常用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備概論

常用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備概論4.1網(wǎng)卡和調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)卡概述網(wǎng)卡（NetworkInterfaceCard，NIC）也叫網(wǎng)絡(luò)適配器，是集成在計(jì)算機(jī)主板上、插在計(jì)算機(jī)總線插槽內(nèi)或某個(gè)外部接口上的擴(kuò)展卡，是計(jì)算機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備的物理接口，是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的基本部件，其主要作用是將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠通過介質(zhì)傳輸?shù)男盘?hào)。4.1網(wǎng)卡和調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)卡概述圖4-2網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)網(wǎng)卡的主要作用網(wǎng)卡工作在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，網(wǎng)卡的硬件特性、驅(qū)動(dòng)程序在這兩層得以實(shí)現(xiàn)，如圖4-3所示。圖4-3網(wǎng)卡工作在OSI/RM中的示意圖網(wǎng)卡的主要作用在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)卡一方面自動(dòng)將本地計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)可以識(shí)別的數(shù)據(jù)格式及打包后送到網(wǎng)絡(luò)上；另一方面負(fù)責(zé)接收網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包，通過和自己本身的物理地址相比較決定是否為本機(jī)應(yīng)接收信息，解包及反向轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)通過主板上的總線傳輸給本地計(jì)算機(jī)。所以網(wǎng)卡的主要作用包括：固定網(wǎng)絡(luò)地址、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上和接收數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式。網(wǎng)卡的主要作用⑴固定網(wǎng)絡(luò)地址在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信過程中，一臺(tái)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪慌_(tái)計(jì)算機(jī)，必須確定計(jì)算機(jī)的標(biāo)識(shí)，而計(jì)算機(jī)是靠網(wǎng)卡的物理地址來標(biāo)識(shí)。數(shù)據(jù)從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳輸?shù)搅硗庖慌_(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，實(shí)際上就是數(shù)據(jù)通過一塊網(wǎng)卡傳輸?shù)搅硪粔K網(wǎng)卡，即從源地址傳輸?shù)侥康牡刂?。網(wǎng)卡的物理地址標(biāo)識(shí)（EthernetAddress，物理地址）是由十六進(jìn)制表示的，每塊網(wǎng)卡在出廠時(shí)都賦予一個(gè)全世界范圍內(nèi)唯一的地址，即MAC地址。網(wǎng)卡的主要作用⑵數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)絡(luò)上的傳輸數(shù)據(jù)方式必須遵守一定的數(shù)據(jù)格式（通信協(xié)議）。所以計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)卡時(shí)，網(wǎng)卡會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)可以識(shí)別的數(shù)據(jù)格式，然后再將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到目的計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡。網(wǎng)卡的主要作用⑶接收數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式在網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，網(wǎng)卡具有雙重性功能：一方面宏觀世界將本計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換送入網(wǎng)絡(luò)；另一方面接收網(wǎng)絡(luò)上傳輸過來的數(shù)據(jù)包，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解包及反向轉(zhuǎn)換。網(wǎng)卡的工作原理計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)卡首先偵聽介質(zhì)上是否有載波（載波由電壓指示）。