常用的网络设备概论

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1、第4章 常用的网络设备,本章内容提要,网卡和调制解调器 中继器与集线器 网桥与交换机 路由器 网关,4.1 网卡和调制解调器,4.1.1 网卡概述,网卡（Network Interface Card ，NIC）也叫网络适配器，是集成在计算机主板上、插在计算机总线插槽内或某个外部接口上的扩展卡，是计算机连接网络中各设备的物理接口，是构成网络的基本部件，其主要作用是将计算机数据转换为能够通过介质传输的信号。,4.1 网卡和调制解调器,4.1.1 网卡概述,图4-2 网卡结构,4.1.2 网卡的主要作用,网卡工作在物理层和数据链路层之间，网卡的硬件特性、驱动程序在这两层得以实现，如图4-3所示。,图

2、4-3 网卡工作在OSI/RM中的示意图,4.1.2 网卡的主要作用,在计算机网络中，网卡一方面自动将本地计算机上的数据转换成网络可以识别的数据格式及打包后送到网络上；另一方面负责接收网络上的数据包，通过和自己本身的物理地址相比较决定是否为本机应接收信息，解包及反向转换后，将数据通过主板上的总线传输给本地计算机。 所以网卡的主要作用包括：固定网络地址、数据转换并发送到网络上和接收数据并转换数据格式。,4.1.2 网卡的主要作用, 固定网络地址 在计算机网络通信过程中，一台计算机中的数据传输到另一台计算机，必须确定计算机的标识，而计算机是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

3、机时，实际上就是数据通过一块网卡传输到另一块网卡，即从源地址传输到目的地址。网卡的物理地址标识（Ethernet Address，物理地址）是由十六进制表示的，每块网卡在出厂时都赋予一个全世界范围内唯一的地址，即MAC地址。,4.1.2 网卡的主要作用, 数据转换并发送到网络上 网络上的传输数据方式必须遵守一定的数据格式（通信协议）。所以计算机将数据传输到网卡时，网卡会自动将数据转换成网络可以识别的数据格式，然后再将数据传送到网络，发送到目的计算机的网卡。,4.1.2 网卡的主要作用, 接收数据并转换数据格式 在网络通信时，网卡具有双重性功能：一方面宏观世界将本计算机上的数据进行格式转换送入网

4、络；另一方面接收网络上传输过来的数据包，对数据进行解包及反向转换。,4.1.3 网卡的工作原理,计算机发送数据时，网卡首先侦听介质上是否有载波（载波由电压指示）。如果有，则认为其他站点正在传送信息，继续侦听介质。一旦通信介质在一定时间内没有载波，即没有被其他站点占用，则开始进行数据帧发送，同时继续侦听通信，以检测冲突。,4.1.3 网卡的工作原理,如果检测到冲突，则立即停止该次发送，并向介质发送一个“阻塞”信号，告知其他站点已经发生冲突，从而丢弃那些可能一直在接收的受到损坏的帧数据，并等待一段随机时间。在等待一段时间后，再进行新的发送。如果重传多次后仍发生冲突，就放弃发送。,4.1.4 网卡的

5、分类,1、按网卡速率分 网卡速率是指网卡每秒钟接收或发送数据的能力，单位是Mbps（兆位/秒）。 按照网卡速率可分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps网卡、1000Mbps网卡、10000Mbps网卡。,4.1.4 网卡的分类,1、按网卡速率分 目前网卡在标准以太网中速度为10/100Mbps，在快速以太网中速度为1000Mbps等。千兆以太网卡（Gigabit Ethernet）是一种高速局域网技术，它能够在铜线上提供1Gbps（1000Mbps）的带宽，如图4-4所示，主要用在服务器领域。,图4-4 千兆网卡,4.1.4 网卡的分类,1、按网卡速率分 万兆网卡（10

