第4讲计算机网络设备一课件

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n3.1 网络设备概述 n服务器n工作站n集线器n交换机n路由器n无线设备3.1 网络设备概述n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n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n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n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）WWW服务。2网络服务器的分类n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。n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n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。n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。n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n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。n2003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n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（Work Station）。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（Diskless Workstation）。（3）网络计算机（Network Computer，NC）。（4）移动网络终端（Mobile Network Terminal）。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n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n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n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Network Interface Card，如图3-1所示。n主要技术参数为带宽、总线方式、电气接口方式等。n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。n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。n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。n网卡必须具备两大技术：网卡驱动程序和I/O技术。n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n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。n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。n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。n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n中继器（RP Repeater）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。n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。n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。n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n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。n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。n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。n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。n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。n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。n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。n逻辑上仍是一个总线网nCSMA/CD协议n10Base-T以太网又称为星型总线（star-shaper bus）。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n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缓存网段B网段A111222站地址 端口网桥网桥2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n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n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n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（448）、更好的性能、更强的管理功能以及更便宜的价格。n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n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。n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10Mbps、10/100Mbps自适应、100Mbps快速、千兆位交换机等多种，根据组网的需要，不同档次的交换机被应用到网络中的不同位置。图3-8为千兆位交换机的图示。3集线器与二层交换机的区别 （1）层次 集线器属于OSI的第一层物理层设备。也就意味着集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对数据传输中的短帧、碎片等无法进行有效的处理，不能保证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形，而且可以过滤短帧、碎片等。（2）工作方式 集线器采用广播模式n消息广播 交换机能够隔离冲突域n消息隔离n不能抑制广播风暴的产生（3）带宽 集线器n共享一条带宽，半双工模式 交换机n独占带宽，全双工模式3.1.8 路由器1路由器的功能n路由器在互联网中起着重要的作用，它连接两个或多个物理网络，负责将从一个网络收来的IP数据报，经过路由选择转发到一个合适的网络中。一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成，如图3-9所示。172.10.0.0/16172.20.0.0/16n路由器（Router）是网络层互联设备，可将多个不同的逻辑网（即子网）相互联接从而形成一个互联网络，网桥或传统交换机互联起来的网络则是一个单个的逻辑网。n路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接收源端或其他路由器的信息，属于网络层的一种互联设备。它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议一致的软件。n路由器可以连接不同的传输介质，如同轴电缆、双绞线、光缆、微波、卫星等；n可以连接不同的介质访问控制方法，如CSMA/CD（以太网）和Token Ring（令牌环网）；n可以连接不同的拓扑结构，如总线型、环型、星型、树型等；n可以连接不同的编址方法，如以太网、令牌环网采用6字节地址，而ATM地址用20字节表示；可以连接不同的分组长度，如以太网帧的最大长度是1518字节，令牌环网上的最大长度是8198字节，而ATM的一个信元只有53字节；n可以连接不同的协议规范；n可以连接不同的协议功能定义和不同的协议格式等；n可以连接不同的服务类型，如面向连接服务和无连接服务，ATM是面向连接，以太网是无连接。2路由器的分类（1）从能力上分，路由器可分为高端路由器和中低端路由器。（2）从结构上分，路由器可分为模块化结构与非模块化结构。（3）从网络位置划分，路由器可分为核心路由器与接入路由器。（4）从功能上分，路由器可分为通用路由器与专用路由器。（5）从性能上分，路由器可分为线速路由器以及非线速路由器。注：线速：交换能力大于设备上所有类型各个接口的带宽总和的2倍 3.1.9 无线设备n无线局域网设备主要包括无线网卡、无线访问点（Access Point，AP）、无线桥接设备（Bridging）、无线宽带路由器（Wireless Broadband Router）和天线等设备。1无线网卡nWLAN网卡的作用与有线网卡一样，WLAN主机通过WLAN网卡发送和接收无线信号。无线网卡主要包括NIC单元、扩频通信机和天线三个功能模块。NIC单元完成数据链路层功能，如建立主机与物理层之间的连接、载波侦听。扩频通信机实现无线电信号的接收与发射，同时负责无线信号的差错判断与处理。3COM 11Mbps PCI WLAN网卡的产品外观如图3-10所示。2无线访问点（AP）n无线访问点AP负责为其所有关联的无线客户端之间进行数据通信，也负责将无线客户端桥接到有线以太网，是架构无线局域网模式的中心设备。无线访问点还兼有网络管理的功能，可对无线节点实施控制。无线访问点都带有天线，天线有内置和外置的，如图3-11所示是一款外置天线的无线访问点。3无线桥接设备n无线桥接设备（如图3-12所示）用于将分布在不同地方的局域网通过无线桥接设备进行连接，可分为点对点的桥接（将两个局域网互联）和点对多点的桥接（将多个局域网进行互联）两种方式。n无线网桥的应用使WLAN不需要租用专线或者自己布线，就可以把网络扩展到以前难以到达的用户那里，应用时只需要把一个网桥连接到局域网A上，把另一个网桥连接到另一座楼里面的局域网B上就可以了，另外WLAN网络也非常适合连接多个建筑物、临时教室和临时网络。如果网络需求或地点发生改变，无线楼到楼网桥可以很方便地重新布署。图3-12 无线网桥4无线宽带路由器n无线宽带路由器具有多种功能，它是一个宽带路由器，具有多种宽带接入能力以让一个局域网的所有用户共用一个宽带账号访问Internet，它同时也是一个无线访问点，方便用户在小型办公区域、家庭和公众运营网络等场合快速构建高速共享的无线与有线融合网络。5高增益天线n无线局域网使用频率较高的2.4GHz或5GHz的微波频段，它所使用的天线与一般收音机、电视机或移动电话所用的天线不同，设计和构造都有自身的特点。天线的功能是将载有源数据的高频电流，藉由天线本身的特性转换成电磁波而发送出去，发送的距离与发射的功率和天线的增益成正向变化。天线的增益用分贝表示，分贝愈高，所能发送的距离也就愈远。n天线有指向性天性与全向性天线两种。前者在某一指向上的发送信号强度远远大于其他方向，适合于长距离使用；而后者的发送强度在各个方向上相同，适合于区域性的应用。如图3-13所示为高增益天线的示意图。图3-13 天线p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItSAnHonorToWalkWithYouAllTheWay演讲人：XXXXXX时间：XX年XX月XX日