常用的網(wǎng)絡設備概論

第4章常用的網(wǎng)絡設備本章內容提要網(wǎng)卡和調制解調器中繼器與集線器網(wǎng)橋與交換機路由器網(wǎng)關4.1網(wǎng)卡和調制解調器4.1.1網(wǎng)卡概述網(wǎng)卡（NetworkInterfaceCard，NIC）也叫網(wǎng)絡適配器，是集成在計算機主板上、插在計算機總線插槽內或某個外部接口上的擴展卡，是計算機連接網(wǎng)絡中各設備的物理接口，是構成網(wǎng)絡的基本部件，其主要作用是將計算機數(shù)據(jù)轉換為能夠通過介質傳輸?shù)男盘枴?.1網(wǎng)卡和調制解調器4.1.1網(wǎng)卡概述圖4-2網(wǎng)卡結構4.1.2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、驅動程序在這兩層得以實現(xiàn)，如圖4-3所示。圖4-3網(wǎng)卡工作在OSI/RM中的示意圖4.1.2網(wǎng)卡的主要作用在計算機網(wǎng)絡中，網(wǎng)卡一方面自動將本地計算機上的數(shù)據(jù)轉換成網(wǎng)絡可以識別的數(shù)據(jù)格式及打包后送到網(wǎng)絡上；另一方面負責接收網(wǎng)絡上的數(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應接收信息，解包及反向轉換后，將數(shù)據(jù)通過主板上的總線傳輸給本地計算機。所以網(wǎng)卡的主要作用包括：固定網(wǎng)絡地址、數(shù)據(jù)轉換并發(fā)送到網(wǎng)絡上和接收數(shù)據(jù)并轉換數(shù)據(jù)格式。4.1.2網(wǎng)卡的主要作用⑴固定網(wǎng)絡地址在計算機網(wǎng)絡通信過程中，一臺計算機中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪慌_計算機，必須確定計算機的標識，而計算機是靠網(wǎng)卡的物理地址來標識。數(shù)據(jù)從一臺計算機傳輸?shù)搅硗庖慌_計算機時，實際上就是數(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)侥康牡刂贰＞W(wǎng)卡的物理地址標識（EthernetAddress，物理地址）是由十六進制表示的，每塊網(wǎng)卡在出廠時都賦予一個全世界范圍內唯一的地址，即MAC地址。4.1.2網(wǎng)卡的主要作用⑵數(shù)據(jù)轉換并發(fā)送到網(wǎng)絡上網(wǎng)絡上的傳輸數(shù)據(jù)方式必須遵守一定的數(shù)據(jù)格式（通信協(xié)議）。所以計算機將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)卡時，網(wǎng)卡會自動將數(shù)據(jù)轉換成網(wǎng)絡可以識別的數(shù)據(jù)格式，然后再將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡，發(fā)送到目的計算機的網(wǎng)卡。4.1.2網(wǎng)卡的主要作用⑶接收數(shù)據(jù)并轉換數(shù)據(jù)格式在網(wǎng)絡通信時，網(wǎng)卡具有雙重性功能：一方面宏觀世界將本計算機上的數(shù)據(jù)進行格式轉換送入網(wǎng)絡；另一方面接收網(wǎng)絡上傳輸過來的數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)進行解包及反向轉換。4.1.3網(wǎng)卡的工作原理計算機發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)卡首先偵聽介質上是否有載波（載波由電壓指示）。如果有，則認為其他站點正在傳送信息，繼續(xù)偵聽介質。一旦通信介質在一定時間內沒有載波，即沒有被其他站點占用，則開始進行數(shù)據(jù)幀發(fā)送，同時繼續(xù)偵聽通信，以檢測沖突。4.1.3網(wǎng)卡的工作原理如果檢測到?jīng)_突，則立即停止該次發(fā)送，并向介質發(fā)送一個“阻塞”信號，告知其他站點已經(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)，并等待一段隨機時間。在等待一段時間后，再進行新的發(fā)送。如果重傳多次后仍發(fā)生沖突，就放棄發(fā)送。4.1.4網(wǎng)卡的分類類1、按網(wǎng)卡速速率分網(wǎng)卡速率是是指網(wǎng)卡每每秒鐘接收收或發(fā)送數(shù)數(shù)據(jù)的能力力，單位是是Mbps（兆位/秒）。按照網(wǎng)卡速速率可分為為10Mbps網(wǎng)卡、100Mbps網(wǎng)卡、10/100Mbps網(wǎng)卡、1000Mbps網(wǎng)卡、10000Mbps網(wǎng)卡。4.1.4網(wǎng)卡的分類類1、按網(wǎng)卡速速率分目前網(wǎng)卡在在標準以太太網(wǎng)中速度度為10/100Mbps，在快速以以太網(wǎng)中速速度為1000Mbps等。千兆以以太網(wǎng)卡（（GigabitEthernet）是一種高高速局域網(wǎng)網(wǎng)技術，它它能夠在銅銅線上提供供1Gbps（1000Mbps）的帶寬，，如圖4-4所示，主要要用在服務務器領域。。