計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之五：基本器件(網(wǎng)卡，集線器，交換機(jī)，路由器)

一：RJ45接口

通常用于數(shù)據(jù)傳輸，最常見的應(yīng)用為網(wǎng)卡接口。是一種網(wǎng)卡上用的標(biāo)準(zhǔn)接口，用來插網(wǎng)線的。RJ45是布線系統(tǒng)中信息插座（即通信引出端）連接器的一種，連接器由插頭（接頭、水晶頭）和插座（模塊）組成，插頭有8個(gè)凹槽和8個(gè)觸點(diǎn)。RJ是Registered Jack的縮寫，意思是“注冊(cè)的插座”。在FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章）中RJ是描述公用電信網(wǎng)絡(luò)的接口，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的RJ45是標(biāo)準(zhǔn)8位模塊化接口的俗稱。

二：網(wǎng)卡

英文名：network adapter（網(wǎng)絡(luò)適配器）或者Network Interface Card（網(wǎng)絡(luò)接口卡）。網(wǎng)卡是工作在鏈路層的網(wǎng)絡(luò)組件，是局域網(wǎng)中連接計(jì)算機(jī)和傳輸介質(zhì)的接口，不僅能實(shí)現(xiàn)與局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)之間的物理連接和電信號(hào)匹配，還涉及幀的發(fā)送與接收、幀的封裝與拆封、介質(zhì)訪問控制、數(shù)據(jù)的編碼與解碼以及數(shù)據(jù)緩存的功能等。不同類型的網(wǎng)卡傳輸效率差距很大，有100Mbps也有10Mbps?，F(xiàn)在網(wǎng)卡大致可以分為有線網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡兩種，網(wǎng)卡的物理地址即MAC地址是48位的，這個(gè)是全球唯一的。

有線網(wǎng)卡：

無線網(wǎng)卡：

三：集線器

集線器的英文稱為“Hub”?！癏ub”是“中心”的意思，集線器的主要功能是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行再生整形放大，以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，同時(shí)把所有節(jié)點(diǎn)集中在以它為中心的節(jié)點(diǎn)上。它工作于OSI(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型)參考模型第一層，即“物理層”。集線器與網(wǎng)卡、網(wǎng)線等傳輸介質(zhì)一樣，屬于局域網(wǎng)中的基礎(chǔ)設(shè)備，采用CSMA/CD（即帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問技術(shù))介質(zhì)訪問控制機(jī)制。集線器每個(gè)接口簡(jiǎn)單的收發(fā)比特，收到1就轉(zhuǎn)發(fā)1，收到0就轉(zhuǎn)發(fā)0，不進(jìn)行碰撞檢測(cè)。集線器（hub）屬于純硬件網(wǎng)絡(luò)底層設(shè)備，基本上不具有類似于交換機(jī)的"智能記憶"能力和"學(xué)習(xí)"能力。它也不具備交換機(jī)所具有的MAC地址表，所以它發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)都是沒有針對(duì)性的，而是采用廣播方式發(fā)送。也就是說當(dāng)它要向某節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，不是直接把數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)，而是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到與集線器相連的所有節(jié)點(diǎn)。HUB是一個(gè)多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，當(dāng)以HUB為中心設(shè)備時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中某條線路產(chǎn)生了故障，并不影響其它線路的工作。所以HUB在局域網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。大多數(shù)的時(shí)候它用在星型與樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，以RJ45接口與各主機(jī)相連（也有BNC接口），HUB按照不同的說法有很多種類。

四：交換機(jī)

交換機(jī)的英文名稱之為“Switch”，它是集線器的升級(jí)換代產(chǎn)品，從外觀上來看的話，它與集線器基本上沒有多大區(qū)別，都是帶有多個(gè)端口的長(zhǎng)方形盒狀體。交換機(jī)是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動(dòng)完成的方法把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)統(tǒng)稱。廣義的交換機(jī)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。 

