第4讲计算机网络设备一

计算机组网技术第四讲计算机网络设备（一）潍坊学院本讲要点3.1网络设备概述服务器工作站集线器交换机路由器无线设备3.1网络设备概述局域网是高速、低误码率的数据网络，它覆盖的地理位置区域相对较小（最多能达到几千米）。局域网连接工作站、外围设备、终端及其他仅在一座楼房里或其他有限的地理区域内的设备，所有连接站点共享较高的总带宽，各站点为平等关系而不是主从关系，能进行广播或多播。3.1网络设备概述由于局域网自身的连接距离限制，而且用户针对不同的应用选择局域网的类型也不一样，从而使不同企业甚至是同一企业的不同部门之间便形成了多个局域网孤岛。如何把这些局域网孤岛互联起来以方便使用计算机网络，这便是网络互联问题。网络互联设备是实现网络互联的关键。3.1网络设备概述主要讲解局域网的设备组成、设备连接及设备配置，其中包括组成局域网的基本设备（包括服务器和工作站）和实现网络互联的设备。这里涉及到的网络设备有服务器、工作站、网络适配器（网卡）、中继器、集线器、网桥、交换机以及路由器。3.1.1服务器服务器的英文名称为Server，指的是在网络环境中为客户机（Client）提供各种服务的特殊的专用计算机。在网络中，服务器承担着数据的存储、转发、发布等关键任务，是各类基于客户机/服务器（C/S）模式网络中不可或缺的重要组成部分。1．网络服务器的作用（1）文件服务。（2）打印服务。（3）通信服务。（4）电子邮件服务。（5）服务。2．网络服务器的分类按应用层次划分是服务器最为普遍的一种划分方法，它主要根据服务器在网络中应用的层次（或服务器的档次来）来划分。按这种划分方法，服务器可分为入门级服务器、工作组级服务器、部门级服务器、企业级服务器。（1）入门级服务器。（2）工作组服务器。（3）部门级服务器。（4）企业级服务器。这四种类型服务器之间的界限并不是绝对的，并且会随着服务器技术的发展，各种层次的服务器技术也在不断地变化发展。而且这几类服务器在业界也没有一个硬性标准来严格划分它们，多数来说它们是针对各自不同生产厂家的整个服务器产品线来说的。由于服务器的型号非常多，硬件配置也有较大差别，因此，用户不必拘泥于某某级服务器，而是应当根据自己网络的规模和服务的需要，并适当考虑相对的冗余和系统的扩展能力。需要注意的是:曙光服务器曙光4000L是曙光4000超级计算机系列中的一员，是基于Linux的超级服务器系统,为当前国内最大的IDC数据处理主机，存储与处理能力均十分强大。就目前而言，整个4000L系统由40个机柜组成，现有644个CPU，每秒3万亿次峰值速度，644G内存，百万亿字节存储。另外，该系统的可扩展性非常优秀，最大可“在线”扩展到80个机柜，1300个CPU，每秒6.75万亿次峰值速度，4000G内存，600T存储，1200A最大电流，160千瓦最大功耗的海量处理系统。应用案例东方物探公司是中国最大的计算机软件国际工程中心和国家甲级工程咨询单位，为整个中石油提供石油勘探、海量数据处理等方面的服务，目前中石油全球陆地石油开采量已经占到世界第一，而东方物探也被冠以了“找油先锋”的美称。2003年6月，东方物探采购具备4.2万亿次计算能力的曙光4000L超级计算机,现在，有了曙光4000L的东方物探公司已经成为国内商业领域计算机应用规模最大、运算速度最快、处理能力最强的超级计算机用户。3.1.2工作站1．工作站的用途顾名思义，网络工作站是指从事上网操作的主机系统。网络用户通过操作网络工作站使用网络，完成自己的网络工作。网络工作站常常简称为工作站（WorkStation）。2．工作站的分类按照配置的不同，工作站可以分成以下四类。（1）商用台式个人计算机（含笔记本）。（2）无盘工作站（DisklessWorkstation）。（3）网络计算机（NetworkComputer，NC）。（4）移动网络终端（MobileNetworkTerminal）。另外，按照工作站的特殊用途，可以把工作站分成以下几种：（1）用户工作站。（2）网管工作站。（3）安全工作站。安全计算机的概念当前，由于网络信息安全问题逐渐引起人们的关注。为了增加主机系统的安全，产业界提出了安全计算机的概念，开发了相关的产品。安全计算机整合了功能强大的防毒软件和系统恢复软件，可以及时查杀各类病毒，并运用系统恢复软件对整个系统进行及时备份，避免数据丢失。3.1.3网络适配器网络适配器，又称为网卡，是将工作站或服务器连到网络上，实现数据转换和电信号匹配，实现资源共享和相互通信。1．网络适配器的功能网络适配器（即网卡）是局域网中最基本的部件之一，可以说是必备的。网卡，通常又称为网络卡或网络接口卡，英文简称NIC，全称为NetworkInterfaceCard，如图3-1所示。主要技术参数为带宽、总线方式、电气接口方式等。基本功能为：从并行到串行的数据转换，包的装配和拆装，网络存取控制，数据缓存和网络信号。目前主要是8位和16位网卡。主要工作原理为：整理计算机上发往网线上的数据并将数据分解为适当大小的数据包之后向网络上发送出去。对网卡而言，每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，是网卡生产厂家在生产时烧入ROM中的，且保证绝对不会重复。网卡必须具备两大技术：网卡驱动程序和I/O技术。驱动程序使网卡和网络操作系统兼容，实现PC机与网络的通信。I/O技术可以通过数据总线实现PC和网卡之间的通信。网卡是计算机网络中最基本的元素。在计算机局域网络中，如果有一台计算机没有网卡，那么这台计算机将不能和其他计算机通信，也就是说，这台计算机和网络是孤立的。2．网络适配器的分类网卡按其传输速度可分为10M网卡、10/100M自适应网卡以及千兆（1000M）网卡。网卡按其主板上的总线类型来分，又可分为ISA、VESA、EISA、PCI等接口类型。