圖4-4千兆網(wǎng)卡4.1.4網(wǎng)卡的分類類1、按網(wǎng)卡速速率分萬兆網(wǎng)卡（（10000Mbps）是最新推推出的速度度最快的網(wǎng)網(wǎng)卡。萬兆兆以太網(wǎng)技技術是以太太網(wǎng)技術發(fā)發(fā)展中的一一個重要標標準，與原原來的以太太網(wǎng)模型完完全相同，，仍然保留留幀結構，，只是通過過不同的編編碼方式或或波分復用用提供10Gbps傳輸速度。。它是一種種只適用于于全雙工模模式，所以以不需要帶帶有沖突檢檢測的載波波偵聽多路路訪問協(xié)議議（CSMA/CD）。萬兆以以太網(wǎng)卡能能夠使用多多種光纖介介質。4.1.4網(wǎng)卡的分類類2、按總線類類型分按網(wǎng)卡的總總線接口類類型來分，，可分為ISA總線線網(wǎng)網(wǎng)卡卡、、PCI總線線網(wǎng)網(wǎng)卡卡、、PCI-X總線線網(wǎng)網(wǎng)卡卡、、PCI-E總線線網(wǎng)網(wǎng)卡卡、、PCMCIA總線線網(wǎng)網(wǎng)卡卡、、USB接口口網(wǎng)網(wǎng)卡卡、、Mini-PCI接口口網(wǎng)網(wǎng)卡卡。。4.1.4網(wǎng)卡卡的的分分類類3、按按接接口口類類型型分分可以以按按網(wǎng)網(wǎng)卡卡的的網(wǎng)網(wǎng)絡絡接接口口類類型型來來劃劃分分，，不不同同的的網(wǎng)網(wǎng)絡絡接接口口適適用用于于不不同同的的網(wǎng)網(wǎng)絡絡類類型型。。目目前前常常見見的的接接口口主主要要有有以以太太網(wǎng)網(wǎng)的的RJ-45接口口、、細細同同軸軸電電纜纜的的BNC接口口和和粗粗同同軸軸電電纜纜的的AUI接口口、、FDDI接口口、、ATM接口口等等，，有有的的網(wǎng)網(wǎng)卡卡為為了了適適用用于于更更廣廣泛泛的的應應用用環(huán)環(huán)境境，，提提供供了了兩兩種種或或多多種種類類型型的的接接口口。。其中中RJ-45接口口網(wǎng)網(wǎng)卡卡是是最最常常見見的的一一種種網(wǎng)網(wǎng)卡卡，，也也是是應應用用最最廣廣的的一一種種接接口口類類型型網(wǎng)網(wǎng)卡卡，，在在雙雙絞絞線線以以太太網(wǎng)網(wǎng)應應用用中中普普及及。。4.1.5調制制解解調調器器的的功功能能調制制解解調調器器是是一一種種網(wǎng)網(wǎng)絡絡設設備備，，它它的的功功能能是是將將計計算算機機的的數(shù)數(shù)字字信信號號轉轉換換成成模模擬擬信信號號或或反反之之，，以以便便在在電電話話線線路路或或微微波波線線路路上上傳傳輸輸。。調調制制是是把把數(shù)數(shù)字字信信號號轉轉換換成成模模擬擬信信號號的的過過程程；；解解調調是是模模擬擬信信號號轉轉換換成成數(shù)數(shù)字字信信號號的的過過程程。。4.1.6調制制解解調調器器的的技技術術類類型型和和標標準準主要要包包括括傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的調調制制解解調調器器、、CableModem、ADSLModem、電電力力Modem等。。1、傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的調調制制解解調調器器傳統(tǒng)統(tǒng)的的調調制制解解調調器器指指的的就就是是通通過過電電話話線線進進行行撥撥號號上上網(wǎng)網(wǎng)所所用用的的網(wǎng)網(wǎng)絡絡設設備備，，通通過過RS－232C串行行口口信信號號線線與與計計算算機機連連接接，，其其外外置置式式的的Modem結構構如如圖圖4-5所示示。。圖4-5傳統(tǒng)的調制解調器4.1.6調制制解解調調器器的的技技術術類類型型和和標標準準由發(fā)發(fā)送送、、接接收收、、控控制制、、接接口口、、操操縱縱面面板板及及電電源源等等部部分分組組成成。。通通常常，，數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)終終端端設設備備以以二二進進制制串串行行信信號號形形式式發(fā)發(fā)送送數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，經(jīng)經(jīng)Modem接口口轉轉換換為為內內部部邏邏輯輯電電平平送送入入發(fā)發(fā)送送部部分分，，再再經(jīng)經(jīng)調調制制電電路路變變成成線線路路要要求求的的信信號號向向線線路路發(fā)發(fā)送送。。Modem接收收部部分分接接收收來來自自線線路路的的信信號號，，經(jīng)經(jīng)濾濾波波、、反反調調制制、、電電平平轉轉換換后后還還原原成成數(shù)數(shù)字字信信號號送送入入數(shù)數(shù)字字終終端端設設備備。。4.1.6調制制解解調調器器的的技技術術類類型型和和標標準準調制制解解調調器器有有內內置置式式和和外外置置式式，，內內置置式式和和普普通通的的計計算算機機插插卡卡一一樣樣，，大大家家都都稱稱為為傳傳真真卡卡，，外外置置式式的的卻卻只只能能叫叫做做調調制制解解調調器器或或Modem了。。內置置式式調調制制解解調調器器是是一一塊塊即即插插即即用用的的卡卡，，如如圖圖4-6所示示，，卡卡上上沒沒有有跳跳線線。。它它有有兩兩個個接接口口，，一一個個標標明明““Line””的字字樣樣，，用用來來接接電電話話線線；；另另一一個個標標明明““Phone””的字字樣樣，，用用來來接接電電話話機機。。