如果有，則認(rèn)為其他站點(diǎn)正在傳送信息，繼續(xù)偵聽介質(zhì)。一旦通信介質(zhì)在一定時(shí)間內(nèi)沒有載波，即沒有被其他站點(diǎn)占用，則開始進(jìn)行數(shù)據(jù)幀發(fā)送，同時(shí)繼續(xù)偵聽通信，以檢測(cè)沖突。網(wǎng)卡的工作原理如果檢測(cè)到?jīng)_突，則立即停止該次發(fā)送，并向介質(zhì)發(fā)送一個(gè)“阻塞”信號(hào)，告知其他站點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生沖突，從而丟棄那些可能一直在接收的受到損壞的幀數(shù)據(jù)，并等待一段隨機(jī)時(shí)間。在等待一段時(shí)間后，再進(jìn)行新的發(fā)送。如果重傳多次后仍發(fā)生沖突，就放棄發(fā)送。網(wǎng)卡的分類1、按網(wǎng)卡速率分網(wǎng)卡速率是指網(wǎng)卡每秒鐘接收或發(fā)送數(shù)據(jù)的能力，單位是Mbps（兆位/秒）。

按照網(wǎng)卡速率可分為10Mbps網(wǎng)卡、100Mbps網(wǎng)卡、10/100Mbps網(wǎng)卡、1000Mbps網(wǎng)卡、10000Mbps網(wǎng)卡。網(wǎng)卡的分類1、按網(wǎng)卡速率分目前網(wǎng)卡在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)中速度為10/100Mbps，在快速以太網(wǎng)中速度為1000Mbps等。千兆以太網(wǎng)卡（GigabitEthernet）是一種高速局域網(wǎng)技術(shù)，它能夠在銅線上提供1Gbps（1000Mbps）的帶寬，如圖4-4所示，主要用在服務(wù)器領(lǐng)域。圖4-4千兆網(wǎng)卡網(wǎng)卡的分類1、按網(wǎng)卡速率分萬兆網(wǎng)卡（10000Mbps）是最新推出的速度最快的網(wǎng)卡。萬兆以太網(wǎng)技術(shù)是以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，與原來的以太網(wǎng)模型完全相同，仍然保留幀結(jié)構(gòu)，只是通過不同的編碼方式或波分復(fù)用提供10Gbps傳輸速度。它是一種只適用于全雙工模式，所以不需要帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問協(xié)議（CSMA/CD）。萬兆以太網(wǎng)卡能夠使用多種光纖介質(zhì)。網(wǎng)卡的分類2、按總線類型分按網(wǎng)卡的總線接口類型來分，可分為ISA總線網(wǎng)卡、PCI總線網(wǎng)卡、PCI-X總線網(wǎng)卡、PCI-E總線網(wǎng)卡、PCMCIA總線網(wǎng)卡、USB接口網(wǎng)卡、Mini-PCI接口網(wǎng)卡。網(wǎng)卡的分類3、按接口類型分可以按網(wǎng)卡的網(wǎng)絡(luò)接口類型來劃分，不同的網(wǎng)絡(luò)接口適用于不同的網(wǎng)絡(luò)類型。目前常見的接口主要有以太網(wǎng)的RJ-45接口、細(xì)同軸電纜的BNC接口和粗同軸電纜的AUI接口、FDDI接口、ATM接口等，有的網(wǎng)卡為了適用于更廣泛的應(yīng)用環(huán)境，提供了兩種或多種類型的接口。

其中RJ-45接口網(wǎng)卡是最常見的一種網(wǎng)卡，也是應(yīng)用最廣的一種接口類型網(wǎng)卡，在雙絞線以太網(wǎng)應(yīng)用中普及。調(diào)制解調(diào)器的功能調(diào)制解調(diào)器是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它的功能是將計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)或反之，以便在線路或微波線路上傳輸。調(diào)制是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的過程；解調(diào)是模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的過程。調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)主要包括傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器、CableModem、ADSLModem、電力Modem等。1、傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器指的就是通過線進(jìn)行撥號(hào)上網(wǎng)所用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過RS－232C串行口信號(hào)線與計(jì)算機(jī)連接，其外置式的Modem結(jié)構(gòu)如圖4-5所示。圖4-5傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)由發(fā)送、接收、控制、接口、操縱面板及電源等部分組成。通常，數(shù)據(jù)終端設(shè)備以二進(jìn)制串行信號(hào)形式發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)Modem接口轉(zhuǎn)換為內(nèi)部邏輯電平送入發(fā)送部分，再經(jīng)調(diào)制電路變成線路要求的信號(hào)向線路發(fā)送。Modem接收部分接收來自線路的信號(hào)，經(jīng)濾波、反調(diào)制、電平轉(zhuǎn)換后還原成數(shù)字信號(hào)送入數(shù)字終端設(shè)備。