《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程》課件-第4章

第4章計算機網(wǎng)絡(luò)互連及設(shè)備4.1網(wǎng)絡(luò)互連的基本知識4.2網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)4.3網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備4.4網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備 4.1網(wǎng)絡(luò)互連的基本知識

4.1.1網(wǎng)絡(luò)互連的概念及要求

1．網(wǎng)絡(luò)互連的概念

所謂網(wǎng)絡(luò)互連，就是利用網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，將兩個或者兩個以上具有獨立自治能力的計算機網(wǎng)絡(luò)連接起來，組成地域覆蓋范圍更大、功能更強的網(wǎng)絡(luò)，達到共享網(wǎng)絡(luò)資源的目的，以容納更多的用戶。

20世紀90年代以來，局域網(wǎng)迅速發(fā)展并被廣泛地應(yīng)用，許多單位和部門都建立了局域網(wǎng)。但是，如果沒有網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的支持，用于信息傳輸?shù)挠嬎銠C網(wǎng)絡(luò)也會形成一個個“信息孤島”。因此，網(wǎng)絡(luò)互連是計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。在網(wǎng)絡(luò)互連中，需要解決在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)操作平臺等方面存在的差異，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的“互連”、“互通”和“互操作”。

(1)互連是指在兩個網(wǎng)絡(luò)之間至少有一條物理上的連接線路，為兩個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

(2)互通是指在兩個網(wǎng)絡(luò)之間建立端到端的鏈路，屏蔽各通信子網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、服務(wù)類型和網(wǎng)絡(luò)管理方面的差異，提供不同網(wǎng)絡(luò)之間傳送數(shù)據(jù)時的尋址和路徑選擇等基本功能。

(3)互操作是指在網(wǎng)絡(luò)中不同計算機系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)用戶可以透明地訪問對方資源的能力，在NetWare、WindowsServer2003、UNIX和Linux等不同的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之間，通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)互操作。

2．網(wǎng)絡(luò)互連的要求

為了保證網(wǎng)絡(luò)互連可以順利地進行，實施網(wǎng)絡(luò)互連時通常應(yīng)當滿足以下要求。

(1)設(shè)計連接兩個網(wǎng)絡(luò)的互連設(shè)備時，不要輕易要求修改其中一個網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議、硬件和軟件。不同的子網(wǎng)在諸多方面存在差異，具體表現(xiàn)在尋址、信息傳送、訪問控制、連接方式等幾個方面。網(wǎng)絡(luò)互連為了提供不同子網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)通信，必須采取措施以屏蔽或者容納這些差異。

(2)不能因為要提高網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸性能而影響各個子網(wǎng)內(nèi)部的傳輸功能和傳輸性能。4.1.2網(wǎng)絡(luò)互連要解決的問題

網(wǎng)絡(luò)互連還應(yīng)當考慮和解決以下問題。

1．互連的層次問題

在OSI模型的哪一層提供網(wǎng)絡(luò)互連的鏈路是首先要考慮的問題，它涉及到網(wǎng)絡(luò)互連的各個方面。

2．尋址問題

不同的子網(wǎng)具有不同的命名方式、地址結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)互連應(yīng)當可以提供全網(wǎng)尋址的能力。

3．信息傳送問題

網(wǎng)絡(luò)互連可以在OSI模型的不同層進行，各層傳送信息的格式不同。例如，物理層傳送的是比特流，數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是數(shù)據(jù)幀，網(wǎng)絡(luò)層傳送的是數(shù)據(jù)分組等等。

實行網(wǎng)絡(luò)互連時，對應(yīng)不同的子網(wǎng)，傳送的信息是不同的。例如，在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，對應(yīng)不同的子網(wǎng)，分組的稱呼、長度、格式和對各種分組的處理時序會有所不同，互連的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當具有解決這種分組長度不兼容的能力。

4．訪問控制問題

不同的子網(wǎng)采用了不同的訪問控制方法，例如以太網(wǎng)采用CSMA/CD，令牌總線和令牌環(huán)采用令牌控制等，并由此而引出各種時間的限制，如CSMA/CD中的沖突檢測時間，以及各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的傳輸確認的等待時間等。如何使得這些采用不同訪問控制的網(wǎng)絡(luò)可以彼此協(xié)調(diào)，共存于同一個“大”的網(wǎng)絡(luò)中，是網(wǎng)絡(luò)互連必須解決的又一個問題。

5．連接方式問題

不同的網(wǎng)絡(luò)可能采用不同的連接方式，例如，X.25網(wǎng)絡(luò)通常采用面向連接的信息傳輸，而大多數(shù)局域網(wǎng)又提供面向無連接的服務(wù)，因此互連網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)應(yīng)當屏蔽這樣的差異。

其他應(yīng)當考慮的因素還包括不同子網(wǎng)的差錯恢復機制對全網(wǎng)的影響，不同子網(wǎng)用戶的接入限制、記賬服務(wù)、通過互連設(shè)備的路由選擇和網(wǎng)絡(luò)流量控制等。4.1.3網(wǎng)絡(luò)互連的類型

根據(jù)不同的標準，網(wǎng)絡(luò)互連可劃分成不同的類型。

1．局域網(wǎng)—局域網(wǎng)互連

在實際應(yīng)用中，局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互連是最常見的一種類型，可分為同種局域網(wǎng)互連和異種局域網(wǎng)互連兩種。

1)同種局域網(wǎng)互連

同種局域網(wǎng)的互連是指使用相同協(xié)議的局域網(wǎng)之間的互連，如兩個Ethernet網(wǎng)絡(luò)的互連或者是兩個TokenRing網(wǎng)絡(luò)的互連，都屬于同種局域網(wǎng)互連。這種互連比較簡單，一般使用網(wǎng)橋就可以將分布在不同地理位置的多個局域網(wǎng)互連起來。

2)異種局域網(wǎng)互連

異種局域網(wǎng)的互連是指兩種使用不同協(xié)議的共享介質(zhì)局域網(wǎng)的互連，如一個Ethernet網(wǎng)絡(luò)和一個TokenRing網(wǎng)絡(luò)的互連，就屬于異種局域網(wǎng)互連。異型局域網(wǎng)也可以用網(wǎng)橋互連起來。

2．局域網(wǎng)—廣域網(wǎng)互連

局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連是目前常見的方式之一，路由器或網(wǎng)關(guān)是實現(xiàn)局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連的主要設(shè)備。

3．局域網(wǎng)—廣域網(wǎng)—局域網(wǎng)互連

兩個分布在不同地理位置的局域網(wǎng)通過廣域網(wǎng)互連，也是常見的方式之一，主要設(shè)備是路由器或網(wǎng)關(guān)。

局域網(wǎng)通過廣域網(wǎng)互連的結(jié)構(gòu)正在改變傳統(tǒng)的主機通過廣域網(wǎng)中的通信處理機的傳統(tǒng)接入模式，大量的主機通過局域網(wǎng)接入廣域網(wǎng)是今后主機接入廣域網(wǎng)的一種重要方法。

4．廣域網(wǎng)—廣域網(wǎng)互連

廣域網(wǎng)互連可以通過路由器或網(wǎng)關(guān)互連起來，并可以使連入各個廣域網(wǎng)的主機資源能夠相互共享。4.1.4網(wǎng)絡(luò)互連的層次

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是分層的，在網(wǎng)絡(luò)的不同層次上可以實現(xiàn)不同目標的網(wǎng)絡(luò)互連，也決定了網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備所具有的層次和復雜程度。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的層次越高，則互連設(shè)備就越復雜。

