《网络工程技术04》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络工程技术04（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 网络连接设备 网络组建和管理的核心是在熟悉网络连接设备各项性能的前提下更好地对网络进行应用和管理。本章系统地概括了目前计算机网络应用领域中的各种主流硬件设备的性能和工作特点，可以使读者对各种网络连接设备有一个清晰、完整的认识。重点： 常用网络硬件设备的性能和工作特点 网络硬件设备的连接难点： 常用网络硬件设备的性能和工作特点 组建计算机网络时除考虑计算机本身的性能和作用外，还要充分考虑连接设备和连接介质的性能和配置方法。在绝大多数情况下后者在网络中所起的作用更为突出。本课主要介绍计算机网络中的连接设备，其中包括网卡、集线器、交换机、Modem、ADSL、Cable Modem、 路由器
2、、网桥和网关等。通过本课的学习，读者可以对各种网络连接设备的工作原理、性能和工作特点有一个全面的了解。4.1 计算机网络中的网卡 网卡（Network Interface Card，NIC），也称为网络接口卡，是组建计算机网络时必不可少的连接设备。在宽带接入日渐普及的今天，网卡的使用越来越普及，已不仅仅用于计算机网络中。网卡的外型与显示卡和声卡等接口卡有些相像，但功能和工作方式却不尽相同。例如，显示卡只是一个输出设备，将计算机处理的结果通过显示卡送到显示器上输出；而网卡的工作是双重的，一方面它负责的发送，即接收计算机中的数据，并将其传送给网络连接介质，完成数据的发送工作；另一方面负责数据的接收
3、，即接收网络中的数据，并将其交给计算机进行处理。4.1.1 计算机网络中网卡的类型 根据工作原理的不同，计算机网络基本上分为以太网和令牌网两大类，日前以太网占了计算机网络中绝大多数份额，所以本书仅介绍与以太网相关的技术。同样，本课所介绍的网卡等连接设备也是以以太网为基础来介绍的。根据网卡工作方式和用途的不同，对网卡可按照以下几种方法进行分类。 1.根据连接速度来分类 根据网卡的连接速度的不同基本上可分为10Mbits网卡、10100Mbits自适应（Auto-Negotiation）网卡、1000Mbits网卡和1001000Mbits自适应网卡几种。目前，万兆位以太网卡还未正式投入使用。 （
4、1）l0Mbits网卡 10Mbits网卡是计算机网络中最早使用的一种网卡，也是目前技术最成熟的一种网卡。不过受10l00Mbits网卡的影响，应用已经不是很广泛，多用于早期的计算机和对传输速率没有较高要求的网络中。 （2）100Mbits和10100Mbits自适应网卡 100Mbits网卡是随着高速以太网技术的出现而出现的，也是计算机接口技术（尤其是PCI接口技术）发展的必然产物，目前单速的l00Mbits的使用较少。10100Mbits自适应网卡是目前计算机网络中广泛使用的一类网卡，它在同一块网卡上结合了10Mbits和100Mbits两种速率，即可以与l0Mbits的设备连接，还可以与
5、100Mbits的设备连接，而且这种速度上的选择是由网卡自动完成的。 10100Mbits自适应网卡采用了自适应（Auto-Negotiation）技术，在工作 时可以与被连接的网络设备（网卡、集线器或交换机）自动协商，以确定当前可以使用的速度是10Mbits还是100Mbits。Auto-Negotiation标准按照如下顺序适应工作速度：100Mbits全双工、100Mbits半双工、10Mbits全双工和10Mbits半双工。AutoNegotiation是在IEEE802.3u中规定的，其优点是在不需用户参与设定的情况下，自动以最高速度连接。Auto-Negotiation自动检测的顺