此此外外它它是是一一塊塊支支持持語語音音的的Modem卡，，除除正正常常的的兩兩個個插插口口外外，，它它還還有有一一個個麥麥克克風風接接口口和和聲聲音音出出口口。。圖4-6內置Modem卡4.1.6調制制解解調調器器的的技技術術類類型型和和標標準準外置置式式的的調調制制解解調調器器，，如如圖圖4-5所示示，，一一般般是是25針的的RS232接口口，，用用來來和和計計算算機機的的RS232口(串口口)相連連。。標標有有“Line””的接接口口接接電電話話線線，，標標有有“Phone””的接接電電話話機機。。不不同同的的Modem外形形不不同同，，但但這這些些接接口口都都是是類類似似的的。。除除此此之之外外，，它它帶帶有有一一個個變變壓壓器器，，為為其其提提供供直直流流電電源源。。4.1.6調制制解解調調器器的的技技術術類類型型和和標標準準USB技術術的的出出現(xiàn)現(xiàn)，，給給電電腦腦的的外外圍圍設設備備提提供供更更快快的的速速度度、、更更簡簡單單的的連連接接方方法法。。USB接口口的的56K的Modem，的的確確給給傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的串串口口Modem帶來來挑挑戰(zhàn)戰(zhàn)，，如如圖圖4-7所示示，，只只需需將將其其接接在在主主機機的的USB接口口就就可可以以使使用用，，非非常常方方便便。。圖4-7USBModem4.1.6調制制解解調調器器的的技技術術類類型型和和標標準準2、ADSLModemADSLModem是使用ADSL接入Internet的核心設備。。原來的Modem一樣，有內置置和外置之分分，也有USB接口的。4.1.6調制解調器的的技術類型和和標準ADSLModem與傳統(tǒng)Modem的區(qū)別?4.1.6調制解調器的的技術類型和和標準ADSLModem與傳統(tǒng)Modem的區(qū)別是：⑴連接速率率不同目前市場上最最高速率的傳傳統(tǒng)Modem只能提供56Kbps的連接速率，，而且，由于于線路及其他他未知因素，，在實際使用用中其連接速速率還會有一一定下降。而ADSLModem則能向用戶提提供1Mbps的上行速率和和8Mbps的下行速率。。在實際應用用中，ADSLModem雖然也會受到到線路傳輸?shù)鹊葐栴}的影響響，但它仍然然可以提供640Kbps左右的上行速速率，而下行行速率的變化化并不大。4.1.6調制解調器的的技術類型和和標準⑵數(shù)據(jù)傳輸輸原理不同傳統(tǒng)Modem使用純音頻信信號進行數(shù)據(jù)據(jù)傳輸，它與與電話一樣，，使用的都是是電話線的低低頻部分（4KHz以下頻段），，由于與電話話使用相同頻頻段的傳輸信信號，直接造造成了用戶在在使用撥號上上網(wǎng)的同時不不能接聽或撥撥打電話。而而ADSLModem使用電話線中中26KHz～1.1MHz的頻段來傳輸輸數(shù)字信號，，保證了兩種種信號既能同同步傳輸又不不會出現(xiàn)信號號干擾。4.1.6調制解調器的的技術類型和和標準3、CableModemCableModem簡稱CM，中文名稱為為電纜調制解解調器、線纜纜調制解調器器、線纜數(shù)據(jù)據(jù)機，是一種種可以通過有有線電視網(wǎng)絡絡進行高速數(shù)數(shù)據(jù)接入的裝裝置。CableModem是一種適用于于HFC的調制技術，，允許用戶通通過有線電視視網(wǎng)進行高速速數(shù)據(jù)接入Internet的設備，在50MHz以上的頻段(多在550MHz以上)用電視的6MHz帶寬提供一個個下行信道，，在5MHz～50MHz頻段開辟一個個上行通道。。采用64QAM調制可使下行行通道的速率率達到36Mbps，上行速率達達到10Mbps。4.1.6調制解調器的的技術類型和和標準其次，CableModem只占用了有線線電視系統(tǒng)可可用頻譜中的的一小部分，，因而在上網(wǎng)網(wǎng)時不影響收收看電視。計計算機可以每每天24小時停留在網(wǎng)網(wǎng)上，不發(fā)送送或接收數(shù)據(jù)據(jù)時不占用任任何網(wǎng)絡和系系統(tǒng)資源。4.1.6調制解調器的的技術類型和和標準CableModem的原理和普通的Modem撥號上網(wǎng)一樣樣，都是通過過各自的調制制解調器在對對送來或發(fā)出出的數(shù)據(jù)信號號進行解調解解碼或編碼調調制之后來進進行傳輸?shù)?，，不同之處在在于它是通過過有線電視CATV的某個傳輸頻頻帶進行調制制解調的，CableModem屬于共享介質質系統(tǒng)，其它它空閑頻段仍仍然可用于有有線電視信號號的傳輸。它它們很適合用用來提供寬帶帶功能業(yè)務。。CableModem徹底解決了由由于聲音圖像像的傳輸而引引起的阻塞，，其速率已達達10Mbps以上，下行速速率則更高。。4.1.6調制解調器的的技術類型和和標準4、電力調制解解調器電力調制解調調器俗稱電力力貓，如圖4-9所示，是電力力線上網(wǎng)中用用戶端的核心心接入設備。。電力線上網(wǎng)網(wǎng)只需要一個個電力貓和一一個常用的電電線插板，不不用任何網(wǎng)絡絡線和電話線線。終端用戶只需需要插上電源源插頭，就可可以實現(xiàn)因特特網(wǎng)接入，電電視頻道接收收節(jié)目，打電電話或者是可可視電話。當當電力線空載載時，點對點點電力線上網(wǎng)網(wǎng)信號可傳輸輸?shù)綆坠铩?。但當電力線線上負荷很重重時，只能傳傳輸一二百米米。