6、000Mbps）是最新推出的速度最快的网卡。万兆以太网技术是以太网技术发展中的一个重要标准，与原来的以太网模型完全相同，仍然保留帧结构，只是通过不同的编码方式或波分复用提供10Gbps传输速度。它是一种只适用于全双工模式，所以不需要带有冲突检测的载波侦听多路访问协议（CSMA/CD）。万兆以太网卡能够使用多种光纤介质。,4.1.4 网卡的分类,2、按总线类型分 按网卡的总线接口类型来分，可分为ISA总线网卡、PCI总线网卡、PCI-X总线网卡、PCI-E总线网卡、PCMCIA总线网卡、USB接口网卡、Mini-PCI接口网卡。,4.1.4 网卡的分类,3、按接口类型分 可以按网卡的网络接口类型

7、来划分，不同的网络接口适用于不同的网络类型。目前常见的接口主要有以太网的RJ-45接口、细同轴电缆的BNC接口和粗同轴电缆的AUI接口、FDDI接口、ATM接口等，有的网卡为了适用于更广泛的应用环境，提供了两种或多种类型的接口。 其中RJ-45接口网卡是最常见的一种网卡，也是应用最广的一种接口类型网卡，在双绞线以太网应用中普及。,4.1.5 调制解调器的功能,调制解调器是一种网络设备，它的功能是将计算机的数字信号转换成模拟信号或反之，以便在电话线路或微波线路上传输。调制是把数字信号转换成模拟信号的过程；解调是模拟信号转换成数字信号的过程。,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,主要包括传统的

8、调制解调器、Cable Modem、ADSL Modem、电力Modem等。 1、传统的调制解调器 传统的调制解调器指的就是通过电话线进行拨号上网所用的网络设备，通过RS232C串行口信号线与计算机连接，其外置式的Modem结构如图4-5所示。,图4-5 传统的调制解调器,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,由发送、接收、控制、接口、操纵面板及电源等部分组成。通常，数据终端设备以二进制串行信号形式发送数据，经Modem接口转换为内部逻辑电平送入发送部分，再经调制电路变成线路要求的信号向线路发送。Modem接收部分接收来自线路的信号，经滤波、反调制、电平转换后还原成数字信号送入数字终端设备。

9、,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,调制解调器有内置式和外置式，内置式和普通的计算机插卡一样，大家都称为传真卡，外置式的却只能叫做调制解调器或Modem了。 内置式调制解调器是一块即插即用的卡，如图4-6所示，卡上没有跳线。它有两个接口，一个标明“Line”的字样，用来接电话线；另一个标明“Phone”的字样，用来接电话机。此外它是一块支持语音的Modem卡，除正常的两个插口外，它还有一个麦克风接口和声音出口。,图4-6 内置Modem卡,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,外置式的调制解调器，如图4-5所示，一般是25针的RS232接口，用来和计算机的RS232口(串口)相连。标有

10、“Line”的接口接电话线，标有“Phone”的接电话机。不同的Modem外形不同，但这些接口都是类似的。除此之外，它带有一个变压器，为其提供直流电源。,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,USB技术的出现，给电脑的外围设备提供更快的速度、更简单的连接方法。USB接口的56K的Modem，的确给传统的串口Modem带来挑战，如图4-7所示，只需将其接在主机的USB接口就可以使用，非常方便。,图4-7USB Modem,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,2、ADSL Modem ADSL Modem是使用ADSL接入Internet的核心设备。原来的Modem一样，有内置和外置之分，也

11、有USB接口的。,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,ADSL Modem与传统Modem的区别?,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,ADSL Modem与传统Modem的区别是： 连接速率不同 目前市场上最高速率的传统Modem只能提供56Kbps的连接速率，而且，由于线路及其他未知因素，在实际使用中其连接速率还会有一定下降。 而ADSL Modem则能向用户提供1Mbps的上行速率和8Mbps的下行速率。在实际应用中，ADSL Modem虽然也会受到线路传输等问题的影响，但它仍然可以提供640Kbps左右的上行速率，而下行速率的变化并不大。,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准

