网络基础知识——网络的构成要素

设备 作用
网卡

使计算机连网的设备(Network Interface)

中继器(Repeater) 从物理层上延长网络的设备
网桥(Bridge)/2层交换机 从数据链路层上延长网络的设备
路由器(Router)/3层交换机 通过网络层转发分组数据的设备
4~7层交换机 处理传输层以上各层网络传输的设备
网关(Gateway) 转换协议的设备

1、通信媒介和数据链路:

数据链路名 通信媒介 传输速率 主要用途
以太网 同轴电缆 10Mbps LAN
双绞线电缆 10Mbps~100Gbps LAN
光纤电缆 10Mbps~100Gbps LAN
无线 电磁波 数个Mbps~ LAN~WAN
ATM

双绞线电缆

光纤电缆

25Mbps

155Mbps

622Mbps

LAN~WAN

FDDI

光纤电缆

双绞线电缆

100Mbps LAN~WAN
帧中继

双绞线电缆

光纤电缆

约64k~1.5Mbps WAN
ISDN

双绞线电缆

光纤电缆

64k~1.5Mbps WAN

传输速率的单位是bps(Bits Per Second,每秒比特数)。从严格意义上讲,各种传输媒介中信号的流动速度是恒定的。因此,即使数据链路的传输速率不相同,也不会出现传输的速度忽快忽慢的情况(因为光和电流的传输速度是恒定的)。传输速率又称作带宽(Bandwidth)。带宽越大网络传输能力就越强。

此外,主机之间实际的传输速率被称作吞吐量。其单位与带宽相同,都是bps。吞吐量同时也衡量主机的CPU处理能力、网络的拥堵程度、报文中数据字段的占有份额(不含报文首部,只计算数据字段本身)等信息。

2、网卡:

网络接口卡(NIC,Network Information Center)有时也被叫做网络适配器、网卡、LAN卡。笔记本电脑如果没有内置的NIC,可以通过ExpressCard或CardBus、压缩闪存以及USB方式插一块NIC以后再连网。

3、中继器:

中继器(Repeater)是在OSI模型的第一层——物理层面上延长网络的设备。由电缆传过来的电信号或光信号经由中继器的波形调整和放大再传给另一个电缆。有些中继器可以实现不同媒介之间的转接工作。但是中继器不能在传输速度不同的媒介之间转发。

通过中继器而进行的网络延长,其距离也并非可以无限扩大。

有些中继器可以提供多个端口服务。这种中继器被称作中继集线器或集线器。因此,集线器也可以看作是多口中继器,每个端口都可以成为一个中继器。

4、网桥/2层交换机:

网桥是在OSI模型的第2层——数据链路层面上连接两个网络的设备,为此,有时也把网桥称作2层交换机(L2交换机)。它能够识别数据链路层上的数据帧,并将这些数据帧临时存储于内存,再重新生成信号作为一个全新的帧转发给相连的另一个网段。由于能够存储这些数据帧,网桥能够连接10BASE-T与100BASE-TX等传输速率完全不同的数据链路,并且不限制连接网段的个数。

网桥通过检查数据位中的FCS(用CRC方式校验数据帧中的位。有时由于噪音导致通信传输当中数据信号越来越弱,而这种CRC正是用来检查数据帧是否因此而受到破坏的),将那些损坏的数据丢弃,从而避免发送给其他的网段。此外,网桥还能通过地址自学机制和过滤功能控制网络流量。

以太网等网络中经常使用的交换集线器(Hub),现在基本也属于网桥的一种。交换集线器中连接电缆的每个端口都能提供类似网桥的功能。

5、路由器/3层交换机:

路由器是在OSI模型的第3层——网络层面上连接两个网络、并对分组报文进行转发的设备。网桥是根据物理地址(MAC地址)进行处理,而路由器/3层交换机则是根据IP地址进行处理的。由此,TCP/IP中网络层的地址就成为了IP地址。

路由器可以连接不同的数据链路。例如连接两个以太网,或者连接一个以太网与FDDI。

路由器还有分担网络负荷的作用,甚至有些路由器具备一定的网络安全功能。

由于路由器会分割数据链路,因此数据链路层的广播消息将无法继续传播。

6、4~7层交换机:

4~7层交换机负责处理OSI模型中从传输层至应用层的数据,比较典型的4~7层交换机有负载均衡器、广域网加速器、特殊应用访问加速器以及防火墙(可以防止互联网上非法请求)等。

此外,实际通信当中,人们希望在网络比较拥堵的时候,优先处理像语音这类对及时性要求较高的通信请求,放缓处理像邮件或数据转发等稍有延迟也并无大碍的通信请求。这种处理被称为带宽控制,也是4~7层交换机的重要功能之一。

7、网关:

网关是OSI参考模型中负责将从传输层到应用层的数据进行转换和转发的设备。它与4~7层交换机一样都是处理传输层及以上的数据,但是网关不仅转发数据还负责对数据进行转换,它通常会使用一个表示层或应用层网关,在两个不能进行直接通信的协议之间进行翻译,最终实现两者之间的通信。

例如,在使用WWW(World Wide Web,万维网)时,为了控制网络流量以及出于安全的考虑,有时会使用代理服务器(Proxy Server)。这种代理服务器也是网关的一种,称为应用网关。

防火墙就是一款通过网关通信,针对不同应用提高安全性的产品。

 

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