1.4 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通常是指將不同的網(wǎng)絡(luò)或相同的網(wǎng)絡(luò)用互聯(lián)設(shè)備連接在一起而形成一個范圍更大的網(wǎng)絡(luò)，也指為提高網(wǎng)絡(luò)性能和易于管理而將一個原來很大的網(wǎng)絡(luò)劃分為幾個子網(wǎng)或網(wǎng)段。

對局域網(wǎng)而言，所涉及的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題有網(wǎng)絡(luò)距離延長、網(wǎng)段數(shù)量的增加、不同局域網(wǎng)之間的互聯(lián)等。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中常用的設(shè)備有網(wǎng)卡、中繼器（Repeater）、集線器（Hub）、交換機（Switch）、路由器（Router）、調(diào)制解調(diào)器（Modem）和網(wǎng)關(guān)（Gateway）等。

1.4.1 網(wǎng)卡

網(wǎng)卡又稱網(wǎng)絡(luò)適配器或網(wǎng)絡(luò)接口卡（Network Interface Card，NIC），是使計算機聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，如圖1-14所示。平常所說的網(wǎng)卡就是將個人計算機和局域網(wǎng)連接的網(wǎng)絡(luò)適配器。

網(wǎng)卡插在計算機主板插槽中，負責將用戶要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備能夠識別的格式，通過網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)傳輸。網(wǎng)卡的主要技術(shù)參數(shù)為帶寬、總線接口類型、電氣接口方式等。網(wǎng)卡的基本功能為從并行到串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、包的裝配和拆裝、網(wǎng)絡(luò)存取控制、數(shù)據(jù)緩存和網(wǎng)絡(luò)信號收發(fā)。目前主要使用8位和16位的網(wǎng)卡。

網(wǎng)卡必須具備兩大技術(shù)：網(wǎng)卡驅(qū)動技術(shù)和I/O技術(shù)。網(wǎng)卡驅(qū)動技術(shù)使網(wǎng)卡和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)兼容，實現(xiàn)個人計算機與網(wǎng)絡(luò)的通信。I/O技術(shù)可以通過數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)個人計算機和網(wǎng)卡之間的通信。網(wǎng)卡是計算機網(wǎng)絡(luò)中最基本的設(shè)備。在計算機局域網(wǎng)絡(luò)中，如果有一臺計算機沒有網(wǎng)卡，那么這臺計算機將不能和其他計算機進行網(wǎng)絡(luò)通信，也就是說，這臺計算機和網(wǎng)絡(luò)是孤立的。

1.網(wǎng)卡的分類

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不同，網(wǎng)卡的分類也有所不同，如大家熟知的以太網(wǎng)網(wǎng)卡、令牌環(huán)網(wǎng)卡和ATM網(wǎng)卡等。據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)約有90%以上的局域網(wǎng)采用以太網(wǎng)網(wǎng)卡。

目前，網(wǎng)卡一般分為普通工作站網(wǎng)卡和服務(wù)器專用網(wǎng)卡。因為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)種類較多，性能也有差異，所以網(wǎng)卡也可按以下的標準進行分類。

按網(wǎng)卡所支持帶寬的不同，網(wǎng)卡可分為10 Mbit/s網(wǎng)卡、100 Mbit/s網(wǎng)卡、10/100 Mbit/s自適應(yīng)網(wǎng)卡、1000 Mbit/s網(wǎng)卡。

按網(wǎng)卡總線接口類型的不同，網(wǎng)卡可以分為ISA網(wǎng)卡、EISA網(wǎng)卡和PCI網(wǎng)卡三類，其中PCI網(wǎng)卡較常使用。ISA網(wǎng)卡的帶寬一般為10Mbit/s，PCI網(wǎng)卡的帶寬從10Mbit/s到1000Mbit/s都有。PCI網(wǎng)卡要比ISA網(wǎng)卡快。

2.網(wǎng)卡的接口類型

根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同，網(wǎng)卡出現(xiàn)了AUI接口（粗同軸電纜接口）、BNC接口（細同軸電纜接口）、RJ-45接口（雙絞線接口）、光纖接口四種接口類型。其中AUI接口（粗纜接口）、BNC接口（細纜接口）現(xiàn)在已很少用到，所以在選用網(wǎng)卡時，應(yīng)注意網(wǎng)卡所支持的接口類型，否則可能不適用于你的網(wǎng)絡(luò)。

