网络互联设备有哪些

网络互联设备

计算机与计算机或工作站与服务器进行连接时，除了使用传输介质外，还需要一些互联设备，这些互联设备主要包括网络适配器、集线器、交换机、路由器等。

1．网络适配器

网络适配器或接口卡（NIC）简称为网卡，如图2-7所示。网卡是连接计算机和网络硬件的设备,它一般插在计算机的主板扩展槽中。它的标准是由IEEE来定义的。网卡工作于OSI的最低层，也就是物理层，主要负责计算机之间数据的发送和接收。

图2-7　网卡

网卡可根据不同的标准分类，如根据传输速度和总线类型等可以分为不同的种类，如图2-8所示。

图2-8　网卡的分类

（1）按传输速度分类可以分为10Mbps网卡，适用于10Mbps的网络；100Mbps网卡，适用于100Mbps的网络；10/100Mbps自适应网卡可适用于两种网络，这种网卡可自动识别所连接的网络是属于哪一种传输率并自动启动相应的传输率。

（2）根据总线类型的不同主要分为ISA网卡、PCI网卡和USB网卡。

ISA接口的网卡有两种：8位ISA网卡和16位ISA网卡。8位ISA网卡目前已被淘汰，市场上常见的是16位ISA接口的10Mbps网卡，它的唯一好处就是价格低廉，如比较有名的NE2000等，适合于一些如网吧等要求不高的场合使用。而VESA、EISA网卡速度虽然快，但价格较贵，市场很少见。目前市场上的主流网卡是PCI总线的网卡。

PCI网卡的理论带宽为133MHz。PCI网卡又可分为10Mbps PCI网卡和10/100Mbps PCI自适应网卡两种类型。10Mbps PCI网卡价格较便宜，被低端用户广泛采用；而10/100Mbps PCI自适应网卡作为当今的主流产品，可根据需要自动识别连接网络设备的工作频率，自动工作于10MHz或100MHz的网络带宽下。PCI总线网卡的另一好处是比ISA网卡的系统资源占用率要低得多。

USB接口网卡，主要是为了满足没有内置网卡的笔记本用户。它是通过主板上的USB接口引出来的。

（3）根据连接线接口的类型不同主要分为RG-45水晶口网卡、BNC接口网卡和AUI接口网卡。

RJ-45接口是采用10Base-T双绞线网络接口类型。它的一端就是计算机网卡上的RJ-45插口，连接的另一端就是集线器Hub上的RJ-45插口。

BNC接口，是采用10Base-2同轴电缆的接口类型，它同带有螺旋凹槽的同轴电缆上的金属接头相连，如T型头等。

AUI接口，为粗同轴电缆接口。

目前也有些网卡在一块网卡上同时提供两种，甚至三种接口，用户可依据自己所选的传输介质选用相应的网卡。

2．中继器

中继器（Repeater）是最简单也是较常用的连接设备，它的作用是将网络上的一个电缆段上的传输数据信号进行放大和整形，然后再发送到另一个电缆段上，以克服信号经过较长距离传输后引起的衰减。因此中继器实际上就是一种数字信号放大器。在IEEE802标准规定一个10Base-2的以太网中，每个网段最大长度为185m，最多允许4个中继器连接5个网段，因此，增加中继器后最大网络电缆长度可提高到925m，所以中继器的作用主要是扩展网络电缆的长度。如图2-9所示为中继器连接两个网段的示意图。

图2-9　中继器连接两个网段

（1）中继器的特性

①中继器仅作用于物理层，只具有简单的放大、再生物理信号功能。

②由于中继器主要完成物理层功能，所以中继器只能连接相同的局域网。

③中继器不仅可以连接相同传输介质的局域网，还可以连接不同传输介质的局域网。

④中继器可以把多个独立的物理网络连成一个大的物理网络。

⑤中继器支持数据链路层及其以上各层的任何协议。

（2）中继器适用场合

①同一网络中连接不同的通信介质；需要再生信号，扩大网络距离。

②各个网络的分支的体系结构相同，并且访问方式或遵守的协议也相同。

③网络分支的数据流量不大的情况下要实现网络间的互联。

④不需要对各个网络分支之间的信息进行隔离。

3．集线器

集线器（Hub）是计算机网络中连接多个计算机或其他设备的连接设备，是对网络进行集中管理的最小单元。集线器实际上就是特殊的中继器，主要提供信号放大和中转的功能，它把一个端口接收的全部信号传输到所有的端口中去。

