组网技术与配置（第组网技术与配置（第 22 版）版）

第第 22 章 计算机网络组网设备章 计算机网络组网设备

安徽广播电视大学

汪本标

第第 22 章章 提要提要

1 在计算机网络组网时，要了解组网设备的用途和特点，各种组网设备在网络环境中的位置和用途，以及组网设备之间的关系。

2 常用的网络组网设备有：网卡、调制解调器、集线器 (Hub) 、中继器 (Repeater) 、桥接器、路由器和交换机 (Switch) 等。

3 本章联系具体的组网操作，结合组网技术的要求，介绍组网设备的原理、功能和使用特点。

常用的常用的计算机网络组网设备计算机网络组网设备

常用的网络组网设备有：

网卡、

集线器（ HUB ）、

中继器（ Repeater ）、

桥接器、

路由器、

交换机（ Switch ）、等。

第第 22 章目录章目录2.1 网络适配器（网卡） 2.2 调制解调器 2.3 集线器和中继器 2.4 网桥 2.5 路由器 2.6 交换机 2.7 协议转换器 2.8 资源设备

2.1 2.1 网络适配器（网卡）网络适配器（网卡）

2.1.1 网络适配器的作用和连接 2.1.2 网卡的分类 2.1.3 网卡的选择 2.1.4 网卡的参数配置

网络适配器（网卡）网络适配器（网卡）

网络适配器也称为网卡，网卡的基本功能是提供网络中计算机主机与网络电缆系统（通信传输系统）之间的接口，实现主机系统总线信号与网络环境的匹配和通信连接，接收主机传来的各种控制命令，并且加以解释执行。 现在网卡都支持全双工模式，也称为双向同时传输。 网卡插在每台工作站和服务器主机板的扩展槽里。工作站通过网卡向服务器发出请求，当服务器向工作站传送文件时，工作站也通过网卡接收响应。

网卡的图示网卡的图示

网卡的图示网卡的图示

网卡的图示网卡的图示

2.1.1 2.1.1 网卡的作用与连接网卡的作用与连接

2.1.2 2.1.2 网卡的分类网卡的分类根据数据位宽度的不同，网卡分为 8 位、 16 位、 32 位和 64 位。网卡主要是以适应何种主机总线类型来分类的。当前，各种计算机提供的总线类型主要有：工业总线 ISA ，扩展工业总线 EIAS ，外围控制器接口总线 PCI,微通道总线 MCA 等。按数据传输速率划分，有 10Mbps 、 100Mbps 、10/100Mbps 自适应网卡，以及 1Gbps 网卡。根据不同的局域网协议，网卡又分为 Ethernet 网卡、 Token Ring 网卡、 ARCNET 网卡和 FDDI 网卡几种。按有无物理上的通信线缆分类，分为有线网卡和无线网卡，

2.1.3 2.1.3 网卡的选择网卡的选择① 连接性主要是根据主机的总线类型选择不同的网卡

② 其次是网线选择，不同类型、规模、速度的网络选用不同的网线接口。

2.1.4 2.1.4 网卡的参数配置网卡的参数配置

①网卡的物理地址：网卡地址也称为 MAC （ Medium Access Control ）地址或物理地址

②中断号：计算机主机与外部设备通信的方法有 4种：无条件传送；查询；中断和直接内存访问 DMA 。网卡采用中断方式工作

③ 输入 / 输出地址（端口号）范围

④ 双向同时传输：目前的网卡均支持双向同时传输

网网卡卡的的参参数数图图示示

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2.2 2.2 调制解调器调制解调器 ModemModem

2.2.1 调制方式 2.2.2 Modem 的标准 2.2.3 Modem 的分类和功能 2.2.4 Modem 的命令集2.2.5 Modem 用到的通信协议

