计算机网络相关的硬件设备(摘抄自百度百科)(十)

发布时间 2023-06-20 14:46:06作者: 我若安好,便是晴天

一、网卡

   网卡是一块被设计用来允许计算机在计算机网络上进行通讯的计算机硬件。由于其拥有MAC地址,因此属于OSI模型的第1层和2层之间。它使得用户可以通过电缆或无线相互连接。

  每一个网卡都有一个被称为MAC地址的独一无二的48位串行号,它被写在卡上的一块ROM中。在网络上的每一个计算机都必须拥有一个独一无二的MAC地址。

  电气电子工程师协会负责为网络接口控制器(网卡)销售商分配唯一的MAC地址。

  网卡和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的。而网卡和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行。因此,网卡的一个重要功能就是要进行串行/并行转换。由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同,因此在网卡中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。

  在安装网卡时必须将管理网卡的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。这个驱动程序以后就会告诉网卡,应当从存储器的什么位置上将局域网传送过来的数据块存储下来。网卡还要能够实现以太网协议。

  当网卡收到一个有差错的帧时,它就将这个帧丢弃。当网卡收到一个正确的帧时,它就使用中断来通知该计算机并交付给协议栈中的网络层。当计算机要发送一个IP数据包时,它就由协议栈向下交给网卡组装成帧后发送到局域网。

  网卡的作用:

  • 数据的封装与解封;
  • 链路管理;
  • 数据编码与译码;
  • 进行串行/并行转换:网卡和局域网之间的通信使用串行、网卡与计算机之间的通信使用并行;
  • 传输数据缓存:网络上的数据率和计算机总线上的数据率不同,需要网卡的存储器做缓存。

二、网桥

  网桥(Bridge)也叫桥接器,是连接两个局域网的一种存储/转发设备,它能将一个大的LAN分割为多个网段,或将两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN,使LAN上的所有用户都可访问服务器。

  网桥是早期的两端口二层网络设备。网桥的两个端口分别有一条独立的交换信道,不是共享一条背板总线,可隔离冲突域。网桥比集线器(Hub)性能更好,集线器上各端口都是共享同一条背板总线的。后来,网桥被具有更多端口、同时也可隔离冲突域的交换机(Switch)所取代。

  扩展局域网最常见的方法是使用网桥。最简单的网桥有两个端口,复杂些的网桥可以有更多的端口。网桥的每个端口与一个网段相连。网桥可以是专门硬件设备,也可以由计算机加装的网桥软件来实现,这时计算机上会安装多个网络适配器(网卡)。

  网桥的作用:

  • 网桥在数据链路层上实现局域网互连;
  • 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;
  • 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;
  • 网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量,有利于改善互连网络的性能与安全性。

三、中继器

  中继器(RP repeater)是连接网络线路的一种装置,常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器主要完成物理层的功能,负责在两个节点的物理层上按位传递信息,完成信号的复制、调整和放大功能,以此来延长网络的长度。

  由于存在损耗,在线路上传输的信号功率会逐渐衰减,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。

  一般情况下,中继器的两端连接的是相同的媒体,但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的,网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的,因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定,中继器只能在此规定范围内进行有效的工作,否则会引起网络故障。

  中继器的作用:用于完全相同的两个网络的互连,通过对数据信号的重新发送或者转发,来扩大网络传输的距离。

四、集线器

   集线器(Hub)是指将多条以太网双绞线或光纤集合连接在同一段物理介质下的设备。集线器是运作在OSI模型中的物理层。它可以视作多端口的中继器,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,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器与网卡、网线等传输介质一样,属于局域网中的基础设备。

  集线器是一个多端口的转发器,当以HUB为中心设备时,网络中某条线路产生了故障,并不影响其它线路的工作。所以HUB在局域网中得到了广泛的应用。大多数的时候它用在星型与树型网络拓扑结构中,以RJ45接口与各主机相连。

五、交换机

  交换机(Switch)意为“开关”是一种用于电(光)信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。

  交换是按照通信两端传输信息的需要,用人工或设备自动完成的方法,把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。交换机根据工作位置的不同,可以分为广域网交换机和局域网交换机。广域的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备,它应用在数据链路层。交换机有多个端口,每个端口都具有桥接功能,可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。实际上,交换机有时被称为多端口网桥。

  交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。交换机还具备了一些新的功能,如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持,甚至有的还具有防火墙的功能。

  交换机的作用:

  • 像集线器一样,交换机提供了大量可供线缆连接的端口,这样可以采用星型拓扑布线;
  • 像中继器、集线器和网桥那样,当它转发帧时,交换机会重新产生一个不失真的方形电信号;
  • 像网桥那样,交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑;
  • 像网桥那样,交换机将局域网分为多个冲突域,每个冲突域都是有独立的宽带,因此大大提高了局域网的带宽;
  • 除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外,交换机还提供了更先进的功能,如虚拟局域网(VLAN)和更高的性能。 

六、路由器

   路由器又可以称之为网关设备。路由器就是在OSI/RM中完成的网络层中继以及第三层中继任务,对不同的网络之间的数据包进行存储、分组转发处理,其主要就是在不同的逻辑分开网络。而数据在一个子网中传输到另一个子网中,可以通过路由器的路由功能进行处理。在网络通信中,路由器具有判断网络地址以及选择IP路径的作用,可以在多个网络环境中,构建灵活的链接系统,通过不同的数据分组以及介质访问方式对各个子网进行链接。

  路由器在操作中仅接受源站或者其他相关路由器传递的信息,是一种基于网络层的互联设备。

  路由器通常位于网络层,因而路由技术也是与网络层相关的一门技术, 路由器与早期的网桥相比有很多的变化和不同。 通常而言,网桥的局限性比较大,它只能够连通数据链路层相同或者类似的网络,不能够连接数据链路层之间有着较大差异的网络。但是路由器却不同,它打破了这个局限,能够连接任意的两种不同的网络,但是这两种不同的网络之间要遵守一个原则,就是使用相同的网络层协议,这样才能够被路由器连接。

  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。因此,在园区网、地区网、乃至整个Internet研究领域中,路由器技术始终处于核心地位,其发展历程和方向,成为整个Internet研究的一个缩影。

  在同一个网络中,IP地址的网络地址必须是相同的。计算机之间的通信只能在具有相同网络地址的IP地址之间进行,如果想要与其他网段的计算机进行通信,则必须经过路由器转发出去。不同网络地址的IP地址是不能直接通信的,即便它们距离非常近,也不能进行通信。路由器的多个端口可以连接多个网段,每个端口的IP地址的网络地址都必须与所连接的网段的网络地址一致。不同的端口它的网络地址是不同的,所对应的网段也是不同的,这样才能使各个网段中的主机通过自己网段的IP地址把数据发送到路由器上。

  路由器作用:

  • 实现IP、TCP、UDP、ICMP等网络的互连;
  • 对数据进行处理。收发数据包,具有对数据的分组过滤、复用、加密、压缩及防护墙等各项功能;
  • 依据路由表的信息,对数据包下一传输目的地进行选择;
  • 进行外部网关协议和其他自治域之间拓扑信息的交换;
  • 实现网络管理和系统支持功能。

七、网关

  网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连,是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。

  网关既可以用于广域网互连,也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言,甚至体系结构完全不同的两种系统之间,网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同,网关对收到的信息要重新打包,以适应目的系统的需求。

  在OSI中,网关有两种:一种是面向连接的网关,一种是无连接的网关。当两个子网之间有一定距离时,往往将一个网关分成两半,中间用一条链路连接起来,我们称之为半网关。

  由于历史的原因,许多有关TCP/IP的文献曾经把网络层使用的路由器称为网关,在今天很多局域网采用都是路由来接入网络,因此通常指的网关就是路由器的IP。

八、防火墙

  硬件防火墙是指把防火墙程序做到芯片里面,由硬件执行这些功能,能减少CPU的负担,使路由更稳定。 硬件防火墙是保障内部网络安全的一道重要屏障。它的安全和稳定,直接关系到整个内部网络的安全。因此,日常例行的检查对于保证硬件防火墙的安全是非常重要的。

  软件防火墙只有包过滤的功能,硬件防火墙中可能还有除软件防火墙以外的其他功能,主要功能如下:

  • CF(内容过滤);
  • IDS(入侵侦测)
  • IPS(入侵防护;
  • VPN。

九、调制解调器

   调制解调器,是调制器和解调器的缩写 ,一种计算机硬件 [1] ,它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的模拟信号,而这些模拟信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收,并译成计算机可懂的语言。这一简单过程完成了两台计算机间的通信。

  所谓调制,就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号;解调,即把模拟信号转换成数字信号。合称调制解调器。

十、传输介质

   网络传输介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路,它对网络的数据通信具有一定的影响。常用的传输介质有:双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输媒介。

  有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分,它能将信号从一方传输到另一方,有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。双绞线和同轴电缆传输电信号,光纤传输光信号。

  无线传输介质指我们周围的自由空间。我们利用无线电波在自由空间的传播可以实现多种无线通信。在自由空间传输的电磁波根据频谱可将其分为无线电波、微波、红外线、激光等,信息被加载在电磁波上进行传输。