3.網(wǎng)卡的選購

選購網(wǎng)卡時應(yīng)注意以下幾個要點。

（1）網(wǎng)卡的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，以太網(wǎng)網(wǎng)卡有10 Mbit/s、100 Mbit/s、10/100 Mbit/s及1000 Mbit/s網(wǎng)卡。對于大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡(luò)來說，服務(wù)器應(yīng)該采用千兆以太網(wǎng)網(wǎng)卡，這種網(wǎng)卡多用于服務(wù)器與交換機之間的連接，以提高整體系統(tǒng)的響應(yīng)速率。10 Mbit/s、100 Mbit/s和10/100 Mbit/s網(wǎng)卡則屬于人們經(jīng)常購買且常用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這三種產(chǎn)品的價格相差不大。

所謂10/100 Mbit/s自適應(yīng)是指網(wǎng)卡可以與遠端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（集線器或交換機）自動協(xié)商，確定當前的可用速率是10 Mbit/s還是100 Mbit/s。通常的變通方法是購買10/100 Mbit/s網(wǎng)卡，這樣既有利于保護已有的投資，又有利于網(wǎng)絡(luò)的進一步擴展。就整體價格和技術(shù)發(fā)展而言，千兆以太網(wǎng)到桌面機已逐漸增加，但10 Mbit/s的時代已經(jīng)逐漸遠去。因此對中小企業(yè)來說，應(yīng)該盡可能采購高速網(wǎng)卡。

（2）注意總線接口方式。

1994年以來，PCI及其升級的PCI-E總線接口標準日益成為網(wǎng)卡的首選總線架構(gòu)，目前已牢固地確立了在服務(wù)器和高端桌面機中的地位。PCI 總線以太網(wǎng)網(wǎng)卡的高性能、易用性和增強了的可靠性使其被標準以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)廣泛采用，并得到了個人計算機業(yè)界的支持。

（3）網(wǎng)卡兼容性和運用的技術(shù)。

快速以太網(wǎng)在桌面級普遍采用10Base-TX技術(shù)，以非屏蔽雙絞線為傳輸介質(zhì)，因此，快速以太網(wǎng)的網(wǎng)卡設(shè)一個 RJ-45 接口。由于小型辦公室網(wǎng)絡(luò)普遍采用雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，并進行結(jié)構(gòu)化布線，因此選擇單一RJ-45接口的網(wǎng)卡就可以了。

適用性好的網(wǎng)卡應(yīng)通過各主流操作系統(tǒng)的認證，至少具備如下操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序：Windows、Linux、UNIX和MacOS。智能網(wǎng)卡上自帶處理器或帶有專門設(shè)計的AISC芯片，可承擔使用非智能網(wǎng)卡時由計算機處理器承擔的一部分任務(wù)，因此即使在網(wǎng)絡(luò)信息流量很大時，也極少占用計算機的內(nèi)存和CPU時間。智能網(wǎng)卡性能好，但價格較高，主要用在服務(wù)器上。

另外，有的網(wǎng)卡在BootROM上“做文章”，加入防病毒功能；有的網(wǎng)卡則與主機板配合，借助一定的軟件，實現(xiàn)Wake on LAN（遠程喚醒）功能，可以通過網(wǎng)絡(luò)遠程啟動計算機；還有許多臺式計算機干脆將網(wǎng)卡集成到了主機板上，筆記本電腦或移動終端則把網(wǎng)卡作為主機基礎(chǔ)硬件。

（4）網(wǎng)卡生產(chǎn)商。

由于網(wǎng)卡技術(shù)的成熟性，目前生產(chǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)卡的廠商除國外的3Com、英特爾和IBM等公司外，還有中國臺灣的多家公司，后者生產(chǎn)的網(wǎng)卡（或集成芯片）性能好，價格低，具有較強的優(yōu)勢。

1.4.2 中繼器

中繼器（Repeater）又稱為轉(zhuǎn)發(fā)器，是物理層連接設(shè)備，如圖1-15所示。由于存在損耗，因此在線路上傳輸?shù)男盘柟β蕰饾u衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，這會導(dǎo)致接收錯誤。中繼器就是為解決這一問題而設(shè)計的。中繼器完成物理線路的連接，對衰減的信號進行放大，保持與原數(shù)據(jù)相同。

中繼器負責在兩個節(jié)點的物理層上按位傳輸信息，完成信號的復(fù)制、調(diào)整和放大功能，以此來延長網(wǎng)絡(luò)的長度，如圖1-16所示。（LED/LCD代表臺式計算機或筆記本電腦，下同）

中繼器分為近程中繼器和遠程中繼器兩種，近程中繼器的傳輸距離為50～100m，遠程中繼器的傳輸距離為1000～5000m，用中繼器連接不同網(wǎng)段如圖1-17所示。