调制解调器调制解调器 ModemModem

调制解调器也称为信号变换设备，也叫做数据电路端接设备 DCE ，按照计算机网络两级子网的划分，它属于通信子网，但是它是用户端的设备。

数字信号的调制实际上是用基带信号对载波信号的三个特征参数：幅度、频率和相位进行调制，使这些参数随基带脉冲信号的变化而变化。

2.2.1 2.2.1 调制方式调制方式

调制方式可分为：

幅移键控法 ASK (Amplitude-Shift Keying) 、

频移键控法 FSK （ Frequency-Shift Keying ）、

相移键控法 PSK （ Phase-Shift Keying ）三类

分别称为：

调幅 AM （ Amplitude Modulation ）、

调频 FM （ Frequency Modulation ）、

调相 PM （ Phase Modulation ）。

2.2.2 2.2.2 ModemModem 标准标准

Modem 的调制方式和数据传输率大多数由国际电信联盟（ ITU ）进行标准化

ITU V.32 标准支持 9.6Kbps 数据传输率

支持 14.4Kbps 数据传输率的调制解调器的标准为 V.32bis,即 V.32 规范的扩展形式

V.32bis 规范后面是数据传输率 28.8Kbps 的 V.34 标准 , 以及支持 33.6Kbps 的 V.42 标准

1998年 ITU-T 制定出 56Kbps 的 V.90 标准。

ModemModem压缩技术和差错控制标准标准

通常使用的压缩技术和差错控制标准有两种：

1. CCITT V.42 规范和 Microcom 网络协议 MNP（ Microcom Networking Protocol ）

2. CCITT V.42bis 规范使用 Huffman （霍夫曼）编码技术

2.2.3 2.2.3 ModemModem 的分类和功能的分类和功能

① 按通信设备进行分类，可将Modem 分为拨号 Modem 和专线 Modem 。 ② 按数据传输方式进行分类，可将Modem 分为同步Modem 和异步Modem 。③ 按通信方式（数据传输方向）对Modem进行分类，可分为单向、双向交替和双向同时三种。 ④照传输率进行分类，可将Modem 分为低速，中速，和高速。 ⑤Modem安装的位置分类，分为外置 Modem 和内置 Modem 。