在互連網(wǎng)絡(luò)中所使用的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，ISO稱之為中繼系統(tǒng)。中繼系統(tǒng)與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系如圖4-1所示。圖4-1中繼系統(tǒng)與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是分層的，所以網(wǎng)絡(luò)互連也存在層次問題，下面分別介紹網(wǎng)絡(luò)互連的各個層次。

1．物理層互連

在物理層實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備是中繼器和集線器，這是最低層次的網(wǎng)段互連方式。中繼器和集線器都對傳輸?shù)男盘柧哂蟹糯?、整形作用，可以延長網(wǎng)絡(luò)段的距離。

2．數(shù)據(jù)鏈路層互連

在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)局域網(wǎng)互連的設(shè)備是網(wǎng)橋和第2層交換機。網(wǎng)橋在網(wǎng)絡(luò)互連中起到數(shù)據(jù)的接收、地址過濾和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的作用，它用來實現(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。

用網(wǎng)橋和第2層交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層互連時，互連網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層的協(xié)議可以相同也可以不同。

3．網(wǎng)絡(luò)層互連

在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)網(wǎng)間互連的設(shè)備是路由器和第3層交換機。路由器和第3層交換機在網(wǎng)間互連中的作用是路由選擇、差錯處理、流量控制和擁塞控制等。

如果網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議相同，則互連網(wǎng)主要是解決路由選擇問題。如果網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議不相同，則需要使用多協(xié)議路由器。

4．高層互連

傳輸層及以上各層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)之間的互連屬于高層互連，實現(xiàn)高層互連的設(shè)備是網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)在高層互連中的作用是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，提供不同網(wǎng)絡(luò)體系之間的互連接口。

使用網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)高層互連時，允許兩個網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層及以下各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是不同的。 4.2網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)

4.2.1有線傳輸介質(zhì)

1.同軸電纜

1)同軸電纜的結(jié)構(gòu)

同軸電纜由四部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。

(1)中心導線：位于電纜中心，為實心或絞合成一股的銅導線，用于傳輸電信號。

(2)絕緣層：位于中心導線的外層，用來隔離中心導線與屏蔽層。

(3)屏蔽層：環(huán)繞絕緣層的金屬網(wǎng)或金屬箔，一方面用來接地線，另一方面用來屏蔽線纜外的電磁干擾和減小內(nèi)部信號的輻射。同軸電纜這一名稱的來源是因為中心導線和屏蔽金屬網(wǎng)具有同一軸心。

(4)護套：保護線纜免受外部的損壞及加強線纜的強度。圖4-2同軸電纜的結(jié)構(gòu)

2)同軸電纜的分類及特性

同軸電纜適用于點到點和多點通信線路，廣泛用于有線電視網(wǎng)和計算機局域網(wǎng)。寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸距離可達幾十千米，高速的數(shù)字傳輸或模擬傳輸(50Mb/s)距離約為1km范圍。同軸電纜的類型如表4-1所示?！龌鶐S電纜

表4-1中所列的50Ω電纜，由于多用于基帶傳輸，因此也叫基帶同軸電纜?；鶐S電纜主要用于數(shù)字傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率可達20Mb/s。

基帶同軸電纜又可分為粗纜和細纜。粗同軸電纜與細同軸電纜是指同軸電纜直徑的大小。粗纜適用于比較大型的局部網(wǎng)絡(luò)，其傳輸距離長、可靠性高。由于粗纜安裝時不需要切斷電纜，因此可以根據(jù)需要靈活調(diào)整計算機的入網(wǎng)位置。但粗纜網(wǎng)絡(luò)必須安裝收發(fā)器和收發(fā)器電纜，安裝難度大，總體造價高。相反，細纜安裝則比較簡單，造價低，但由于安裝過程要切斷電纜，兩頭須裝上BNC網(wǎng)絡(luò)連接頭，然后接在T形連接器兩端，所以當接頭多時容易產(chǎn)生接觸不良的隱患，這是目前運行中的以太網(wǎng)的最常見故障之一。為了保持同軸電纜的正確電氣特性，電纜屏蔽層必須接地，同時兩頭要有終端器來削弱信號的反射作用。無論是粗纜還是細纜均可用于組建總線拓撲結(jié)構(gòu)，即一根電纜上接多臺機器，這種拓撲結(jié)構(gòu)適用于機器密集的環(huán)境。但是，當一結(jié)點發(fā)生故障時，故障會串聯(lián)影響到整根電纜上的所有機器，故障的診斷和修復都很麻煩。因此，同軸電纜將逐步被非屏蔽雙絞線和光纜取代?！鰧拵S電纜

在計算機網(wǎng)絡(luò)中，寬帶電纜指使用模擬信號進行傳輸?shù)碾娎|，可用于頻分多路復用模擬信號的傳輸，也用于數(shù)字信號的傳輸。寬帶同軸電纜比基帶同軸電纜傳輸速率高，距離遠，可達幾十千米，但成本較高。

3)同軸電纜的連接器

BNC連接器用于連接、擴充或終結(jié)同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，其有以下四種類型。

(1)?BNC連接器。用于RG-58A/U細纜的連接，如圖4-3(a)所示。BNC接頭由三部分組成，即接頭、探針和金屬套環(huán)。固定在電纜中心的探針用于細纜導體與其他插件的緊密結(jié)合，金屬套環(huán)用于將接頭與細纜屏蔽地線牢固地固定在一起。BNC插座上有一對凸出的卡榫，BNC接頭的凹槽對正卡榫插入，然后順時針旋轉(zhuǎn)螺紋部分，即可將接頭與插座固定。

(2)?BNC桶形連接器。用來連接主干段同軸電纜，如圖4-3(b)所示。

(3)?BNCT形連接器。T形連接器的兩個直通端用來連接主干段同軸電纜，T形連接器的分支端用來連接主干電纜與網(wǎng)絡(luò)接口卡，如圖4-3(c)所示。

(4)?BNC終結(jié)器。終結(jié)器是與網(wǎng)絡(luò)電纜相匹配的電阻，安裝在主干電纜的兩端，其中一端的終結(jié)器必須接地，如圖4-3(d)所示。圖4-3BNC連接器

(a)?BNC連接器(b)?BNC桶形連接器(c)?BNCT形連接器(d)?BNC終結(jié)器

2.雙絞線

1)雙絞線結(jié)構(gòu)

雙絞線是按一定規(guī)則旋繞在一起的兩根絕緣銅線(也稱線對)，如常見的電話線等。把電線雙絞起來的目的是減少線對之間的電磁干擾。在傳輸系統(tǒng)中，通常把許多這樣的線對捆在一起，再包上保護套形成一條雙絞線電纜，如圖4-4所示。圖4-4雙絞線的結(jié)構(gòu)與其他傳輸介質(zhì)相比，雙絞線在抗電磁干擾、傳輸距離、信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速度等方面均受到一定的限制，但其價格較為低廉，易于安裝，主要用于局域網(wǎng)中。雙絞線可傳輸數(shù)字信號和模擬信號，當用于傳輸數(shù)字信號時，其傳輸速率與電纜的長度有關(guān)，傳輸距離可達數(shù)百米。

2)雙絞線的分類及特性

目前，雙絞線分為屏蔽式和非屏蔽式兩種類型。

■屏蔽式雙絞線(STP)

屏蔽式雙絞線具有抗電磁干擾能力強、傳輸質(zhì)量高等優(yōu)點，但它也存在接地要求高、安裝復雜、成本高的缺點。因此，屏蔽式雙絞線的實際應(yīng)用并不普遍。

■無屏蔽式雙絞線(UTP)

無屏蔽式雙絞線具有成本低、易彎曲、易安裝、適于結(jié)構(gòu)化布線等優(yōu)點，在一般的局域網(wǎng)建設(shè)中被普遍采用，但它也存在傳輸時有信息輻射、容易被竊聽的缺點。無屏蔽式雙絞線又可分為以下基本類型：