以太網(wǎng)標準約定在一個以太網(wǎng)上最多只允許出現(xiàn)5個網(wǎng)段，最多只能使用4個中繼器，在一個網(wǎng)段上最多只允許連接2個中繼器，而且其中只有3個網(wǎng)段可掛接計算機終端。

雙絞線以太網(wǎng)布線可總結(jié)為“54321規(guī)則”，適用于綜合布線，具體如下。

5：允許5個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段的最大長度為100 m。

4：在同一信道上允許連接4個中繼器或集線器。

3：在其中的3個網(wǎng)段上可以增加節(jié)點。

2：在另2個網(wǎng)段上，除作為中繼器鏈路外，不能接任何節(jié)點。

1：上述規(guī)則將組建一個大型的沖突域，最大站點數(shù)為1024個，網(wǎng)絡(luò)直徑達2500 m。

圖1-18顯示了中繼器的概念結(jié)構(gòu)。

中繼器的優(yōu)點是安裝簡便，使用方便，價格便宜。由于技術(shù)的進步，使用銅纜接口（雙絞線或同軸電纜）的中繼器已不多見，目前主要使用光纖中繼器通過光纜（光纖）來連接距離較遠的網(wǎng)絡(luò)。

1.4.3 交換機

交換機（Switch）是一種具有簡化、低價、高性能和高端口密集特點的交換技術(shù)產(chǎn)品，交換機在OSI參考模型的第二層操作。交換機按每一個包（或分組）中的MAC地址中相對簡單的決策信息進行轉(zhuǎn)發(fā)。交換機的轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小。交換機提供了許多網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能，能經(jīng)濟地將網(wǎng)絡(luò)分成小的沖突網(wǎng)域，為每個工作站提供更大的帶寬。利用專門設(shè)計的集成電路可使交換機以線路速率在所有的端口并行轉(zhuǎn)發(fā)信息。交換機產(chǎn)品如圖1-19所示。

集線器的特點是共享帶寬。在共享帶寬的集線器中，若接入集線器的終端用戶有n個，則每個終端用戶可用的帶寬為總帶寬的1/n。例如，設(shè)集線器的入口總帶寬為10 Mbit/s，若有4個終端用戶連接，則每個終端用戶所能使用的帶寬為2.5 Mbit/s。若終端用戶增加到8個，則每個終端用戶所能使用的帶寬僅為總帶寬的1/8，即1.25 Mbit/s。由此看出，接入集線器的終端用戶越多，每個終端用戶所能使用的帶寬就越小，其網(wǎng)絡(luò)效率也隨之下降。

而交換機具有“獨占帶寬”的特性，無論接入交換機的終端用戶有多少個，每個終端用戶所使用的帶寬與交換機的接入帶寬都完全一致。例如，設(shè)交換機的接入帶寬為100 Mbit/s，無論接入交換機的終端用戶有多少個，每個終端用戶占用的帶寬均為100 Mbit/s。

1.交換機的功能和特點

（1）具有與集線器同樣的功能。

（2）具有存儲轉(zhuǎn)發(fā)、分組交換能力。

（3）具有子網(wǎng)和虛擬專用網(wǎng)管理能力。

（4）各終端用戶獨占帶寬。

（5）交換機可以堆疊。

2.交換機的分類

交換機包括電話交換機和數(shù)據(jù)交換機兩種，下面所討論的都是指數(shù)據(jù)交換機。從規(guī)模應(yīng)用上講，局域網(wǎng)交換機可分為企業(yè)級交換機、部門級交換機和工作組級交換機等。

當局域網(wǎng)交換機作為骨干交換機時，支持500個信息點及以上的大型企業(yè)應(yīng)用的交換機為企業(yè)級交換機，支持300個信息點及以下的中型企業(yè)應(yīng)用的交換機為部門級交換機，支持100個信息點以內(nèi)的交換機為工作組級交換機。

3.三種交換技術(shù)

（1）端口交換。

端口交換技術(shù)最早出現(xiàn)在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條以太網(wǎng)網(wǎng)段（每條網(wǎng)段為一個廣播域），不用網(wǎng)橋或路由器連接，網(wǎng)絡(luò)之間是互不相通的。以太網(wǎng)模塊插入后通常被分配到某個背板的網(wǎng)段上，端口交換用于將以太網(wǎng)模塊的端口在背板的多個網(wǎng)段之間進行分配、平衡。