調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器有內(nèi)置式和外置式，內(nèi)置式和普通的計(jì)算機(jī)插卡一樣，大家都稱為卡，外置式的卻只能叫做調(diào)制解調(diào)器或Modem了。內(nèi)置式調(diào)制解調(diào)器是一塊即插即用的卡，如圖4-6所示，卡上沒有跳線。它有兩個(gè)接口，一個(gè)標(biāo)明“Line”的字樣，用來接線；另一個(gè)標(biāo)明“Phone”的字樣，用來接機(jī)。此外它是一塊支持語音的Modem卡，除正常的兩個(gè)插口外，它還有一個(gè)麥克風(fēng)接口和聲音出口。圖4-6內(nèi)置Modem卡調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)外置式的調(diào)制解調(diào)器，如圖4-5所示，一般是25針的RS232接口，用來和計(jì)算機(jī)的RS232口(串口)相連。標(biāo)有“Line”的接口接線，標(biāo)有“Phone”的接機(jī)。不同的Modem外形不同，但這些接口都是類似的。除此之外，它帶有一個(gè)變壓器，為其提供直流電源。調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)

USB技術(shù)的出現(xiàn)，給電腦的外圍設(shè)備提供更快的速度、更簡(jiǎn)單的連接方法。USB接口的56K的Modem，的確給傳統(tǒng)的串口Modem帶來挑戰(zhàn)，如圖4-7所示，只需將其接在主機(jī)的USB接口就可以使用，非常方便。圖4-7USBModem調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)2、ADSLModemADSLModem是使用ADSL接入Internet的核心設(shè)備。原來的Modem一樣，有內(nèi)置和外置之分，也有USB接口的。調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)ADSLModem與傳統(tǒng)Modem的區(qū)別?調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)ADSLModem與傳統(tǒng)Modem的區(qū)別是：⑴連接速率不同目前市場(chǎng)上最高速率的傳統(tǒng)Modem只能提供56Kbps的連接速率，而且，由于線路及其他未知因素，在實(shí)際使用中其連接速率還會(huì)有一定下降。而ADSLModem則能向用戶提供1Mbps的上行速率和8Mbps的下行速率。在實(shí)際應(yīng)用中，ADSLModem雖然也會(huì)受到線路傳輸?shù)葐栴}的影響，但它仍然可以提供640Kbps左右的上行速率，而下行速率的變化并不大。調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)⑵數(shù)據(jù)傳輸原理不同傳統(tǒng)Modem使用純音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它與一樣，使用的都是線的低頻部分（4KHz以下頻段），由于與使用相同頻段的傳輸信號(hào)，直接造成了用戶在使用撥號(hào)上網(wǎng)的同時(shí)不能接聽或撥打。而ADSLModem使用線中26KHz～1.1MHz的頻段來傳輸數(shù)字信號(hào)，保證了兩種信號(hào)既能同步傳輸又不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)干擾。調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)3、CableModemCableModem簡(jiǎn)稱CM，中文名稱為電纜調(diào)制解調(diào)器、線纜調(diào)制解調(diào)器、線纜數(shù)據(jù)機(jī)，是一種可以通過有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)接入的裝置。CableModem是一種適用于HFC的調(diào)制技術(shù)，允許用戶通過有線電視網(wǎng)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)接入Internet的設(shè)備，在50MHz以上的頻段(多在550MHz以上)用電視的6MHz帶寬提供一個(gè)下行信道，在5MHz～50MHz頻段開辟一個(gè)上行通道。采用64QAM調(diào)制可使下行通道的速率達(dá)到36Mbps，上行速率達(dá)到10Mbps。調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)其次，CableModem只占用了有線電視系統(tǒng)可用頻譜中的一小部分，因而在上網(wǎng)時(shí)不影響收看電視。計(jì)算機(jī)可以每天24小時(shí)停留在網(wǎng)上，不發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)不占用任何網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)資源。調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)CableModem的原理和普通的Modem撥號(hào)上網(wǎng)一樣，都是通過各自的調(diào)制解調(diào)器在對(duì)送來或發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼或編碼調(diào)制之后來進(jìn)行傳輸?shù)?，不同之處在于它是通過有線電視CATV的某個(gè)傳輸頻帶進(jìn)行調(diào)制解調(diào)的，CableModem屬于共享介質(zhì)系統(tǒng)，其它空閑頻段仍然可用于有線電視信號(hào)的傳輸。它們很適合用來提供寬帶功能業(yè)務(wù)。CableModem徹底解決了由于聲音圖像的傳輸而引起的阻塞，其速率已達(dá)10Mbps以上，下行速率則更高。調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)4、電力調(diào)制解調(diào)器電力調(diào)制解調(diào)器俗稱電力貓，如圖4-9所示，是電力線上網(wǎng)中用戶端的核心接入設(shè)備。電力線上網(wǎng)只需要一個(gè)電力貓和一個(gè)常用的電線插板，不用任何網(wǎng)絡(luò)線和線。