外置外置 ModemModem 的前面板上的前面板上 88个指示灯个指示灯及意义 及意义

调制解调器的功能调制解调器的功能⑴提供双向同时通信方式。

⑵自动拨号和应答，安全可靠回呼。

⑶自动线路质量检测、自动协商速率。

⑷自动呼叫监视、呼叫等待和自动重拨。

⑸支持常用的文件传输协议。

⑹具有存储电话号码、自动故障诊断、声光指示等。

⑺支持与 Hayes AT 命令集兼容，可以进行编程控制。

⑻可用于普通电话线路或专线。

⑼具有差错控制、数据压缩和传真功能。

⑽高级的调制解调器具有语音能力。

2.2.4 2.2.4 ModemModem 的命令集的命令集

⑴AT 命令格式

AT 命令

AT 是注意 Attention 的意思，前两个字符用大写 AT 标识，必须位于开头，命令为 AT 命令集中的一个或多个命令，命令行以回车键结束。例如：

ATDT66668888

告诉调制解调器以音频方式拨电话号码 66668888 。

命令执行结果码及使用 命令执行结果码及使用

⑶AT 命令及使用

⑵ 命令执行结果码

2.2.5 2.2.5 ModemModem 用到的通信协议 用到的通信协议 ⑴ 标准 XMMODEM

⑵XMMODEM-CRC

⑶XMMODEM-1K

⑷YMODEM

⑸YMODEM-G

⑹ZMODEM

⑺Kermit

⑻MNPMNP 是 Microcom 公司开发的通信协议

2.3 2.3 集线器（集线器（ HUBHUB ）和中继器（）和中继器（ RepeatRepeaterer ））

2.3.1 集线器 2.3.2 中继器

2.3.1 2.3.1 集线器（集线器（ HUBHUB ））

集线器又称为 HUB ，实质上为多端口的中继器

在使用时，可以把集线器连接的网络看成一个共享式总线，在集线器的内部，各端口之间相互连在一起的。

集线器可分为独立式、叠加式、智能模块化，有 8 端口、 16 端口、 24 端口多种规格

集线器支持的数据传输率为 10Mbps 或 100Mbps 。

2.3.2 2.3.2 中继器（中继器（ RepeaterRepeater ））

中继器用于同种局域网络的互连，是在物理层次上实现互连的网络互连设备，用于扩展网段的距离。

电信号强度在电缆中传送时随电缆长度增加而递减，这种现象叫衰减，对长距离传输有影响。

中继器常用来将几个网段连接起来，通过中继器将信号放大，然后在另一个网段上继续传输。

中继器具有以下特点中继器具有以下特点

⑴ 中继器可以重发信号，这样可以扩展网段的距离。⑵ 中继器主要用在同种 LAN互连中，如 IEEE 802.3 LAN 和 Ethernet 网。⑶ 中继器工作在网络体系结构模型的最低层物理层。⑷ 由中继器连接起来的各网段必须采用同样的信道访问协议，例如 CSMA/CD 协议。⑸ 由中继器连接的网段构成一个更大的网段，并且有着相同的网络地址，属于一个冲突域。⑹ 网段上的每一个节点都有自己的地址。 ⑺ 中继器以与它相连的网络同样的速度发送数据。

2.4 2.4 网桥（网桥（ BridgeBridge ））

2.4.1 网桥的功用 2.4.2 网桥的工作原理

2.4.1 2.4.1 网桥的功用网桥的功用 网桥是一种在数据链路层实现局域网络互连的存储转发设备。 局域网络结构上的差异体现在介质访问协议 MAC上，因而网桥被广泛用于异种局域网的互连。网桥从一个网段接收完整的数据帧，进行必要的比较和验证，然后决定是丢弃还是发送给另外一个网段。转发前网桥可以在数据帧之前增加或删除某一些字段，但不进行路由选择。 因此，网桥具有隔离网段的功能，在网络上适当地使用网桥可以起到调整网络的负载，

2.4.2 2.4.2 网桥的的工作原理网桥的的工作原理

网桥按工作原理分为两类：1 一类为透明网桥，也叫生成树桥，由各个网桥自己来决定路径选择。透明桥采用逆向学习的方法获得路径信息，每个网桥都有一张路径表，表中记录端口和网络地址的对照信息。

2 另一类称为源选路径桥，由源端主机决定帧传输要经过的路径，在初始由源端主机发出传向各个目的站点的查询帧，途径的每个网桥转发该帧，查询帧到达目的站点后，再返回源端，返回时，途径的网桥将它们自己的标识记录在应答帧中，这样可以从不同的返回路径中找到一条最佳的路径。

网桥的问题 网桥的问题

网桥的问题是：

网桥对接收的帧要先存储和查找站表，决定是否转发，增加了时延；

网桥在 MAC子层并没有流量控制功能；

网桥连接只能适用通信量不是很大的应用；

若同时有大量的向其他网段转发的通信量，容易形成广播风暴。

2.5 2.5 路由器路由器

2.5.1 路由器的作用 2.5.2 路由器的工作原理

2.5.1 2.5.1 路由器的作用路由器的作用

路由器是实现异种网络连接的互连设备，工作在 OSI的第三层 。路由器在转发分组时，依据的是网络层分组头部的路由信息。 路由器可以根据网络层的协议类型、网络号、主机的网络地址、子网掩码、高层协议的类型等来监控、拦截和过滤信息。路由器和网桥本身就是一台计算机。 路由器也需要操作系统才能进行网络系统配置，以及和其它路由器交换信息。路由器是网络中进行网间连接的关键设备。

2.5.2 2.5.2 路由器的工作原理路由器的工作原理

1 路由器可以根据网络层的协议类型、网络号、主机的网络地址、子网掩码、高层协议的类型等来监控、拦截和过滤信息。

2 路由器通过 IP 地址和子网掩码的组合隔离各个子网，有利于子网的划分、维护和管理。

3 路由器还有流量控制能力，可以采用优化的路由算法均衡网络负载，减少网络拥塞的发生。

4 路由器具有很好的隔离能力，可以避免广播风暴，也利于提高网络的安全性和保密性

路由器的内部结构 路由器的内部结构

主内存 (RAM)

