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第8章组网技术
8.1 常见的网络设备 8.2 局域网组网技术 8.3 无线组网技术
8.1 常见的网络设备
8.1.1 网卡网卡又称为网络适配器（adapter）或网络接口卡NIC
（Network Interface Card），网卡（如图8−1 所示）是局域网中连接计算机和传输介质的接口，不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等。网卡的基本功能主要有3 个方面：① 数据转换；② 数据缓存；③ 通信服务。 8.1.2 中继器中继器（Repeater）工作于OSI 的物理层，是局域网上所有结点的中心，如图8−2 所示。它是最简单的网络互连设备，连接同一个网络的两个或多个网段。中继器的主要优点是安装简便、使用方便、价格便宜。
由器皆为通用路由器。专用路由器通常为实现某种特定功能对路由器接口及硬件等作专门优化。例如接入服务器用做接入拨号用户，增强PSTN 接口以及信令能力；VPN 路由器用于为远程VPN 访问用户提供路由，它需要在隧道处理能力以及硬件加密等方面具备特定的能力；宽带接入路由器则强调接口带宽及种类。
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8.1 常见的网络设备
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。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。
路由器的分类如下。 1. 从结构上划分路由器可分为模块化结构与非模块化结构2 类。模块化结构
智能集线器除具备基本型集线器所有的功能外，也具有 SNMP 网管功能：统计每一接口的数据流量、数据保密、故障排除等。现在流行的100 Mb/s 集线器和10/100 Mb/s 自适应集线器多为智能型。
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8.1 常见的网络设备
8.1.4 网桥网桥（Bridge）工作于OSI 的数据链路层，连接两个局域网，
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8.1 常见的网络设备
交换机的交换方式 1. 直通式直通方式的以太网交换机在输入端口检测到一个数据包时，
检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快，这是它的优点。它的缺点是，因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且容易丢包。
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8.1 常见的网络设备
源路由选择的核心思想是假定每个帧的发送者都知道接收者是否在同一LAN 上。当发送一帧到另外的LAN 时，源机器将目的地址的高位设置成1 作为标记。另外，它还在帧头加进此帧应走的实际路径。
3. 两种网桥的比较透明网桥一般用于连接以太网段，而源路由选择网桥则一般
用于连接令牌环网段。 8.1.5 交换机交换机（Switch）工作于OSI 的数据链路层，它是基于网桥
技术的多端口二层网络设备，因此也称为“多端口网桥”，也是局域网组网最常用的设备，如图8−9 所示。
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8.1 常见的网络设备
交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段，可以识别数据包中的MAC 地址信息，根据MAC 地址进行转发，并将这些MAC 地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制。
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8.1 常见的网络设备
8.1.6 路由器路由器（Router）工作于OSI 的网络层，是互联网的主要结
点设备（如图8−10 所示），主要完成异种网络互联以及多个子网互联。作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于 TCP/IP 的国际互联网络Internet 的主体脉络，也可以说，路由器构成了 Internet的骨架。它的处理速度是网络通信的主要“瓶颈”之一，它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。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。
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8.1 常见的网络设备
网桥的基本特征有5 点：（1）网桥在数据链路层上实现局域网互连；（2）网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输
介质与不同传输速率的网络；（3）网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的
网络之间的通信；（4）网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；（5）网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善
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8.1 常见的网络设备
堆叠式集线器（如图8−7 所示）除了多个集线器可以“堆叠” 或者用短的电缆线连在一起之外，其外形和功能均和独立型集线器相似。当它们连接在一起时，其作用就像一个模块化集线器一样，可以当做一个单元设备来进行管理。
集线器按照对Hub 管理方式的不同可分为智能型集线器和非智能型集线器2 类。
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8.1 常见的网络设备
无源集线器（如图8−3 所示）最大的特点是价格便宜，连接在无源集线器上的每台计算机，都能收到来自同一集线器上所有其他电脑发出的信号；但它不对信号做任何的处理，对介质的传输距离没有扩展，并且对信号有一定的影响。
有源集线器（如图8−4所示）与无源集线器的区别就在于它能对信号放大或再生，能延长两台主机间的有效传输距离，覆盖范围远比无源集线器远，能隔离电缆故障和防止信号反射。
在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。以前介绍过的Hub集线器就是一种共享设备，Hub 本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A 主机给B 主机传输数据时，数据包在以Hub 为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。