終端用戶只需要插上電源插頭，就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視頻道接收節(jié)目，打或者是可視。當(dāng)電力線空載時(shí)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電力線上網(wǎng)信號(hào)可傳輸?shù)綆坠铩５?dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，只能傳輸一二百米。調(diào)制解調(diào)器的技術(shù)類型和標(biāo)準(zhǔn)4、電力調(diào)制解調(diào)器目前來講，PLC還不適合長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸，但如果只在樓宇內(nèi)應(yīng)用，解決“最后一百米”的入戶問題，還是完全可以勝任的。圖4-9電力貓4.2中繼器與集線器中繼器中繼器具有對(duì)物理信號(hào)進(jìn)行放大和再生的功能，將其從輸入接口接收的物理信號(hào)通過放大和整形，再?gòu)妮敵鼋涌谳敵?。中繼器具有典型的單進(jìn)單出結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增加時(shí)，可能會(huì)需要許許多多的單進(jìn)單出結(jié)構(gòu)的中繼器作為信號(hào)放大之用。中繼器中繼器主要負(fù)責(zé)在兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的物理層上按位傳遞信息，同時(shí)負(fù)責(zé)放大或再生局域網(wǎng)的信號(hào)；中繼器可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)連接距離和擴(kuò)充工作站數(shù)目。使用中繼器應(yīng)遵守以下兩條原則：一是用中繼器連接的以太網(wǎng)不能形成環(huán)型網(wǎng)；另一個(gè)必須遵守MAC（介質(zhì)訪問控制）協(xié)議的定時(shí)特性，即用中繼器將電纜連接起來的段數(shù)是有限的。中繼器對(duì)于以太網(wǎng)，最多只能使用4個(gè)中繼器，意味著只能連接5個(gè)網(wǎng)段即遵守以太網(wǎng)的5-4-3-2-1規(guī)則。集線器集線器就是通常所說的Hub，是一種多端口的中繼器，如圖4-10所示。工作在局域網(wǎng)環(huán)境中，是局域網(wǎng)內(nèi)多臺(tái)計(jì)算機(jī)的交匯連接設(shè)備。集線器應(yīng)用于OSI參考模型的第一層，因此又被稱為物理層設(shè)備，如圖4-11所示。圖4-10集線器集線器集線器是一種共享型的設(shè)備，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)中繼器，同樣必須遵守MAC（介質(zhì)訪問控制）協(xié)議的定時(shí)特性，主要功能是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行再生、整形、放大，以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離。依據(jù)IEEE802.3協(xié)議，集線器是隨機(jī)選出某一端口的設(shè)備，并讓它獨(dú)占全部帶寬，與集線器的上聯(lián)設(shè)備（交換機(jī)、路由器或服務(wù)器等）進(jìn)行通信。集線器圖4-11集線器工作在OSI/RM中的示意圖

4.3網(wǎng)橋與交換機(jī)

網(wǎng)橋網(wǎng)橋（Bridge）是數(shù)據(jù)鏈路層的主要互聯(lián)設(shè)備，有被稱為橋接器。通過網(wǎng)橋，可以將一個(gè)較大的局域網(wǎng)分割為多個(gè)網(wǎng)段，或者將兩個(gè)以上的局域網(wǎng)互聯(lián)為一個(gè)較大的擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)橋網(wǎng)橋工作于數(shù)據(jù)鏈路層的介質(zhì)訪問控制（MAC）子層，以數(shù)據(jù)幀為單位存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，會(huì)首先將它傳送到數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)，然后再將其返回物理層，通過物理層的傳輸機(jī)制把它傳送到另一個(gè)子網(wǎng)上。網(wǎng)橋在網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)橋除了負(fù)責(zé)連接通信線路外，還具有數(shù)據(jù)幀的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)、源地址跟蹤、演繹生成樹、連接廣域網(wǎng)、分幀和重組以及簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)管理功能。