局域网硬件设备架设-计算机网络基础

1.网络适配器（网卡）

网卡又名网络适配器（Network Interface Card，NIC），它是计算机和网络线缆之间的物理接口，是一个独立的附加接口电路。任何的计算机要想连入网络就必须确保在主板上接入网卡。因此，网卡是计算机网络中最常见也是最重要的物理设备之一。网卡的作用是将计算机要发送的数据整理分解为数据包，转换成串行的光信号或电信号送至网线上传输；同样也把网线上传过来的信号整理转换成并行的数字信号，提供给计算机。因此网卡的功能可概括为：并行数据和串行信号之间的转换，数据包的装配与拆装，网络访问控制和数据缓冲等。

1）网卡的种类

根据工作对象的不同，局域网中的网卡一般分为服务器专用网卡、普通工作站网卡、笔记本式计算机专用网卡和无线局域网网卡，如图4.17所示。

图4.17　网卡的分类

常见的网卡插在计算机主板的扩展槽中，通过网线与网络交换数据、共享资源。计算机主要通过网卡来连接网络。在进行相互通信时，数据不是以流而是以帧的方式进行传输的。可以把帧看作一种数据包，在数据包中不仅包含有数据信息，而且还包含有数据的发送方、接收方信息和数据的校验信息。

一块网卡包括OSI 模型的两个层——物理层和数据链路层的功能。物理层定义了数据传送与接收所需要的光电信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。

2）网卡的作用

网卡的主要作用有两个：一是将计算机的数据封装为帧，并通过传输介质（如网线或无线电磁波）将数据发送到网络上去；二是接收网络上其他设备传过来的帧，并将帧重新组合成数据，通过主板上的总线传输给本地计算机。网卡能接收所有在网络上传输的信号，但正常情况下只接收发送到该计算机的帧和广播帧，将其余的帧丢弃，然后传送到系统的CPU 中做进一步处理。

3）网卡的组成和工作原理

（1）网卡的组成。以最常见的PCI 接口的网卡为例，一块网卡主要由印制电路板、主芯片、数据泵、金手指（总线插槽接口），BOOTROM 槽、EPROM，晶振、RJ-45 接口、指示灯、固定片以及一些二极管、电阻电容等组成，如图4.18所示。

图4.18　CI 网卡组成

（2）网卡的工作原理。每一块网卡都有全球唯一的物理地址（称为MAC 地址）。MAC地址由6 位的数字串（共48 位二进制）组成，数字串通常用冒号隔开，例如：0：60：8C：00：54：99。通常分为两部分：生产商ID 和设备ID。

① 生产商ID。前面3 位（24 位二进制）代表厂商，3Com 公司为00-60-8C，Intel 公司为00-AA-00。有些生产厂商有几个不同的生产商ID。

② 设备ID。后面3 位（24 位二进制）表示制造商为某具体设备分配的ID。

网卡充当计算机和网络线缆之间的物理接口或连线，负责将计算机中的数字信号转换成电或光信号。数据在计算机总线中的传输采用并行方式，即数据是并行传输的，而在网络的物理线缆中数据是以串行的比特流方式传输的，网卡则要承担串行数据和并行数据间的转换。网卡在发送数据前要与接收端的网卡进行对话，以确定最大可发送数据分组的大小、发送的数据量的大小、两次发送数据间的间隔、等待确认的时间、每块网卡在溢出前所能承受的最大数据量、数据的传输速率等。

4）网卡介绍

根据工作对象的不同，局域网中的网卡一般分为服务器专用网卡、普通工作站网卡、笔记本式计算机专用网卡和无线局域网网卡。

（1）服务器专用网卡。顾名思义，服务器专用网卡是为了适应网络服务器的工作特点而专门设计的，它的主要特征是在网卡上采用专用的控制芯片，大量的工作由这些芯片直接完成，从而减轻了服务器CPU 的工作负荷。但这类网卡的价格较贵，一般只安装在一些专用的服务器上，普通用户很少使用。