●?1類：包括兩個線對，數(shù)據(jù)傳輸速率為20kb/s，適用于話音通信，不宜作數(shù)據(jù)傳輸。

●?2類：包括四個線對，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到4Mb/s，適用于集團電話和告警系統(tǒng)。

●?3類：包括四個線對，在帶寬為16MHz時，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達10Mb/s，阻抗為100Ω，適用于10Base-T和4Mb/s令牌環(huán)網(wǎng)，逐漸被5類線取代。

●?4類：最大帶寬為20MHz，能提供更多的保護以防止串擾和衰減，其余同3類線?！?5類：包括四個線對，數(shù)據(jù)傳輸速率可達100Mb/s，阻抗為100Ω，適用于100Mb/s快速以太網(wǎng)和FDDI等高速協(xié)議。

●超5類：是5類線的更高級別的版本，它包括高質(zhì)量的銅線，能提供一個高的纏繞率，并使用先進的方法以減少串擾，而且超5類線能支持高達200MHz的信號帶寬，是常規(guī)5類線容量的兩倍。

●?6類：包括四對線對，每對電線被箔絕緣體包裹，另一層箔絕緣體包裹在所有電線對的外面，同時還有一層防火塑料封套包裹在第二層箔層外面。箔絕緣體對串擾提供了較好的阻抗，從而使得6類線支持的吞吐量是常規(guī)5類線吞吐量的六倍，目前應(yīng)用較少。

3.光纖

1)光纖的結(jié)構(gòu)

光纖是能夠傳輸光束的通信媒體，目前發(fā)展最為迅速，而且應(yīng)用廣泛。光纖一般是由雙層的同心圓柱體組成，中心部分有一根或多根纖芯，纖芯通常是由石英玻璃拉成細絲，纖芯以外的部分為包層，其結(jié)構(gòu)如圖4-5所示。圖4-5光纖的結(jié)構(gòu)光纖的纖芯用來傳導光波，包層有較低的折射率。當光線從高折射率的介質(zhì)射向低折射率的介質(zhì)時，其折射角將大于入射角。如果折射角足夠大，就會出現(xiàn)全反射，光線碰到包層時就會折射回纖芯，這個過程不斷重復，光就會沿著光纜傳輸下去。

光纖在兩點之間傳輸數(shù)據(jù)時，在發(fā)送端要具備光發(fā)機，在接收端要置有光收機。光發(fā)機主要是將計算機內(nèi)部的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成光纖可以接收的光信號，光收機主要是將光纖上的光信號轉(zhuǎn)換成計算機可以識別的數(shù)字信號。

2)光纖的分類及特性

光纖分單模和多模兩種。單模光纖采用激光光源，光線與芯軸平行，頻帶寬，損耗小，傳輸距離遠，只能傳輸一種光信號。多模光纖的光源是發(fā)光二極管，光線與芯軸成一定角度，頻帶窄，衰減大，傳輸距離近，可傳輸多個光信號。常用的光纖有：

(1)?8.3μm芯/125μm外層的單模光纖。

(2)?62.5μm芯/125μm外層的多模光纖。

(3)?50μm芯/125μm外層的多模光纖。

(4)?100μm芯/140μm外層的多模光纖。光纖的傳輸性能高于雙絞線和同軸電纜，但成本較高，在計算機網(wǎng)絡(luò)中主要用于主干線。光纖的主要特點如下：

(1)傳輸速率高，在10km的范圍內(nèi)可達到2Gb/s，遠遠大于其他介質(zhì)。

(2)誤碼率低，一般小于10－9。

(3)抗干擾性強，不受外界電磁場的影響。

(4)安全無輻射，難以竊聽，保密性好。

(5)尺寸小，重量輕，彎曲性能好。4.2.2無線傳輸介質(zhì)

1．微波

微波信道又分為地面微波信道和空間微波信道。

1)地面微波信道

地面微波信道通常稱為微波。微波是一種頻率很高的電磁波，其頻率范圍為300MHz～300GHz，主要使用的是2～40GHz的頻率范圍。采用微波信道進行通信的特點如下：

(1)只能進行可視范圍內(nèi)的通信。

(2)大氣對微波信號的吸收與散射影響較大。鑒于上述特點，微波用于不適合鋪設(shè)有線傳輸介質(zhì)的情況，而且只能用于點到點的通信，速率也不高，一般為幾百kb/s。微波在地面的直線傳輸距離與微波的收發(fā)天線的高度有關(guān)，天線越高，傳輸距離就越遠，通常用于幾千米范圍內(nèi)。

地面微波一般按直線傳輸，受各種因素的影響，微波在傳輸時也有不同程度的衰減和損耗，因此在遠距離傳輸時，要在微波信道的兩個端點之間建立若干個中繼站。經(jīng)過多個中繼站的“接力”，信息就被從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩恕?/p>

在互連網(wǎng)中，微波信道有時與有線介質(zhì)混用，具有頻帶寬、信道容量大、初建費用低、建設(shè)速度快、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點，但是微波傳輸?shù)谋Ｃ苄院涂垢蓴_性能較差。

2)空間微波信道

空間微波信道也稱為衛(wèi)星信道，使用人造地球衛(wèi)星作為微波中繼器。商用通信衛(wèi)星通常被定位在3.6萬千米的同步軌道上，但也有中低軌道的小衛(wèi)星通信。采用衛(wèi)星信道進行通信的特點如下：

(1)適合長距離的傳輸。

(2)傳輸延時較大，一般為500ms左右。

(3)費用較高。每個同步衛(wèi)星可覆蓋地球的1/3表面。衛(wèi)星通信的地面站使用小口徑天線終端設(shè)備VSAT來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，國內(nèi)很多證券公司顯示的證券行情都是通過VSAT接收的衛(wèi)星通信廣播信息，證券的交易信息則是通過延遲小的數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)DDN專線或分組交換網(wǎng)進行轉(zhuǎn)發(fā)。在VSAT中，信息處理、業(yè)務(wù)的自適應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)的控制與檢測等，都由計算機操作控制，可提供包括音頻、數(shù)據(jù)、圖像和電視等綜合服務(wù)。

衛(wèi)星信道具有通信容量大、傳輸距離遠的優(yōu)點，但是其一次性投資大，而且易受天氣影響。

2．紅外線與激光

紅外線對環(huán)境氣候較為敏感，一般用于室內(nèi)通信。如組建室內(nèi)的無線局域網(wǎng)，用于便攜機之間相互通信，這時便攜機和室內(nèi)都必須安裝全方向性的紅外發(fā)送和接收裝置。由于紅外線不能穿透固體障礙物，因此不同房間內(nèi)的紅外通信系統(tǒng)不會相互干擾，而且具有很好的安全性。

在建筑物頂上安裝上激光收發(fā)器，就可以利用激光連接兩個建筑物中的局域網(wǎng)。由于激光具有很好的方向性，因此相鄰系統(tǒng)間不會相互干擾。激光通信的缺點是容易受環(huán)境氣候的影響，在雨天和有濃霧時不能正常工作。 4.3網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備