（2）幀交換。

幀交換是目前應(yīng)用最廣的局域網(wǎng)交換技術(shù)，它通過對傳統(tǒng)傳輸介質(zhì)進行微分段，提供并行傳輸?shù)臋C制，來減小沖突域，獲得大的帶寬。一般來講，每個公司的產(chǎn)品的實現(xiàn)技術(shù)均會有差異，但對網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式一般有以下兩種。

①直通交換。提供線速處理能力，交換機只讀出接收到的網(wǎng)絡(luò)幀的前14個字節(jié)，就將網(wǎng)絡(luò)幀傳輸?shù)较鄳?yīng)的端口上。

②存儲轉(zhuǎn)發(fā)。通過對網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進行錯誤校驗和控制。

直通交換技術(shù)的交換速度非常快，但缺乏對網(wǎng)絡(luò)幀進行更高級的控制，缺乏智能性和安全性，同時無法支持具有不同速度的端口的交換。因此，各廠商把存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)作為重點。

有的廠商甚至對網(wǎng)絡(luò)幀進行分解，將網(wǎng)絡(luò)幀分解成固定大小的信元，信元處理極易用硬件實現(xiàn)，處理速度快，同時能夠完成高級控制功能，如優(yōu)先級控制。

（3）信元交換。

ATM交換機采用固定長度為53個字節(jié)的信元進行交換。由于長度固定，因此信元交換便于用硬件實現(xiàn)。ATM交換機采用專用的非差別連接，并行運行，可以通過一個交換機同時建立多個節(jié)點，但并不會影響每個節(jié)點之間的通信能力，還容許在源節(jié)點和目標節(jié)點間建立多個虛擬鏈接，以保障足夠的帶寬和容錯能力。同時ATM交換機采用了統(tǒng)計時分電路進行復(fù)用，從而能大大提高通道的利用率，達到25 Mbit/s、155 Mbit/s、622 Mbit/s，甚至達到2.4 Gbit/s的傳輸能力。

4.交換機選購

局域網(wǎng)交換機是組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心設(shè)備。對用戶而言，局域網(wǎng)交換機主要的指標是端口的配置、數(shù)據(jù)交換能力、包交換速度等因素。因此，在選擇交換機時要注意以下事項。

（1）交換端口的數(shù)量。

（2）交換端口的類型。

（3）系統(tǒng)的擴充能力。

（4）主干線連接手段。

（5）交換機的總交換能力。

（6）是否需要路由選擇能力。

（7）是否需要熱切換能力。

（8）是否需要容錯能力。

（9）能否與現(xiàn)有設(shè)備兼容，順利銜接。

（10）網(wǎng)絡(luò)管理能力。

1.4.4 路由器

路由器是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如圖1-20所示。路由器能夠利用一種或幾種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將本地或遠程的一些獨立的網(wǎng)絡(luò)連接起來，每個網(wǎng)絡(luò)都有自己的邏輯標識。路由器通過邏輯標識將指定類型的封包（如IP 包）從一個邏輯網(wǎng)絡(luò)中的某個節(jié)點，進行路由選擇，傳輸?shù)搅硪粋€網(wǎng)絡(luò)上的某個節(jié)點。

路由就是指通過網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點移動到目標地點的活動。一般來說，在路由過程中，信息至少會經(jīng)過一個中間節(jié)點。

路由和交換之間的主要區(qū)別是，交換發(fā)生在 OSI 參考模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由發(fā)生在第三層（網(wǎng)絡(luò)層）。這一區(qū)別決定了路由和交換在移動信息的過程中需要使用不同的控制信息，所以兩者實現(xiàn)各自功能的方式是不同的。

路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點設(shè)備。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇（Routing），這是路由器名稱的由來（Router，轉(zhuǎn)發(fā)者）。作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了基于TCP/IP的Internet的主體脈絡(luò)，也可以說，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了Internet的骨架。路由器的處理速度是網(wǎng)絡(luò)通信的主要瓶頸之一，路由器的可靠性則直接影響著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的質(zhì)量。因此，在園區(qū)網(wǎng)、廣域網(wǎng)，乃至整個Internet研究領(lǐng)域中，路由器技術(shù)始終處于核心地位，其發(fā)展歷程和方向成為整個Internet研究的一個縮影。

路由器的一個作用是連通不同的網(wǎng)絡(luò)，另一個作用是選擇信息傳輸?shù)木€路。選擇通暢快捷的近路，能大大提高通信速度，減輕網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信負荷，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)暢通率，從而讓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)揮出更大的效益。

通過廣域網(wǎng)（WAN）實現(xiàn)局域網(wǎng)（LAN）之間的互聯(lián)，通常都使用路由器，廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的連接如圖1-21所示。

路由器連接網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議概念結(jié)構(gòu)如圖1-22所示。