（1）集线器的作用

集线器主要用于共享网络组建，是解决从服务器直接到桌面的最佳解决方案。集线器作为网络传输介质的中央节点，克服了介质单一通路的缺陷。其优点是在网络中某条线路或某个节点出现故障时，不会影响网上的其他节点正常工作，如图2-10所示是由集线器连接的网络。

图2-10　集线器连网应用

（2）集线器的工作原理

集线器在OSI的7层模型中处于物理层，其实质是一个中继器。主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。正因为集线器只是一个信号放大和中转的设备，所以它不具备交换功能，但是由于集线器价格便宜、组网灵活，所以经常使用它。集线器使用于星型网络布线，如果一个工作站出现问题，不会影响整个网络的正常运行。

因为以太网遵循“先听后说”的CSMA/CD协议，所以计算机在发送数据前首先进行载波侦听。只有当判定网络空闲时，才发送数据。如果在发送数据时检测到冲突，则该帧将被重发。当一个站点多次检测线路均为载波时，将自动放弃该帧的发送，从而造成丢包。因此，当网络中的站点数过多时，网络的有效利用率将会大大降低。根据工程经验，采用10Mbps集线器的站点不宜超过25个，采用100Mbps集线器的站点不宜超过35个。所以，当网络较大、用户较多时，只有采用交换机才能保证每台计算机拥有足够的网络带宽。

（3）集线器的分类

集线器有多种类型，各种类型具有特定的功能、提供不同等级的服务。依据总线带宽的不同，集线器可分为10Mbps、100Mbps和10/100Mbps自适应三种；若按配置形式的不同可分为独立型、模块化和堆叠式三种；根据端口数的不同主要有8口、16口、24口等；根据工作方式可分为智能型和非智能性。目前所使用的集线器主要是前三种类型的组合，可进一步划分为被动集线器、主动集线器、智能集线器和交换集线器四种类型。

①被动集线器

被动集线器是星型拓扑以太网的入门级设备，它不能专门提高网络性能，也不能检测硬件错误或性能瓶颈，只是简单地从一个端口接收数据并通过所有端口分发。

②主动集线器

主动集线器除拥有被动集线器的所有性能外还具有监视数据的功能。在以太网中，它是实现存储转发技术的重要角色，在转发之前检查数据，并不区分优先次序，而是纠正损坏的分组并调整时序。

如果信号比较弱但仍然可读，主动集线器在转发前可将其恢复到较强的状态。这使得一些性能不是特别理想的设备也可正常使用。如果某设备发出的信号不够强，使得被动集线器无法识别，那么主动集线器的信号放大器可以使该设备继续正常使用。此外，主动集线器还可以报知哪些设备失效，从而提供了一定的诊断能力。

有些线缆可能有电磁干扰使分组不能按正常时序到达集线器，主动集线器可以将转发的分组重新同步。有时数据根本到不了目的地，主动集线器通过在单个端口重发分组来弥补数据的丢失。主动集线器可以调整时序以适应较慢的、错误率较高的连接。当然，这样做会降低连接到该集线器上设备的整体网络速度，但是，有时这比丢失数据要好。此外时序调整实际上可以减少局域网中的冲突次数，数据不需要重复广播，局域网就可以传输新的数据。

③智能集线器

智能集线器比前两种提供更多的好处，可以使用户更有效地共享资源。除了主动集线器的特性外，智能集线器提供了集中管理功能。如果连接到智能集线器上的设备出了问题，可以很容易识别、诊断和修补。