4.3.1中繼器

中繼器(Repeater)又稱重發(fā)器，它在物理層實現(xiàn)互連，是一種最簡單的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，用于對局域網(wǎng)的覆蓋范圍進行擴充，如圖4-6所示。圖4-6用中繼器連接兩個網(wǎng)段信號在傳輸電纜上傳送時會產(chǎn)生損耗，致使信號的功率逐漸減弱。當信號衰減到一定程度時會造成信號失真，導致傳輸錯誤。中繼器就是為解決這個問題而設(shè)計的，其主要任務(wù)是接收一端電纜上的信號，對衰減的信號進行放大并重新生成該信號，讓信號與原數(shù)據(jù)保持相同，以達到延伸電纜長度的目的。但延伸是有限的，中繼器只能在規(guī)定的信號延遲范圍內(nèi)進行有效的工作。例如，在10Base-5粗纜以太網(wǎng)的組網(wǎng)規(guī)則中規(guī)定，每個電纜段的最大長度為500m，最多可用4個中繼器連接5個電纜段，延長后的最大網(wǎng)絡(luò)長度為2500m。中繼器具有以下特性：

(1)中繼器僅作用于物理層，只具有簡單的放大、再生物理信號的功能，不執(zhí)行任何操作，不需要任何的智能與算法。

(2)由于中繼器主要完成物理層功能，所以中繼器只能連接相同的局域網(wǎng)。也就是說，用中繼器互連的局域網(wǎng)應(yīng)具有相同的協(xié)議和速率。

(3)中繼器可以連接相同傳輸介質(zhì)的同類局域網(wǎng)，也可以連接不同傳輸介質(zhì)的同類局域網(wǎng)。

(4)用中繼器連接的局域網(wǎng)在物理上是一個網(wǎng)絡(luò)，也就是說中繼器可以把多個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)連成為一個大的物理網(wǎng)絡(luò)。

(5)由于中繼器在物理層實現(xiàn)互連，所以它對物理層以上各層協(xié)議完全透明，支持數(shù)據(jù)鏈路層及其以上各層的任何協(xié)議。4.3.2集線器

集線器(Hub)可以說是一種特殊的中繼器，作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)間的中央結(jié)點，是對“共享介質(zhì)”總線型局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一種改進。用集線器作為以太網(wǎng)中的中心連接設(shè)備時，所有的結(jié)點通過非屏蔽雙絞線與集線器連接。這樣的以太網(wǎng)在物理結(jié)構(gòu)看是星型結(jié)構(gòu)，但它在邏輯上仍然是總線型結(jié)構(gòu)，并且在MAC層仍然采用的是CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法。當集線器接收到某個結(jié)點發(fā)送的幀時，它立即將數(shù)據(jù)幀通過廣播方式轉(zhuǎn)發(fā)到其他的連接端口。集線器有多種分類方式，常見的有無源集線器、有源集線器和智能集線器。

(1)無源集線器只負責把多段介質(zhì)連接在一起，不對信號做任何處理，每一種介質(zhì)段只允許擴展到最大有效距離的一半。

(2)有源集線器類似于無源集線器，但它具有對傳輸信號進行再生和放大從而擴展介質(zhì)長度的功能。

(3)智能集線器除具有有源集線器的功能外，還具有以下功能：支持多種協(xié)議與媒體，并具有不同類型的端口，可以連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)；加入了符合簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)的管理功能，可以實現(xiàn)對服務(wù)器、工作站和集線器等集中管理；增加了線路交換功能和網(wǎng)絡(luò)分段方式，提高了傳輸帶寬，構(gòu)成以星型結(jié)構(gòu)為主的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

按照集線器是否能夠堆疊又可以分為切換式、共享式和可堆疊式集線器。

(1)切換式集線器重新生成每一個信號并在發(fā)送前過濾每一個包，而且只將其發(fā)送到目的地址。

(2)共享式集線器所有連接點共享網(wǎng)絡(luò)帶寬，它不過濾或重新生成信號，所有與之相連的站點必須以同一速度工作，所以共享式集線器比切換式集線器價格便宜。

(3)當連網(wǎng)結(jié)點數(shù)超過單一集線器的端口數(shù)時，只能采用多集線器的級聯(lián)方法來擴充?？啥询B式集線器由一個基礎(chǔ)集線器與多個擴展集線器組成，通過在基礎(chǔ)集線器上堆疊多個擴展集線器，可以很方便地擴充連網(wǎng)的結(jié)點數(shù)。例如，當6個8口的集線器級聯(lián)在一起時，相當于一個48端口的集線器。集線器實質(zhì)上是多端口中繼器，它是結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)使網(wǎng)絡(luò)管理員可以輕松地重新配置網(wǎng)絡(luò)，分配用戶，連接不同的局域網(wǎng)系統(tǒng)。新一代的集線器應(yīng)基于模塊化設(shè)計，可以支持中繼器、網(wǎng)橋和路由器的混合體系結(jié)構(gòu)，通過智能管理模塊來提供性能統(tǒng)計和提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容錯的靈活性。4.3.3交換機

交換機(Switch)是集線器的升級換代產(chǎn)品，從外觀上來看，交換機和集線器在外型上非常相似，而且都遵循IEEE802.3及其擴展標準，介質(zhì)存取方式也均為CSMA/CD，但是工作原理上兩者有著根本的區(qū)別。由集線器構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)稱之為共享式網(wǎng)絡(luò)，在同一時刻只能有兩個端口(接收數(shù)據(jù)的端口和發(fā)送數(shù)據(jù)的端口)進行通信，所有的端口分享固有的帶寬。而由交換機構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)稱為交換式網(wǎng)絡(luò)，每個端口都能獨享帶寬，所有端口都能夠同時進行通信，并且能夠在全雙工模式下提供雙倍的傳輸速率。通過交換機構(gòu)成的以星型結(jié)構(gòu)為主的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。圖4-7以交換機為中心結(jié)點的星型拓撲結(jié)構(gòu)

1．交換機的工作原理

交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣，交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上?？刂齐娐肥盏綌?shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的MAC地址對照表以確定目的MAC地址的網(wǎng)卡掛接在哪個端口上，通過內(nèi)部交換矩陣直接將數(shù)據(jù)包迅速傳送到目的結(jié)點，而不是所有結(jié)點。如果目的MAC地址不存在，才廣播到所有的端口。

交換機可以自我“學習”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中。當從一個端口發(fā)過來數(shù)據(jù)時，其中會含有目的MAC地址，交換機在保存在自己緩存中的MAC地址表中尋找與這個數(shù)據(jù)包中包含的目的MAC地址對應(yīng)的結(jié)點，找到后便在這兩個結(jié)點間架起一條臨時性的專用數(shù)據(jù)傳輸通道，這兩個結(jié)點便可以不受干擾地進行通信，使交換機上的所有端口均有獨享的信道帶寬，防止傳輸沖突，提高了網(wǎng)絡(luò)的實際吞吐量。典型的局域網(wǎng)交換機結(jié)構(gòu)與工作過程如圖4-8所示。圖中的交換機有8個端口，其中端口1、2、4、7分別連接了結(jié)點A、B、C和D。交換機的“端口號/MAC地址映射表”可以根據(jù)以上端口號與結(jié)點MAC地址的對應(yīng)關(guān)系建立起來。例如，結(jié)點A要向結(jié)點C發(fā)送幀，結(jié)點D要向結(jié)點B發(fā)送幀，那么交換機的交換控制中心根據(jù)“端口號/MAC地址映射表”的對應(yīng)關(guān)系找出對應(yīng)幀目的地址的輸出端口號，就可以為結(jié)點A到結(jié)點C建立端口l到端口4的連接，同時為結(jié)點D到結(jié)點B建立端口7到端口2的連接。這種端口之間的連接可以根據(jù)需要同時建立多條，也就是說可以在多個端口之間建立多個并發(fā)連接。圖4-8局域網(wǎng)交換機結(jié)構(gòu)與工作原理如果交換機在發(fā)送數(shù)據(jù)時在“端口號/MAC地址映射表”中找不到對應(yīng)幀目的地址的輸出端口號，則會把該幀轉(zhuǎn)發(fā)到除發(fā)送端口之外的所有端口上去。假如結(jié)點A要向結(jié)點C發(fā)送幀，而在“端口號/MAC地址映射表”中找不到相應(yīng)的端口，此時交換機將把數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到除發(fā)送端口1之外的所有端口上去，當結(jié)點C響應(yīng)結(jié)點A時，交換機就會在“端口號/MAC地址映射表”進行相應(yīng)的記錄，這樣當結(jié)點A再次向結(jié)點C發(fā)送幀時，交換機根據(jù)“端口號/MAC地址映射表”中的記錄就知道從4號端口把數(shù)據(jù)發(fā)送出去了。

