《网络实用技术基础》第二章 2.3 局域网络设备
2.3 局域网络设备
网络设备是指连接到网络中的物理实体，常用的网络设备包括集线器、交换机、网桥、路由器、网关、无线接入点、网卡和调制解调器等。局域网中使用的网络设备均工作在物理层和数据链路层，包括中继器、集线器、网桥及交换机等。
具体的局域网络设备及其工作层次如表2-7所示。
表2-7 网络设备的工作层次
| 网络设备 | 层次 | 基本功能 |
|---|---|---|
| 中继器、集线器 | 物理层 | 可连接网络终端，存在“碰撞”域和广播域 |
| 网桥、交换机 | 数据链路层 | 拥有软件系统，可连接网络终端，消除了“碰撞”域，存在广播域 |
下面我们讲具体介绍局域网中的网络设备：
一、网卡
以太网规定连入网络的设备，都必须具有“网卡”接口，如图2-9所示为网卡实物图。数据包从一块网卡发送到另一块网卡，网卡的地址就是数据包的发送和接收地址，即MAC地址。每一块网卡都有一个MAC地址，长度为48个二进制位，通常用12个十六进制数表示，如00-0C-29-67-9C-3A，前6位十六进制数是厂商编号，后6位则是该厂商的网卡生产序列号。类似地，MAC地址就相当于是网络适配器的身份证号码。
图2-9 网卡
在Window XP系统下可以右键单击“本地连接”，选择“状态”，然后在“支持”标签下，单击“详细信息”就可以查到本机的MAC地址了。通常情况下，可以在操作系统的命令行界面，输入“ping 网卡IP地址”，测试网卡是否正常工作。
二、中继器
中继器（Repeater）工作在OSI模型的物理层，用于对数字信号进行再生，以扩展局域网段的长度，驱动长距离通信。中继器适用于完全相同的两个网络或同一网络下两个网段之间的互联。
中继器只能在规定的时延范围内工作，否则将会导致网络故障。使用中继器具有延长可靠通信距离、提高网络性能的优点，但同时也增加了网络时延，且当中继器出现故障时，由中继器连接的两个网段均会受到影响。
三、集线器
集线器，又称Hub，用于连接多台计算机构成局域网，具有价格低廉、易于安装的优点，曾广泛应用于小型局域网的组建。集线器工作于OSI模型的物理层。
使用集线器连接的网络，所提供的带宽由所有接口共享，因此由集线器连接而构成的网络传输效率相对较低。
当需要进行网络数据通信时，集线器把接收到的任何数据帧经过再生后，通过广播的方式发送到接收之外的所有接口，网络中的每台计算机对接收到的数据帧进行对比判断，如果数据帧的目的地址与本机的MAC地址相同，则接收该帧；否则，将该数据帧丢弃。
若网络内有两台以上计算机同时发送数据，将会产生数据“碰撞”现象，此时网络内的计算机均不能正常通信，即所有连到集线器的设备，都是属于同一个“碰撞”域和广播域。因此，由集线器连接的局域网中，同一时刻只能有一对计算机进行单向通信。随着通过集线器连接的网段规模扩大，发生碰撞的概率也逐渐增加。在局域网内，当某一对计算机彼此之间进行数据通信时，网络内所有的计算机均可接收到这些数据，因此安全性相对较差。
四、网桥
网桥（Bridge），又称桥接器，它用于连接两个相同结构的局域网，并对流经网桥的数据进行转发。网桥工作于数据链路层的MAC子层，它不但能扩展网络的范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。
网桥根据MAC帧的目的地址对接收到的帧进行转发过滤，当网桥接收到一个帧后，它会首先检查该帧的目的地址，根据目的地址决定将帧转发到哪一个端口，或者丢弃。
最简单的网桥只有两个端口，用于将两个以太网连接为一个具有更大覆盖范围的以太网。网桥的工作原理如图2-10所示，网桥依据转发表来进行帧的转发。若网桥从端口1收到A发送给B的帧，查找转发表后，将这个帧通过端口2转发给另一个网段；若网桥从端口1收到A发送给E的帧，查找转发表后，A与E属于同一端口，则E可直接接收此帧，不需要再通过网桥进行转发了。
图2-10 网桥转发实例
网桥通过自学习（self-learning）算法建立转发表。转发表建立步骤可以归纳如下：
1．执行自学习算法。网桥在接收到一个帧以后，首先查找此帧的源地址是否在转发表中，若在，则对转发表的项目进行更新操作，并执行步骤（2）；若不在，则将接收帧的源地址、相应端口和接收时间等参数添加到转发表中新建一个项目，并执行步骤（3）。
2．将帧传送至相应端口进行转发，完成后执行步骤（4）。
3．将帧在除接收到此帧的端口之外的所有端口进行转发，完成后执行步骤（4）。
4．等待新的数据帧，接收完成后，转到步骤（1）。
五、交换机
以太网交换机属于数据链路层设备，它可以识别数据包中的MAC地址信息，然后根据MAC 地址进行转发，并将这些MAC 地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
以太网交换机工作在OSI 模型的第二层，是一台专用的特殊计算机，它主要包括中央处理器、随机存储器和操作系统。与传统的网桥相比，以太网交换机能提供更多的端口、更好的性能、更强的管理能力和更低的价格。
交换机的工作模式：存储转发（Store and Forward）模式和直接转发（Cut Through）模式。
当交换机执行存储转发交换时，在转发之前必须接收到整个帧。交换机通过端口在收到转发帧后，将整个帧存入存储器中的转发队列中，并读取帧中的目的地址和源地址信息，对整个数据帧信息进行校验，对照交换机中存储的转发表，确定转发端口，将数据帧转发到下一个交换机。
交换机在执行直接转发时，对接收到的帧，先读取其目的地址，确定后直接转发端口，将数据帧从该端口直接转发。
通常情况下，根据应用交换机的网络规模，将交换机分为：接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。
1.接入层交换机：终端用户连接或访问网络的部分称为接入层，接入层交换机具有高速率、自适应、低成本和多端口等特性。
2.汇聚层交换机：能够同时连接多台接入层交换机，处理来自接入层设备的所有通信量，并提供到核心层连接的交换机为汇聚层交换机。
3.核心层交换机：核心层交换机一般都是三层交换机或者三层以上的交换机，采用机箱式的外观，具有很多冗余的部件。
