【文章內容簡介】 網絡中是以“包”的形式傳遞的，但不同網絡的“包”， 其格式也是不一樣的。 如果在不同的網絡間傳送數據，由于包格式不同， 導致數據無法傳送，于是網絡間連接設備就充當“翻譯”的角色，將一種網絡中的“信息包”轉換成另一種網絡的“信息包”。 信息包在網絡間的轉換，與 OSI 的七層模型關系密切。如果兩個網絡間的差別程度小，則需轉換的層數也少。例如以太網與以太網互連，因為它們屬于一種網絡，數據包僅需轉換到 OSI 的第二層（數據鏈路層），所需網間連接設備的功能也 簡單（如網橋）；若以太網與令牌環(huán)網相連，數據信息需轉換至 OSI 第三層（網絡層），所需中介設備也復雜（如路由器）；如果連接兩個完全不同結構的網絡（如PC LAN 與 IBM 主機），其數據包需做全部七層的轉換，需要的連接設備也最復雜（如網關）。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 9 網絡間連接設備 下面簡單介紹幾種主要的網絡連接設備 1. 集線器 (HUB) 集線器出現很早、最基礎的網絡設備。這就是組建 10BASET 網絡時所使用的集成器。從 HUB 的作用來看，它不屬于網間連接設備，而應叫做網絡連接設備。因此它與前面介紹的網橋、路由器、網關等不 同，不具備協議翻譯功能，而只是分配頻寬。 HUB 分配頻寬，使得每臺工作站的傳輸速率達不到 10Mbps。例如使用一臺 N個接口的 HUB 組建 10BASET Ether 網，每個接口所分配的頻帶寬度是10Mbps/N。 從功能上分， HUB 可分為下面四種類型 ： 基本型集線器（ Dumb HUB） 一般“基本型” HUB 的面板上均有 LED 狀態(tài)指示燈，具有自動診斷故障點的能力，但不具備網絡管理的功能，故價格比較便宜。在一般中、小企業(yè)的環(huán)境中，若所連接的電腦不多（ 1020 臺），且使用者集中于某一區(qū)域，則 選用價廉但實用的基本型 HUB 即可，如圖 24 所示。 圖 24 基本集線器 智能型 HUB(Intelligent HUB) 智能型 HUB 除了具有基本型 HUB 的功能外，另外它也具有 SNMP（ Small Network Management Protocol）網管功能：統(tǒng)計每一接口的數據流量、數據保密、用戶接口的 Enable/Disable 管制功能、故障排除等。在一大型企業(yè)網絡中，若部門分布較廣，所連接的電腦較多且將來有擴充的趨勢，則應選購含網管功能的智能型集線器為宜。 機架式 HUB(Chaiss concentrator) 機架型 HUB 是指 HUB 中包含了數種可供網絡擴充的模塊（如 10BaseT、TokenRing、 Bridge 等），通常具備 SNMP 網管功能。機架式 HUB 的最大優(yōu)點為常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 10 易于擴充。 目前，由于智能型 HUB 的功能日趨完善，價格不斷降低，因此機架式 HUB逐漸被淘汰。 堆棧式 HUB 10BaseT HUB 雖然可借層層級聯的方式來擴充其網絡，但其缺點是每級聯一層，其頻寬即相對降低。例如，假設第一層 HUB 的頻寬為 10Mbps，則第二層 HUB的頻寬降為 10Mbps/2（使用了兩個接口 ），而第三層 HUB 的頻寬又是第二層頻寬再除以使用的接口數。由此可知， HUB 級聯的層數愈多，其頻寬也愈慢。 為了解決此問題，網絡廠商設計了“堆棧式”（ Stackable）的 HUB，如圖 ，即用電纜將 HUB 與 HUB 兩兩相接，這樣的連法使各臺 HUB 均被視為同一層級（即它們的頻寬均一致）。在不減低頻寬的前提下，這種 HUB 的設計也算是提高網絡速度的一種方法。 圖 25 堆棧式 HUB 堆棧式 HUB 的好處除了更適合網絡的擴充外，也相對降低了 Port 的成本。另外它放置的位置集中，故管理也更為容易。 （ switch） 交換機的主要功能包括物理編址、網絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。目前交換機還具備了一些新的功能，如對 VLAN（虛擬局域網）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。 在計算機網絡系統(tǒng)中，交換概念的提出是對于共享工作模式的改進。前面介紹過的 HUB 集線器就是一種共享設備， HUB 本身不能識別目的地址，當同一局域網內的 A 主機給 B 主機傳輸數據時，數據包在以 HUB 為架構的網絡上是以廣播方式傳輸的，由每一臺終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一 時刻網絡上只能傳輸一組數據幀的通訊，如果發(fā)生碰撞還得重試。這種方式就是共享網絡帶寬。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 11 圖 26 交換機 交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數據包以后，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的 MAC（網卡的硬件地址）的 NIC（網卡）掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口，目的 MAC 若不存在才廣播到所有的端口，接收端口回應后交換機會 “學習 ”新的地址，并把它添加入內部地 址表中。使用交換機也可以把網絡 “分段 ”，通過對照地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發(fā)，可以有效的隔離廣播風暴，減少誤包和錯包的出現，避免共享沖突。 交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的網段，連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節(jié)點 A 向節(jié)點 D 發(fā)送數據時，節(jié)點 B 可同時向節(jié)點 C 發(fā)送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是 10Mbps的以太網交換機，那么該交換機這時的總流通量就 等于 210Mbps＝ 20Mbps，而使用 10Mbps 的共享式 HUB 時，一個 HUB 的總流通量也不會超出 10Mbps。 總之，交換機是一種基于 MAC 地址識別，能完成封裝轉發(fā)數據包功能的網絡設備。交換機可以 “學習 ”MAC 地址，并把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。 3. 路由器（ router） 路由器的一個作用是連通不同的網絡，另一個作用是選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的近路，能大大提高通信速度，減輕網絡系統(tǒng)通信負荷，節(jié)約網絡系統(tǒng) 資源，提高網絡系統(tǒng)暢通率，從而讓網絡系統(tǒng)發(fā)揮出更大的效益來。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 12 路由器工作在 OSI 模型的第三層（網絡層），因此它與高層協議有關；又由于它比網橋更高一層，因此智能性更強。它不僅具有傳輸能力，而且具有選擇最短路徑的能力。當某一鏈路不通時，路由器會選擇一條好的鏈路完成通信。 由于路由器的復雜化，其傳輸信息的速度比網橋要慢，比較適合于大型、復雜的網絡連接。 路由器可以深入到數據包中，閱讀每個數據包或令牌環(huán)幀中包含的信息，使用復雜的網絡尋址過程來判斷適當的網絡目標。在從一個網絡向另一個網絡發(fā)送數據包時，丟棄了數據外層 ，重新打包并重新傳輸數據，這樣做減少了通過局域網間通訊鏈路的比特數，接收端的路由器重新將數據組成適合該局域網段的數據包或幀，這樣使得路由器能通過 LAN 內部電路，比網橋更有效地傳遞信息，盡量少使用昂貴的長途電路。 路由器根據分類方法的不同可分為：近程路由器和遠程路由器；內部路由器和外部路由器；“靜態(tài)”路由器和“動態(tài)”路由器；單協議路由器和多協議路由器等。路由器在工作時需要存在初始的路徑表，它使用這些表來識別其他網絡，以及通往其他網絡的路徑和最有效的選擇方法。路由器與網橋不同，它并不是使用路徑表來找到其他網絡 中指定設備的地址，而是依靠其它的路由器來完成此任務。也就是說，網橋是根據路徑表來轉發(fā)或過濾信息包，而路由器是使用它的信息來為每一個信息包選擇最佳路徑。靜態(tài)路由器需要管理員來修改所有網絡的路徑表，它一般只用于小型的網間互連；而動態(tài)路由器能根據指定的路由協議來完成修改路由器信息。使用這些協議，路由器能自動地發(fā)送這些信息，所以一般大型的網間連接均使用動態(tài)路由器。路由器能夠在多個網絡和介質之間提供網絡互連能力，但路由器并不要求在兩個網絡之間維持永久的連接。與網橋不同，路由器僅在需要時建立新的或附加的連接，用以提供動 態(tài)的帶寬或拆除空閑的連接。 此外，當某條路徑被拆除或因擁擠阻塞時，路由器提供一條新路徑。路由器還能夠提供傳輸的優(yōu)先權服務，給每一種路由配置提供最便宜或最快速的服務，這些功能都是網橋所沒有的。 例如 LAN A 是 Token Ring， LAN B 是 Ether，這時你就可用路由器將這兩個網絡連接在一起，如圖 27 所示： 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 13 圖 27 4. 網橋（ bridge） 網橋的功能在延長網絡跨度上類似于中繼器，然而它能提供智能化連接服務， 即根據幀的終點地址處于哪一網段來進行轉發(fā)和濾除。網橋對站點所處網段的了 解是靠 “自學習”實現的。當兩種相同類型但又使用不同通信協議的網絡進行互連時，就需要使用橋接器，也就是通常所說的網橋。 例如， LAN A 與 LAN B 是兩個以太網絡， LAN A 使用的是 IPX 協議， LAN B使用 TCP/IP，當連接 A 與 B 時，就必須用網橋。如圖 28 所示： 圖 28 網橋 網橋的工作原理是這樣的：當網橋剛安裝時，它對網絡中的各工作站一無所知。在工作站開始傳送數據時，網橋會自動記下其地址，直到建立起一張完整的網絡地址表為止，這是一個“學習”的過程。 一旦地址表建完，信息數據在通過網橋時，網橋就根據 信息包比較其目地地址的網絡號與源地址的網絡號是否相同。若不同，則進行格式轉換，將信息包傳過“橋”去；否則，不轉換，也不過“橋”。 網橋對應 OSI 參考模型的第二層（包括物理層與鏈路層）。因此網橋只能連接同一類型的網絡（如以太網與以太網）。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 14 5. 網關（ gateway） 網關的結構也和路由器類似，不同的是互連層。網關既可以用于廣域網互連，也可以用于局域網互連。 網關是一種充當轉換重任的計算機系統(tǒng)或設備。在使用不同的通信協議、數據格式或語言，甚至體系結構完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網關是一個翻譯器。與網橋只是簡單地傳達信息不同，網關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統(tǒng)的需求。同時，網關也可以提供過濾和安全功能。大多數網關運行在 OSI 7 層協議的頂層 應用層。 例如 Ether 網與一大型電腦主機網絡（例如 IBM SNA）相連，你必須用網關來完成這項工作。 如圖 29 所示： 圖 29 網關 6. 中繼器（ repeater） 中繼器工作于 OSI 的物理層，是局域 網上所有節(jié)點的中心，它的作用是放大信號，補償信號衰減，支持遠距離的通信。如果需要比較長的傳輸距離，就需要安裝一個叫做 “中繼器 ”的設備。如圖 210 所示： 圖 210 中繼器 中繼器的主要優(yōu)點是安裝簡單、使用方便、價格相對低廉。它不僅起到擴展網絡距離的作用，還可將不同傳輸介質的網絡連接在一起。中繼器工作在物理層，對于高層協議完全透明。 常州信息職業(yè)技術學院電子與電氣工程學院 畢業(yè)設計論文 15 寬帶接入技術簡介 智能化小區(qū)最常用的接入技術有以下三種： ADSL、有線電視網、 LAN 接入。 ADSL 接入方式 固定電話網用于寬帶接入的主要方 式是非對稱數字用戶環(huán)路 ADSL 信號的工作頻帶與電話業(yè)務的工作頻帶不重合，在一條電話線上可以傳送一般語音電話，也可以進行 ADSL 寬帶數據業(yè)務， ADSL 系統(tǒng)發(fā)生故障而無法使用時，用戶電話不受影響。 ADSL 方案的最大特點是不需要改造信號傳輸線路，完全可以利用普通銅質電話線作為傳輸介質，配上專用的 Modem 即可實現數據高速傳輸。 但是 ADSL 技術上缺點十分明顯，由于電纜不同線路信號之間的相互串擾以及線路質量都對其有影響， ADSL 樓外也使用非屏蔽雙絞線，對天氣干擾（如雷擊，下雨等）抗擾能力較差，帶寬可 擴展?jié)摿Σ淮?。所以對于社區(qū)要求智能化不高、室內只要一個數據點的用戶是一個選擇。 —— HFC 接入方式 HFC 網不僅可以提供原來的有線電視業(yè)務，而且可以提供話音，數據以及其它交互型業(yè)務。在城市有線電視光纜和同軸電纜混合網上，使用 Cable Modem 進行數據傳輸構成寬帶接入網。 其優(yōu)點是可利用目前數以百萬計的有線電視用戶，只要簡單改造就可滿足用戶上網要求。是占領區(qū)域的好方法。但布線方面的缺點也很多： (1)HFC 網在光纖部分多采用星型網，電纜部分采用樹型結構，對有線電視傳輸非常好。但對寬帶 高速綜合業(yè)務網就不很合理。信息網對可靠性要求非常高，綜合信息網一旦出現問題，卻不