(1)集线器

集线器的英文称为Hub,也称为多接口中继器。集线器工作在网络体系结构的物理层,属于物理层设备,因此可以用来扩展局域网。集线器是星形局域网的一种中心设备,它可以把所有节点集中在以它为中心的节点上,同时对接收到的信号进行再生整形放大,扩大网络的传输距离,如图5.12所示。集线器一般提供多个RJ-45接口,通过双绞线连接到工作站或服务器网卡的RJ-45接口上,从而构成一个星形局域网。

图5.12　集线器

根据端口数目的不同,集线器可分为8口、16口、24口和48口等。

根据速度的不同,集线器可分为10,100,1 000 M,以及10/100 Mbit/s、100/1 000 Mbit/s自适应等几种类型。

(2)交换机

交换机(图5.13)是一种将两个局域网连接起来并按MAC地址转发帧的设备,工作在数据链路层。交换机可以完成更大范围局域网的互联,扩大网络地理范围,并且可以互联不同类型的局域网。当交换机接到数据帧时,它将检测信息包的源地址和目的地址,如果数据帧不在同一个网段上,则转发该数据帧到另一个网段,如果在同一个网段上,则不转发该数据帧。当某个网段出现故障时,交换机可以将故障限制在此网段,从而最低限度地降低故障所带来的影响。因此交换机对帧有检测和过滤功能,能隔离错误,可以实现过滤通信量、减少不必要的信息传递和增大吞吐量等功能,从而提高网络性能;通过对交换机的配置还可以设置虚拟局域网(VLAN),将不同物理位置的计算机设为同一局域网。

图5.13　交换机

由于交换机是基于硬件结构的,对帧的转发处理过程非常简单迅速,因此可以达到较高的吞吐量,此外,由于集线器的带宽是一定的,所以集线器连接的设备越多,每个设备所分得的带宽就越少,从而导致网络的性能下降。交换机则采用电话交换原理,可以同时让多个端口的工作站发送和接收数据。假如交换机上连接了8台工作站,则可以让4对工作站同时发送/接收信息。与集线器相比,交换机每个端口都有一条独占的带宽。而集线器不管有多少个端口,所有端口都是共享一条带宽,并且在同一时刻只能有两个端口传送数据,其他端口只能等待。

因此,由于交换机具有造价低、交换速度快、易于管理、配置方便等特点,在局域网中得到了广泛的使用。

(3)路由器

路由器工作在网络层,是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用设备,如图5.14所示。可以连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网,也可以采用不同的协议。此外,路由器还用于连接多个逻辑上分开的网络(子网),每个子网代表一个单独的网络。

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图5.14　路由器

路由器具有两大基本功能:路由选择功能和存储转发功能。作为计算机网络通信子网的一个核心设备,路由器可以完成路由选择的功能,在网络中的分组转发过程中,路由器可以判断网络地址,并根据网络地址和当前网络状况选择网络路径,在网络中可以从多条路径中寻找合适的一条网络路径提供给用户通信(这里所说的“合适”的判断原则是由不同的路由选择协议来决定的),即当需要从一个网络把数据传送到另一个网络时,通过路由器来完成路由选择工作。此外,在通信过程中,由于路由器是一个核心设备,连接了大量的工作站,因此它所接收的数据量也非常大,在路由选择过程中,需要暂存接收到的数据,对数据进行处理后,根据数据的目的地址进行转发,这一操作称为存储转发操作。

为了能够完成路由器的路由选择功能,路由器中存放了路由表来为数据传输提供可选择路径。路由表中包含网络地址和各地址之间距离的清单,路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。路由器根据所使用的路由选择协议来调整信息传递的路径,如果某一网络路径发生故障或堵塞,路由器可选择另一条路径,以保证信息的正常传输。

路由器是多个同类网络互联、局域网和广域网互联的关键设备,适用于大规模的复杂网络拓扑结构的网络,路由器提供了负载共享和网络间的最优路径,能隔离不需要的通信量,但是路由器不支持非路由协议,而且路由器安装复杂,价格高,多数用于网络之间互联。

(4)网卡

网卡即网络适配器(图5.15),是实现网络通信的关键设备,一台计算机要连入网络,主机内必须安装网卡。通过网卡,可将计算机主机和网络传输介质连接起来,实现计算机之间的相互通信和网络资源的共享。网卡的主要功能有两个:串行/并行转换和对数据进行缓存。在计算机内部,数据传输的时候是并行传输,而在网络中,数据传输是串行传输的方式,为了能够将计算机内部的并行数据以串行的方式发送到网络中并把网络中的串行数据传送给并行处理的主机,网卡必须完成串行/并行转换;同时,为了能够使网络中数据的传输和主机数据处理的速度相匹配,网卡还提供了缓存数据的功能。为了使网卡能够正常运行,主机内必须安装网卡的驱动程序。

计算机中安装的每一块网卡都有一个由48个二进制位组成的编号,成为MAC地址,也称为物理地址。其中,IEEE的注册管理机构RA负责向厂家分配地址字段的前3个字节(即高位24位)。地址字段中的后3个字节(即低位24位)由厂家自行指派,称为扩展标识符,必须保证生产出的适配器没有重复地址。

图5.15　网卡

(5)调制解调器

调制解调器即Modem,俗称“猫”(图5.16),是计算机通过公用电话网接入Internet的必需设备。在计算机中存储和处理的是数字信号,而公用电话网中传输的是模拟信号,因此,如果想把计算机的数字信号利用公用电话网来进行传输,必须实现这两种信号的自由转换。调制解调器在发送前把数字信号转换成模拟信号,接收时再将模拟信号转换成数字信号,从而实现了模拟信号和数字信号的相互转换。其中,发送前将数字信号转换成模拟信号,这一过程称为调制,接收时将模拟信号转换成数字信号,这一过程称解调。简单地说,调制解调器就是在电话线两端进行这种信号转换工作的设备。

图5.16　调制解调器