4.1.6調制解調器的的技術類型和和標準4、電力調制解解調器目前來講，PLC還不適合長距距離的數(shù)據(jù)傳傳輸，但如果果只在樓宇內內應用，解決決“最后一百百米”的入戶戶問題，還是是完全可以勝勝任的。圖4-9電力貓4.2中繼器與集線線器4.2.1中繼器中繼器具有對對物理信號進進行放大和再再生的功能，，將其從輸入入接口接收的的物理信號通通過放大和整整形，再從輸輸出接口輸出出。中繼器具具有典型的單單進單出結構構，所以當網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)模增加加時，可能會會需要許許多多多的單進單單出結構的中中繼器作為信信號放大之用用。4.2.1中繼器中繼器主要負負責在兩個結結點的物理層層上按位傳遞遞信息，同時時負責放大或或再生局域網(wǎng)網(wǎng)的信號；中中繼器可以擴擴展網(wǎng)絡連接接距離和擴充充工作站數(shù)目目。使用中繼繼器應遵守以以下兩條原則：一是用中繼器器連接的以太太網(wǎng)不能形成成環(huán)型網(wǎng)；另一個必須遵遵守MAC（介質訪問控控制）協(xié)議的的定時特性，，即用中繼器器將電纜連接接起來的段數(shù)數(shù)是有限的。。4.2.1中繼器對于以太網(wǎng)，，最多只能使使用4個中繼器，意意味著只能連連接5個網(wǎng)段即遵守守以太網(wǎng)的5-4-3-2-1規(guī)則。4.2.2集線器集線器就是通通常所說的Hub，是一種多端端口的中繼器器，如圖4-10所示。工作在在局域網(wǎng)環(huán)境境中，是局域域網(wǎng)內多臺計計算機的交匯匯連接設備。。集線器應用用于OSI參考模型的第第一層，因此此又被稱為物物理層設備，，如圖4-11所示。圖4-10集線器4.2.2集線器集線器是一種種共享型的設設備，其實質質是一個中繼繼器，同樣必必須遵守MAC（介質訪問控控制）協(xié)議的的定時特性，，主要功能是是對接收到的的信號進行再再生、整形、、放大，以延延長網(wǎng)絡的傳傳輸距離。依依據(jù)IEEE802.3協(xié)議，集線器器是隨機選出出某一端口的的設備，并讓讓它獨占全部部帶寬，與集集線器的上聯(lián)聯(lián)設備（交換換機、路由器器或服務器等等）進行通信信。4.2.2集線器圖4-11集線器工作在OSI/RM中的示意圖4.3網(wǎng)橋與交換機機4.3.1網(wǎng)橋網(wǎng)橋（Bridge）是數(shù)據(jù)鏈路路層的主要互互聯(lián)設備，有有被稱為橋接接器。通過網(wǎng)網(wǎng)橋，可以將將一個較大的的局域網(wǎng)分割割為多個網(wǎng)段段，或者將兩兩個以上的局局域網(wǎng)互聯(lián)為為一個較大的的擴展網(wǎng)絡。。4.3.1網(wǎng)橋網(wǎng)橋工作于數(shù)數(shù)據(jù)鏈路層的的介質訪問控控制（MAC）子層，以數(shù)數(shù)據(jù)幀為單位位存儲和轉發(fā)發(fā)數(shù)據(jù)。當網(wǎng)橋收到一一個數(shù)據(jù)幀后后，會首先將將它傳送到數(shù)數(shù)據(jù)鏈路層進進行差錯校驗驗，然后再將將其返回物理理層，通過物物理層的傳輸輸機制把它傳傳送到另一個個子網(wǎng)上。4.3.1網(wǎng)橋在網(wǎng)絡中，網(wǎng)網(wǎng)橋除了負責責連接通信線線路外，還具具有數(shù)據(jù)幀的的過濾和轉發(fā)發(fā)、源地址跟跟蹤、演繹生生成樹、連接接廣域網(wǎng)、分分幀和重組以以及簡單的網(wǎng)網(wǎng)絡管理功能能。由于網(wǎng)橋橋是在數(shù)據(jù)幀幀上進行轉發(fā)發(fā)的，因此只只能連接相同同或相似的網(wǎng)網(wǎng)絡（相同或或相似結構的的數(shù)據(jù)幀）。。4.3.1網(wǎng)橋網(wǎng)橋的優(yōu)點:網(wǎng)橋具有迅速速高效、自適適應能力強的的特點，使用用和安裝都相相對簡單。4.3.1網(wǎng)橋網(wǎng)橋的缺點:特別是在與廣廣播幀相關的的應用上。當當網(wǎng)絡中存在在大量網(wǎng)橋時時，廣播通信信量的指數(shù)增增長形式最終終會導致占用用過多的網(wǎng)絡絡帶寬。數(shù)據(jù)據(jù)幀在網(wǎng)絡中中進行傳輸時時，有時會因因為不同網(wǎng)絡絡間的差異或或其他干擾因因素發(fā)生錯誤誤。當網(wǎng)橋接接收到錯誤的的廣播幀時，，又會引發(fā)另另一個廣播幀幀，當?shù)诙€個廣播幀又發(fā)發(fā)生錯誤時，，再引發(fā)新的的廣播幀，依依次類推，結結果就會導致致廣播風暴的的發(fā)生。這樣樣會嚴重地影影響網(wǎng)絡的性性能。4.3.2交換機基礎交換機的英文文名稱是“Switch”，它是集線線器的升級換換代產品，相相當于多口網(wǎng)網(wǎng)橋。以交換換機為主要連連接設備的交交換式網(wǎng)絡，，解決了以集集線器為主要要連接設備的的共享式網(wǎng)絡絡通信效率低低、網(wǎng)絡帶寬寬不足和網(wǎng)絡絡不易擴展等等問題，從根根本上改變了了傳統(tǒng)網(wǎng)絡結結構，解決了了帶寬、瓶頸頸問題。4.3.2交換機基礎交換機的英文文名稱是“Switch”，它是集線線器的升級換換代產品，相相當于多口網(wǎng)網(wǎng)橋。以交換換機為主要連連接設備的交交換式網(wǎng)絡，，解決了以集集線器為主要要連接設備的的共享式網(wǎng)絡絡通信效率低低、網(wǎng)絡帶寬寬不足和網(wǎng)絡絡不易擴展等等問題，從根根本上改變了了傳統(tǒng)網(wǎng)絡結結構，解決了了帶寬、瓶頸頸問題。