【1.2.1】网络硬件

网络是计算机或类似计算机的网络设备的集合,它们之间通过各种传输介质进行连接。无论设备之间如何连接,网络都是将来自于其中一台网络设备上的数据,通过传输介质传输到另外一台网络设备上。

本节将基于这个过程讲解网络的组成。

  • 网卡
  • 网络电缆
  • 网络设备

一、网卡

网卡也被称为网络适配器(Network Adapter),是连接计算机和传输介质的接口。网卡主要用来将计算机数据转换为能够通过传输介质传输的信号。

1.1 网卡种类

网络设备要访问互联网,就需要通过网卡进行连接。由于上网的方式不同,所使用的网卡种类也会不同。网卡的种类有以下几种:

1) 有线网卡

有线网卡就是通过“线”连接网络的网卡。这里所说的“线”指的是网线。有线网卡常见形式如图所示。

2) 无线网卡

与有线网卡相反,无线网卡是不需要通过网线进行连接的,而是通过无线信号进行连接。无线网卡通常特指 Wi-Fi 网络的无线网卡。无线网卡常见形式如图所示。

3) 蓝牙适配器

蓝牙适配器也是一种无线网卡。蓝牙适配器与无线网卡的区别是数据通信方式不同。蓝牙适配器常见样式如图所示。

1.2 按安装方式分类

网卡通常是网络设备的从属设备。根据其安装方式,网卡可以分为内置网卡和外置网卡。

1) 内置网卡

由于网卡已经成为连接网络的必要设备,所以很多网络设备都内置了网卡。因此,内置网卡也被称为集成网卡。例如,现在的主板都集成了有线网卡,如图所示。箭头所指的接口就是内置网卡提供的有线网卡接口。

2) 外置网卡

除了内置网卡外,很多网络设备都允许用户安装额外的网卡。这类网卡被称为外置网卡,有时被称为独立网卡。由于它可以插在主板的各种扩展插槽中,所以可以随意拆卸,具有一定的灵活性。上面所说的有线网卡和无线网卡就属于外置网卡。

二、网络电缆

网络电缆用来连接网络中的各个设备,供设备之间进行数据通信。常见的网络电缆有双绞线、光纤、电话线等。

2.1 双绞线

双绞线也就是网线。它是由两根具有绝缘保护层的铜导线缠绕组成的,如图所示。这样的铜线一共有 8 根。每根都通过对应的颜色进行区分。现实生活中,家庭和企业中的计算机进行上网,一般都是通过双绞线连接网络。这些双绞线在排序上往往采用 EIA/TIA 568B 的线序,依次为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。

2.2 光纤

光纤是一种传输光信号的细而柔软的媒质,多数光纤在使用前必须由几层保护结构包裹,如图所示。光纤的主要作用是把要传送的数据由电信号转换为光信号进行通信。在光纤的两端分别装有“光猫”进行信号转换。

2.3 电话线

电话线就是连接电话的线。电话线也是由绝缘保护层的铜导线组成的。与双绞线不同的是,电话线只有 2 根或 4 根线,而且不一定会缠绕在一起,也没有颜色排序,如图所示。

三、网络设备

网络设备指的是网络组成中的设备,如交换机、路由器、调制解调器等。它们是发送或接收数据的终端设备。

3.1 交换机

交换机(Switch)可以将多个网络设备连接起来组成一个局域网。它是一种用于电(光)信号转发的网络设备,用来进行数据交换。交换机外观如图所示。

3.2 路由器

路由器(Router)又称网关设备(Gateway),用于连接多个逻辑上分开的网络。所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网中时,可通过路由器的路由功能来完成。它会根据信道的情况自动选择和设定路由,以最佳路径,按前后顺序发送信号。路由器也是用来进行数据转换的。路由器与交换机很容易区分,最大的区别是,路由器上有 WAN 口和 LAN 接口,而交换机没有这些接口。

常见的路由器外观如图所示。

3.3 调制解调器

调制解调器(Modem),俗称“猫”,是一种计算机硬件。它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的脉冲信号,而这些脉冲信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收,并翻译为计算机的数字信号语言。调制解调器外观如图所示。

五、讨论

5.1 交换机和路由器,集线器

  • 集线器是物理层设备,采用广播的形式来传输信息。
  • 交换机就是用来进行报文交换的机器。多为链路层设备(二层交换机),能够进行地址学习,采用存储转发的形式来交换报文.。
  • 路由器的一个作用是连通不同的网络,另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路,能大大提高通信速度,减轻网络系统通信负荷,节约网络系统资源,提高网络系统畅通率。

首先说HUB,也就是集线器。它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。 而交换机(又名交换式集线器)作用与集线器大体相同。但是两者在性能上有区别:集线器采用的式共享带宽的工作方式,而交换机是独享带宽。 这样在机器很多或数据量很大时,两者将会有比较明显的。而路由器与以上两者有明显区别,它的作用在于连接不同的网段并且找到网络中数据传输最合适的路径。路由器是产生于交换机之后,就像交换机产生于集线器之后,所以路由器与交换机也有一定联系,不是完全独立的两种设备。路由器主要克服了交换机不能路由转发数据包的不足。 

交换机和路由器的区别

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条总线上,控制电路收到数据包以后,处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC(网卡的硬件地址)的NIC(网卡)挂接在哪个端口上,通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口,目的MAC若不存在则广播到所有的端口,接收端口回应后交换机会“学习”新的地址,并把它添加入内部MAC地址表中。   使用交换机也可以把网络“分段”,通过对照MAC地址表,交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发,可以有效的隔离广播风暴,减少误包和错包的出现,避免共享冲突。 

交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段,连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽,无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时,节点B可同时向节点C发送数据,而且这两个传输都享有网络的全部带宽,都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机,那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps,而使用10Mbps的共享式HUB时,一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。 

总之,交换机是一种基于MAC地址识别,能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址,并把其存放在内部地址表中,通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径,使数据帧直接由源地址到达目的地址。

从过滤网络流量的角度来看,路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在网络物理层,从物理上划分网段的交换机不同,路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。例如,一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段,只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。对于每一个接收到的数据包,路由器都会重新计算其校验值,并写入新的物理地址。因此,使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的交换机慢。但是,对于那些结构复杂的网络,使用路由器可以提高网络的整体效率。路由器的另外一个明显优势就是可以自动过滤网络广播。

总的来说,路由器与交换机的主要区别体现在以下几个方面: 

(1)工作层次不同

  最初的的交换机是工作在数据链路层,而路由器一开始就设计工作在网络层。由于交换机工作在数据链路层,所以它的工作原理比较简单,而路由器工作在网络层,可以得到更多的协议信息,路由器可以做出更加智能的转发决策。 

(2)数据转发所依据的对象不同 

交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用IP地址来确定数据转发的地址。IP地址是在软件中实现的,描述的是设备所在的网络。MAC地址通常是硬件自带的,由网卡生产商来分配的,而且已经固化到了网卡中去,一般来说是不可更改的。而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。 

(3)传统的交换机只能分割冲突域,不能分割广播域;而路由器可以分割广播域 

由交换机连接的网段仍属于同一个广播域,广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播,在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域,广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有VLAN功能,也可以分割广播域,但是各子广播域之间是不能通信交流的,它们之间的交流仍然需要路由器。 

(4)路由器提供了防火墙的服务 

路由器仅仅转发特定地址的数据包,不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送,从而可以防止广播风暴。

 

参考资料

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