网络设备：集线器和交换机

计算机与计算机（或工作站、服务器）进行连接时，除了使用连接介质外，还需要网络设备。常用的连接设备主要有以下几种类型。

1.网络传输介质连接器

（1）T 型连接器和BNC 接插件： 用于连接和分支同轴电缆，对网络的可靠性有重要影响，不同同轴电缆的连接器有所不同。

（2）RJ-45 连接器： 用于连接屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线，连接器共8 芯，一般以太网只用其中的4 芯。

（3）RS-232 接口（DB25/DB9）： 目前微机与线路接口的常用方式。

（4）V.35 同步接口： 用于连接远程的高速同步接口。

2.网络物理层互连设备

1）中继器

由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，当衰减到一定程度时，将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器（Repeater）就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。

中继器常用于两个网络结点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络万能设备，主要完成物理层的功能，负责在两个结点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制调整和放大，以此来延长网络的长度。

一般情况下，中继器的两端连接的是相同媒介，但有的中继器也可以完成不同媒介的转接工作。理论上，中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长，但事实上这是不可能的，因为网络标准中对信号的延迟范围都做了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效工作，否则会引起网络故障。在以太网络标准中有约定： 一个以太网上只允许出现5 个网段，最多使用4 个中继器，且其中只有3 个网段可以挂接计算机。

2）集线器

集线器（Hub）可以说是一种特殊的中继器，两者的区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多端口中继器。作为网络传输介质间的中央结点，集线器克服了介质单一通道的缺陷。以集线器为中心的优点是，当网络系统中某条线路（或某结点）出现问题时，不会影响其他结点的正常工作。集线器产品发展较快，局域网集线器通常分为5 种不同的类型。集线器的发展会对LAN 交换机技术的发展产生直接影响。

3.数据链路层互连设备(www.xing528.com)

1）网桥

网桥（Bridge）是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于网络层的一种设备，它的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的范围，同时有选择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。网桥可以完成具有相同（或相似）体系结构网络系统的连接。一般情况下，被连接的网络系统都具有相同的逻辑链路控制（LLC）规程，但媒体访问控制（MAC）协议可以不同。网桥可以将相同（或不相同）的局域网连在一起，组成一个扩展的局域网。

2）交换机

以太网交换机是一种第二层网络设备，它在运行过程中不断收集和建立自己的MAC地址表，并且定时刷新。它的引入使网络各站点之间可独享带宽，能消除无谓的冲突检测和出错重发，从而提高传输效率。

第二层交换也有其弱点，包括不能有效解决广播风暴、异种网络互连、安全性控制等问题。因此，产生了交换机上的VLAN （虚拟局域网）技术。

一般在控制系统中，如果采用工业级的以太网作为控制层网络，就应该采用交换机技术来提高网络性能，而在需要进行虚拟网络划分时，最好采用静态分配。因为控制网络上的结点是在系统设计时就确定的，很少在线改变，采用静态分配就可以确保网络系统的工作稳定、可靠。

4.网络层互连设备

常见的网络层互连设备主要是三层交换机和路由器。第二层交换机工作在OSI 参考模型的第二层（即数据链路层）上，主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列、流量控制等。为了改进交换机的性能，又推出了第三层交换机，它在保留第二层计算机所有功能的前提下增加了许多新的功能，如支持VLAN 和链路汇聚、具有防火墙的功能等。简而言之，所谓的第三层交换机，就是在基于协议的VLAN 划分时，增加了路由功能。

第三层交换机将第二层交换机和第三层路由器两者的优势有机而智能化地结合成一个灵活的解决方案，可在各层次提供线速性能。这种集成化的结构还引进了策略管理属性，不仅使第二层与第三层相互关联，还提供流量优先化处理、安全访问机制及其他功能。

路由器的主要功能是实现路由选择与网络互连，即通过一定途径获得子网的拓扑信息与各物理线路的网络特性，并通过一定的路由算法来获得达到各子网的最佳路径，并建立相应的路由表，从而将每个IP 包跳传到目的地；其次，它必须处理不同的链路协议。IP包途经每个路由器时，需经过排队协议处理和寻址来选择路由等软件处理环节，造成延时加大。

此外，路由器采用共享总线方式，总的吞吐量受到限制。当用户数量增加时，每个用户的接入速率就降低。路由器更注重对多种介质类型和多种传输速度的支持，但目前数据缓冲和转换能力比线速吞吐能力和低时延更重要。

5.应用层互连设备

在一个计算机网络中，当连接不同类型且协议差别较大的网络时，需要选用网关设备。网关的功能体现在OSI 模型的最高层，它将协议进行转换，使数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信。由于协议转换较复杂，一般来说，网关只进行一对一转换，或少数几种特定应用协议之间的转换。网关很难实现通用的协议转换。用于网关转换的应用协议有电子邮件协议、文件传输协议、远程登录协议等。