“ 交換”和“交換機(jī)”最早起源于電話通訊系統(tǒng)（PSTN）。我們以前經(jīng)常在電影或電視中看到一些老的影片時(shí)常看到有人在電話機(jī)旁狂搖幾下（注意不是號(hào)），然后就說：跟我接XXX，話務(wù)接線員接到要求后就會(huì)把相應(yīng)端線頭插在要接端子上，即可通話。其實(shí)這就是最原始的電話交換機(jī)系統(tǒng)，只不過它是一種人工電話交換系統(tǒng)，不是自動(dòng)的，也不是我們今天要談的計(jì)算機(jī)交換機(jī)，但是我們現(xiàn)在要講的計(jì)算機(jī)交換機(jī)也就是在這個(gè)電話交換機(jī)技術(shù)上發(fā)展而來。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，交換概念的提出是相對(duì)于共享工作模式的改進(jìn)。我們知道集線器（HUB）是一種共享介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而且HUB本身不能識(shí)別目的地址，是采用廣播方式向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送。即當(dāng)同一局域網(wǎng)內(nèi)的A主機(jī)給B主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)包在以HUB為架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)上是以廣播方式傳輸?shù)?，?duì)網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送同一信息，然后再由每一臺(tái)終端通過驗(yàn)證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來確定是否接收。在這種方式下我們知道很容易造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，因?yàn)槠鋵?shí)接收數(shù)據(jù)的一般來說只有一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，而現(xiàn)在對(duì)所有節(jié)點(diǎn)都發(fā)送，那么絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)流量是無效的，這樣就造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率相當(dāng)?shù)?。另一方面由于所發(fā)送的數(shù)據(jù)包每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能偵聽到，那顯然就不會(huì)很安全了，容易出現(xiàn)一些不安全因素。

交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條背部總線上。控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會(huì)查找內(nèi)存中的MAC地址（網(wǎng)卡的硬件地址）對(duì)照表以確定目的MAC的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個(gè)端口上，通過內(nèi)部交換矩陣直接將數(shù)據(jù)迅速包傳送到目的節(jié)點(diǎn)，而不是所有節(jié)點(diǎn)，目的MAC若不存在才廣播到所有的端口。這種方式我們可以明顯地看出一方面效率高，不會(huì)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，只是對(duì)目的地址發(fā)送數(shù)據(jù)，一般來說不易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)堵塞；另一個(gè)方面數(shù)據(jù)傳輸安全，因?yàn)樗皇菍?duì)所有節(jié)點(diǎn)都同時(shí)發(fā)送，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)其它節(jié)點(diǎn)很難偵聽到所發(fā)送的信息。這也是交換機(jī)為什么會(huì)很快取代集線器的重要原因之一。

交換機(jī)還有一個(gè)重要特點(diǎn)就是它不是像集線器一樣每個(gè)端口共享帶寬，它的每一端口都是獨(dú)享交換機(jī)的一部分總帶寬，這樣在速率上對(duì)于每個(gè)端口來說有了根本的保障。另外，使用交換機(jī)也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對(duì)照地址表，交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機(jī)，這就是后面將要介紹的VLAN（虛擬局域網(wǎng)）。通過交換機(jī)的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的隔離廣播風(fēng)暴，減少誤包和錯(cuò)包的出現(xiàn)，避免共享沖突。這樣交換機(jī)就可以在同一時(shí)刻可進(jìn)行多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的數(shù)據(jù)傳輸，每一節(jié)點(diǎn)都可視為獨(dú)立的網(wǎng)段，連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨(dú)自享有固定的一部分帶寬，無須同其他設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)使用。如當(dāng)節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)B可同時(shí)向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個(gè)傳輸都享有帶寬，都有著自己的虛擬連接。打個(gè)比方就是，如果現(xiàn)在使用的是10Mbps 8端口以太網(wǎng)交換機(jī)，因每個(gè)端口都可以同時(shí)工作，所以在數(shù)據(jù)流量較大時(shí)，那它的總流量可達(dá)到8＊10Mbps＝80Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時(shí)，因?yàn)樗菍儆诠蚕韼捠降模酝粫r(shí)刻只能允許一個(gè)端口進(jìn)行通信，那數(shù)據(jù)流量再忙HUB的總流通量也不會(huì)超出10Mbps。如果是16端口、24端口的更是明顯了！

五：路由器     

路由器（Router）是一種負(fù)責(zé)尋徑的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它在互連網(wǎng)絡(luò)中從多條路徑中尋找通訊量最少的一條網(wǎng)絡(luò)路徑提供給用戶通信。路由器用于連接多個(gè)邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)用戶提供最佳的通信路徑，路由器利用路由表為數(shù)據(jù)傳輸選擇路徑，路由表包含網(wǎng)絡(luò)地址以及各地址之間距離的清單，路由器利用路由表查找數(shù)據(jù)包從當(dāng)前位置到目的地址的正確路徑。路由器使用最少時(shí)間算法或最優(yōu)路徑算法來調(diào)整信息傳遞的路徑，如果某一網(wǎng)絡(luò)路徑發(fā)生故障或堵塞，路由器可選擇另一條路徑，以保證信息的正常傳輸。路由器可進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，成為不同協(xié)議之間網(wǎng)絡(luò)互連的必要設(shè)備。 路由器使用尋徑協(xié)議來獲得網(wǎng)絡(luò)信息，采用基于“尋徑矩陣”的尋徑算法和準(zhǔn)則來選擇最優(yōu)路徑。按照OSI參考模型，路由器是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層系統(tǒng)。路由器分為單協(xié)議路由器和多協(xié)議路由器。

