計算機網路之五：基本器件(網路卡，集線器，交換機，路由器)

一：RJ45介面

通常用於資料傳輸，最常見的應用為網路卡介面。是一種網路卡上用的標準介面，用來插網線的。RJ45是佈線系統中資訊插座（即通訊引出端）聯結器的一種，聯結器由插頭（接頭、水晶頭）和插座（模組）組成，插頭有8個凹槽和8個觸點。RJ是Registered Jack的縮寫，意思是“註冊的插座”。在FCC（美國聯邦通訊委員會標準和規章）中RJ是描述公用電信網路的介面，計算機網路的RJ45是標準8位模組化介面的俗稱。

二：網路卡

英文名：network adapter（網路介面卡）或者Network Interface Card（網路介面卡）。網路卡是工作在鏈路層的網路元件，是區域網中連線計算機和傳輸介質的介面，不僅能實現與區域網傳輸介質之間的物理連線和電訊號匹配，還涉及幀的傳送與接收、幀的封裝與拆封、介質訪問控制、資料的編碼與解碼以及資料快取的功能等。不同型別的網路卡傳輸效率差距很大，有100Mbps也有10Mbps。現在網路卡大致可以分為有線網路卡和無線網路卡兩種，網路卡的實體地址即MAC地址是48位的，這個是全球唯一的。

有線網路卡：

無線網路卡：

三：集線器

集線器的英文稱為“Hub”。“Hub”是“中心”的意思，集線器的主要功能是對接收到的訊號進行再生整形放大，以擴大網路的傳輸距離，同時把所有節點集中在以它為中心的節點上。它工作於OSI(開放系統互聯參考模型)參考模型第一層，即“物理層”。集線器與網路卡、網線等傳輸介質一樣，屬於區域網中的基礎裝置，採用CSMA/CD（即帶衝突檢測的載波監聽多路訪問技術)介質訪問控制機制。集線器每個介面簡單的收發位元，收到1就轉發1，收到0就轉發0，不進行碰撞檢測。集線器（hub）屬於純硬體網路底層裝置，基本上不具有類似於交換機的"智慧記憶"能力和"學習"能力。它也不具備交換機所具有的MAC地址表，所以它傳送資料時都是沒有針對性的，而是採用廣播方式傳送。也就是說當它要向某節點傳送資料時，不是直接把資料傳送到目的節點，而是把資料包傳送到與集線器相連的所有節點。HUB是一個多埠的轉發器，當以HUB為中心裝置時，網路中某條線路產生了故障，並不影響其它線路的工作。所以HUB在區域網中得到了廣泛的應用。大多數的時候它用在星型與樹型網路拓撲結構中，以RJ45介面與各主機相連（也有BNC介面），HUB按照不同的說法有很多種類。

四：交換機

交換機的英文名稱之為“Switch”，它是集線器的升級換代產品，從外觀上來看的話，它與集線器基本上沒有多大區別，都是帶有多個埠的長方形盒狀體。交換機是按照通訊兩端傳輸資訊的需要，用人工或裝置自動完成的方法把要傳輸的資訊送到符合要求的相應路由上的技術統稱。廣義的交換機就是一種在通訊系統中完成資訊交換功能的裝置。 

“ 交換”和“交換機”最早起源於電話通訊系統（PSTN）。我們以前經常在電影或電視中看到一些老的影片時常看到有人在電話機旁狂搖幾下（注意不是號），然後就說：跟我接XXX，話務接線員接到要求後就會把相應端線頭插在要接端子上，即可通話。其實這就是最原始的電話交換機系統，只不過它是一種人工電話交換系統，不是自動的，也不是我們今天要談的計算機交換機，但是我們現在要講的計算機交換機也就是在這個電話交換機技術上發展而來。

在計算機網路系統中，交換概念的提出是相對於共享工作模式的改進。我們知道集線器（HUB）是一種共享介質的網路裝置，而且HUB本身不能識別目的地址，是採用廣播方式向所有節點傳送。即當同一區域網內的A主機給B主機傳輸資料時，資料包在以HUB為架構的網路上是以廣播方式傳輸的，對網路上所有節點同時傳送同一資訊，然後再由每一臺終端通過驗證資料包頭的地址資訊來確定是否接收。在這種方式下我們知道很容易造成網路堵塞，因為其實接收資料的一般來說只有一個終端節點，而現在對所有節點都傳送，那麼絕大部分資料流量是無效的，這樣就造成整個網路資料傳輸效率相當低。另一方面由於所傳送的資料包每個節點都能偵聽到，那顯然就不會很安全了，容易出現一些不安全因素。