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集线器按照配置形式可分为独立式集线器、模块化集线器和堆叠式集线器3 种集线器。
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8.1 常见的网络设备
独立型集线器（如图8−5 所示）是比较早在LAN 中使用的设备。它具有价格低、故障排除简单、便于管理等优点，适合在小型LAN 使用。不过这类集线器的工作性能不高，不适合高速网络的使用。
通常用于连接数量不多的而且属于同一类型的网段，如图 8−8 所示。网桥负责将网络划分为独立的冲突域，达到能在同一个域中维持广播及共享的目的。在网络互联中它起到数据接收、地址过滤与数据转发的作用，从而实现了多个网络系统之间的数据交换。网桥这种设备看上去有点像中继器，它具有单个的输入端口和输出端口，但和中继器不同的是它能够解析收发的数据，通过过滤数据来判断是否转发或者丢弃数据。
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8.1 常见的网络设备
2. 存储转发存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把
输入端口的数据包先存储起来，然后进行循环冗余码校验（CRC）检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。
互连网络的性能与安全性。
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8.1 常见的网络设备
网桥通常有透明网桥和源路由选择（Source Routing）网桥2 大类。
1. 透明网桥简单地讲，使用这种网桥，不需要改动硬件和软件，无须设
置地址开关，无须装入路由表或参数。只须插入电缆就可以，现有LAN 的Baidu Nhomakorabea行完全不受网桥的任何影响。 2. 源路由选择网桥透明网桥的优点是易于安装，只须插进电缆就大功告成。但是从另一方面来说，这种网桥并没有最佳地利用带宽，因为它们仅仅用到了拓扑结构的一个子集（生成树）。因此支持 CSMA/CD 和令牌总线的人选择了透明网桥，而令牌环的支持者则偏爱一种称为源路由选择的网桥。
可以灵活地配置路由器（如图8−11 所示），以适应企业不断增加的业务需求，非模块化的就只能提供固定的端口。通常中高端路由器为模块化结构，低端路由器为非模块化结构。
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8.1 常见的网络设备
2. 从功能上划分路由器分为骨干级（核心层）路由器、企业级（分发层）路
由器和接入级（访问层）路由器3 类。 3. 从应用上划分路由器可分为通用路由器与专用路由器2 类。一般所说的路
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8.1 常见的网络设备
3. 碎片隔离这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度
是否够64 个字节，如果小于64 字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于64 字节，则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。三层交换机是具有部分路由器功能的交换机。三层交换机最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换，做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件实现，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。
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8.1 常见的网络设备
网关工作在OSI 的传输层及其以上层次，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连，对两个网络段中使用不同传输协议的数据进行互相的翻译转换。网关的结构和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互联，也可以用于局域网互联。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。
8.1 常见的网络设备
4. 从所处网络位置划分路由器划分为边界路由器和中间结点路由器2 类。很明显
“边界路由器”是处于网络边缘，用于不同网络路由器的连接；而“中间结点路由器”则处于网络的中间，通常用于连接不同网络，起到一个数据转发的桥梁作用。选择中间结点路由器时就需要更加注重MAC 地址记忆功能，也就是要求选择缓存更大、MAC 地址记忆能力较强的路由器。 8.1.7 网关网关（Gateway）又称网间连接器、协议转换器。
模块化集线器（如图8−6 所示）在网络中很流行，因为它扩充方便且备有管理选件。模块化集线器配有机架或卡箱，带多个卡槽，每个槽可放一块通信卡。每个卡的作用就相当于一个独立型集线器。模块化集线器还提供了扩展插槽来连接增加的网络设备。插槽的大小范围为4～14 个槽，因此网络可以方便地进行扩充。
8.1 常见的网络设备
使用交换机可以把网络分段，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，可以有效地隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。
从广义上来看，交换机分为2 种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC 机及网络打印机等。从传输介质和传输速度上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、FDDI 交换机、ATM 交换机和令牌环交换机等。从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。
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8.1 常见的网络设备
8.1.3 集线器集线器（Hub）工作于OSI 的物理层，由于它内部采用了电
器互联，可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。在这方面，集线器所起的作用相当于多端口的中继器，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有结点集中在以它为中心的结点上。集线器按照通信特性可以分为无源集线器、有源集线器2 种。