現(xiàn)在路由器有發(fā)展成為有線路由器和無線路由器兩種，無線路由器比有線路由器多了一個(gè)無線信號(hào)發(fā)送模塊。當(dāng)然現(xiàn)在像獵豹WiFi這些軟件可以讓無線網(wǎng)卡發(fā)送無線信號(hào)，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)WiFi的功能。

六：總結(jié)

1.RJ45接口：就是能夠插水晶頭的那個(gè)接口。

2.網(wǎng)卡：網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)表現(xiàn)為一幀一幀的數(shù)據(jù)，需要網(wǎng)卡來進(jìn)行封包和解包，沒有網(wǎng)卡是無法識(shí)別這些數(shù)據(jù)的。

3.集線器：收到數(shù)據(jù)后，直接對(duì)周圍所有的機(jī)器轉(zhuǎn)發(fā)，由機(jī)器決定是否接受數(shù)據(jù)，效率低下，且不安全。

4.交換機(jī)：集線器的升級(jí)版，里面存放著一張表：數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的MAC地址，因此發(fā)送數(shù)據(jù)是有針對(duì)性的，接收到數(shù)據(jù)后給指定的機(jī)器轉(zhuǎn)發(fā)，由于速度非常之快，讓人感覺是獨(dú)占了一條專線。它的基本功能如下：

交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)一根網(wǎng)線復(fù)用的功能。

交換機(jī)的每一個(gè)端口地位都是等價(jià)的。

一個(gè)交換機(jī)就可以組建一個(gè)子網(wǎng)，多個(gè)交換機(jī)的串接使用可以組建規(guī)模更大的子網(wǎng)。

通過這個(gè)交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)功能，同一個(gè)子網(wǎng)的計(jì)算機(jī)可以相互訪問。子網(wǎng)內(nèi)與子網(wǎng)外的機(jī)器相互訪問就需要用到路由器了。

 5.路由器：路由器是連接不同網(wǎng)絡(luò)的重要設(shè)備，里面存放著一張路由表。網(wǎng)絡(luò)上不同的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)如何傳送數(shù)據(jù)，或者存在多條路徑該選擇哪一條？這都是路由器要做的事。路由具有轉(zhuǎn)發(fā)與路由的功能。轉(zhuǎn)發(fā)（forward）只涉及到一個(gè)路由器，路由（route）則涉及到多個(gè)路由器。家用路由器一般有一個(gè)Wlan口與多個(gè)LAN口，Wlan口用來接收外網(wǎng)信號(hào)，lan口則相當(dāng)于交換機(jī)的端口。

家用路由器與企業(yè)級(jí)路由器的區(qū)別：

家用路由嚴(yán)格來說路由功能是可有可無的，家用路由器主要用來共享IP和發(fā)WiFi的，通過一個(gè)家用路由器可以組建一個(gè)子網(wǎng)，家用路由器具有NAT協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，并且還具有DHCP協(xié)議，也就是用來動(dòng)態(tài)分配IP地址的。（計(jì)算機(jī)可以通過網(wǎng)線連接家用路由器來進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，注意要接LAN口）

企業(yè)級(jí)路由器就是專門用來數(shù)據(jù)傳輸選路的功能，可以在不同網(wǎng)絡(luò)間自動(dòng)學(xué)習(xí)路由表并且實(shí)現(xiàn)選路轉(zhuǎn)發(fā)。

注意：

上面這些常見的器件之間的界限越來越不明顯，比如家用的路由器實(shí)際上是路由器與交換機(jī)的集合，而平時(shí)所說的貓（調(diào)制解調(diào)器）很多情況下帶有路由器的功能，交換機(jī)也分情況：如果是三層交換機(jī)，它工作在物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層，具有一般交換機(jī)與路由器的功能，而二層交換機(jī)只工作在下兩層，不具有路由器的功能。