由于網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)幀上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的，因此只能連接相同或相似的網(wǎng)絡(luò)（相同或相似結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)幀）。網(wǎng)橋網(wǎng)橋的優(yōu)點(diǎn):網(wǎng)橋具有迅速高效、自適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，使用和安裝都相對(duì)簡(jiǎn)單。網(wǎng)橋網(wǎng)橋的缺點(diǎn):特別是在與廣播幀相關(guān)的應(yīng)用上。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在大量網(wǎng)橋時(shí)，廣播通信量的指數(shù)增長(zhǎng)形式最終會(huì)導(dǎo)致占用過多的網(wǎng)絡(luò)帶寬。數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸時(shí)，有時(shí)會(huì)因?yàn)椴煌W(wǎng)絡(luò)間的差異或其他干擾因素發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)網(wǎng)橋接收到錯(cuò)誤的廣播幀時(shí)，又會(huì)引發(fā)另一個(gè)廣播幀，當(dāng)?shù)诙€(gè)廣播幀又發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，再引發(fā)新的廣播幀，依次類推，結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致廣播風(fēng)暴的發(fā)生。這樣會(huì)嚴(yán)重地影響網(wǎng)絡(luò)的性能。交換機(jī)基礎(chǔ)交換機(jī)的英文名稱是“Switch”，它是集線器的升級(jí)換代產(chǎn)品，相當(dāng)于多口網(wǎng)橋。以交換機(jī)為主要連接設(shè)備的交換式網(wǎng)絡(luò)，解決了以集線器為主要連接設(shè)備的共享式網(wǎng)絡(luò)通信效率低、網(wǎng)絡(luò)帶寬不足和網(wǎng)絡(luò)不易擴(kuò)展等問題，從根本上改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，解決了帶寬、瓶頸問題。交換機(jī)基礎(chǔ)交換機(jī)的英文名稱是“Switch”，它是集線器的升級(jí)換代產(chǎn)品，相當(dāng)于多口網(wǎng)橋。以交換機(jī)為主要連接設(shè)備的交換式網(wǎng)絡(luò)，解決了以集線器為主要連接設(shè)備的共享式網(wǎng)絡(luò)通信效率低、網(wǎng)絡(luò)帶寬不足和網(wǎng)絡(luò)不易擴(kuò)展等問題，從根本上改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，解決了帶寬、瓶頸問題。交換機(jī)基礎(chǔ)交換機(jī)是一種基于MAC（介質(zhì)硬件地址）地址識(shí)別，能夠封裝、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)通過分析數(shù)據(jù)包的MAC信息，可以在數(shù)據(jù)始發(fā)者和目標(biāo)接收者間建立臨時(shí)通信路徑，使數(shù)據(jù)包能夠在不影響其他端口正常工作的情況下從源地址直接到達(dá)目的地址。交換機(jī)基礎(chǔ)交換機(jī)工作在OSI參考模型的第二層，主要用于完成數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的工作，如圖4-12所示，其功能包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、錯(cuò)誤校驗(yàn)、數(shù)據(jù)幀序列以及流量控制。圖4-12交換機(jī)工作在OSI/RM中的示意圖交換機(jī)基礎(chǔ)介紹一些交換機(jī)中常見的技術(shù)參數(shù)。1、交換方式交換方式?jīng)Q定了交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)采用的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，目前常見的交換機(jī)主要使用直通交換、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和碎片隔離3種交換方式。交換機(jī)基礎(chǔ)2、背板帶寬背板帶寬（也叫交換帶寬）指交換機(jī)的接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬標(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbps，常見交換機(jī)的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺(tái)交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，但同時(shí)設(shè)計(jì)成本也會(huì)越高。并且，背板帶寬的利用率還與交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。交換機(jī)基礎(chǔ)3、包轉(zhuǎn)發(fā)率包轉(zhuǎn)發(fā)率標(biāo)志了交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包能力的大小，單位一般為pps（包每秒）。