4.3.2交換機基礎交換機是一種種基于MAC（介質硬件地地址）地址識識別，能夠封封裝、轉發(fā)數(shù)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡絡設備。交換換機通過分析析數(shù)據(jù)包的MAC信息，可以在在數(shù)據(jù)始發(fā)者者和目標接收收者間建立臨臨時通信路徑徑，使數(shù)據(jù)包包能夠在不影影響其他端口口正常工作的的情況下從源源地址直接到到達目的地址址。4.3.2交換機基礎交換機工作在在OSI參考模型的第第二層，主要要用于完成數(shù)數(shù)據(jù)鏈路層和和物理層的工工作，如圖4-12所示，其功能能包括物理編編址、網(wǎng)絡拓拓撲結構、錯錯誤校驗、數(shù)數(shù)據(jù)幀序列以以及流量控制制。圖4-12交換機工作在OSI/RM中的示意圖4.3.2交換機基礎介紹一些交換換機中常見的的技術參數(shù)。。1、交換方式交換方式?jīng)Q定定了交換機在在轉發(fā)數(shù)據(jù)包包時采用的轉轉發(fā)機制，目目前常見的交交換機主要使使用直通交換換、存儲轉發(fā)發(fā)和碎片隔離離3種交換方式。。4.3.2交換機基礎2、背板帶寬背板帶寬（也也叫交換帶寬寬）指交換機機的接口處理理器或接口卡卡和數(shù)據(jù)總線線間所能吞吐吐的最大數(shù)據(jù)據(jù)量。背板帶帶寬標志了交交換機總的數(shù)數(shù)據(jù)交換能力力，單位為Gbps，常見交換機機的背板帶寬寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交交換機的背板板帶寬越高，，所能處理數(shù)數(shù)據(jù)的能力就就越強，但同同時設計成本本也會越高。。并且，背板板帶寬的利用用率還與交換換機的內部結結構有關。4.3.2交換機基礎3、包轉發(fā)率包轉發(fā)率標志志了交換機轉轉發(fā)數(shù)據(jù)包能能力的大小，，單位一般為為pps（包每秒）。。一般交換機機的包轉發(fā)率率在幾十Kpps到幾百Mpps不等。其實，，在交換機中中影響包轉發(fā)發(fā)率的還是背背板帶寬。背背板帶寬越高高，所能處理理數(shù)據(jù)的能力力就越強，交交換機的包轉轉發(fā)率也就越越高。4.3.2交換機基礎4、傳輸速率交換機的傳輸輸速率是指交交換機端口的的數(shù)據(jù)交換速速度，常見的的有10Mbps、100Mbps、1000Mbps，少數(shù)高檔的的交換機還能能提供10Gbps的傳輸速率。。4.3.2交換機基礎5、全雙工全雙工模式下下的交換機可可以同時發(fā)送送和接收數(shù)據(jù)據(jù)，但要求交交換機和交換換機所連接的的設備都支持持全雙工工作作方式。具有有全雙工功能能的交換機具具有以下優(yōu)點點：高吞吐量量、避免碰撞撞、突破長度度限制。4.3.2交換機基礎6、支持網(wǎng)絡標標準交換機是否支支持某種網(wǎng)絡絡標準，決定定了交換機能能否在該標準準的網(wǎng)絡環(huán)境境中工作。交交換機支持的的網(wǎng)絡標準越越多，表明該該交換機產品品的網(wǎng)絡適應應能力越強。。目前，在IEEE802中共有11個與局域網(wǎng)有有關的標準。。4.3.2交換機基礎7、內存容量在交換機中，，內存用于數(shù)數(shù)據(jù)緩沖或存存儲交換機配配置信息。交交換機內存容容量越大，它它所能存儲、、緩沖的數(shù)據(jù)據(jù)越多，其工工作狀態(tài)也就就越穩(wěn)定。4.3.2交換機基礎8、端口數(shù)量交換機的端口口數(shù)量是不同同交換機產品品間最直觀的的評定標準之之一，通常這這項參數(shù)是針針對固定端口口交換機而言言的。常見的的固定端口交交換機端口數(shù)數(shù)量有8、16、24等幾種。非標標準的端口數(shù)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指交換機上的的、令牌環(huán)、、FDDI還是ATM等網(wǎng)絡類型。。目前，常見見端口以RJ-45端口為主，部部分高性能交交換機還提供供SC光纖接口和FDDI接口。常用的的以太網(wǎng)交換換機的接口如如圖4-14所示。4.3.2交換機基礎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交換機接口4.3.2交換機基礎10、MAC地址數(shù)量所謂MAC地址數(shù)量是指指交換機MAC地址表的MAC地址最大存儲儲數(shù)量，它決決定了交換機機的計算機接接入容量。該該參數(shù)取決于于交換機端口口的Buffer（緩存）容量量大小。4.3.2交換機基礎11、其他除此之外，部部分交換機產產品還有模塊塊插槽數(shù)量、、堆疊端口、、網(wǎng)管功能等等參數(shù)。模塊化交換機機才有模塊插插槽數(shù)量該項項參數(shù)。模塊塊插槽數(shù)量決決定了模塊化化交換機的擴擴展能力，數(shù)數(shù)量越多，擴擴展性能越好好，反之則較較差。4.3.3二層交換機二層交換機能能夠識別數(shù)據(jù)據(jù)包中的MAC地址信息，然然后根據(jù)MAC地址進行數(shù)據(jù)據(jù)包的轉發(fā)，，并將這些MAC地址與對應的的端口記錄在在內部的地址址列表中。