2．交換機數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c

交換機數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c如下：

(1)數(shù)據(jù)傳輸效率高，只是對目的地址發(fā)送數(shù)據(jù)，一般來說不易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)堵塞。

(2)數(shù)據(jù)傳輸安全，因為它不是對所有結(jié)點都同時發(fā)送，發(fā)送數(shù)據(jù)時其他結(jié)點很難偵聽到所發(fā)送的信息。

(3)使用交換機也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對照地址表，交換機只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機。這樣交換機就可以在同一時刻進行多個結(jié)點對之間的數(shù)據(jù)傳輸，每一結(jié)點都可視為獨立的網(wǎng)段，連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨自享有固定的一部分帶寬，無需同其他設(shè)備競爭使用。綜上所述，交換機的主要功能包括物理編址、錯誤校驗、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、幀序列以及流量控制。物理編址定義了設(shè)備在數(shù)據(jù)鏈路層的編址方式；錯誤校驗向發(fā)生錯誤的上層協(xié)議發(fā)出警告；網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)不但包括數(shù)據(jù)鏈路層的說明，而且定義了設(shè)備的物理連接方式；數(shù)據(jù)幀序列程序整理并傳輸除序列以外的幀；控制流程可以延緩數(shù)據(jù)的傳輸能力，以避免接收設(shè)備在某一時刻接收到了超過其處理能力的信息而崩潰。一些高檔交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN(虛擬局域網(wǎng))的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有路由和防火墻等功能。

局域網(wǎng)交換機從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上可分為以太網(wǎng)交換機、快速以太網(wǎng)交換機、千兆以太網(wǎng)交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌網(wǎng)交換機。4.3.4網(wǎng)橋

網(wǎng)橋(Bridge)又稱網(wǎng)絡(luò)橋接器，與交換機一樣也是工作在OSI模型的第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)。網(wǎng)橋能夠?qū)⒋蠓秶木W(wǎng)絡(luò)分成幾個相互獨立的網(wǎng)段或者將兩個以上的局域網(wǎng)互連為一個邏輯局域網(wǎng)，使各網(wǎng)段之間可以通過網(wǎng)橋進行通信和訪問。

網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)鏈路層上連接兩個網(wǎng)絡(luò)，不同類型的網(wǎng)絡(luò)之間可以通過網(wǎng)橋連通，但是不同高層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間是無法連接的。通過網(wǎng)橋?qū)蓚€網(wǎng)絡(luò)互連的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-9所示。圖4-9用網(wǎng)橋連接兩個網(wǎng)絡(luò)

1．網(wǎng)橋的基本功能

早期的網(wǎng)橋是為把那些具有相同物理層和MAC子層的局域網(wǎng)互連起來而設(shè)計的，后來也用于具有不同MAC協(xié)議的局域網(wǎng)的互連。網(wǎng)橋與中繼器、集線器的主要區(qū)別在于：網(wǎng)橋可用于互連兩個獨立的子網(wǎng)，實現(xiàn)信息幀的存儲/轉(zhuǎn)發(fā)；而中繼器僅用于同一子網(wǎng)的延伸，它轉(zhuǎn)發(fā)所有的電氣信號，實現(xiàn)信息位從一個網(wǎng)段到另一個網(wǎng)段的傳送。

網(wǎng)橋提供智能化連接服務(wù)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)幀的目的地址所處的網(wǎng)段進行幀的轉(zhuǎn)發(fā)與濾除。當網(wǎng)橋接收到一個數(shù)據(jù)幀后，首先將它傳送到數(shù)據(jù)鏈路層進行差錯校驗，然后再傳送至物理層，通過物理層傳輸機制轉(zhuǎn)發(fā)到另一個子網(wǎng)上。在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前，網(wǎng)橋?qū)母袷胶蛢?nèi)容不做或只做很少的修改，如對數(shù)據(jù)鏈路層的幀頭做一些改變，以進行數(shù)據(jù)鏈路層上的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

2．網(wǎng)橋的路徑選擇

1)透明網(wǎng)橋

透明網(wǎng)橋也稱為學習型網(wǎng)橋或自適應(yīng)網(wǎng)橋，該網(wǎng)橋內(nèi)部動態(tài)地維護著結(jié)點的地址映射表數(shù)據(jù)庫，根據(jù)該地址映射表，網(wǎng)橋決定收到的幀的轉(zhuǎn)發(fā)。由于局域網(wǎng)的運行完全不受網(wǎng)橋的影響，因此被稱為“透明”網(wǎng)橋。

透明網(wǎng)橋是用于以太網(wǎng)環(huán)境的網(wǎng)橋，它能連接不同傳輸介質(zhì)、不同傳輸速率的以太網(wǎng)，適合于總線型(如以太網(wǎng)、令牌總線網(wǎng))或樹型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)互連。透明網(wǎng)橋易于安裝，在使用時不用做任何配置就能正常工作，是應(yīng)用最為廣泛的一種網(wǎng)橋。

2)源路選網(wǎng)橋

源路選網(wǎng)橋也稱指定路徑橋，是指源站知道所發(fā)幀到達目的站的路徑。源路選網(wǎng)橋的原理來源于IBM的令牌環(huán)，由發(fā)送的源結(jié)點判斷所發(fā)送的幀是送往本地子網(wǎng)，還是送給其他網(wǎng)絡(luò)，并選擇幀傳輸?shù)拇_切路徑。當源結(jié)點知道所發(fā)送的幀傳輸?shù)拇_切路徑時，可以直接傳輸。如果源結(jié)點不知道路徑，則發(fā)送一個具有測試功能的廣播幀，接到廣播幀的網(wǎng)橋檢查廣播幀中的路由信息字段，如果本網(wǎng)橋號已經(jīng)存在，不做任何處理，否則向路由信息字段中增加本網(wǎng)橋及端口信息，并將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到與之連接且網(wǎng)號未在幀中出現(xiàn)的其他子網(wǎng)。在信宿結(jié)點接到該測試幀后，向源發(fā)結(jié)點返回一個應(yīng)答幀。應(yīng)答幀中包含了所需的路徑信息，并沿著測試幀途經(jīng)的路徑反向傳遞。由于廣播的緣故，源結(jié)點可能會收到多個應(yīng)答幀，通常是通過某種算法從中選擇一條最佳路徑。

源路選網(wǎng)橋的優(yōu)點是可以獲得最佳的路徑，其缺點是測試幀的發(fā)送增加了網(wǎng)絡(luò)的信息流量，有可能形成“廣播風暴”，甚至可能導致網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象的出現(xiàn)。源路選網(wǎng)橋主要用于連接802.5令牌環(huán)網(wǎng)。

3．網(wǎng)橋的其他功能及特點

網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀的過程中，除了進行數(shù)據(jù)鏈路層上的協(xié)議轉(zhuǎn)換，還具有以下功能和特點：

