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02第二章网络互连设备

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网络互连设备PPT资料(正式版)

网络互连设备PPT资料(正式版)

❖ 只检查数据包的包头，所以具有延迟小、交换速度快；缺点是不提 供错误检测功能。
❖ 存储转发方式
❖ 数据包缓存—检查CRC是否正确—并过滤掉冲突包错误—取出目的 地址—查找表找到想要发送的输出端口地址—将包发送出去。延迟 较大，但错误检测，并能支持不同速度率的输入/输出端口间的交换。
比较
❖ 前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网 络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全 性，同时也无法支持具有不同速率的端口的 交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。
3.1 工作原理 (最常用2种）
字节7
1
先导字段
2或6 2或6 2 0~15000~46
4
目的地源 址地址 数据 填充字检 段查和
❖ 切入方式
帧开始标记
数据字段长度
❖ 在输入端口检测到一个数据包时，只检查其包头，取出目的地址， 并通过内部的动态查找标准换算成相应的输出端口，然后把数据包 转发到该端口，这样就完成了交换工作。
❖ 有源集线器对传输信号进行再生和放大，具有扩展 介质长度的功能。
❖ 智能集线器除具有有源集线器的功能以外，还可将 网络的部分功能（如网络管理、选择网络传输线路 等）集成到集线器中。
切换式集线器、共享式集线器和堆叠共享式集线器
❖ 切换式集线器可以重新生成信号并在发送前过滤每一个包， 而且将其发送到目的地址。通过切换式集线器，10Mbps和 100Mbps的节点可用于同一个网段中。
网络互连设备
1 网卡
承担计算机与网络之间交换数据的任 务
标准插头座：BNC（连接细缆）AUI （Attachment Unit Interface连接 粗缆）RJ45（连接双绞线）
中断号 驱动程序
2 集线器

网络互连设备

网络互连设备

3.1 工作原理 (最常用2种）
字节7
1
先导字段
2或6 2或6 2 0~15000~46
4
目的地源 址地址 数据 填充字检 段查和
❖ 切入方式
帧开始标记
数据字段长度
❖ 在输入端口检测到一个数据包时，只检查其包头，取出目的地址， 并通过内部的动态查找标准换算成相应的输出端口，然后把数据包 转发到该端口，这样就完成了交换工作。
传输介质 令牌环网
❖ 网桥通过分析地址字段，以决定是否把收到的帧转发到另一 个网段上，其工作原理如图5-13所示
❖
102 数据
202 数据
102站
网桥
LAN1
202站 201站
LAN2
分类：路由选择算法--- 透明网桥和源路由网桥
（1）透明网桥 网桥中建立一张站表，包括：
❖ 端口号指示将帧发往目的地址应从哪个端口发送出去 （或发往相连的哪个网络）；
4 中继器
❖ 中继器的主要作用是将收到的信号重新整理，使其 恢复原来的波形和强度，然后继续传下去，这样信 号可传得更远。
以太网
中继器
以太网
特点
中继器连接的网段仍然属于一个网络系统 不能无限制的延长网络的距离 最多5个中继网段、4 个中继器 根据连接的介质不同，可分为：
粗缆中继器 细缆中继器 双绞线中继器 光纤中继器 混合中继器
❖ LAN类型用于标识MAC标准，以便确定是否需要进行协 议转换；
❖ 登记时间用于记录帧的到达时间，以便在站表中保留网 络拓扑的最新状态信息。
❖ 当一个网桥刚连接到局域网上时，其站表是空的。 ❖ 网桥便采用“洪泛法”（扩散法）。网桥在转发的过程 中，将帧的源.2 交换机分类
1.速度：10M、100M、1G 2.场合：桌面交换机、工作组交换

第2章网络互连设备与技术

第2章网络互连设备与技术

网卡的安装 硬件安装、软件安装、网络连通性测试（ping) 1.ping 回路地址 127.0.0.1 测试本机支持网络的软件是否正常 2.ping 本机地址 测试网卡启动及TCP/IP设置是否正确 3.ping 网关 测试局域网是否连接正常 4.ping DNS 测试与外网连接的网关是否正常 5. Ping 外网IP 测试与外网通信是否正常。 （写出你测试新组建网络是否能正常连接外网的步骤）
10Base-F
2000米
. 被动集线器 它是相对静止的，不能对接收到的信号进行任何 处理，不能提高网络性能，不能监测硬件错误或性能 瓶颈。只简单的从一个端口接收数据并通过所有端口 分发。 . 主动集线器 又称为多端口中继器，除具有被动集线器的功能 外，还能监视数据。它接收信号、处理信号、重新以 原始的强度和定义将信号传输到连接的计算机或组件 上 . 智能集线器 具有主动集线器的功能外，还提供了集中管理功 能。它支持以太网、令牌环和FDDI（光纤分布式数据 接口）.
优点：延迟非常小，交换非常快 缺点：因未被保存，故无法检查传送数 据包是否有错，不能提供错误检测能力。 .存储转发（store&forward） 把输入端口的数据包先存储起来，然 后进行CRC（循环冗余校验）检查，在对 错误包处理后，才取出数据包的目的地址， 通过查找地址表转换成输出端口的送出包。 优点：对数据包进行错误检测，有效地 改善网络性能 缺点：保存数据包，故延时大
二、网络互联的设备
网卡（网络卡/网络接口卡/NIC）network
internet
card 网卡是计算机主板与网络缆线的接口板 工作原理： 整理计算机上发往网线上的数据并将数据分解为 适当大小的数据包之后向网络上发送出去。 网卡分类 . 按传输速度分类： 10M网卡、10/100M自适应网卡、千兆网卡

网络互连设备

网络互连设备
• 网桥的分类 （3）按网桥是否具有智能可分为：智能网桥和非智能网桥。 前者在为信包选择路由时，无需管理员给出路由信息， 具有学习能力。 后者则要求网络管理员提示路由信息。 （4）按网桥连接是本地网还是远程网分为：本地网桥和远 程网桥。 本地网桥指的是在传输介质允许长度范围内互连网络 的网桥； 远程网桥指的是连接的距离超过网络的常规范围时使 用的网桥。
路由器
• 2. 路由器的功能
（3）实现网络层的一些功能 因为不同网络的分组大小可能不同，路由器 有必要对数据包进行分段、组装，调整分组大小， 使之适合于下一个网络对分组的要求。
路由器
（4）网络管理与安全 路由器是多个网络的交汇点，网间的信息流都要经过 路由器，在路由器上可以进行信息流的监控和管理。它还 可以进行地址过滤，阻止错误的数据进入，起到“防火墙” 的作用。 （5）多协议路由选择 路由器是与协议有关的设备，不同的路由器支持不同 的网络层协议。多协议路由器支持多种协议，能为不同类 型的协议建立和维护不同的路由表，连接运作不同协议的 网络。
信息传递的路径，如果某一网络路径发生故障或
堵塞，路由器可选择另一条路径，以保证信息的 正常传输。 • 路由器可进行数据格式的转换，成为不同协议之 间网络互连的必要设备。
路由器
路由器
• 图说明了路由器的工作过程。 • 局域网1中的源结点101生成了一个或多个分组，这些分组 带有源地址与目的地址。
• 如果局域网1中的101结点要将局域网3中的目的结点105 发送数据，那么它只按正常工作方式将带有源地址与目的 地址的分组装配成帧发送出去。 • 连接在局域网1的路由器接收到来自源结点101的帧后，由 路由器的网络层检查分组头，根据分组的目的地址查询路 由表，确定该分组输出路径。 • 路由器确定该分组的目的结点在另一局域网，它就将该分 组发送到目的结点所在的局域网中。

02第二章网络互连设备

02第二章网络互连设备
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交换机的交换方式
以太网交换机的交换方式分为静态方式和动态 方式。静态方式的特点是端口间的通道由人工事先 配置，两个端口间的连接类似于硬件连接，端口按 固定的连接方式交换帧。 动态交换方式又分为： 存储转发方式； 直通方式； 帧碎片丢弃方式，也称无残帧方式。
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交换机的功能和性能
⑴端口-站地址表的大小 ⑵端口的自适应性 ⑶单位时间转发帧的能力；流量控制能力；交换机 是否具备双向同时传输（全双工）能力 ⑷帧延时的大小 ⑸交换机端口对地址的支持 ⑹对虚拟局域网VLAN的支持
•根据不同的局域网协议，网卡又分为Ethernet网卡（支持 IEEE802.3系列协议）、Token Ring网卡、ARCNET网卡和 FDDI网卡几种。
•按有无物理上的通信线缆分类，分为有线网卡和无线网卡。
18
网卡的选择
连接性主要是根据主机的总线类型选择不同的网 卡，现在一般选用PCI或者PCMCIA接口的网卡。
37
2.5 路由器（Router）
•路由器是实现异种网络连接的互连设备，工作在OSI的第三 层即网络层。 •路由器在转发分组时，依据的是网络层分组头部的路由信 息。 路由器可以根据网络层的协议类型、网络号、主机的 网络地址、子网掩码、高层协议的类型等来监控、拦截和过 滤信息。 •路由器和网桥本身就是一台计算机。 •路由器也需要操作系统才能进行网络系统配置，以及和其 它路由器交换信息。 •路由器是网络中进行网间连接的关键设备。
③输入/输出地址范围
④双向同时传输 目前的网卡均支持双向同时传输
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网 卡 的 参 数 图 示
【开始】│【设置】│【控制面板】│【系统】│【设备管理】 │【网络适配器】│【属性】│【资源】
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网络互连设备

网络互连设备
❖ 有源集线器对传输信号进行再生和放大，具有扩展 介质长度的功能。
❖ 智能集线器除具有有源集线器的功能以外，还可将 网络的部分功能（如网络管理、选择网络传输线路 等）集成到集线器中。❖ 切换式集线器可以重新生成信号并在发送前过滤每一个包， 而且将其发送到目的地址。通过切换式集线器，10Mbps和 100Mbps的节点可用于同一个网段中。
❖ 只检查数据包的包头，所以具有延迟小、交换速度快；缺点是不提 供错误检测功能。
❖ 存储转发方式
❖ 数据包缓存—检查CRC是否正确—并过滤掉冲突包错误—取出目的 地址—查找表找到想要发送的输出端口地址—将包发送出去。延迟 较大，但错误检测，并能支持不同速度率的输入/输出端口间的交换。
比较
❖ 前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网 络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全 性，同时也无法支持具有不同速率的端口的 交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。
❖ 共享式集线器为所有节点提供了一个共享的最大频宽，不过 滤包和重新生成信号，所有与之相连的节点必须以同一工作 速率工作（10Mbps或100Mbps）。
❖ 堆叠共享式集线器是共享式集线器的一种，当它们集连在一 起时，可看作网中的大集线器，即当6个8口的集线器连在一 起时，可以看作是一个48口的集线器。
传输介质 令牌环网
❖ 网桥通过分析地址字段，以决定是否把收到的帧转发到另一 个网段上，其工作原理如图5-13所示
❖
102 数 据
202 数 据
102站
网桥
LAN1
202站 201站
LAN2
分类：路由选择算法--- 透明网桥和源路由网桥
（1）透明网桥 网桥中建立一张站表，包括：
❖ 端口号指示将帧发往目的地址应从哪个端口发送出去 （或发往相连的哪个网络）；

《网络连接设备概述》PPT课件

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2.2 物理层网络连接设备
精选课件ppt
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物理层网络连接设备（中继器）
A device that extends the distance a signal can travel by regenerating the signal. 一种通过对信号进行再生处理以延长信号传输距离的设备.
智能(Intelligen)集线器 ➢ 除具有有源集线器的功能外，还可
将网络的部分功能集成到集线器中， 如网络管理、选择网络传输线路等。
精选课件ppt
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集线器的缺点
Hub是一种共享介质的网络设备，本身不能识别 目标地址，所以采用广播方式无目的地向所有节 点发送信息，由网络站点通过验证数据包头的地 址信息来确定是否接收，故其：
一站发送，全局广播，用户争抢信道，容易引起网络 阻塞
实际接收只有一站，却向所有站点传送，绝大部分流 量无效，传输效率低
同一时刻只能进行两个端口之间的数据传输，要么发 送，要么接收——半双工，进一步降低传输效率
每个节点都能侦听到所发送的数据包，安全性较差
精选课件ppt
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2.3 数据链路层网络连接设备
精选课件ppt
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生成树算法
生成树算法（STA）和生成树协议（STP）是一 种确保任何两台交换机（多口网桥）之间只有一 条数据路径的自动配置算法。此协议也可进一步 增强为每个VLAN建立一个生成树。它在提供路径 冗余和网络可扩展性的同时，保证网络的无环路 拓扑。
STP允许在两个或多个交换机中可以存在多条路 径，但同一时间只有一条路径可以激活。其余的 路径将被置于阻塞模式。如果主路径失败，一条 备选路径将会从阻塞状态转换到转发状态从而重 新建立交换机之间的连接。

网络互连设备

*第2章网络互连设备2．1 网络互连互连网络也称网际互连，它是指两个以上的计算机网络，通过一定的方法，用一种或多种通信设备相互连接起来，以构成更大的网络。

20 世纪90 年代的最后5 年，是我国网络的空前繁荣时期，各类局域网和广域网的应用迅速增长的同时，也迫切需要将不同的地区、不同的部门、不同的单位用户连接起来，以便共享彼此之间的资源，这种分布式资源共享的需要刺激了网络互连市场的飞速发展。

这些互连系统各不尽相同，如果按本地区与外地区分，大致可分为两种情况：第一种，横向互连。

横向互连单位位于本地区。

比如银行与各营业所的业务联网；市（县、区）政府局域网与下级局域网的连接。

连网单位可以是局域网，也可以是单机。

这一类互连还包括广域网之间的互连，如中国电信、中国联通等网络运营商在北京、上海、广州等地的节点互连。

第二种，纵向互连。

纵向互连单位位于不同地区。

比如证券交易所与各地券商的联**网；省政府与市政府的联网（政务信息网）等。

这一类还包括一般用户与Internet 的互连。

网络互连就是将不同的子网相互连接起来，以解决子网间的信息流通，从而达到共享网络内资源的目的。

如果将各个子网看作一个个端节点，连接子网的中继系统看作交换节点，则连接这些端节点的网络就形成一个“超级”网络，Internet 就是一个超级网络。

2．1．1 网络互连的优点网络互连即可以扩大通信地理范围，也可以限定通信地理连接范围。

一个互连网络与一个单一结构的网络相比，具有以下优点：1．提高系统的可靠性一个单位中将所有的数据处理设备连接在一个网络上是危险的，网络中的一个故障可能使整个网络瘫痪。

如果将一个大网通过互连设备分割成一个个相对独立的子网，故障范围就会缩小到一个子网内。

2．提高了系统性能通常局域网的性能随着网络的站点的增加和传输范围的加大而下降，如果将网中设备依据一定的原则分成若干组分别构造局域网，而且保证各子网内的信息量远大于子网间的信息量，则互连各个子网形成的“超级”网络的性能远远大于一个单一的网络。

网络互连设备PPT课件


条高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条
背部总线上，当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址
对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端 口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存
在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的
❖ 部门级集线器也叫智能型集线器，用于将几个工作群连到主 干线路，具有管理功能。。
❖ 企业级
❖ 也叫交换式集线器，能对数据包做存储、辩识过滤及转 送。
❖ 用于建立大型网络，具有多种网络设备（包括广域网接 口）集成化管理功能。
❖ 交换式集线器称为交换机，将在后面章节里详细介绍。
a
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3 交换机
❖ 拥有许多端口，每个端口都有自己的专用带宽，而 CSMA/CD共享通道带宽。
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目的地源 址地址 数据 填充字检 段查和
❖ 切入方式
帧开始标记
数据字段长度
❖ 在输入端口检测到一个数据包时，只检查其包头，取出目的地址， 并通过内部的动态查找标准换算成相应的输出端口，然后把数据包 转发到该端口，这样就完成了交换工作。
❖ 只检查数据包的包头，所以具有延迟小、交换速度快；缺点是不提 供错误检测功能。
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切换式集线器、共享式集线器和堆叠共享式集线器
❖ 切换式集线器可以重新生成信号并在发送前过滤每一个包， 而且将其发送到目的地址。通过切换式集线器，10Mbps和 100Mbps的节点可用于同一个网段中。
❖ 共享式集线器为所有节点提供了一个共享的最大频宽，不过 滤包和重新生成信号，所有与之相连的节点必须以同一工作 速率工作（10Mbps或100Mbps）。

ND_02 网络互联设备


wangd@
网
络
工
程
专
业
实
训
中
心
堆叠式集线器
• 堆叠式集线器类似于独立式集线器，但它有一个特殊 的高速端口可以把集线器堆叠起来以获得更好的效果。 从逻辑上来看，堆叠式集线器代表了一个大型的集线 器。也就是说，集线器可以堆放在一起（也被称为堆 栈式集线器）。
wangd@
网
络
工 交换程 专 ，路由明朝辉煌 今日汗水， 实 训 中 今日汗水业
心
第二章 网络互联设备
中北大学电子与计算机科学技术学 院
School of Electronics and Computer Science and Technology . NUC wangd@
网
络
工
程
专
业
• 集线器Hub是中继器的一种扩展形式，是一个多端口的中 继器，属于OSI参考模型物理层的网络连接设备。集线器 是以星形拓扑结构连接网络结点的一种中枢网络设备。
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络
工
程
专
业
实
训
中
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共享式以太网
PC A 数据 听 空闲 PC B
PC C
PC D
• 工作机制 • CSMA/CD：载波侦听、多路访问、冲突检测
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工
程
专
业
实
训
中
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课程议题
物理层互联设备
wangd@
网
络
工
程
专
业
实
训
中
心
物理层互联设备物理层互联设备-中继器
• 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。
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非屏蔽双绞线
– UTP，unshielded twisted Pair – 使用RJ-45水晶头作为端头 – 传输距离限制为100米 – 目前最常用的是5类（Cat5）、超5类双绞线(Cat5e)和6类
(Cat6)类电缆
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屏蔽双绞线
– STP，Shielded Twisted Pair – STP比UTP具有更好的电磁屏蔽和抗干扰性能
困难，成本较高 – IEEE把使用粗缆搭建的以太网称为10Base 5
»“10”代表最高传输速率为10Mbps »“Base”代表采用基带传输 »“5”代表传输距离最大为500米。
4
细缆
– 细缆是20世纪80年代以太网初期采用的最流行 的传输介质
– 比粗缆轻，容易使用和安装，价格相对便宜 – IEEE把使用粗缆搭建的以太网称为10Base 5
网卡插在每台工作站和服务器主机板的扩展槽 里。工作站通过网卡向服务器发出请求，当服务器 向工作站传送文件时，工作站也通过网卡接收响应。
网卡工作在ISO/OSI参考模型的数据链路层，确 切的说是数据链路层的MAC子层。
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网卡的作用与连接
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网卡的分类
•根据数据位宽度的不同，网卡分为8位、16位、32位和64位。
14
2.1.4 无线介质
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2.2 网络适配器（网卡）
网络适配器也称为网卡，网卡的基本功能是提 供网络中计算机主机与网络电缆系统（通信传输系 统）之间的接口，实现主机系统总线信号与网络环 境的匹配和通信连接，接收主机传来的各种控制命 令，并且加以解释执行。现在网卡都支持全双工模 式，也称为双向同时传输。
③输入/输出地址范围
④双向同时传输 目前的网卡均支持双向同时传输
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网 卡 的 参 数 图 示
【开始】│【设置】│【控制面板】│【系统】│【设备管理】 │【网络适配器】│【属性】│【资源】
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2.3 集线器（HUB）和中继器（Repeater）
2.3.1 中继器（Repeater）
•中继器用于同种局域网络的互连，是在物理层次上实 现互连的网络互连设备，用于扩展网段的距离。 电信号强度在电缆中传送时随电缆长度增加而递减， 这种现象叫衰减，对长距离传输有影响。 •中继器常用来将几个网段连接起来，通过中继器将信 号放大，然后在另一个网段上继续传输。 •中继器同样工作在 ISO/OSI参考模型的物理层。
•网卡主要是以适应何种主机总线类型来分类的。当前，各 种计算机提供的总线类型主要有：工业总线ISA，扩展工业 总线EIAS，外围控制器接口总线PCI,微通道总线MCA等。
•按数据传输速率划分，有10Mbps、100Mbps、10/100Mbps自 适应网卡，以及1Gbps网卡。现在市面常见的有100M/1000M 自适应网卡。
介质 – 衰减要远远小于电信号的衰减，适合长距离的传
输 – 价格比较昂贵。
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光纤有5个部分组成
外套 加强材料 缓冲层
纤芯 覆层
12
多模光纤 单模光纤
13
光纤接头
– 单模光纤最常用的接头类型为用户连接器(SC， Subscriber Connector)
– 多模光纤最常用的接头类型为直插式连接器(ST， Straight Tip)
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中继器具有以下特点
⑴中继器可以重发信号，这样可以扩展网段的距离。 ⑵ 中 继 器 主 要 用 在 同 种 LAN 互 连 中 ， 如 IEEE 802.3 LAN 和 Ethernet网。 ⑶中继器工作在网络体系结构模型的最低层物理层。 ⑷由中继器连接起来的各网段必须采用同样的信道访问协议， 例如CSMA/CD协议。 ⑸由中继器连接的网段构成一个更大的网段，并且有着相同的 网络地址，属于一个冲突域。 ⑹网段上的每一个节点都有自己的地址。 ⑺中继器以与它相连的网络同样的速度发送数据。
•根据不同的局域网协议，网卡又分为Ethernet网卡（支持 IEEE802.3系列协议）、Token Ring网卡、ARCNET网卡和 FDDI网卡几种。
•按有无物理上的通信线缆分类，分为有线网卡和无线网卡。
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网卡的选择
连接性主要是根据主机的总线类型选择不同的网 卡，现在一般选用PCI或者PCMCIA接口的网卡。
»“10”代表最高传输速率为10Mbps »“Base”代表采用基带传输 »“2”代表传输距离最大为185米
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2.1.2 双绞线
– 双绞线(TP，Twisted Pair)是综合布线工程中最常 用的一种传输介质
– 双绞线电缆由4对绝缘铜线构成，这些铜线相互 绞在一起，外面包裹着一层防护套。
– 一般还有一根尼龙绳（抗拉纤维）用于增加双绞 线电缆的抗拉强度
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网卡的参数配置
① 网 卡 的 物 理 地 址 网 卡 地 址 也 称 为 MAC （ Medium Access Control）地址或物理地址全球唯一 ，是48位 二进制数，一般永12位16进制数表示。可以用ipconfig 命令查看网卡的物理地址。
②中断号 计算机主机与外部设备通信的方法有4种： 无条件传送；查询；中断和直接内存访问DMA。网卡采 用中断方式工作
第二章 网络互连设备
学习目标
了解不同传输介质的类型和特点 掌握不同的网络设备的功能和特点
1
2.1 网络传输介质
数据传输介质是指传送信息的载体 通信介质分为
– 有线介质
»双绞线、同轴电缆和光纤
– 无线介质
»无线电波、微波和红外线等
2
2.1.1 同轴电缆
3
粗缆
– 粗缆是以太网初期最流行的传输介质 – 粗缆很重而且不容易被弯曲，安装和维护比较
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568-A 和568-B 连接器标准
1 2 3 45 6 7 8 1 2 3 45 6 7 8 白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕 白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕
9
光纤（Optical Fiber）即光导纤维 – 传输速率大于1000Mbps，是目前传输速度最快的
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2.3.2 集线器（HUB）
•集线器又称为HUB，实质上为多端口的中继器 •在使用时，可以把集线器连接的网络看成一个共享 式总线，在集线器的内部，各端口之间相互连在一起 的。 •集线器可分为独立式、叠加式、智能模块化，有8端 口、16端口、24端口多种规格 •集线器支持的数据传输率为10Mbps或100Mbps。 •HUB工作在 ISO/OSI参考模型的物理层。