6、序依次为：100BASE-TX全双工、100BASE-T4、10BASE-TX、10BASE-T全双工和IOBASE-T。也就是说，当对方的能够提供的最高连接速率是10Mbits时，本端只能采用lOMbits速率，而当对方提供的是l00Mbits速率时，则本端也采用快速的100Mbits连接。 （3）1000Mbits和1001000Mbits自适应网卡 1000Mbits网卡是随着干兆以太网标准的出现而出现的，干兆位以太网早期仅用于网络的主干部分，如服务器与中心交换机的连接、交换机与交换机的连接等，所以1000Mbits网卡的使用也并不普遍。目前，将在有些地方已经实现了1000Mbits到桌
7、面，因而1000Mbits网卡得到了广泛应用。与高速以太网一样，目前单速1000Mbits网卡也很少，而多为1001000Mbits自适应网卡，以适应与lOOMbits和1000Mbits设备的自动连接。 2.根据总线分类 计算机总线是决定外部设备性能的一个关键因素，网卡属于计算机的外部设备，所以它的性能也要受到计算机总线的限制。在实际应用中，经常用接口来间接的表示总线，所以本书也采用这种约定俗成的表示方法。按总线类型分，网卡一般可分为ISA接口网卡、PCI接口网卡及用于笔记本电脑的PCMCIA网卡。 （1）ISA接口网卡 20世纪90年代中期前的计算机多使用ISA总线，这种总线的速度较低，对
8、计 算机CPU的占用率较高。ISA接口网卡多用于早期的586以下的计算机上，目前较新的计算机上一般很少使用ISA接口的网卡。ISA接口网卡的最高速度只有10Mbits。虽然ISA总线的网卡在今天看来已有些落伍，但在组建无盘工作站网络时，ISA接口网卡因配置比较简单，目前还是首选。 （2）PCI接口网卡 自1994年以来，PCI总线架构日益成为网卡的首选总线，并已牢固地确立了在服务器和桌面机中不可替代的地位，而曾经辉煌一时的ISA网卡正逐渐淡出市场。运行在33MHz下的PCI总线，其数据传输速率可达到132Mbits，而64位的PCI最大数据传输率可达到267Mbits，目前100Mbits和1
9、0100Mbits网卡一般都是PCI接口，如图4.1所示。与ISA接口网卡不同的是，PCI接口网卡占用CPU的资源较小，安装和配置较为方便，是目前网卡的主流产品。图4.1 PCI网卡 另外，PCI总线的自动配置（Auto Configuration）功能省掉了跳线设置，而是将IO地址和IRQ值的分配等操作全部在系统启动时交给系统BIOS处理，从而简化了网卡安装的繁琐和难度。 （3）PCMCIA总线 PCMCIA网卡是用于便携式计算机的一种网卡，它是专门为便携式计算机上的PCMCIA总线来设计的，而不能用于台式计算机。 PCMCIA总线分为两类：一类为16位的PCMCIA，另一类为32位的Car
10、dBus。CardBus是一种新型的用于便携式计算机的高性能PC卡总线接口标准，与原来的 PC卡标准相比，CardBus具有以下的优势。 （1）32位数据传输和33MHz工作频率。CardBus快速以太网PC卡的最大吞吐量接近90Mbits，而16位快速以太网PC卡仅能达到2030Mbits。 （2）总线自主。可以独立于主CPU，与计算机内存间直接交换数据，占用计算机CPU的资源较少，这样CPU就可以处理其他的任务。 （3）3.3V供电，低功耗。提高了电池的寿命，降低了计算机内部的热扩散，增强了系统的可靠性。 （4）兼容16位的PC卡。老式以太网和Modem设备的PC卡仍然可以插在CardBu
11、s插槽上使用。 3.根据应用领域分类 按用途可以将网卡分为工作站网卡和服务器网卡。由于服务器要为整个网络提供服务，因此网卡的性能优劣对服务器的传输速率、稳定性和容错性等因素有着直接的影响。在对系统整体性能要求较高的网络中，对服务器网卡的选择非常重要。 相对于服务器专用网卡，普通计算机上使用的网卡其可靠性、数据吞吐能力等整体性能要略差一些，价格也要便宜得多。在实际组网时，用户也不必一味强调网卡的性能，而要根据所组建网络的具体情况而定。当网络规模较小（如对等网），且对网络的可靠性、稳定性等要求并不是很高时，不管是服务器，还是工 作站都可以使用目前市面上的普通网卡；当网络规模较大，且对系统运行的稳定