交換機擁有一條很高頻寬的背部匯流排和內部交換矩陣。交換機的所有的埠都掛接在這條背部匯流排上。控制電路收到資料包以後，處理埠會查詢記憶體中的MAC地址（網路卡的硬體地址）對照表以確定目的MAC的NIC（網路卡）掛接在哪個埠上，通過內部交換矩陣直接將資料迅速包傳送到目的節點，而不是所有節點，目的MAC若不存在才廣播到所有的埠。這種方式我們可以明顯地看出一方面效率高，不會浪費網路資源，只是對目的地址傳送資料，一般來說不易產生網路堵塞；另一個方面資料傳輸安全，因為它不是對所有節點都同時傳送，傳送資料時其它節點很難偵聽到所傳送的資訊。這也是交換機為什麼會很快取代集線器的重要原因之一。

交換機還有一個重要特點就是它不是像集線器一樣每個埠共享頻寬，它的每一埠都是獨享交換機的一部分總頻寬，這樣在速率上對於每個埠來說有了根本的保障。另外，使用交換機也可以把網路“分段”，通過對照地址表，交換機只允許必要的網路流量通過交換機，這就是後面將要介紹的VLAN（虛擬區域網）。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的隔離廣播風暴，減少誤包和錯包的出現，避免共享衝突。這樣交換機就可以在同一時刻可進行多個節點對之間的資料傳輸，每一節點都可視為獨立的網段，連線在其上的網路裝置獨自享有固定的一部分頻寬，無須同其他裝置競爭使用。如當節點A向節點D傳送資料時，節點B可同時向節點C傳送資料，而且這兩個傳輸都享有頻寬，都有著自己的虛擬連線。打個比方就是，如果現在使用的是10Mbps 8埠乙太網交換機，因每個埠都可以同時工作，所以在資料流量較大時，那它的總流量可達到8＊10Mbps＝80Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，因為它是屬於共享頻寬式的，所以同一時刻只能允許一個埠進行通訊，那資料流量再忙HUB的總流通量也不會超出10Mbps。如果是16埠、24埠的更是明顯了！

五：路由器     

路由器（Router）是一種負責尋徑的網路裝置，它在互連網路中從多條路徑中尋找通訊量最少的一條網路路徑提供給使用者通訊。路由器用於連線多個邏輯上分開的網路。對使用者提供最佳的通訊路徑，路由器利用路由表為資料傳輸選擇路徑，路由表包含網路地址以及各地址之間距離的清單，路由器利用路由表查詢資料包從當前位置到目的地址的正確路徑。路由器使用最少時間演算法或最優路徑演算法來調整資訊傳遞的路徑，如果某一網路路徑發生故障或堵塞，路由器可選擇另一條路徑，以保證資訊的正常傳輸。路由器可進行資料格式的轉換，成為不同協議之間網路互連的必要裝置。 路由器使用尋徑協議來獲得網路資訊，採用基於“尋徑矩陣”的尋徑演算法和準則來選擇最優路徑。按照OSI參考模型，路由器是一個網路層系統。路由器分為單協議路由器和多協議路由器。

現在路由器有發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無線訊號傳送模組。當然現在像獵豹WiFi這些軟體可以讓無線網路卡傳送無線訊號，從而達到實現WiFi的功能。

六：總結

1.RJ45介面：就是能夠插水晶頭的那個介面。

2.網路卡：網路中的資料表現為一幀一幀的資料，需要網路卡來進行封包和解包，沒有網路卡是無法識別這些資料的。

3.集線器：收到資料後，直接對周圍所有的機器轉發，由機器決定是否接受資料，效率低下，且不安全。

4.交換機：集線器的升級版，裡面存放著一張表：資料與對應的MAC地址，因此傳送資料是有針對性的，接收到資料後給指定的機器轉發，由於速度非常之快，讓人感覺是獨佔了一條專線。它的基本功能如下：

交換機可以實現一根網線複用的功能。

交換機的每一個埠地位都是等價的。

一個交換機就可以組建一個子網，多個交換機的串接使用可以組建規模更大的子網。

通過這個交換機的轉發功能，同一個子網的計算機可以相互訪問。子網內與子網外的機器相互訪問就需要用到路由器了。

 5.路由器：路由器是連線不同網路的重要裝置，裡面存放著一張路由表。網路上不同的兩個節點如何傳送資料，或者存在多條路徑該選擇哪一條？這都是路由器要做的事。路由具有轉發與路由的功能。轉發（forward）只涉及到一個路由器，路由（route）則涉及到多個路由器。家用路由器一般有一個Wlan口與多個LAN口，Wlan口用來接收外網訊號，lan口則相當於交換機的埠。

家用路由器與企業級路由器的區別：

家用路由嚴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WiFi的，通過一個家用路由器可以組建一個子網，家用路由器具有NAT協議轉換功能，並且還具有DHCP協議，也就是用來動態分配IP地址的。（計算機可以通過網線連線家用路由器來進行相關設定，注意要接LAN口）

企業級路由器就是專門用來資料傳輸選路的功能，可以在不同網路間自動學習路由表並且實現選路轉發。

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際上是路由器與交換機的集合，而平時所說的貓（調變解調器）很多情況下帶有路由器的功能，交換機也分情況：如果是三層交換機，它工作在物理層、鏈路層、網路層，具有一般交換機與路由器的功能，而二層交換機只工作在下兩層，不具有路由器的功能。

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