第五章 计算机网络设备
一、教学目标：
1. 了解计算机网络的主要设备
2. 了解计算机网络设备的主要原理
3. 掌握计算机网络设备的基本用途
4. 掌握计算机网络设备的使用常识
二、教学重点、难点
计算机网络设备的主要原理
三、技能培训重点、难点
计算机网络设备的使用常识
四、教学方法
教师讲解、演示，学生思考、记忆；教师提问
五、教具使用
计算机一台、多媒体幻灯片演示
六、教学内容与过程
导入：
提问学生家中有无计算机、有无基本的网络设备。
引导学生思考、回答并相互补充。
教师总结归纳计算机网络设备的基本类型，基本原理，基本用途。
讲授新课：（多媒体幻灯片演示或板书）
第五章 计算机网络设备
5．1．网卡
5．1．1．网卡的功能
网络适配卡又称网络接口卡，简称网卡。提供了计算机和网络缆线之 间的物理接口。
（1）.实现局域网中传输介质的物理连接和电气连接；
（2）.代表着一个固定的地址；
（3）.对发送和接收的信号进行转换，执行网络控制命令；
（4）.实现OSI开放系统七层模型中的数据链路层的功能；
（5）.对传送和接收的数据进行缓存。
（6）.按照OSI协议物理层传输的接口标准，实现规定的接口功能。
5．1．2. 网卡的工作原理
在网卡上有一定数目的缓冲存储器，当网上传来的数据到达本工作站时，首先被暂时存放在网卡的缓存中，由网卡来通知CPU在某个时候来处理新来的数据。
5．1．3．网卡的类型
（1）按总线的类型分类
网卡按总线类型可分为ISA总线型网卡、PCI总线型网卡、PCMCIA总线型网卡、USB网络适配器。
（2）按网络类型分类
网卡按网络类型可分为以太网卡、令牌环网卡和ATM网卡等。
（3）按网卡的连接头分类
网卡按网卡的连接头可分为BNC连接头、RJ45连接头、、AUI连接头、 光纤网卡以及无线网卡等。早期产品中还有同时具有BNC连接头和RJ45连接头的网卡。
（4）按传输速率分类
网卡按其传输速率（带宽）分为10Mbps、100Mbps、1000Mbps网卡以及10M/100Mbps、10M/100M/1000Mbps自适应网卡等。
5．1．4 网卡的选择
网卡的选购要综合考虑组网类型、计算机扩展槽类型、使用环境、实现的功能和要求、性价比等因素。
（1）选择性价比高的网卡
（2）根据组网类型选择网卡
（3）根据工作站选择合适总线类型的网卡
（4）根据使用环境选择网卡
（5）根据特殊要求选择网卡
5．1．5．网卡的安装
在计算机上安装网卡的步骤如下：
（1）首先将计算机后方的各种插头和连线拆除，如果不熟悉这些线路的安装，应记下每条线路的安装位置与方式。
（2）将主机外壳的螺丝卸下，再将外壳拆下。
（3）确认网卡的总线接口。目前大部分网卡为PCI总线。
（4）在主板上找到相应的空闲插槽。
（5）在机壳后方对应插槽位置上将阻隔的挡板拆除。
（6）将网卡插入相应的空闲插槽中，并稍微摇晃，确保网卡与插槽接触良好。在主板上按插网卡时，一般采用先插后半部，再压下前半部的方法；如欲将网卡从主板上取下来，操作与插网卡正好相反，即一般采用先取前半部，再取后半部的方法。
（7）旋紧螺丝，固定机壳与网卡的连接。
（8）将机壳安装好，并接好拆下的插头和连线。
安装网卡以后，还必须安装驱动程序网卡才能工作。
5．2集线器
5．2．1. 集线器的功能
集线器（HUB）是一种连接多个用户节点的设备，每个经集线器连接的节点都需要一条专用电缆，集线器内部采用电气互连的结构，从某种意义可以将集线器看作是多埠中继器，其数据传输控制方式都是采用CDMA/CD方式，也就是说，集线器上所有的端口共享同一个带宽。集线器在OSI模型中也是处于物理层。
5．2．2. 集线器的分类
（1）按端口数量分类
集线器端口数量有5口、8口、12口、16口、24口、48口等，最常用的是24 口集线器。
（2）按带宽分类
集线器按带宽可分为10Mbps、100Mbps、10M/100Mbps自适应、1000Mbps和100M/1000Mbps自适应等。自适应集线器又称“双速”集线器，其中内置了两条总线， 分别工作在两种速率下。
（3）按可管理性分类
集线器按可管理性分为不可网管集线器（俗称“傻HUB” 或哑集线器）和可管集线器(也称智能集线器)。
（4）按扩展能力分类
集线器按扩展能力分为独立集线器、堆叠式集线器。
5．2．3．集线器的选择
选择集线器一般要考虑数据传输速率、端口数、可扩展性、是否内置交换模块、是否提供网管功能以及外形尺寸等方面。