(1)地址過濾功能。利用網(wǎng)橋互連的網(wǎng)絡(luò)可以容納不同數(shù)據(jù)鏈路層的編址格式，因此網(wǎng)橋能夠識別各種地址，并根據(jù)數(shù)據(jù)幀的信宿地址有選擇地讓數(shù)據(jù)幀穿越網(wǎng)橋。目前，很多網(wǎng)橋產(chǎn)品都添加了各種過濾功能，允許用戶進行設(shè)置，以濾去不希望被轉(zhuǎn)發(fā)的幀，而且可以單向地禁止對某個子網(wǎng)的訪問，以確保網(wǎng)絡(luò)的安全性。

(2)幀限制功能。網(wǎng)橋不對幀進行分段，只進行必要的幀格式轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)不同的子網(wǎng)，超過信宿結(jié)點所在子網(wǎng)幀長度限制的幀將被網(wǎng)橋丟棄。因此，當采用網(wǎng)橋支持不同LAN之間的互連時，更高層的協(xié)議應(yīng)當保證被傳送的信息長度的一致性。幀限制功能也維護了各個子網(wǎng)的獨立性，不允許控制幀和要求應(yīng)答的信息幀穿越網(wǎng)橋。

(3)監(jiān)控功能。網(wǎng)橋作為接入它的每個子網(wǎng)的一部分，參與對子網(wǎng)的監(jiān)控和對信息幀的校驗。因為網(wǎng)橋具有存儲/轉(zhuǎn)發(fā)的能力，而“存儲”功能有利于網(wǎng)橋?qū)Ρ晦D(zhuǎn)發(fā)的幀進行差錯校驗，使有差錯的幀不被轉(zhuǎn)發(fā)到其他子網(wǎng)上。

(4)緩沖能力。網(wǎng)橋還具有一定的緩沖能力，以解決穿越網(wǎng)橋的信息量臨時超載的問題。

(5)透明性。網(wǎng)橋的引入不應(yīng)該影響原有子網(wǎng)的通信能力，不應(yīng)產(chǎn)生信宿結(jié)點無法檢測的差錯。4.3.5路由器

路由器(Router)又稱為選徑器，是網(wǎng)絡(luò)層互連設(shè)備，其互連網(wǎng)絡(luò)的OSI模型如圖4-10所示。圖4-10路由器的體系結(jié)構(gòu)

1．路由器的基本功能

1)路由選擇

當兩臺連在不同子網(wǎng)上的計算機需要通信時，必須經(jīng)過路由器轉(zhuǎn)發(fā)，由路由器把信息分組通過互連網(wǎng)沿著一條路徑從源端傳送到目的端。在這條路徑上可能需要通過一個或多個中間設(shè)備，如路由器。所經(jīng)過的每臺路由器都必須要知道怎么把信息分組從源端傳送到目的端，需要經(jīng)過哪些中間設(shè)備。為此，路由器需要確定到達目的端下一跳路由器的地址，也就是要確定一條通過互連網(wǎng)到達目的端的最佳路徑，所以路由器必須具備的基本功能之一就是路由選擇功能。所謂路由選擇，就是通過路由選擇算法確定到達目的地址(目的端的網(wǎng)絡(luò)地址)的最佳路徑。路由選擇實現(xiàn)的方法是：路由器通過路由選擇算法，建立并維護一個路由表。在路由表中包含著目的地址和下一跳路由器地址等多種路由信息。路由表中的路由信息告訴每一臺路由器應(yīng)該把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給誰，它的下一跳路由器地址是什么。路由器根據(jù)路由表提供的下一跳路由器地址，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由器。通過一級一級地把包轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳路由器的方式，最終把數(shù)據(jù)包傳送到目的地。當路由器接收一個進來的數(shù)據(jù)包時，它首先檢查目的地址，并根據(jù)路由表提供的下一跳路由器地址，將該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由器。如果網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生變化，或某臺路由器產(chǎn)生失效故障，這時路由表需要更新。路由器通過發(fā)布廣告或僅向鄰居發(fā)布路由表的方法使每臺路由器都進行路由更新，并建立一個新的、詳細的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。網(wǎng)絡(luò)拓撲圖的建立使路由器能夠確定最佳路徑。目前，廣泛使用的路由選擇算法有鏈路狀態(tài)路由選擇算法和距離矢量路由選擇算法。

2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

路由器能夠完成數(shù)據(jù)分組的傳送，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，通常也稱數(shù)據(jù)交換。

在大多數(shù)情況下，互連網(wǎng)上的一臺主機(源端)要向互連網(wǎng)上的另一臺主機(目的端)發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，可通過指定缺省路由(與主機在同一個子網(wǎng)的路由器端口的IP地址為缺省路由地址)等方法，源端計算機通常已經(jīng)知道一個路由器的物理地址。源端主機將帶著目的主機的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議地址(如IP地址、IPX地址等)的數(shù)據(jù)包發(fā)送給已知路由器。路由器在接收了數(shù)據(jù)包之后，檢查包的目的地址，再根據(jù)路由表確定它是否知道怎樣轉(zhuǎn)發(fā)這個包，如果它不知道下一跳路由器的地址，則將包丟棄。如果它知道怎么轉(zhuǎn)發(fā)這個包，路由器將改變目的物理地址為下一跳路由器的地址，并且把包傳送給下一跳路由器。下一跳路由器執(zhí)行同樣的交換過程，最終將包傳送到目的端主機。當數(shù)據(jù)包通過互連網(wǎng)傳送時，它的物理地址是變化的，但它的網(wǎng)絡(luò)地址是不變的，網(wǎng)絡(luò)地址一直保留原來的內(nèi)容直到目的端。值得注意的是，為了完成端到端的通信，在基于路由器的互連網(wǎng)中的每臺計算機都必須分配一個網(wǎng)絡(luò)層地址(如IP地址)，路由器在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時，使用的是網(wǎng)絡(luò)層地址。但是在計算機與路由器之間或路由器與路由器之間的信息傳送，仍然依賴于數(shù)據(jù)鏈路層完成，因此路由器在具體傳送過程中需要進行地址轉(zhuǎn)換并改變目的物理地址。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的操作流程如圖4-11所示。圖4-11路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

2．路由器的主要特點

由于路由器作用在網(wǎng)絡(luò)層，因此它比網(wǎng)橋具有更強的異種網(wǎng)互連能力、更好的隔離能力、更強的流量控制能力、更好的安全性和可管理維護性，其主要特點如下：

(1)路由器有很強的異種網(wǎng)互連能力，它可以互連具有不同的MAC協(xié)議、傳輸介質(zhì)、拓撲結(jié)構(gòu)和傳輸速率的異種網(wǎng)。

(2)路由器有很強的廣域網(wǎng)互連能力。路由器支持各種廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，提供多種廣域網(wǎng)標準接口，因此被廣泛用于廣域網(wǎng)接入和Internet接入。

(3)路由器具有很強的隔離廣播信息的能力。路由器能夠互連不同的邏輯子網(wǎng)，每一個子網(wǎng)都是一個獨立的廣播域，因此有效地防止了廣播風暴的產(chǎn)生，同時起到改善網(wǎng)絡(luò)性能，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的作用。

(4)路由器具有流量控制、擁塞控制等網(wǎng)絡(luò)管理功能。路由器能夠?qū)Σ煌俾实木W(wǎng)絡(luò)進行速度匹配，采用優(yōu)化的路由算法來均衡網(wǎng)絡(luò)負載，從而有效地控制擁塞，避免因擁塞而使網(wǎng)絡(luò)性能下降，以保證分組的正確傳輸。

(5)路由器具有包過濾的初期防火墻功能。路由器在轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)分組過程中，能夠基于網(wǎng)絡(luò)層地址，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理員設(shè)置的過濾規(guī)則進行包過濾，防止黑客攻擊和不允許的網(wǎng)絡(luò)連接。

