1.2　网络设备

网络设备是连接到网络中的物理实体。网络设备的种类繁多，且与日俱增。基本的网络设备包括：计算机、集线器、交换机、网桥、路由器、网关、网络接口卡（NIC）、无线接入点（WAP）、打印机和调制解调器。

1.网卡

网卡又称网络适配器。计算机通过网卡与网络实现连接。网卡将计算机发送给其他计算机的数据转变成为网络线缆上传输的信号发送出去，另一方面从网络线缆上接收信号并把信号转换成在计算机内传输的数据，如图1-1所示。

网卡工作在数据链路层、物理层，属于二层设备，主要功能为完成并行数据和串行信号之间的转换、数据编码，数据帧的装配和拆装、差错校验、流量控制、介质访问控制和数据缓冲等。计算机通过网卡上的地址进行物理寻址。每块网卡在生产时，都分配了一个唯一的地址，这个地址在全世界都是唯一的，这个地址称为MAC地址，网络在数据链路层的寻址是通过MAC地址实现的。

MAC地址由IEEE进行统一的管理，MAC地址用48位二进制数表示，共6个字节。IEEE负责向设备生产商分配前3个字节的地址，可以通过它来区别不同的厂家生产的网卡，后面的3个字节由厂家对每一块网卡进行地址分配，即MAC地址用48位二进制数表示，分为6个字节，其中前3个字节为生产厂家地址，后3个地址为厂家自己分配的地址。MAC地址书写时用十六进制表达，共用12个十六进制数表达。

网卡存在许多类型，不同类型的网络采用不同的网卡，不同传输速率的网络采用支持不同速率的网卡，采用铜缆传输和采用光缆传输的网络将采用电口的网卡或光口的网卡。现在比较流行的网络有以太网、ATM网、令牌环网，FDDI网等，也就有相应的以太网卡、ATM网卡、令牌网卡、FDDI网卡等，应根据网络的类型来选择相对应的网卡。如计算机要实现与以太网的连接，则需要使用以太网卡，同理，计算机要实现与ATM网连接，则需要使用ATM网卡。

网络的速率由传输线路、组网设备以及网卡决定，选择网卡要与网络速度相匹配。如办公室的网络接入信息点的网络速度为100Mbit/s，则插在计算机上的网卡也应选择百兆网卡。而用在服务器上的网卡，由于访问量较大，往往需要选择千兆网卡、万兆网卡。

2.调制解调器

调制解调器（Modem）是调制器（Modulator）与解调器（Demodulator）的合称。作用是模拟信号和数字信号之间进行转换。

人们使用的电话线路传输的是模拟信号，而PC之间传输的是数字信号。当使用电话线把自己的计算机连入Internet时，可以使用调制解调器来转换两种不同的信号。连入Internet后，当PC向Internet发送信息时，由于电话线传输的是模拟信号，可以用调制解调器来把数字信号转换成模拟信号，才能传送到Internet上，这个过程称为“调制”；当PC从Internet获取信息时，由于通过电话线从Internet传来的信息都是模拟信号，所以PC想要看懂它们，还必须借助调制解调器进行信号转换，这个过程称为“解调”。总的来说就称为“调制解调”。

3.中继器与集线器

由于传输线路噪声和线路衰减的影响，信号的传输距离受到限制，为了延伸传输距离，这个时候就需要使用中继器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。

理论上说，中继器可以无限延伸传输距离，然而许多网络都限制中继器的数目，以太网规定最多允许4个中继器，从而也限制了网络的最大传输距离。

集线器的工作原理和中继器相似，也是对接收到的信号进行再生整形放大，保证信号质量，但集线器同时是一个多端口的中继器设备，它把收到的信号经过再生放大后并广播到其他所有端口，以保证所有端口都具有同样质量的信号。一个连接在集线器上的计算机发出的数据，能够传输到集线器上的所有端口，即能被所有连接在集线器上的计算机接收。中继器、集线器工作在OSI参考模型第一层，即“物理层”。

集线器工作在共享带宽方式。所谓共享带宽方式是指总线上所有计算机共享了传输总线的带宽。如果总线带宽为100Mbit/s，集线器上连接了10台计算机，则理论上每台计算机连接在集线器上的端口的最大速率仅为10Mbit/s。

集线器又被称为Hub。Hub是集线器的英文表达。“Hub”是“中心”的意思，它表达了将接入计算机的线路都集中到集线器上实现连接。图1-2所示为集线器的连接方式示意图。

以太网是总线网，可以使用集线器实现网络连接。总线网存在介质访问控制问题，以太网采用的介质访问控制是载波侦听/冲突检测（CSMA/CD）的介质访问控制方式，即网上的站需要发送数据时，先侦听总线上是否有载波，无载波说明线路空闲，可以发送数据，有载波说明当前有数据发送，线路不空闲，不能发送数据。

集线器存在冲突问题，即当两个或两个以上的站监听到信道空闲，同时发送数据时，将产生信号碰撞，导致传输失败。冲突发生在同处于一个总线网段的范围内，网络技术中将冲突发生在同一个总线网段的范围称为同一冲突域。冲突的存在使网络传输效率下降，一个网络的冲突域越大，网络的传输效率越低。

4.交换机

按照通信两端传输信息的需要，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术称为交换（Switch，也称为转发）。最常见的交换机是以太网交换机，在网络工程中使用的交换机一般不加特别说明就是指以太网交换机。

交换机的工作方式是通过交换为需要传输的一对端口间建立独立的传输通路，而对于无须传输的端口间则不建立传输通路。交换机可以同时为多对需要传输的端口之间建立通路，当两个以上的站需要发送时，由于使用互不相干的通道，不会发生冲突。交换机的传输是独占带宽的传输。图1-3所示为24口交换机。

当网络中有一个端口的信息要发送给另外一个端口时，通过交换机传输，仅在需要传输的这两个端口间建立独立的传输通道，完成交换，而其他任何端口与这一对端口都是没有连通的，也即其他端口是收不到发送端口送来交换机的这个信息的。也就是说，交换机在这种工作方式下工作，由于该数据帧不会传输到其他网段，对其他网段的带宽不会受到影响，更不会与其他端口的发送发生冲突。由于是独享带宽，如果各端口速率为100Mbit/s，则两个传输信息的端口都能真正达到100Mbit/s的速率。

5.路由器

路由器是工作在网络层的互连设备，路由器用于逻辑上分开的网络间的互连，实现各个网络间的路由选择和数据转发，如图1-4所示。

路由器负责接收来自各个网络入口的分组，并为这些分组选择路径，即根据内部路由表查找与目的网络相连的出口，然后把分组从出口转发出去，完成分组数据转发，使该数据分组最终达到目的网络，所谓逻辑上分开的网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当分组从一个网络传输到另一个网络时，路由器为传输的分组选择路径并完成数据分组转发。