5．2．4．集线器的连接
（1）集线器常见端口
集线器常见端口包括RJ-45端口、BNC端口、AUI端口、光纤端口 等。堆叠集线器还具有堆叠端口，分别标注为“UP”和“DOWN”，其作用是用来连接两个堆叠集线器。
（2）集线器的堆叠和级联
集线器的堆叠将若干集线器用专用连接电缆通过堆叠端口连接起（从一台集线器的“UP”堆叠端口直接连接到另一台集线器的“DOWN”堆叠端口），以实现单台集线器端口数的扩充。
集线器的级联是指使用集线器普通的或特定的端口（“级联端口”，一般标有“UPLink”）来进行集线器间的连接。利用Uplink端口级联使用直通双绞线，利用普通端口级联使用交叉双绞线。集线器间的级联除了能够增加集线器的端口数量外，还可以增大局域网的范围。
5．3交换机
5．3．1. 网桥的作用与交换机的出现
网桥（Bridge）也称桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，用它可以完成具有相同或相似体系结构网络系统的连接。网桥是数据链路层的连接设备，是为各种局域网存储转发数据而设计的，它对节点用户是透明的，节点在其报文通过网桥时，并不知道网桥的存在。相对于集线器而言，网桥是比较复杂的网络设备，两个网段分别连接到网桥的两个端口时，各网段中的广播信号并不会越过网桥，只有标明了发送给另一个网段的信号，才会通过网桥。后来，出现了多口网桥（如90年代初采用较多的美国Starbridge 8口智能网桥产品），每一个端口可以连接一个网段。
多口网桥虽然很好，但由于网桥技术比较复杂，多口网桥造价很高。1993年，局域网交换设备出现, 交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发，而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与多口网桥不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。
5．3．2. 三种交换技术
（1）端口交换
（2）帧交换：有直通交换和存储转发两种处理方式。
（3）信元交换
5．3．3. 局域网交换机的种类
（1）按传输介质和传输速率划分
按照传输介质和传输速率，交换机可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、万兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种。
（2）按应用领域划分
按照应用领域，交换机可分为工作组交换机、部门级交换机和企业级交换机。
5．3．4．局域网交换机的选择
局域网交换机最主要的指标是端口的配置、数据交换能力、包交换速度等因素。
在选择交换机时要注意：
外形尺寸、可管理性、端口带宽及类型以及系统的扩展能力、主干线连接手段、 交换机总交换能力、是否需要路由选择能力、是否需要热切换能力、是否需要容错能力、能否与现有设备兼容等因素。
5．3．5．交换机应用中几个值得注意的问题
（1）交换机网络中的瓶颈问题
（2）网络中的广播帧
（3）虚拟局域网的划分
5．3．6．三层交换机
（1）.三层交换机的工作原理
三层交换是相对于传统的交换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI网络参考模型中的第二层（即数据链路层）进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层(网络层)实现了数据包的高速转发，可以简单地将三层交换机理解为由一台路由器和一台二层交换机构成。
（2）.三层交换机的用途
1）．用于网络骨干
2）．用于连接子网
5．4．路由器
路由器工作在OSI开放式互连模式的第三层网络层，路由器在网络互连中起着至关重要的作用，主要用于局域网和广域网的互连。
5．4．1．路由器的功能
路由器是一种用于路由选择的专用设备，它的工作是记住和跟踪其它网络的情况，通 过一个接口接收一个包并将它从另一个（或同一个）接口发向正确的目的地，即路由器就是为信息寻找到达目标节点的工具。
路由器的主要功能为：路径选择、数据转发（又称为交换）和数据过滤。路由器的功能可以由硬件来实现，也可以由软件来实现，或者是两者结合来实现。
5．4．2．路由选择