（2）普通工作站网卡。人们平时看到的网卡多为一些适合于普通计算机使用的网卡，这些网卡按速度划分，可分为10 Mb/s，100 Mb/s，10/100 Mb/s 和100/1 000 Mb/s 网卡；按总线类型划分，可分为PCI 网卡、EISA 网卡和ISA 网卡；按接口类型划分，可分为AUI 接口（粗缆接口）、BNC 接口（细缆接口）和RJ -45 接口（双绞线接口）。目前，市面上的主流产品基本上是PCI 插槽、RJ-45 接口的100/1 000 Mb/s 自适应网卡。

① 10 Mb/s、100 Mb/s、10/100 Mb/s 和100/1 000 Mb/s 网卡。

10 Mb/s 网卡：10 Mb/s 网卡是一种低档网卡。它的带宽限制在10 Mb/s，这在当时的ISA总线类型的网卡中较为常见，目前PCI 总线接口类型的网卡中也有一些是10 Mb/s 网卡，不过它已不是主流。这类带宽的网卡仅适用于一些小型局域网或家庭需求，中型以上网络一般不选用。

100 Mb/s 网卡：100 Mb/s 网卡在目前来说是一种技术比较先进的网卡，它的传输I/O 带宽可达到100 Mb/s，这种网卡一般用于骨干网络中。目前这种带宽的网卡在市面上已逐渐得到普及。

10/100 Mb/s 自适应网卡：这是一种能自适应10 Mb/s 和100 Mb/s 两种带宽的网卡，也是目前应用最为普及的一种网卡类型，因为它能自动适应两种不同带宽的网络需求，所以保护了用户的网络投资。因为它既可以与老式的 10 Mb/s 网络设备相连，又可应用于较新的100 Mb/s 网络设备连接，所以得到了用户的普遍认同。这种带宽的网卡会自动根据所用环境选择适当的带宽，如果与老式的 10 Mb/s 旧设备相连，则它的带宽就是 10 Mb/s；如果与100 Mb/s 网络设备相连，则它的带宽就是100 Mb/s，它能兼容10 Mb/s 的老式网络设备和新的100 Mb/s 网络设备。

1 000 Mb/s 以太网卡：1 000 Mb/s 以太网（Gigabit Ethernet）是一种高速局域网技术，它能够在铜线上提供1 Gb/s 的带宽。与它对应的网卡是千兆网卡，这类网卡的带宽也可达到1 Gb/s。千兆网卡的网络接口有两种主要类型：一种是普通的双绞线RJ-45 接口，另一种是多模SC 型标准光纤接口。

② 1SA 网卡、PCI、PCMCIA、USB 网卡。

按总线类型分，网卡主要分为ISA 总线、PCI 总线、PCMCIA 总线和USB 接口的网卡。其中PCMCIA 接口网卡用在笔记本式计算机上；外置式网卡则用USB 接口与计算机连接，数据传输率远远大于传统的并行口和串行口，设备安装简单并且支持热插拔；最常见的是ISA和PCI 总线的网卡。ISA 总线网卡的带宽一般为10 Mb/s，PCI 总线网卡的带宽从10 Mb/s 到1 000 Mb/s 的都有。不过同样是10 Mb/s 网卡，因为ISA 总线为16 位，而PCI 总线为32 位，所以PCI 网卡更快，且ISA 网卡的CPU 占用率比较高，往往会造成系统的停滞。目前计算机的主板均支持PCI 插槽，所以PCI 网卡已经成为主流。

③ AU1 接口、BNC 接口和RJ-45 接口的网卡。

目前市场上的网卡根据连接介质的不同，基本上可以分为粗缆网卡（AUI 接口）、细缆网卡（BNC 接口）及双绞线网卡（RJ-45 接口）。

如果以双绞线作为传输介质，则要选用RJ-45 接口网卡；如果传输介质是细同轴电缆，则要选用BNC 接口网卡；如果采用粗同轴电缆，则要选用AUI 接口网卡。

④ 无线局域网网卡。

无线局域网网卡是近年来随着无线局域网技术发展而产生的。与有线网卡不同的是，无线网卡在传输信息时不需要双绞线或同轴电缆，移动方便。但它也有缺点，比如数据传输速度较慢，数据传输的稳定性较差，主要受天线的灵敏性和障碍物的影响，价格较贵。

5）网卡选购(www.xing528.com)