网卡按其连线的插口类型来分，又可分为RJ-45水晶口、BNC细缆口、AUI三类及综合这几种插口类型于一身的2合1、3合1网卡。除了以上网卡类型以外，市面上还经常可见到服务器专用网卡、笔记本专用网卡、USB接口网卡等。3.1.4中继器中继器（RPRepeater）又称为转发器，是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作，如图3-2所示为中继器的一种。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。以太网络标准中就约定了一个以太网上只允许出现5个网段，最多使用4个中继器，而且其中只有3个网段可以挂接计算机终端。3.1.5集线器集线器也称为集散器或HUB，可以说是一种特殊的多端口中继器，作为网络传输介质间的中央节点，它克服了介质单一通道的缺陷。以集线器为中心的优点是：当网络系统中某条线路或某节点出现故障时，不会影响网络上其他节点的正常工作。集线器可分为无源（Passive）集线器、有源（Active）集线器和智能（Intelligent）集线器。无源集线器只负责把多段介质连接在一起，不对信号作任何处理，每种介质段只允许扩展到最大有效距离的一半。有源集线器类似于无源集线器，但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能。智能集线器除具有有源集线器的功能外，还可将网络的部分功能集成到集线器中，如网络管理、选择网络传输线路等。集线器的端口类型有两种：一类用于连接RJ-45端口，这类端口可以是8、12、16、24个等。另一类用于连接粗缆的AUI端口等向上连接的端口。集线器的特点如下：（1）表面上看，使用集线器的局域网在物理上是一个星型网，但由于集线器使用电子器件模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。逻辑上仍是一个总线网CSMA/CD协议10Base-T以太网又称为星型总线（star-shaperbus）。图3-4集线器将多个网段连接形成一个局域网网段1网段2网段3集线器集线器集线器集线器主干集线器（2）一个集线器有许多端口，每个端口通过RJ-45插头用两对双绞线与一个工作站上的网卡相连。因此，一个集线器很像一个多端口的转发器。（3）集线器和转发器都工作在物理层，它的每个端口都具有发送和接收数据的功能。当集线器的某个端口接收到工作站发来的比特时，简单地将该比特向所有其他端口转发。若两个端口同时有信号输入（即发生碰撞），那么所有的端口都收不到正确的帧。（4）集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。这样就可使端口转发出去的较强信号不致于对该端口接收到的较弱信号产生干扰。每个比特在转发之前还要进行再生整形并重新定时。3.1.6网桥网桥（Bridge）又称桥接器，是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。从协议层次看，网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的数据帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后确定将该帧转发到哪一个端口。1．网桥的结构站表端口管理软件网桥协议实体端口1端口2缓存①②③网段B网段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口网桥网桥④⑤⑥2．网桥的特点优点（1）过滤通信量。网桥工作在链路层的MAC子层，可以使局域网各网段成为隔离的碰撞域，从而减轻了扩展的局域网上的负荷，同时也减小了在扩展的局域网上的帧的平均时延。工作在物理层的转发器就没有网桥的这种过滤通信量的功能。（2）扩大了物理范围，因而增加了整个局域网上工作站的最大数目。（3）提高了可靠性。当网络出现故障时，一般只影响个别网段。（4）可互联不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mbps和100Mbps以太网）的局域网。网桥也有一些缺点（1）由于网桥对接收的帧要先存储和查找转发表，然后才转发，这就增加了时延。（2）在MAC子层并没有流量控制功能。当网络上的负荷很重时，网桥中的缓存可能不够而发生溢出，以致产生帧丢失现象。（3）使用网桥扩展的局域网称为一个广播域。网桥只适合于用户数不太多（不超过几百个）和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。3.1.7交换机网络交换技术是近几年发展起来的一种结构化的网络解决方案。它是计算机网络发展到高速传输阶段而出现的一种新的网络应用形式。它不是一项新的网络技术，而是现有网络技术通过交换设备提高性能。图3-7为普通交换机的图示。1．交换机的功能以太网交换技术（Switch）是在多端口网桥的基础上于20世纪90年代初发展起来的，实现OSI模型的下两层协议一种改进了的局域网桥，与传统的网桥相比，它能提供更多的端口（4～48）、更好的性能、更强的管理功能以及更便宜的价格。而现在，局域网交换机也实现了OSI参考模型的第三层协议，将二层转发与三层路由选择功能相结合，形成了三层交换机，已成为现代局域网的核心设备。相对于三层交换机，我们把二层交换机又称为传统交换机。在本书中，若不特指三层交换机，交换机指的是传统的二层交换机。2．交换机的分类由于交换机市场发展迅速，产品繁多，而且功能上越来越强，所以也可按企业级、部门级、工作组级、交换到桌面进行分类。交换机的端口类型有以下几种，一类是用于连接RJ-45端口，这类交换机可以是8、12、16、24个端口等，另一类是用于连接粗缆的AUI端口，还有光纤接口等，后两种都是向上连接的端口。交换机有10