12、, 数据传输原理不同 传统Modem使用纯音频信号进行数据传输，它与电话一样，使用的都是电话线的低频部分（4KHz以下频段），由于与电话使用相同频段的传输信号，直接造成了用户在使用拨号上网的同时不能接听或拨打电话。而ADSL Modem使用电话线中26KHz1.1MHz的频段来传输数字信号，保证了两种信号既能同步传输又不会出现信号干扰。,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,3、Cable Modem Cable Modem简称CM，中文名称为电缆调制解调器、线缆调制解调器、线缆数据机，是一种可以通过有线电视网络进行高速数据接入的装置。Cable Modem是一种适用于HFC的调制技术，允许

13、用户通过有线电视网进行高速数据接入Internet的设备，在50MHz以上的频段(多在550MHz以上)用电视的6MHz带宽提供一个下行信道，在5MHz50MHz频段开辟一个上行通道。采用64QAM调制可使下行通道的速率达到36Mbps，上行速率达到10Mbps。,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,其次， Cable Modem只占用了有线电视系统可用频谱中的一小部分，因而在上网时不影响收看电视。计算机可以每天24小时停留在网上，不发送或接收数据时不占用任何网络和系统资源。,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,Cable Modem的原理和普通的Modem拨号上网一样，都是通过各自的

14、调制解调器在对送来或发出的数据信号进行解调解码或编码调制之后来进行传输的，不同之处在于它是通过有线电视CATV的某个传输频带进行调制解调的，Cable Modem属于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。它们很适合用来提供宽带功能业务。Cable Modem彻底解决了由于声音图像的传输而引起的阻塞，其速率已达10Mbps以上，下行速率则更高。,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,4、电力调制解调器 电力调制解调器俗称电力猫，如图4-9所示，是电力线上网中用户端的核心接入设备。电力线上网只需要一个电力猫和一个常用的电线插板，不用任何网络线和电话线。 终端用户只需要插上电源插

15、头，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。当电力线空载时，点对点电力线上网信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输一二百米。,4.1.6 调制解调器的技术类型和标准,4、电力调制解调器 目前来讲，PLC还不适合长距离的数据传输，但如果只在楼宇内应用，解决“最后一百米”的入户问题，还是完全可以胜任的。,图4-9 电力猫,4.2 中继器与集线器,4.2.1 中继器 中继器具有对物理信号进行放大和再生的功能，将其从输入接口接收的物理信号通过放大和整形，再从输出接口输出。中继器具有典型的单进单出结构，所以当网络规模增加时，可能会需要许许多多的单进单出结构的中继器作为

16、信号放大之用。,4.2.1 中继器,中继器主要负责在两个结点的物理层上按位传递信息，同时负责放大或再生局域网的信号；中继器可以扩展网络连接距离和扩充工作站数目。使用中继器应遵守以下两条原则： 一是用中继器连接的以太网不能形成环型网； 另一个必须遵守MAC（介质访问控制）协议的定时特性，即用中继器将电缆连接起来的段数是有限的。,4.2.1 中继器,对于以太网，最多只能使用4个中继器，意味着只能连接5个网段即遵守以太网的5-4-3-2-1规则。,4.2.2 集线器,集线器就是通常所说的Hub，是一种多端口的中继器，如图4-10所示。工作在局域网环境中，是局域网内多台计算机的交汇连接设备。集线器应用于OSI参考模型的第一层，因此又被称为物理层设备，如图4-11所示。,图4-10 集线器,4.2.2 集线器,集线器是一种共享型的设备，其实质是一个中继器，同样必须遵守MAC（介质访问控制）协议的定时特性，主要功能是对接收到的信号进行再生、整形、放大，以延长网络的传输距离。依据IEEE802.3协议，集线器是随机选出某一端口的设备，并让它独占全部带宽，与集线器的上联设备（交换机、