一般交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)率在幾十Kpps到幾百M(fèi)pps不等。其實(shí)，在交換機(jī)中影響包轉(zhuǎn)發(fā)率的還是背板帶寬。背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)率也就越高。交換機(jī)基礎(chǔ)4、傳輸速率交換機(jī)的傳輸速率是指交換機(jī)端口的數(shù)據(jù)交換速度，常見的有10Mbps、100Mbps、1000Mbps，少數(shù)高檔的交換機(jī)還能提供10Gbps的傳輸速率。交換機(jī)基礎(chǔ)5、全雙工全雙工模式下的交換機(jī)可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但要求交換機(jī)和交換機(jī)所連接的設(shè)備都支持全雙工工作方式。具有全雙工功能的交換機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：高吞吐量、避免碰撞、突破長(zhǎng)度限制。交換機(jī)基礎(chǔ)6、支持網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)交換機(jī)是否支持某種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，決定了交換機(jī)能否在該標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中工作。交換機(jī)支持的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)越多，表明該交換機(jī)產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力越強(qiáng)。目前，在IEEE802中共有11個(gè)與局域網(wǎng)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。交換機(jī)基礎(chǔ)7、內(nèi)存容量在交換機(jī)中，內(nèi)存用于數(shù)據(jù)緩沖或存儲(chǔ)交換機(jī)配置信息。交換機(jī)內(nèi)存容量越大，它所能存儲(chǔ)、緩沖的數(shù)據(jù)越多，其工作狀態(tài)也就越穩(wěn)定。交換機(jī)基礎(chǔ)8、端口數(shù)量交換機(jī)的端口數(shù)量是不同交換機(jī)產(chǎn)品間最直觀的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)之一，通常這項(xiàng)參數(shù)是針對(duì)固定端口交換機(jī)而言的。常見的固定端口交換機(jī)端口數(shù)量有8、16、24等幾種。非標(biāo)準(zhǔn)的端口數(shù)量主要有4端口、5端口、10端口、12端口、20端口、22端口等。9、端口類型端口類型是指交換機(jī)上的、令牌環(huán)、FDDI還是ATM等網(wǎng)絡(luò)類型。目前，常見端口以RJ-45端口為主，部分高性能交換機(jī)還提供SC光纖接口和FDDI接口。常用的以太網(wǎng)交換機(jī)的接口如圖4-14所示。交換機(jī)基礎(chǔ)RJ-45接口（10/100/1000Base-T）RJ-45接口（10/100Base-TX）STP光纖接口Console接口圖4-14交換機(jī)接口交換機(jī)基礎(chǔ)10、MAC地址數(shù)量所謂MAC地址數(shù)量是指交換機(jī)MAC地址表的MAC地址最大存儲(chǔ)數(shù)量，它決定了交換機(jī)的計(jì)算機(jī)接入容量。該參數(shù)取決于交換機(jī)端口的Buffer（緩存）容量大小。交換機(jī)基礎(chǔ)11、其他除此之外，部分交換機(jī)產(chǎn)品還有模塊插槽數(shù)量、堆疊端口、網(wǎng)管功能等參數(shù)。模塊化交換機(jī)才有模塊插槽數(shù)量該項(xiàng)參數(shù)。模塊插槽數(shù)量決定了模塊化交換機(jī)的擴(kuò)展能力，數(shù)量越多，擴(kuò)展性能越好，反之則較差。二層交換機(jī)二層交換機(jī)能夠識(shí)別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，然后根據(jù)MAC地址進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對(duì)應(yīng)的端口記錄在內(nèi)部的地址列表中。二層交換機(jī)的工作原理如下：⑴當(dāng)交換機(jī)從端口接收到數(shù)據(jù)包后，分析包頭中的源MAC地址，找出源MAC地址對(duì)應(yīng)的交換機(jī)端口；⑵讀取包頭中的目的MAC地址，在MAC地址表中查找相應(yīng)的端口；二層交換機(jī)⑶如果表中有與該MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，則把數(shù)據(jù)包直接發(fā)送到其對(duì)應(yīng)端口⑷如果找不到相應(yīng)的端口，則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口。當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)學(xué)習(xí)目的MAC地址與端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并將其添加到MAC地址列表。這樣，當(dāng)下一次向該MAC地址傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不需要向所有端口廣播數(shù)據(jù)了。二層交換機(jī)通過不斷重復(fù)上面的過程，交換機(jī)就可以學(xué)習(xí)到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的MAC地址信息，建立并維護(hù)自己的MAC地址列表。