NVRAM CPU

FLASH

ROM

广域网口 局域网口 控制台口 辅助端口

外接端口

路由器的背面及插槽路由器的背面及插槽

2.6 2.6 交换机（交换机（ SwitchSwitch ））

2.6.1 交换机的工作原理 2.6.2 交换机的交换方式 2.6.3 交换机的功能和性能 2.6.4 交换机的分类 2.6.5 交换机的级联和堆叠 2.6.6 交换机与网桥、路由器的比较 2.6.7 三层交换的概念 2.6.8 局域网采用三层交换技术 2.6.9 三层交换与传统路由器的比较

交换机（交换机（ SwitchSwitch ））交换就是转接。交换机是一个连接设备，是在第二层实现连接。

交换机容易与电话公司的程控交换机相混淆，一般称为计算机交换机。

用集线器 Hub 连接的网络，可以类比日常生活交通中的平面交通，而用交换机连接的网络可以类比立体交通。

2.6.1 2.6.1 交换机的工作原理交换机的工作原理

交换机是一个多端口的网桥，

每个端口都有桥接功能，

它能够在任意一对端口间转发帧，

每一个端口属于一个冲突域，

按照 CSMA/CD 协议工作，

交换机中的电路可以把任意端口的网段与别的端口的网段在数据链路层上连接起来，如图 1.41

交换机的工作原理及内部构造交换机的工作原理及内部构造

2.6.2 2.6.2 交换机的交换方式交换机的交换方式 以太网交换机的交换方式分为静态方式和动态方式。静态方式的特点是端口间的通道由人工事先配置，两个端口间的连接类似于硬件连接，端口按固定的连接方式交换帧。