智能集线器的另一个特性是可以为不同设备提供灵活的传输速率。除了上连到高速主干的端口外，智能集线器还支持到桌面的10Mbps、16Mbps和100Mbps的速率，即以太网、令牌环和FDDI。

④交换集线器

交换集线器就是在一般智能集线器功能上又提供了线路交换功能和网络分段能力的一种智能集线器，由于集线器基本上是作为一种共享设备来定义的，因此很多时候也把它划入入门级的交换机类型里。

4．网桥

网桥（Bridge）又称桥接器，它不仅可以重生信号，还具有一定的隔离作用，可以把两个网络分支的信息流和故障隔离开，是一种具有一定智能的设备，还可以连接两个不同协议的网络，如令牌环网和以太网，如图2-11所示。

图2-11　连接不同拓扑结构的网络

（1）网桥的工作原理

网桥不是一个复杂的设备，它的工作原理是：网桥接收一个整帧，然后分析进入帧，并基于包含在帧中的信息，根据帧的目的地址段，来决定是删除帧还是转发帧，如果目的站点和发送站点在同一个局域网内（即源局域网和目的局域网是同一个物理局域网），网桥则将帧删除，不进行转发；如果目的局域网和源局域网不在同一个网络时，桥则进行路径选择，并按指定的路径将帧转发给目的局域网。其中桥的路径选择方法有两种，不同类型的桥所采用的路径选择方法不同。透明桥通过向后自学的方法，建立一个MAC地址与桥的端口对应表，通过查表获得路径信息，以此实现路径选择功能；源路由桥的路径选择是根据每一个帧所包含的路由信息段的内容而定。

（2）网桥的类型

常见的网桥按照其工作原理不同分为两类：透明网桥和源路由网桥。

①透明桥（Transparent Bridge）：之所以获得透明桥这个名字，是因为它的存在和操作对网络主机是透明的。它的主要优点是易于安装，在使用时不用做任何配置，桥就能正常工作。透明桥是用于以太网环境的网桥，它能连接不同传输介质、不同传输速率的以太网，是目前应用最为广泛的一种网桥。

②源路由桥（Source-route Bridge）：源路由网桥采用与透明网桥不同的路径选择方案，主要用于连接802.5令牌环网。

（3）网桥的适用场合

在下面的情况下，可以考虑使用网桥作为扩展设备：

①需要扩展一个网络，使网络能连接更多的计算机。

②需要连接不同的网络分支，如令牌环网、以太网等。

③网络中有不同的物理介质。

④需要减少不同网络之间的数据流量，隔离广播风暴。

（4）网桥的优点

①设备简单，容易实现。

②灵活性好，适用性强。

③可以连接不同的网络分支。

④能够分割网络，减少网络流量。

⑤传输距离比中继器更远。

⑥价格便宜。

5．交换机

交换机具有集线器的功能，能进行数据的转发，但是交换机与集线器最大的区别是交换机以交换方式处理端口数据，交换机将接收到的数据帧，直接转发给数据的目的端口或目的地址所有的默认网关，从而提高了网络的效率；而集线器以共享的方式处理端口接收到的数据，然后以广播的方式发送给全网中所有的端口，从而增加了网络的流量，容易引起网络风暴。下面是两款不同端口数的交换机，如图2-12所示。

图2-12　交换机

（1）交换机的功能

交换机在源端口和目的端口之间提供点到点的连接，增加了网络吞吐量，可以在同样带宽的线路中传输更多的信息，而保证每个链路都独占网络带宽，其主要功能如下：

①采用硬件实现，速度快，可以为每一个节点提供全部网络带宽。

②交换机按数据包中的MAC地址转发数据，而不考虑数据包中的信息内容，延时少。

③每个端口都提供了专用带宽，交换机提供的总带宽是每个端口带宽之和。

④交换机提供了足够的缓冲区，并通过流量来控制消除网络拥堵。

⑤交换机的每个端口都相当于一个桥，每个桥都具有各个网段的地址表，可以将发向该网段的数据包全部接收后，再将数据包转发到目的端口。

⑥交换机可以将信息流量较多的节点连接成一个子网，每个子网成为一个冲突域，子网内可以使用集线器连接所有的节点，这样既可以扩大网络的范围，也减少了网络中的信息流量，从而提高了网络的效率。