其工作原理如圖4-15所示。生成MAC地址-端口映射監(jiān)聽目的MAC回應(yīng)信息分析數(shù)據(jù)包獲取源/目的MAC地址查找目的MAC地址映射端口存在映射端口不存在映射端口向端口傳輸數(shù)據(jù)包廣播數(shù)據(jù)包交換結(jié)束等待下一數(shù)據(jù)包維護(hù)MAC列表傳輸數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包添加映射記錄結(jié)束圖4-15二層交換機(jī)的工作原理示意圖三層交換機(jī)三層交換機(jī)是1997年才開始出現(xiàn)的一種交換技術(shù)，使用三層交換技術(shù)的交換設(shè)備被稱為三層交換機(jī)。三層交換機(jī)最初是為了解決較大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中的廣播域問題，經(jīng)過多年的發(fā)展，三層交換機(jī)已經(jīng)成為接入層骨干網(wǎng)絡(luò)中的重要設(shè)備。三層交換機(jī)三層交換機(jī)實(shí)質(zhì)上是將二層交換機(jī)與路由器結(jié)合起來的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它既可以完成數(shù)據(jù)交換功能，又可以完成數(shù)據(jù)路由功能。其工作原理如下：⑴當(dāng)某個(gè)信息源的第一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)入三層交換機(jī)時(shí)，三層交換機(jī)需要分析、判斷該數(shù)據(jù)包中的目的IP地址與源IP地址是否在同一網(wǎng)段內(nèi)；⑵要是兩個(gè)IP地址屬于同一網(wǎng)段，三層交換機(jī)會(huì)通過二層交換機(jī)模塊直接對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，如果兩個(gè)IP地址分別屬于不同網(wǎng)段，三層交換機(jī)會(huì)將該數(shù)據(jù)包交給三層路由模塊進(jìn)行路由；三層交換機(jī)⑶三層路由模塊在接收到數(shù)據(jù)包后，首先要在內(nèi)部路由表中查看該數(shù)據(jù)包的目的MAC地址與目的IP地址間是否存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，若有，則將其轉(zhuǎn)回二層交換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；⑷要是兩者沒有對(duì)應(yīng)關(guān)系，三層路由模塊會(huì)在對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由處理后，將該數(shù)據(jù)包的MAC地址與IP地址映射記錄添加至內(nèi)部路由表中，然后將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)回二層交換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。四層交換機(jī)四層交換機(jī)通過分析數(shù)據(jù)包包頭來獲取端口號(hào)（PortNumber），并以此為依據(jù)來判斷該數(shù)據(jù)包的應(yīng)用業(yè)務(wù)（如HTTP、FTP等）。其工作原理如下：四層交換機(jī)在工作中會(huì)為支持不同應(yīng)用的服務(wù)器設(shè)立虛擬IP地址，并且在網(wǎng)絡(luò)的域名服務(wù)器（DNS）中并不存儲(chǔ)應(yīng)用服務(wù)器的真實(shí)地址，然后通過三層交換模塊將該連接請(qǐng)求傳給該服務(wù)器。這樣，數(shù)據(jù)包即可在用戶和同一服務(wù)器間進(jìn)行傳輸。4.4路由器路由器概述路由器（Router）是一種連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它將不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交換，從而構(gòu)成一個(gè)更大的網(wǎng)絡(luò)，工作在OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層，如圖4-16所示。路由器概述圖4-16路由器工作在OSI/RM中的示意圖路由器概述根據(jù)目前路由器的發(fā)展情況，可從以下五個(gè)方面進(jìn)行分類。1、按處理能力來劃分從處理能力可將路由器分為高端路由器和中低端路由器。通常將背板交換能力大于40Gbps以上的路由器稱為高端路由器，背板交換能力在40Gbps以下的路由器稱為中低端路由器。路由器概述2、按結(jié)構(gòu)分從結(jié)構(gòu)上，可將路由器分為模塊化結(jié)構(gòu)與非模塊化結(jié)構(gòu)。通常中高端路由器為模塊化結(jié)構(gòu)，低端路由器為非模塊化結(jié)構(gòu)。3、按所處網(wǎng)絡(luò)位置分從網(wǎng)絡(luò)位置劃分，路由器可分為核心路由器與接入路由器。核心路由器位于網(wǎng)絡(luò)中心，通常使用的是高端路由器，要求快速的包交換能力與高速的網(wǎng)絡(luò)接口，通常是模塊化結(jié)構(gòu)。接入路由器位于網(wǎng)絡(luò)邊緣，通常使用的是中低端路由器，要求相對(duì)低速的端口以及較強(qiáng)的接入控制能力。路由器概述

4、按功能分從功能分，路由器可分為通用路由器與專用路由器。一般所說的路由器為通用路由器。專用路由器通常為實(shí)現(xiàn)某種特定功能而對(duì)路由器接口、硬件等作專門優(yōu)化。