动态交换方式又分为：

存储转发（ Store Forward ）；

直通；

帧碎片丢弃。

2.6.3 2.6.3 交换机的功能和性能交换机的功能和性能⑴ 端口 - 站地址表的大小

⑵ 端口的自适应性

⑶ 单位时间转发帧的能力；流量控制能力；交换机是否具备双向同时传输（全双工）能力

⑷ 帧延时的大小

⑸ 交换机端口对地址的支持

⑹ 对虚拟局域网 VLAN 的支持

交换机的主要技术参数交换机的主要技术参数⑴ 转发技术，交换机采用直通转发、存储转发和帧碎片丢弃转发技术的哪一种。

⑵ 延时，交换机数据交换延时的时间值。延时与交换机采用的转发技术有关。

⑶ 管理功能。

⑷ 单 / 多 MAC 地址类型。

⑸ 外接监视支持

⑹ 扩展树，交换机是否提供扩展树算法或其他算法，检测并限制拓扑环。

⑺ 全双工，也即双向同时传输。

2.6.4 2.6.4 交换机的分类交换机的分类1 交换机可以分为不同的类型，例如：以太网交

换机、 ATM 交换机等等。2 从应用规模上可以分为企业级交换机、部门级

交换机和工作组交换机。3 从结构上可以分为模块式交换机和固定配置交

换机。 4 模块式交换机又称为机箱式交换机，可以根据需要配置不同的模块，模块可以插拔，交换机上有相应的插槽，使用时将模块插入插槽中，所以具有很强的可扩展性。

2.6.5 2.6.5 交换机的级联和堆叠交换机的级联和堆叠

1 交换机之间的连接有级联和堆叠两种方案。 2 交换机的级联方法是：将一台作为主交换机，其他的交换机

作为二级交换机，将交换机的某个端口与主交换机的端口连接。

3 要对交换机进行堆叠，需要使用支持堆叠功能的堆叠式交换机 ，将若干台堆叠在一起的交换机可以看作为一台具有很多端口的大型交换机。

4 堆叠与级联的区别 :级联是通过交换机的某个端口与上级交换机进行连接；堆叠是将交换机的背板通过高速线路连接在一起。

2.6.6 2.6.6 交换机与网桥、路由器的比较交换机与网桥、路由器的比较

1 交换机和网桥都是工作在第二层的网络连接设备，交换机对网络进行分段的方式和网桥相同，它实际上是一个多端口的网桥。交换机和网桥之间的主要差别体现在 3 个方面。

2 交换机运行在 OSI 模型的第二层 ( 数据链路层 ) ，路由器运行在第三层 。

3 第三层和第四层交换机能够比路由器更快地转发数据，延迟较短，比路由器更容易安装和配置。但一般来说，这些交换机的整体性能还是比不上路由器。

2.6.7 2.6.7 三层三层交换的概念交换的概念

1 二层交换的问题是，其工作是基于 MAC 地址，不涉及网络层的功能，没有路由能力。

2 路由器存在的问题是，路由器的大部分功能均由软件实现，造成延时长，吞吐率受到限制。路由器对数据包的处理需要拆包、查看第三层信息。

3 交换机是基于硬件结构的，对帧的转发处理过程非常简单，可以达到很高的吞吐量。

4 一个想法是使交换机既保持高性能，又具有路由能力，这种思想导致了三层路由交换机的出现。

2.6.8 2.6.8 局域网采用三层交换技局域网采用三层交换技术术

第一种称为下一跳解析协议 NHRP （ Next Hop Resolution Protocol ），采用的技术称为“路由一次，随后交换”。

CiscoCisco 公司提出的公司提出的 NetFlowNetFlow交交换换

三层交换机可以完成的功能三层交换机可以完成的功能

⑴通过第三层信息决定分组转发路径。

⑵通过校验字段检验第三层协议头部。

⑶检查分组的生命期字段 TTL，可以更新生命周期。

⑷对管理信息库MIB中的统计信息进行更新。

⑸通过检查分组头部信息实现安全性控制。

⑹对分组选项字段信息响应和处理。

⑺通过标准的路由协议，例如 RIP 、 OSPF ，可以与广域网路由器通信。

2.6.9 2.6.9 三层交换与传统路由器的比较三层交换与传统路由器的比较

2.7 2.7 协议转换器（协议转换器（ GatewayGateway））

2.7.1 协议转换器的作用 2.7.2 网络互连设备的层次和包含关系

2.7.1 2.7.1 协议转换器的作用协议转换器的作用1 协议转换器 (Gateway) 在有些书上也称为网关，但是协议转换器和网关是两个完全不同的概念。

2 协议转换器是互连设备，网关是处在内网和外网之间的设备，相当于内、外网间的屏障，在内、外网之间设置一台路由器或一台代理服务器都可以用做网关。

3 协议转换器实现传输层及以上层的网络互连，由于互连涉及到的层次高，协议转换器比较复杂，一般用在有特殊用途要求的网络互连。

2.7.2 2.7.2 网络互连设备的层次和包含关系网络互连设备的层次和包含关系

2.8 2.8 资源设备资源设备

2.8.1 服务器主机 2.8.2 工作站主机

服务器（ Server ）、工作站（Work Station）、发送和接收数据的设备等。

软件、数据、人的经验和能力。

2.8.1 服务器主机

1 服务器 (Server) 是指提供服务的软件或硬件，或两者的结合体。这里所说的服务器是指局域网络服务器计算机。

2 专用网络服务器与普通电脑的主要区别在于：专用服务器具有更好的安全性和可靠性、更加注重系统的 I/O 吞吐能力。

3 按服务器所提供的功能不同又分为文件服务器(Fi1e Server)和应用服务器 (Application Server)。

2.8.2 工作站主机

1 当一台计算机连接到网络上时，它就成为网络上的一个节点，又称为网络工作站或网络客户，简称工作站 (Work Station) 。

2 工作站仅仅为它们的操作者服务，而服务器则为网络上的许多人共享它的资源提供服务。

3 网络工作站可以不配置软驱和光驱，而且硬盘可以选择容量较小的，这样不仅可以充分利用服务器的资源，节省资金，还可防止病毒感染，保证网络安全 。