网卡看似简单，它的作用却是决定性的。选择网卡时要注意以下几个方面：

（1）网卡的材质和制作工艺。网卡与其他电子产品一样，它的制作工艺也主要体现在焊接质量和板面光洁度两方面。另一方面是就是网卡的板材了，目前比较好一点的板材通常采用喷锡板，而劣质网卡在电路板选材上选用非喷锡板材，通常就是直接清洗的铜板，颜色是黄的，叫作画金板。

（2）选择恰当的品牌。大型企业网络最好使用信誉较好的名牌产品。如CISC0，3COM，Intel 和D-Link 等一线大牌，国产的较好信誉的品牌也是不错的选择，如实达、TP-Link 等。

（3）根据使用环境来选择网卡。为了能使选择的网卡与计算机协同高效地工作，还必须根据使用环境来选择合适的网卡，明确所选购网卡使用的网络接口、传输介质类型及与之相连的网络设备带宽等情况。

如果把一块价格昂贵、功能强大、速度快捷的网卡安装到一台普通的工作站中，就发挥不了多大作用，而且造成了很大的资源浪费。相反，如果在一台服务器中，安装性能普通的网卡，这样很容易会产生瓶颈现象，从而会抑制整个网络系统的性能发挥。因此，在选用时一定要注意应用环境。服务器网卡应带有高级容错、带宽汇聚等功能，这样服务器就可以通过增插几块网卡提高系统的可靠性；如果要在笔记本中安装网卡的话，最好选择与计算机品牌相一致的专用网卡，这样才能最大限度地与其他部件保持兼容。一般个人用户和家庭组网时因传输的数据信息量不是很大，主要选择100M 网卡。

（4）根据网络类型选择网卡。由于网卡种类繁多，不同类型的网卡的使用环境是不一样的。因此在选购网卡之前应明确所选购网卡使用的网络及传输介质类型、与之相连的网络设备带宽等情况。

2.集线器

集线器Hub 外形，如图4.19所示。它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，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器工作在网络最底层，不具备任何智能，它只是简单地把电信号放大，然后转发给所有接口。集线器一般只用于局域网，需要加电，可以把数个计算机用双绞线连接起来组成一个简单的网络。

图4.19　集线器

集线器通常具有如下功能和特性：

（1）可以是星状以太网的中央节点，工作在物理层对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大此信号网络的传输距离。

（2）一般采用RJ-45 标准接口。

（3）以广播的方式传送数据。

（4）无过滤功能，无路径检测功能。

（5）不同速率的集线器不能级联。

我们可以用集线器、双绞线、计算机及其网卡组成如图4.20所示的一个简单的星状共享式局域网。第一台计算机首先把需要传输的信息通过网卡转换成网线上传送的信号，并发至集线器，加电的集线器将这些信号放大，而后不经过任何处理就直接广播到集线器的所有端口（八个）。第二个计算机从它接入集线器的端口接收信号，并通过它的网卡转换成数字信息，由此这个通信过程就完成了。

图4.20　共享式以太网

3.交换机

交换机（Switch）又称为网桥，如图4.21所示。在外形上交换机和集线器很相似，且都应用于局域网，但是交换机是一个拥有智能和学习能力的设备。交换机接入网络后可以在短时间内学习掌握此网络的结构以及与它相连计算机的相关信息，并且可对接收到的数据进行过滤，而后将数据包送至与目的主机相连的接口。因此交换机比集线器传输速度更快，内部结构也更加复杂。

图4.21　交换机

交换机通常具有如下功能和特性：

（1）可以是星状以太网的中央节点，工作在数据链路层。

（2）可以过滤接收到的信号，并把有效传输信息按照相关路径送至目的端口。

（3）一般采用RJ-45 标准接口。

（4）参照每个计算机的接入位置，有目的的传送数据。

（5）有过滤功能和路径检测功能。

（6）不同类型的交换机和集线器可以相互级联。

我们可以用交换机，双绞线，计算机和计算机中的网卡组成如图4.22所示的一个简单的星状交换式局域网。

图4.22　交换式以太网

当交换机的端口被接入计算机后，交换机便进入了一个“学习”阶段。在这个阶段中，交换机需要获得每台计算机的MAC 地址并建立一张“端口/MAC 地址映射表”，通过这张表交换机将自己的端口与接入交换机上的计算机联系起来。交换机工作在数据链路层，可以读取数据帧，送入到交换机中的所有数据都会参照映射表进行过滤，并最终建立此数据的通信路径。