(6)對大型網(wǎng)絡(luò)進行分段化，然后將分段后的網(wǎng)段用路由器連接起來，這樣可以達到提高網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)帶寬的目的，而且便于網(wǎng)絡(luò)的管理和維護，可以解決共享式網(wǎng)絡(luò)的帶寬問題。

目前，路由器已被廣泛地用于網(wǎng)絡(luò)互連，尤其是企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)和外部網(wǎng)的互連。企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)采用交換機和集線器連接企業(yè)的各種計算機設(shè)備，并通過路由器與外部溝通，包括通過廣域網(wǎng)和其他企業(yè)網(wǎng)以及Internet互連。

因為路由器的功能基本上是通過軟件實現(xiàn)的，它進行存儲/轉(zhuǎn)發(fā)以及大量的分組格式轉(zhuǎn)換和處理時，數(shù)據(jù)報文延遲較大，其效率會受到影響。另外，路由器安裝比較復雜，價格高，有逐漸被三層交換機淘汰的趨勢。4.3.6網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)(Gateway)又稱為協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)工作在OSI傳輸層及應(yīng)用層，是實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)級網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備。網(wǎng)關(guān)不能完全歸為一種網(wǎng)絡(luò)硬件，它可以是一個設(shè)備，也可以是一個主機中實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)功能的某個軟件?？傊?，網(wǎng)關(guān)應(yīng)該是能夠連接不同網(wǎng)絡(luò)的軟件和硬件的結(jié)合產(chǎn)品。

網(wǎng)關(guān)最基本的功能是實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。為了實現(xiàn)異構(gòu)型設(shè)備之間的通信，網(wǎng)關(guān)要對不同的傳輸層、表示層、會話層和應(yīng)用層協(xié)議進行轉(zhuǎn)換和翻譯。

網(wǎng)關(guān)具有強大的功能，并且大多數(shù)時候都和某些特定的應(yīng)用有關(guān)，因此不可能有針對所有應(yīng)用的通用型網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)分傳輸網(wǎng)關(guān)和應(yīng)用網(wǎng)關(guān)兩種：

(1)傳輸網(wǎng)關(guān)是在傳輸層連接兩個網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。利用傳輸網(wǎng)關(guān)，不同網(wǎng)絡(luò)上的主機間可以建立起跨越多個網(wǎng)絡(luò)的、級聯(lián)的、點對點的傳輸連接。

(2)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)在應(yīng)用層上進行協(xié)議轉(zhuǎn)換。由于應(yīng)用網(wǎng)關(guān)是應(yīng)用系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換，所以網(wǎng)關(guān)一般只適合于某種特定的應(yīng)用系統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換。例如，一個主機執(zhí)行的是ISO電子郵件標準，另一個主機執(zhí)行的是Internet電子郵件標準，如果這兩個主機需要交換電子郵件，那么必須經(jīng)過一個電子郵件網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，這個電子郵件網(wǎng)關(guān)就是一個應(yīng)用網(wǎng)關(guān)。 4.4網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備

4.4.1網(wǎng)絡(luò)接口卡

網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)被稱為網(wǎng)絡(luò)適配器，簡稱網(wǎng)卡，用于連接局域網(wǎng)中的計算機和傳輸介質(zhì)，使工作站、服務(wù)器、打印機或其他結(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)接收并發(fā)送數(shù)據(jù)。

網(wǎng)卡只傳輸信號而不分析高層數(shù)據(jù)，它們屬于OSI模型的物理層。網(wǎng)卡的主要功能是讀入其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸過來的數(shù)據(jù)包，經(jīng)過拆包，將其變成客戶機或服務(wù)器可以識別的數(shù)據(jù)，通過主機板上的總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿柙O(shè)備中。網(wǎng)卡也可以將PC設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)打包后輸送到其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

1．網(wǎng)卡的MAC地址

網(wǎng)卡不僅用于計算機之間通信使用的網(wǎng)絡(luò)接口，將計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理介質(zhì)可以傳輸?shù)碾娦盘?，而且網(wǎng)卡還有自己的介質(zhì)訪問控制地址，即MAC地址。每個網(wǎng)卡的MAC地址燒錄在網(wǎng)卡的ROM芯片中。MAC地址以6字節(jié)表示，前三個字節(jié)表示廠商代號，后3個字節(jié)為流水號。每個廠商都必須向IEEE登記注冊，才能獲得合法的、唯一的廠商代號。

數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)幀，每個幀都有一個源地址和一個目標地址，對方是否接收這個數(shù)據(jù)幀，只要看這個幀的MAC地址與對方的網(wǎng)卡的MAC地址是否相同即可。

2．網(wǎng)卡的分類

1)按照網(wǎng)卡按所支持的帶寬分類

不同帶寬的網(wǎng)卡應(yīng)用于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，主要分為10Mb/s網(wǎng)卡、100Mb/s網(wǎng)卡、

10/100Mb/s自適應(yīng)網(wǎng)卡、1000Mb/s網(wǎng)卡和10/100/1000Mb/s自適應(yīng)網(wǎng)卡。其中10/100Mb/s自適應(yīng)網(wǎng)卡可同時支持10Mb/s和100Mb/s的傳輸速率，10/100/1000Mb/s自適應(yīng)網(wǎng)卡可同時支持10Mb/s、100Mb/s和1000Mb/s的傳輸速率。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬也在不斷提高，目前客戶端網(wǎng)卡主要采用10/100Mb/s自適應(yīng)網(wǎng)卡。如果應(yīng)用于服務(wù)器等產(chǎn)品領(lǐng)域，就要選擇千兆級的網(wǎng)卡。

2)按網(wǎng)卡所支持的傳輸介質(zhì)類型分類

網(wǎng)卡是通過接口和網(wǎng)線與其他計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接的，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)的雙絞線RJ-45接口、細同軸電纜的BNC接口、粗同軸電纜AUI接口；光纖接口的類型很多，主要有FC和SC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。

多數(shù)以太網(wǎng)卡通常是將幾種類型的接口集成在一塊網(wǎng)卡上，例如AUI/BNC、AUI/RJ-45、BNC/RJ-45等二合一網(wǎng)卡，以及AUI/BNC/RJ-45三合一網(wǎng)卡。這些具有多種接口的網(wǎng)卡可以適用于不同類型傳輸介質(zhì)的連接要求。目前，由于非屏蔽式雙絞線的普遍使用，只提供RJ-45接口的以太網(wǎng)卡很流行。

3)按網(wǎng)卡所支持的總線類型分類

目前主要有ISA、PCI、PCI-X、PCMCIA和USB等幾種總線類型的網(wǎng)卡。

(1)?ISA網(wǎng)卡。16位的ISA總線采用程序請求I/O方式與CPU進行通信，該方式的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率低，CPU資源占用大。ISA網(wǎng)卡已不能滿足現(xiàn)在不斷增長的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，已很少使用。

(2)?PCI網(wǎng)卡。PCI總線的英文名稱為PeripheralComponentInterconnect，即外部設(shè)備互連總線。PCI總線的主要特點是傳輸速率高，在64位總線寬度下可達到突發(fā)傳輸速率533Mb/s，可以滿足大吞吐量的外設(shè)的需求。目前，采用PCI總線類型的網(wǎng)卡最為流行。

(3)?PCI-X網(wǎng)卡。PCI-X總線與原來的PCI總線相比在I/O速度方面提高了一倍，比PCI接口具有更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。目前這種總線類型的網(wǎng)卡在市面上還很少見，主要是由服務(wù)器生產(chǎn)廠商隨機獨家提供。

