的Token Ring。现在用得较少。4类线（CAT4）：一种包括四个电线对的UTP形式，它能支持高达10Mbps的吞吐量。CAT4可用于16Mbps的Token Ring或10Mbps的Ethernet网络中。它可确保信号带宽高达20MHz。与CAT1、CAT2或CAT3相比，它能提供更多的保护以防止串扰和衰减。,