二二層交換機的的工作原理如如下：⑴當交換機機從端口接收收到數(shù)據(jù)包后后，分析包頭頭中的源MAC地址，找出源源MAC地址對應的交交換機端口；；⑵讀取包頭頭中的目的MAC地址，在MAC地址表中查找找相應的端口口；4.3.3二層交換機⑶如果表中中有與該MAC地址對應的端端口，則把數(shù)數(shù)據(jù)包直接發(fā)發(fā)送到其對應應端口⑷如果找不不到相應的端端口，則把數(shù)數(shù)據(jù)包廣播到到所有端口。。當目的機器器對源機器回回應時，交換換機學習目的的MAC地址與端口的的對應關系，，并將其添加加到MAC地址列表。這這樣，當下一一次向該MAC地址傳送數(shù)據(jù)據(jù)時就不需要要向所有端口口廣播數(shù)據(jù)了了。4.3.3二層交換機通過不斷重復復上面的過程程，交換機就就可以學習到到網(wǎng)絡內的MAC地址信息，建建立并維護自自己的MAC地址列表。其其工作原理如如圖4-15所示。生成MAC地址-端口映射監(jiān)聽目的MAC回應信息分析數(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)包交換結束等待下一數(shù)據(jù)包維護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)包添加映射記錄結束圖4-15二層交換機的工作原理示意圖4.3.4三層交換機三層交換機是是1997年才開始出現(xiàn)現(xiàn)的一種交換換技術，使用用三層交換技技術的交換設設備被稱為三三層交換機。。三層交換機機最初是為了了解決較大規(guī)規(guī)模網(wǎng)絡中的的廣播域問題題，經(jīng)過多年年的發(fā)展，三三層交換機已已經(jīng)成為接入入層骨干網(wǎng)絡絡中的重要設設備。4.3.4三層交換機三層交換機實實質上是將二二層交換機與與路由器結合合起來的網(wǎng)絡絡設備，它既既可以完成數(shù)數(shù)據(jù)交換功能能，又可以完完成數(shù)據(jù)路由由功能。其工工作原理如下下：⑴當當某個個信息息源的的第一一個數(shù)數(shù)據(jù)包包進入入三層層交換換機時時，三三層交交換機機需要要分析析、判判斷該該數(shù)據(jù)據(jù)包中中的目目的IP地址與與源IP地址是是否在在同一一網(wǎng)段段內；；⑵要要是兩兩個IP地址屬屬于同同一網(wǎng)網(wǎng)段，，三層層交換換機會會通過過二層層交換換機模模塊直直接對對數(shù)據(jù)據(jù)包進進行轉轉發(fā)，，如果果兩個個IP地址分分別屬屬于不不同網(wǎng)網(wǎng)段，，三層層交換換機會會將該該數(shù)據(jù)據(jù)包交交給三三層路路由模模塊進進行路路由；；4.3.4三層交交換機機⑶三三層路路由模模塊在在接收收到數(shù)數(shù)據(jù)包包后，，首先先要在在內部部路由由表中中查看看該數(shù)數(shù)據(jù)包包的目目的MAC地址與與目的的IP地址間間是否否存在在對應應關系系，若若有，，則將將其轉轉回二二層交交換模模塊進進行轉轉發(fā)；；⑷要要是兩兩者沒沒有對對應關關系，，三層層路由由模塊塊會在在對數(shù)數(shù)據(jù)包包進行行路由由處理理后，，將該該數(shù)據(jù)據(jù)包的的MAC地址與與IP地址映映射記記錄添添加至至內部部路由由表中中，然然后將將數(shù)據(jù)據(jù)包轉轉回二二層交交換模模塊進進行轉轉發(fā)。。4.3.5四層交交換機機四層交交換機機通過過分析析數(shù)據(jù)據(jù)包包包頭來來獲取取端口口號（（PortNumber），并并以此此為依依據(jù)來來判斷斷該數(shù)數(shù)據(jù)包包的應應用業(yè)業(yè)務（（如HTTP、FTP等）。。其工工作原原理如如下：：四層層交換換機在在工作作中會會為支支持不不同應應用的的服務務器設設立虛虛擬IP地址，，并且且在網(wǎng)網(wǎng)絡的的域名名服務務器（（DNS）中并并不存存儲應應用服服務器器的真真實地地址，，然后后通過過三層層交換換模塊塊將該該連接接請求求傳給給該服服務器器。這這樣，，數(shù)據(jù)據(jù)包即即可在在用戶戶和同同一服服務器器間進進行傳傳輸。。4.4路路由器器4.4.1路由器器概述述路由器器（Router）是一一種連連接多多個網(wǎng)網(wǎng)絡或或網(wǎng)段段的網(wǎng)網(wǎng)絡設設備，，它將將不同同網(wǎng)絡絡或網(wǎng)網(wǎng)段之之間的的數(shù)據(jù)據(jù)信息息進行行交換換，從從而構構成一一個更更大的的網(wǎng)絡絡，工工作在在OSI模型的的網(wǎng)絡絡層，，如圖圖4-16所示。。4.4.1路由器器概述述圖4-16路由器工作在OSI/RM中的示意圖4.4.1路由器器概述述根據(jù)目目前路路由器器的發(fā)發(fā)展情情況，，可從從以下下五個個方面面進行行分類類。1、按處處理能能力來來劃分分從處理理能力力可將將路由由器分分為高高端路路由器器和中中低端端路由由器。。通常常將背背板交交換能能力大大于40Gbps以上的路由由器稱為高高端路由器器，背板交交換能力在在40Gbps以下的路由由器稱為中中低端路由由器。4.4.1路由器概述述2、按結構分分從結構上，，可將路由由器分為模模塊化結構構與非模塊塊化結構。。通常中高高端路由器器為模塊化化結構，低低端路由器器為非模塊塊化結構。。3、按所處網(wǎng)網(wǎng)絡位置分分從網(wǎng)絡位置置劃分，路路由器可分分為核心路路由器與接接入路由器器。