(4)?PCMCIA網(wǎng)卡。PCMCIA總線接口專用于筆記本電腦，分為16位的PCMCIA和32位的CardBus。其中，CardBus是一種用于筆記本計算機的新的高性能PC卡總線接口標準。CardBus網(wǎng)卡支持32位數(shù)據(jù)傳輸，最高傳輸速率接近90Mb/s；CardBus網(wǎng)卡總線自主，使網(wǎng)卡可以獨立于主CPU與計算機內(nèi)存間直接交換數(shù)據(jù)；CardBus網(wǎng)卡采用3.3V電壓供電，功耗低，提高了電池的壽命，降低了計算機內(nèi)部的發(fā)熱，增強了系統(tǒng)的可靠性；CardBus網(wǎng)卡還可以后向兼容16位的PC卡。

(5)?USB總線接口。USB的英文名稱為UniversalSerialBus，即通用串行總線，是一種新型的總線技術(shù)。USB的傳輸速率遠遠大于傳統(tǒng)的并行口和串行口，設(shè)備安裝簡單，不占用計算機擴展槽，并且支持熱插拔，越來越受到廠商和用戶的喜愛，在外置設(shè)備中廣泛應(yīng)用，如打印機、鍵盤、鼠標以及網(wǎng)卡等。

除了以上介紹的幾類網(wǎng)卡以外，按照傳輸介質(zhì)可以分為無線網(wǎng)卡和有線網(wǎng)卡；根據(jù)網(wǎng)卡所應(yīng)用的計算機類型可以分為應(yīng)用于工作站的網(wǎng)卡和應(yīng)用于服務(wù)器的網(wǎng)卡等。4.4.2調(diào)制解調(diào)器

調(diào)制解調(diào)器(MODEM)是在數(shù)據(jù)終端設(shè)備和模擬信道之間進行數(shù)字信號與模擬信號之間轉(zhuǎn)換的設(shè)備。

1．調(diào)制解調(diào)器的基本組成

調(diào)制解調(diào)器分為調(diào)制器和解調(diào)器兩部分。MODEM的基本組成如圖4-12所示。圖4-12MODEM的基本組成

(1)調(diào)制器一般是由數(shù)據(jù)編碼電路、調(diào)制電路和發(fā)送濾波電路組成。

●數(shù)據(jù)編碼電路：將要發(fā)送的二進制數(shù)據(jù)按一定的編碼技術(shù)轉(zhuǎn)換為編碼信號，消除碼間干擾處理后成為數(shù)字信號。

●調(diào)制電路：接收數(shù)字信號并按照一定的調(diào)制方式將其轉(zhuǎn)換為模擬信號。

●發(fā)送濾波電路：濾除模擬信號中超過300～3400Hz的噪聲，自適應(yīng)“均衡”調(diào)解補償線路傳輸?shù)膿p耗，使發(fā)送到電話信道的模擬信號符合電信標準。

(2)解調(diào)器一般由接收濾波電路、解調(diào)電路和數(shù)據(jù)解碼電路組成。

●接收濾波電路：接收來自電話信道上的模擬信號，濾除干擾噪聲，將信號放大為模擬信號。

●解調(diào)電路：模擬信號按照約定的調(diào)制方式進行解調(diào)，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

●數(shù)據(jù)解碼電路：消除碼間干擾處理后，通過譯碼器將數(shù)字信號還原為二進制數(shù)據(jù)，送給數(shù)據(jù)終端。

2．調(diào)制解調(diào)器遠程通信的工作原理

調(diào)制解調(diào)器常用的接口是RS-232接口。MODEM的連接模式如圖4-13所示。圖4-13MODEM連接模式遠程通信系統(tǒng)是由計算機、數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)、數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)和傳輸介質(zhì)組成的。計算機用于管理所連接的設(shè)備，對傳輸差錯進行控制，實施通信數(shù)據(jù)的處理。數(shù)據(jù)終端設(shè)備是數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備，終端計算機是智能型數(shù)據(jù)終端設(shè)備，鍵盤、顯示器、打印機、電話和傳真機是通用型數(shù)據(jù)終端設(shè)備。數(shù)據(jù)通信設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器。傳輸介質(zhì)是入戶的話頻線路、戶外的交換線路或?qū)Ｓ脭?shù)字中繼線、微波接力線路等。

1)調(diào)制解調(diào)器的遠程通信過程

源端發(fā)出數(shù)據(jù)終端就緒(DTR)信號，表示源端準備發(fā)送數(shù)據(jù)，通知主叫MODEM摘機與線路接通，主叫MODEM響應(yīng)此信號，發(fā)出數(shù)據(jù)設(shè)備就緒(DSR)信號，通知源端，MODEM已連在線路上。

源端從發(fā)送端(TXD)發(fā)送一個撥號命令給主叫MODEM，主叫MODEM收到撥號命令后，即在線路上發(fā)出撥號脈沖，主叫MODEM從接收端(RXD)發(fā)出確認信號以示響應(yīng)。主叫MODEM發(fā)出呼叫信號，等待對方返回應(yīng)答載波信號；被叫MODEM收到呼叫信號后，立即發(fā)出應(yīng)答載波信號(目標DCD)；主叫MODEM識別出目標MODEM的應(yīng)答載波信號后，則發(fā)出源載波信號(源DCD)，從而建立了載波連接。當兩端MODEM建立了載波連接后，主叫MODEM在載波檢測(DCD)端發(fā)送信號給源端，通知源端已建立數(shù)據(jù)通信鏈路。源端發(fā)出請求發(fā)送(RTS)信號給主叫MODEM，主叫MODEM響應(yīng)后，發(fā)出清除發(fā)送(CTS)信號，通知源端可以發(fā)送數(shù)據(jù)。源端從發(fā)送端(TXD)發(fā)送數(shù)據(jù)，目標端從接收端(RXD)接收數(shù)據(jù)。

如果通信線路是交換式電話系統(tǒng)的一部分，還需要使用振鈴信號。

2)調(diào)制解調(diào)器遠程通信的工作原理

56kb/s調(diào)制解調(diào)器遠程通信的工作原理如圖4-14所示。用戶主機輸出的數(shù)字信號經(jīng)MODEM調(diào)制成模擬信號，模擬信號進入交換機，經(jīng)過2線至4線的變換后，通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)轉(zhuǎn)換成標準的PCM數(shù)字信號，送Internet服務(wù)提供商。從Internet服務(wù)提供商獲取的下載數(shù)字信息，通過交換機的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(D/A)轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)過4線至2線變換后，模擬信號送MODEM解調(diào)成為主機可接收的數(shù)字信號。圖4-1456kb/s調(diào)制解調(diào)器遠程通信的工作原理

3．調(diào)制解調(diào)器的種類

近年來，MODEM的質(zhì)量和性能不斷提高，經(jīng)歷了由非智能到智能，低速到高速，單一數(shù)據(jù)通信到數(shù)據(jù)、語音、圖形、圖像通信的轉(zhuǎn)換。

(1)?MODEM按通信方式可分為單工、半雙工和全雙工三種。

(2)?MODEM按信號定時方式分為同步MODEM和異步MODEM。同步MODEM提供時鐘信號和數(shù)據(jù)流，在傳輸數(shù)據(jù)流過程中必須與時鐘同步；異步MODEM在傳輸數(shù)據(jù)流過程中不提供同步信號。通常同步MODEM比異步MODEM的傳輸速率高。

(3)?MODEM按數(shù)據(jù)傳輸速率可分為14.4kb/s、28.8kb/s、33.6kb/s、56kb/s等。ISDNMODEM的數(shù)據(jù)傳輸速率為64kb/s，可選速率128kb/s、144kb/s；光纖MODEM的數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s、64kb/s、1.544Mb/s和2.048Mb/s。

(4)?MODEM按傳輸信號可分為基帶