路径选择：路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将数据有效地传送到目的站点。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路由表，供路由选择时使用。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路由选择就是从路由表中寻找一条将数据包从源主机发送到目的主机的传输路径的过程。
路由表分为静态路径表和动态路径表。
5．4．3．路由协议
路由协议是指路由选择协议，是实现路由选择算法的协议。
网络互连中常用的路由协议有：RIP（路由信息协议）、OSPF（开放式最短路径优先协议）、IGRP（内部网关路由协议）等。其中，RIP是基于距离向量的路由协议，在RIP中，路由器检查从源路由器到目的路由器的每条路径，并选择站 点数最少的路径到达目的地。
5．4．4．路由器的数据转发
当一个路由器收到一个IP数据包时，它将根据数据包中的目的IP地址查找路由表，根据查找的结果将此IP数据包送往对应端口。下一台IP路由器收到数据包后继续转发，直至发到目的地。
路由器的另外一个重要作用就是充当过滤器，将来自对方网络的不需要的数据阻止在网络之外，进而减少网络之间的通信量。
5．5．5．路由器的种类
（1）按支持网络协议的能力分类
按支持网络协议的能力可把路由器分为单协议路由器、多协议路由器。
（2）按工作位置分类
按工作位置路由器可分为访问(Access)路由器和边界(Boundary)路由器。
（3）按连接规模和能力分类
按连接规模和能力路由器可分为区域路由器、企业路由器和园区路由器等。
5．5．6．路由器的选择
在选择路由器时，需要考虑管理方式、多协议支持、安全性、地址转换功能等因素。
5.5其他网络设备简介
5.5.1 调制解调器
1.调制解调器的功能
计算机通过电话拨号上网时，需要有能将数字信号转换为模拟信号及模拟信号转换成数字信号的转换装置，前者叫调制，后者叫解调，把两种功能做在同一台设备上，就叫调制解调器，即Modem。
通过普通电话线传输数据的Modem作为连接PC机和网络的主要设备，具有使用方便、价格适中、功能齐全的特点，对Internet的普及和发展起到了极其重要的作用。
2.调制解调器的分类
调制解调器可以分为外置式MODEM、内置式MODEM、USB MODEM以及PCMCIA接口的MODEM。
除以上四种常见的Modem外，现在还有ISDN调制解调器、ADSL调制解调器和一种称为CableModem的调制解调器，
5.5.2 中继器
1.中继器的作用
中继器（RP，repeater）是连接网络线路的一种装置，它在OSI参考模型中的位置是最底层——物理层，只是起到一个放大信号、延伸传输介质的作用，与高层协议无关。
2.中继器的特点
常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作，负责在两个节点物理层上按位传递信息，完成信号的复制调整和放大功能，以此来延长网络段的长度或将两个网络段连接在一起。
5.5.3 收发器
收发器就是接收信号、发送信号的设备。
其作用是完成不同的网络传输介质、传输形式之间的互联。
收发器的种类很多，包括：光纤-双绞线收发器、同轴电缆收发器、卫星收发器、微波收发器等等。
5.5.4 ISDN终端适配器
ISDN是一种新的传输线路，当通过ISDN传输数据时，必须配置一台ISDN Terminal Adapter ，即ISDN终端适配器，简称TA，它的作用主要是将PC或模拟语音信号调制成ISDN标准的帧。
小结：
在计算机网络中，为了实现互相通信的功能，就必须用到各种各样的网络设备，这一章主要介绍了在整个网络中发挥重要作用的设备，包括网卡、集线器、交换机、路由器、拨号访问服务器、调制解调器等，通过本章的学习，要了解这些网络设备的性能、用途、实现技术等，在网络建设中能够根据实际情况，确定应使用的设备。
作业：
1. 简述网卡具有哪些功能？
2. 交换机是从哪个层次上实现了网络的互连？与网桥相比交换机具有哪些优点？
3. 什么是虚拟网？虚拟网的实现有哪些方式？
4. 路由器是从哪个层次上实现了不同网络的互连？路由器主要有哪些功能？
5. 中继器与集线器有何不同？
6. 集线器之间的连结方法
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