核心路路由器位于于網(wǎng)絡中心心，通常使使用的是高高端路由器器，要求快快速的包交交換能力與與高速的網(wǎng)網(wǎng)絡接口，，通常是模模塊化結構構。接入路路由器位于于網(wǎng)絡邊緣緣，通常使使用的是中中低端路由由器，要求求相對低速速的端口以以及較強的的接入控制制能力。4.4.1路由器概述述4、按功能分分從功能分，，路由器可可分為通用用路由器與與專用路由由器。一般般所說的路路由器為通通用路由器器。專用路路由器通常常為實現(xiàn)某某種特定功功能而對路路由器接口口、硬件等等作專門優(yōu)優(yōu)化。5、按性能分分從性能上分分，路由器器可分為線線速路由器器和非線速速路由器。。線速路由由器是高端端路由器，，能以介質質速率轉發(fā)發(fā)數(shù)據(jù)包；；中低端路路由器是非非線速路由由器。目前前一些新的的寬帶接入入路由器也也有線速轉轉發(fā)能力。。4.4.2路由器技術術的發(fā)展路由器技術術的發(fā)展，，大致可以以劃分為五代。1、第一代路路由器：集集中轉發(fā)，，總線交換換2、第二代路路由器：集集中+分布轉發(fā)，，接口模塊塊化，總線線交換3、第三代路路由器：分分布轉發(fā)，，總線交換換4、第四代路路由器：ASIC分布轉發(fā)，，網(wǎng)絡交換換5、第五代路路由器技術術：網(wǎng)絡處處理器分布布轉發(fā)，網(wǎng)網(wǎng)絡交換4.4.3路由器的結結構從計算機的的觀點看，，路由器由由硬件和軟軟件組成。。硬件主要要由中央處處理器、內內存、接口口、控制端端口等物理理硬件和電電路組成，，如圖4-17所示；軟件件主要由路路由器的IOS操作系統(tǒng)組組成。4.4.3路由器的結結構圖4-17路由器主板4.4.3路由器的結結構1、中央處理理器路由器的中中央處理器器（CPU）與計算機機的中央處處理器（CPU）是相同的的概念，負負責配置管管理和數(shù)據(jù)據(jù)包的轉發(fā)發(fā)工作。不不同系列和和型號的路路由器，其其中的CPU也不相同。。Cisco路由器一般般采用Motorola68030和Orion/R4600兩種處理器器。路由器器對數(shù)據(jù)包包的處理速速度很大程程度上取決決于CPU的類型和性性能。4.4.3路由器的結結構2、內存路由器通常常采用以下下幾種不同同類型的內內存，每種種內存以不不同方式協(xié)協(xié)助路由器器工作。⑴只讀內內存（ROM）主要用于系系統(tǒng)初始化化等功能，，如系統(tǒng)加加電自檢代代碼（POST）、系統(tǒng)引引導區(qū)代碼碼（BootStrap）和備份的的IOS操作系統(tǒng)。。⑵閃存（（Flash）閃存是可讀讀可寫的存存儲器，主主要用來保保存數(shù)據(jù)，，一般存放放著當前使使用中的IOS。4.4.3路由器的結結構⑶非易失失性RAM（NVRAM）非易失性RAM是可讀可寫寫的存儲器器，在系統(tǒng)統(tǒng)重新啟動動或關機之之后仍能保保存數(shù)據(jù)。。NVRAM僅用于保存存啟動配置置文件，所所以其容量量較小，其其速度較快快，成本也也較高。⑷隨機存存儲器（RAM）RAM也是可讀可可寫的存儲儲器，但它它存儲的內內容在系統(tǒng)統(tǒng)重啟或關關機之后將將被清除。。RAM主要用于暫暫時存放操操作系統(tǒng)和和數(shù)據(jù)的存存儲器，讓讓中央處理理器能迅速速訪問這些些信息，其其存取速度度優(yōu)于前面面的三種存存取速度。。4.4.3路由器的結結構3、接口路由器與網(wǎng)網(wǎng)絡的連接接部分稱為為接口，也也被稱為端端口，每個個接口都有有自己的名名字或編號號。一個接接口的全名名稱由它的的類型標志志與數(shù)字編編號構成，，編號從0開始。路由由器有多種種不同的接接口，有的的路由器只只提供固定定接口，有有的可通過過模塊改變變接口的種種類和數(shù)量量。4.4.3路由器的結結構4、控制端口口和輔助端端口所有的路由由器都有控控制端口（（Console端口），使使管理員能能夠利用終終端與路由由器進行通通信，完成成路由器配配置。輔助助接口（AUI接口）可通通過Modem使遠程終端端與路由器器通信，實實現(xiàn)路由器器的遠程管管理和配置置。4.4.3路由器的結結構5、IOS（路由器操操作系統(tǒng)））IOS是路由器專專用的操作作系統(tǒng)，它它提供了全全面的網(wǎng)絡絡服務，實實現(xiàn)了豐富富的網(wǎng)絡功功能。路由由器的配置置命令就是是由IOS解釋執(zhí)行的的。4.4.4路由器的工工作原理1、路由器的的作用路由器的一一個作用是是連通不同同的網(wǎng)絡;另一個作用用是選擇信信息傳送的的線路。路路由器選擇擇通暢快捷捷的最近線線路，能大大大提高通通信速度，，減輕網(wǎng)絡絡系統(tǒng)通信信負荷，節(jié)節(jié)約網(wǎng)絡系系統(tǒng)資源，，提高網(wǎng)絡絡系統(tǒng)暢通通率，從而而讓網(wǎng)絡系系統(tǒng)發(fā)揮出出更大的效效益來。4.4.3路由器的結結構2、路由器的的工作原理理當IP子網(wǎng)中的一一臺主機發(fā)發(fā)送IP分組給同一一IP子網(wǎng)的另一一臺主機時時，它將直直接把IP分組送到網(wǎng)網(wǎng)絡上，對對方就能收收到。4.4.3路由器的結結構2、路由器的的工作原理理圖4-18路由器工作原理用戶路由器B用戶路由器A計算機A計算機B計算機C