5、按性能分從性能上分，路由器可分為線速路由器和非線速路由器。線速路由器是高端路由器，能以介質(zhì)速率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；中低端路由器是非線速路由器。目前一些新的寬帶接入路由器也有線速轉(zhuǎn)發(fā)能力。路由器技術(shù)的發(fā)展路由器技術(shù)的發(fā)展，大致可以劃分為五代。1、第一代路由器：集中轉(zhuǎn)發(fā)，總線交換2、第二代路由器：集中+分布轉(zhuǎn)發(fā)，接口模塊化，總線交換3、第三代路由器：分布轉(zhuǎn)發(fā)，總線交換4、第四代路由器：ASIC分布轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)交換5、第五代路由器技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)處理器分布轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)交換路由器的結(jié)構(gòu)從計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)看，路由器由硬件和軟件組成。硬件主要由中央處理器、內(nèi)存、接口、控制端口等物理硬件和電路組成，如圖4-17所示；軟件主要由路由器的IOS操作系統(tǒng)組成。路由器的結(jié)構(gòu)圖4-17路由器主板路由器的結(jié)構(gòu)1、中央處理器路由器的中央處理器（CPU）與計(jì)算機(jī)的中央處理器（CPU）是相同的概念，負(fù)責(zé)配置管理和數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)工作。不同系列和型號(hào)的路由器，其中的CPU也不相同。Cisco路由器一般采用Motorola68030和Orion/R4600兩種處理器。路由器對(duì)數(shù)據(jù)包的處理速度很大程度上取決于CPU的類型和性能。路由器的結(jié)構(gòu)2、內(nèi)存路由器通常采用以下幾種不同類型的內(nèi)存，每種內(nèi)存以不同方式協(xié)助路由器工作。⑴只讀內(nèi)存（ROM）主要用于系統(tǒng)初始化等功能，如系統(tǒng)加電自檢代碼（POST）、系統(tǒng)引導(dǎo)區(qū)代碼（BootStrap）和備份的IOS操作系統(tǒng)。⑵閃存（Flash）閃存是可讀可寫的存儲(chǔ)器，主要用來保存數(shù)據(jù)，一般存放著當(dāng)前使用中的IOS。路由器的結(jié)構(gòu)⑶非易失性RAM（NVRAM）非易失性RAM是可讀可寫的存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)重新啟動(dòng)或關(guān)機(jī)之后仍能保存數(shù)據(jù)。NVRAM僅用于保存啟動(dòng)配置文件，所以其容量較小，其速度較快，成本也較高。⑷隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）RAM也是可讀可寫的存儲(chǔ)器，但它存儲(chǔ)的內(nèi)容在系統(tǒng)重啟或關(guān)機(jī)之后將被清除。RAM主要用于暫時(shí)存放操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，讓中央處理器能迅速訪問這些信息，其存取速度優(yōu)于前面的三種存取速度。路由器的結(jié)構(gòu)3、接口路由器與網(wǎng)絡(luò)的連接部分稱為接口，也被稱為端口，每個(gè)接口都有自己的名字或編號(hào)。一個(gè)接口的全名稱由它的類型標(biāo)志與數(shù)字編號(hào)構(gòu)成，編號(hào)從0開始。路由器有多種不同的接口，有的路由器只提供固定接口，有的可通過模塊改變接口的種類和數(shù)量。路由器的結(jié)構(gòu)4、控制端口和輔助端口所有的路由器都有控制端口（Console端口），使管理員能夠利用終端與路由器進(jìn)行通信，完成路由器配置。輔助接口（AUI接口）可通過Modem使遠(yuǎn)程終端與路由器通信，實(shí)現(xiàn)路由器的遠(yuǎn)程管理和配置。路由器的結(jié)構(gòu)5、IOS（路由器操作系統(tǒng)）IOS是路由器專用的操作系統(tǒng)，它提供了全面的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了豐富的網(wǎng)絡(luò)功能。路由器的配置命令就是由IOS解釋執(zhí)行的。路由器的工作原理1、路由器的作用路由器的一個(gè)作用是連通不同的網(wǎng)絡(luò);另一個(gè)作用是選擇信息傳送的線路。路由器選擇通暢快捷的最近線路，能大大提高通信速度，減輕網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信負(fù)荷，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)暢通率，從而讓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)揮出更大的效益來。路由器的結(jié)構(gòu)2、路由器的工作原理當(dāng)IP子網(wǎng)中的一臺(tái)主機(jī)發(fā)送IP分組給同一IP子網(wǎng)的另一臺(tái)主機(jī)時(shí)，它將直接把IP分組送到網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)方就能收到。路由器的結(jié)構(gòu)2、路由器的工作原理圖4-18路由器工作原理用戶路由器B用戶路由器A計(jì)算機(jī)A計(jì)算機(jī)B計(jì)算機(jī)C

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