12、性、可靠性和安全性有较高的要求时，在服务器上可以选择专用的服务器网卡，而工作站也应该配置性能较好的网卡。 4.根据端口类型分类 网卡的端口类型是指网卡上用于连接网络传输介质的连接方式，根据所连接传输介质的不同，目前使用的网卡端口一般有以下几类。 （1）RJ-45端口：用于连接双绞线。 （2）AUI端口：用于连接粗同轴电缆。 （3）BNC端口：用于连接细同轴电缆。 如果每一块网卡上只提供个一种端口，这类网卡便称为单口网卡；如果同一块网卡同时提供了多种端口，此类网卡称为多口网卡。目前市面上使用的网卡既有单口网卡，也有多口网卡，例如RJ-45+BNC、BNC十AUI、RJ-45+BNC+AUI等。多
13、口网卡可以适应不同传输介质的连接要求。在购买网卡之前应搞清楚网络使用的传输介质类型，然后确定网卡的端口类型，避免由于端口不匹配导致网卡无法正常使用。 注意 因为BNC仅用于连接细同轴电缆，而细同轴电缆的连接速度只能达到10Mbits，所以提供BNC端口的网卡都是10Mbits网卡，而且多为ISA接口；而RJ-45端口网卡可提供l0Mbits、l00Mbits和1000Mbits不等的连接速度，多为PCI接口;目前随着光纤在计算机网络中的广泛使用，连接粗同轴电缆的AUI接口网卡已很少使用。 另外，除RJ-45、BNC和AUI端口外，在计算机网络中还广泛使用另外两种端口的网卡：一类是用于连接光纤的
14、带光纤端口的网卡，另一类是用于无线计算机网络连接的无线网卡。 目前，具有光纤端口的网卡多用于1000Mbits的传输速率上，而无线网卡多用于笔记本电脑等可移动设备的组网，或不便于布线的环境中的组网。4.1.2 网卡性能的评价和选择标准 前面介绍了网卡不同的分类方法和性能，从前面的内容读者可以看出，网卡的选择对网络的性能起着十分关键的作用。如果网卡的选择和配置不当，将会影响网络的速度和稳定性，甚至会导致网络的瘫痪。如何选择一块网卡，一般可以考虑以下几个方面。 1.端口类型 不同的传输介质，需要不同类型端口的网卡。如果网络中仅使用双绞线一种传输介质，只需要具有RJ-45端口的网卡；如果网络中既有双
15、绞线，还有细同轴电缆（简称细缆），则要考虑同时具有BNC和RJ-45端口的网卡，以适应部分计算机从双绞线转移到细缆或从细缆转移到双绞线的需要；如果是组建无线计算机网络，则需要使用无线网卡；当需要连接光纤时一般需要选择直接带有光纤端口的网卡。 注意 当网卡的端口与所连接的传输介质不一致时，虽然可使用收发器来进行转接，例如可使用“光纤一双绞线”收发器来将实现光纤端口网卡与双绞线的连接，或双绞线端口网卡与光纤的连接，但是在大多数情况下不建议用户这样去做，因为这样可降低网络系统的稳定性和安全性。 2.工作速度 工作速度是网卡的一个重要指标。网卡作为计算机与网络连接的唯一接口，其传输速度决定着网络的通信
16、速度。不管采用何种高速的传输介质或高性能的计算机连接设备.如果网卡的速度跟不上，整个网络的速度也无法提升。在目前的情况下，如无特殊要求，应该尽量选择10100Mbits自适应的PCI网卡或更高速度的网卡。 3.是否支持全双工工作模式 简单地讲，半双工是指网卡在同一时间内不能同时接收和发送信息，而全双工则是指网卡在同一时间内既可以接收信息也可以发送信息，并且接收和发送互不影响。很明显，一款支持全双工操作的网卡其实际工作速度是半双工的2倍，而且能够提供2倍于标准速度的连接速度。例如，一块支持全双工工作模式的100Mbits网卡，在全双工模式下实际连接速度将是200Mbits。 目前市面上的大多数网卡尤其是10100Mbits以上的网卡都支持全双工操作，但是在使用中有些用户可能会有这样的疑问，当网卡与集线器连接时因为集线器只支持半双工操作，是否全双工网卡将无法正常工作?其实这种疑问是有道理的。虽然全双工网卡都能够以半双工模式工作（即支持全双工操作的网卡一般都支持半双工操作），但是有时会出现性能不稳定的现象，尤其当集线器的质量较差时多是如此。为此，在使用全双工网卡时一般要选用性能较好的集线器，