運營商IP網(wǎng)絡運營商1路由器運營商2路由器4.5網(wǎng)關4.5.1網(wǎng)關概述網(wǎng)關(Gateway)又稱網(wǎng)間連連接器、協(xié)協(xié)議轉換器器，是多個個網(wǎng)絡間提提供數(shù)據(jù)轉轉換服務的的計算機系系統(tǒng)或設備備。在使用用不同的通通信協(xié)議、、數(shù)據(jù)格式式或語言，，甚至體系系結構完全全不同的兩兩種系統(tǒng)之之間，網(wǎng)關關是一個翻翻譯器。與與網(wǎng)橋只是是簡單地傳傳達信息不不同，網(wǎng)關關對收到的的信息要重重新打包，，以適應目目的系統(tǒng)的的需求。同同時，網(wǎng)關關也可以提提供過濾和和安全功能能。4.5.2網(wǎng)關的類型型按照不同的的標準可以以將網(wǎng)關分分成不同的的類別。1、按連接網(wǎng)網(wǎng)絡劃分按照網(wǎng)關連連接網(wǎng)絡的的不同，可可以將網(wǎng)關關分為局域域網(wǎng)/主機網(wǎng)關、、局域網(wǎng)/局域網(wǎng)網(wǎng)關關和因特網(wǎng)網(wǎng)/局域網(wǎng)網(wǎng)關關3種不同的種種類。4.5.2網(wǎng)關的類型型⑴局域網(wǎng)網(wǎng)/主機網(wǎng)關局域網(wǎng)/主機網(wǎng)關主主要在大型型計算機系系統(tǒng)和個人人計算機之之間提供連連接服務。。它們大多多是為大型型計算機提提供終端連連接服務的的轉換器，，通常是一一些單功能能的電路板板。終端設設備（例如如計算機））在安裝轉轉換機后，，即可通過過公共網(wǎng)絡絡與大型計計算機建立立連接。如如圖4-19所示的是一一塊工業(yè)級級嵌入式串串口網(wǎng)關模模塊。圖4-19嵌入式串口網(wǎng)關模塊4.5.2網(wǎng)關的類型型⑵局域網(wǎng)網(wǎng)/局域網(wǎng)網(wǎng)關關這種類型的的網(wǎng)關與局局域網(wǎng)/主機網(wǎng)關很很類似，不不同的是這這種網(wǎng)關主主要用于連連接多個使使用不同通通信協(xié)議或或數(shù)據(jù)傳輸輸格式的局局域網(wǎng)。目目前，絕大大多數(shù)的網(wǎng)網(wǎng)關產品都都屬于這種種類型。⑶因特網(wǎng)網(wǎng)/局域網(wǎng)網(wǎng)關關這種網(wǎng)關主主要用于局局域網(wǎng)和因因特網(wǎng)間的的連接，它它能夠允許許或禁止局局域網(wǎng)中的的某些用戶戶訪問因特特網(wǎng)，以實實現(xiàn)對局域域網(wǎng)和因特特網(wǎng)間的訪訪問和連接接控制。其其功能簡單單，通常情情況下可以以由一臺普普通計算機機擔當。4.5.2網(wǎng)關的類類型2、按產品品功能劃劃分按照網(wǎng)關關產品功功能的不不同，還還可以將將網(wǎng)關分分為數(shù)據(jù)據(jù)網(wǎng)關、、應用網(wǎng)網(wǎng)關和安安全網(wǎng)關關3種類型。。⑴數(shù)據(jù)據(jù)網(wǎng)關數(shù)據(jù)網(wǎng)關關通常在在多個使使用不同同協(xié)議及及數(shù)據(jù)格格式的網(wǎng)網(wǎng)絡間提提供數(shù)據(jù)據(jù)轉換功功能。這這種轉換換過程通通常發(fā)生生在OSI/RM的第二層層、第三三層或第第二層與與第三層層之間。。4.5.2網(wǎng)關的類類型⑵應用用網(wǎng)關應用網(wǎng)關關是在使使用不同同數(shù)據(jù)格格式的環(huán)環(huán)境中，，進行數(shù)數(shù)據(jù)翻譯譯功能的的專用系系統(tǒng)。它它能夠在在接收到到一種格格式的數(shù)數(shù)據(jù)后，，將其進進行翻譯譯，然后后以新的的格式進進行發(fā)送送。例如如，郵件件服務器器便是一一種典型型的具有有應用網(wǎng)網(wǎng)關功能能的設備備。4.5.3網(wǎng)關與路路由器的的區(qū)別網(wǎng)關與路路由器的的區(qū)別主主要有以以下三點點：工作作層次不不同、功功能不同同、產品品形式不不同。從原理上上講，網(wǎng)網(wǎng)關實際際上是通通過重新新封裝信信息，以以使它們們能被另另一個系系統(tǒng)處理理，為了了完成這這項任務務，網(wǎng)關關主要工工作在，，而路由由器只能能工作在在OSI/RM的網(wǎng)絡層層上。4.5.3網(wǎng)關與路路由器的的區(qū)別路由器的的主要作作用是在在多個網(wǎng)網(wǎng)絡之間間提供通通信連接接服務，，而網(wǎng)關關除了具具有提供供網(wǎng)絡連連接功能能外，還還能夠有有選擇地地隔離不不同網(wǎng)絡絡間的數(shù)數(shù)據(jù)，從從而實現(xiàn)現(xiàn)保護網(wǎng)網(wǎng)絡功能能。現(xiàn)在的網(wǎng)網(wǎng)關產品品從根本本上講，，已經(jīng)不不能完全全歸為一一種網(wǎng)絡絡硬件。。很多時時候，網(wǎng)網(wǎng)關實際際上已經(jīng)經(jīng)成為能能夠連接接不同網(wǎng)網(wǎng)絡的軟軟件和硬硬件的結結合產品品，而路路由器在在工作時時雖然也也在部分分程度上上依賴軟軟件，但但歸根結結底它仍仍舊是一一種硬件件產品。9、靜夜四四無鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。21:04:0721:04:0721:0412/28/20229:04:07PM11、以我我獨沈沈久，，愧君君相見見頻。。。12月月-2221:04:0721: