(完整版)计算机网络10种硬件设备介绍
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计算机网络10种硬件设备介绍
网络设备主要有网卡、中继器、网桥、集线器、交换机、
路由器、网关、调制解调器、防火墙和传输介质等。
一、网卡
网络接口卡(Network Interface Card，NIC)，又称网卡或
网络适配器，工作在数据链路层的网
络组件，是主机和网络的接口，用于
协调主机与网络间数据、指令或信息
的发送与接收，硬件结构如右图所示。
在发送方，把主机产生的串行数字信
号转换成能通过传输媒介传输的比特流；在接收方，把通过传
输媒介接收的比特流重组成为本地设备可以处理的数据。主要
作用：
（1）读入由其他网络设备传输过来的数据包，经过拆包，
将其变成客户机或服务器可以识别的数据，通过主板上的总线
将数据传输到所需设备中。
（2）将PC发送的数据，打包后输送至其他网络设备中。
二、中继器
中继器(Repeater)是网络物理层上面的连接设备。适用于
完全相同的两类网络的互连，主要功能是对数据信号进行再生
和还原，重新发送或者转发，扩大网络传输的距离。由于存在
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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。如上图所示，经过远距离传输过
来的信号经过中继器处理后，再传输到各设备。
三、网桥
网桥（Bridge）像一个聪明的中继器。中继器从一个网络
电缆里接收信号，放大它们，将其送入下一个电缆。相比较而
言，网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进
行管理。它工作于数据链路层，不但能扩展网络的距离或范围，
而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。网桥可以是专门硬
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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）。
上图是用一个网桥连接的两个网络，网桥的A端口连接A
子网，B端口连接B子网。当有数据包进入端口A时，网桥从
数据包中提取出源MAC地址和目的MAC地址，以源MAC地址更
新转发表，根据目的MAC地址查找转发表，找到该地址所对应
的端口号，进行转发。
四、集线器
集线器(Hub)是属于物理层的硬件设备，可以理解为具有多
端口的中继器。同样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，它采用广播方式转发数据，不具有针对性。
这种转发方式有三方面不足：（1）用户数据包向所有节点发送，
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很可能带来数据通信的不安全因素，数据包容易被他人非法截
获；（2）由于所有数据包都是向所有节点同时发送，容易造成
网络塞车现象，降低了网络执行效率。（3）非双向传输，网络
通信效率低。集线器的同一时刻每一个端口只能进行一个方向
的数据通信，网络执行效率低，不能满足较大型网络通信需求。
工作过程如下图所示。
五、交换机
交换机(Switch)是一种用于信号转发的网络设备。与集线
器广播的方式不同，它维持一张MAC地址表，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。主要有二重交
换机和三重交换机，二层交换机属数据链路层设备，可以识别
数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，三重交换
机带路由功能，工作于网络层。网络中的交换机一般默认是二
重交换机。
交换机也有一张MAC-PORT对应表，和网桥不一样的是，网
桥的表是一对多的(一个端口号对多个MAC地址)，但交换机的
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表却是一对一的，根据对应关系进行数据转发，工作原理如下
图所示。
六、路由器
路由器工作在OSI体系结构中的网络层，能够根据一定的
路由选择算法，结合数据包中的目的IP地址，确定传输数据的
最佳路径。同样是维持一张地址与端口的对应表，但与网桥和
交换机不同之处在于，网桥和交换机利用MAC地址来确定数据
的转发端口，而路由器利用网络层中的IP地址，来作出相应的
决定。由于路由选择算法比较复杂，路由器的数据转发速度比
网桥和交换机慢，主要用于广域网之间或广域网与局域网的互
连。
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工作过程见下图所示，路由器的两端分别连接局域网和广
域网。其中无线局域网通过无线AP（无线交换机）级联到上层
交换机中，通过路由器连接到互联网。
七、网关
网关(Gate way)又称网间连接器、协议转换器。网关在传
输层上以实现网络互连，是最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。网关是一种充当转换重任的计算
机系统或设备。在使用不同的通信协议、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
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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。
网关用于类型不同且差别较大的网络系统间的互连，或用
于不同体系结构的网络或者局域网与主机系统的连接，一般只
能进行一对一的转换，或是少数几种特定应用协议的转换。它
的概念模型如图(a)所示。
图(b)给出了网关的工作原理示意图。如果一个NetWare节
点要与TCP／IP主机通信，因为两者的协议是不同的，所以不
能直接访问。它们之间的通信必须由网关来完成，网关的作用
是为NetWare产生的报文加上必要的控制信息，将它转换成
TCP／IP主机支持的报文格式。当需要反方向通信时，网关同
样要完成TCP／IP报文格式到NetWare报文格式的转换。
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八、调制解调器
调制解调器(Modem)，其实是Modulator（调制器）与
Demodulator（解调器）的简称，它的作用是模拟信号和数字信
号的“翻译员”。我们使用的电话线路传输的是模拟信号，而
PC机之间传输的是数字信号，当通过电话线把电脑连入
Internet时，就必须使用调制解调器来转换两种不同的信号。
当PC机向Internet发送信息时，由于电话线传输的是模拟信
号，所以必须要用调制解调器来把数字信号翻译成模拟信号，
才能传送到Internet上，这个过程叫做调制。当PC机从
Internet获取信息时，由于通过电话线从Internet传来的信
息都是模拟信号，所以PC机想要看懂它们，还必须借助调制解
调器，这个过程叫作解调。
下图是ADSL（非对称数字用户线路）调制解调器的一个例
子，电话线分离出的网络信号被调制成数字信号后传到网卡上。
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九、防火墙
防火墙(Fire Wall)是一个位于计算机和它所连接的网络之
间的软件或硬件(硬件防火墙将隔离程序直接固化到芯片上，因
为价格昂贵，用的较少，如国防部以及大型机房等)，它实际上
是一种隔离技术。防火墙是在两个网络通讯时执行的一种访问
权限控制，它能将非法用户或数据拒之门外，最大限度地阻止
网络上黑客的攻击，从而保护内部网免受入侵。防火墙主要由
服务访问规则、验证工具、包过滤和应用网关4个部分组成。
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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、光纤等。
双绞线是将一对以上的导线组合封装在一个绝缘外套中，
为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一
对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭
绕而成，也因此把它称为双绞线。双绞线
分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。非屏蔽
双绞线价格便宜，传输速度偏低，抗干扰
能力较差；屏蔽双绞线抗干扰能力较好，具有更高的传输速度，
但价格相对较贵。
同轴电缆：由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线
的内导线组成，内导线和圆柱导体及外
界之间用绝缘材料隔开。按直径的不同，
可分为粗缆和细缆两种：（１）粗缆传
输距离长，性能好但成本高、网络安装
维护困难，一般用于大型局域网的干线；（２）细缆安装较容
易，造价较低，但传输距离短，日常维护不方便。
光纤又称为光缆或光导纤维，由光导纤维纤芯、玻璃网层
和外壳组成。应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号
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变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收
光纤上传来的光信号，并把它恢复为电信号。
与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰小、
频带宽、传输速度快、传输距离远，但价格昂贵，主要用于要
求传输距离较长、布线条件特殊的主干网
连接。分为单模光纤和多模光纤：（１）
单模光纤由激光作光源，仅有一条光通路，
传输距离远，2千米以上；（２）多模光纤
由二极管发光，可同时传输多路光线，传输距离稍短，2千米
以内。