（2）交换机的分类

①按技术分类，交换机可分为直通交换和存储转发两种。

直通交换（cut-through）：这种交换方式对传输的信息帧只读目的地址不作校验，将收到的数据帧转发到目的端口，即一旦收到信息包中的目的地址，在收到全部帧之前就开始转发。

存储转发（store-and-forward）：这种交换方式把端口收到的全部信息帧放到缓存器内存储，并进行检测，对坏包要求重发，无错的包转发到目的端口。

②按使用的网络技术分类，交换机可分为以太网交换机、令牌环网交换机、ATM交换机、快速以太网交换机等。

③按速率分类，交换机可分为10Mbps、100Mbps、10/100Mbps自适应及1000Mbps类型的以太网交换机。

④按端口数分类，交换机可分为6口、8口、12口、24口、32口、48口等。

6．路由器

路由器（Router）是一种多端口的网络设备，它能够连接多个不同网络或网段，并能将不同网络或网段之间的数据信息进行传输，从而构成一个更大的网络，如图2-13所示。

图2-13　由路由器构成的网络

（1）路由器的主要功能

路由器的主要功能有：可以在网络间截获发送到远程网段的报文，起转发的作用；选择最合理的路由，引导通信；为了便于在网络间传送报文，按照预定的规则把大的数据包分解成适当大小的数据包，到达目的地后再把分解的数据包包装成原有形式；多协议的路由器可以连接使用不同通信协议的网络段，作为不同通信协议网段通信连接的平台。

路由器像其他网络设备一样，也存在它的优缺点。它的优点主要是适用于大规模的网络，复杂的网络拓扑结构，负载共享和最优路径，能更好地处理多媒体，安全性高，隔离不需要的通信量，节省局域网的带宽，减少主机负担等。它的缺点主要是不支持非路由协议、安装复杂、价格高等。

（2）路由器的工作原理

路由器工作在OSI参考模型的网络层，是用来连接多个逻辑上分开的网络，在这里的网络指的是能够代表一个单独的网络或者一个子网。路由器在路由的过程中，所要做的主要工作是：判断网络地址和选择路径。经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。为了进行选择路径的操作，它需要保存各种传输路径的相关数据——路由表(Routing Table)。该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。路由表可以由系统管理员固定设置好，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。

（3）路由器与网桥的区别

路由器与网桥的功能相似，但是两者仍然有区别。

①网桥工作在数据链路层，而路由器工作在网络层。

②网桥分析的是网络的物理地址，路由器分析的是网络地址。

③路由器可以最大限度地阻止网络风暴，而网桥不能。

④路由器可以进行流量控制，并能对数据帧进行重分组。

⑤网桥只能通过单一的一条路径传输信息，路由器则可以有多条路径传递消息，并能选择一条最佳路径。

7．网关

网关（Gateway）又称为协议转换器，它作用在OSI参考模型的4～7层，是实现应用系统级网络互联的设备。它支持不同协议之间的转换，对数据重新进行分组，实现不同协议网络之间的通信。其两端的网络可以有以下几个方面不同：

①体系结构不同。

②协议不同。

③网络操作系统不同。

④计算机数据结构不同。

网关的主要功能是完成传输层以上的协议转换。有传输网关和应用程序网关两种。传输网关是在传输层连接两个网络的网关，应用程序网关是在应用层连接两部分应用程序的网关。由于应用网关是应用系统之间的转换，所以网关一般只适合于某种特定的应用程序系统的协议转换。网关可以是一个专用设备也可以用计算机作为硬件平台，由软件实现网关的功能。