網(wǎng)絡的構成要素

通信媒介與數(shù)據(jù)鏈路

計算機之間通過電纜相互連接。電纜可以分為很多種，包括雙絞線電纜、光纖電纜、同軸電纜、串行電纜等。根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路（Datalink，意指相互直連的設備之間進行通信所涉及的協(xié)議及其網(wǎng)絡。為此，有眾多傳輸介質(zhì)與之對應。） 的不同選用的電纜類型也不盡相同。而媒介本身也可以被劃分為電波、微波等不同類型的電磁波。以下是各種不同的數(shù)據(jù)鏈路、通信媒介及其標準傳輸速率。

■ 傳輸速率與吞吐量

在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，兩個設備之間數(shù)據(jù)流動的物理速度稱為傳輸速率。
單位為bps（Bits Per Second，每秒比特數(shù)）。從嚴格意義上講，各種傳輸媒介中信號的流動速度是恒定的。
因此，即使數(shù)據(jù)鏈路的傳輸速率不相同，也不會出現(xiàn)傳輸?shù)乃俣群隹旌雎那闆r 。
傳輸速率高也不是指單位數(shù)據(jù)流動的速度有多快，而是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量有多少。

以我們生活中的道路交通為例，低速數(shù)據(jù)鏈路就如同車道較少無法讓很多車同時通過的情況。
與之相反，高速數(shù)據(jù)鏈路就相當于有多個車道，一次允許更多車輛行駛的道路。傳輸速率又稱作帶寬（Bandwidth）。
帶寬越大網(wǎng)絡傳輸能力就越強。

此外，主機之間實際的傳輸速率被稱作吞吐量。其單位與帶寬相同，都是bps（Bits Per Second）。
吞吐量這個詞不僅衡量帶寬，同時也衡量主機的CPU處理能力、網(wǎng)絡的擁堵程度、報文中數(shù)據(jù)字段的占有份額等信息。

網(wǎng)卡

任何一臺計算機連接網(wǎng)絡時，必須要使用網(wǎng)卡（全稱為網(wǎng)絡接口卡）。網(wǎng)絡接口卡（NIC（集成了連接局域網(wǎng)功能的設備。有時會被集成到計算機的主板中，有時也可以單獨插入擴展槽使用。Network Information Center的縮寫也是NIC，所以要注意區(qū)分。） ）有時也被叫做網(wǎng)絡適配器、網(wǎng)卡、LAN卡。

很多產(chǎn)品目錄中都加入了“內(nèi)置LAN端口”的參數(shù)，說明越來越多的計算機在出廠設置中就具備了以太網(wǎng)（Ethernet）1000BASE-T或100BASE-TX的端口（計算機與外部連接的接口稱作計算機端口。） 。沒有配置NIC的計算機如果想接入以太網(wǎng)，至少得外接一個擴展槽以便插入NIC。無線局域網(wǎng)的情況下也是如此，計算機必須具備能夠接入無線網(wǎng)的NIC才能保證連接到網(wǎng)絡。筆記本電腦如果沒有內(nèi)置的NIC，可以通過ExpressCard（ExpressCard：筆記本電腦中的卡型擴展設備。由制定PC卡標準的PCMCIA（Personal Computer Memory Card International Association，PC機內(nèi)存卡國際聯(lián)合會）統(tǒng)一規(guī)格。） 或CardBus、壓縮閃存以及USB方式插一塊NIC以后再連網(wǎng)。

中繼器

中繼器（Repeater）是在OSI模型的第1層——物理層面上延長網(wǎng)絡的設備。由電纜傳過來的電信號或光信號經(jīng)由中繼器的波形調(diào)整和放大再傳給另一個電纜。
一般情況下，中繼器的兩端連接的是相同的通信媒介，但有的中繼器也可以完成不同媒介之間的轉(zhuǎn)接工作。例如，可以在同軸電纜與光纜之間調(diào)整信號。然而，在這種情況下，中繼器也只是單純負責信號在0和1比特流之間的替換，并不負責判斷數(shù)據(jù)是否有錯誤。同時，它只負責將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，因此不能在傳輸速度不同的媒介之間轉(zhuǎn)發(fā)（用中繼器無法連接一個100Mbps的以太網(wǎng)和另一個10Mbps的以太網(wǎng)。連接兩個不同速度的網(wǎng)絡需要的是網(wǎng)橋或路由器這樣的設備。） 。

通過中繼器而進行的網(wǎng)絡延長，其距離也并非可以無限擴大。例如一個10Mbps的以太網(wǎng)最多可以用4個中繼器分段連接，而一個100Mbps的以太網(wǎng)則最多只能連兩個中繼器。

有些中繼器可以提供多個端口服務。這種中繼器被稱作中繼集線器或集線器。因此，集線器（中繼集線器也可以簡稱為集線器或Hub。但現(xiàn)在人們常說的Hub更多是交換式集線器。） 也可以看作是多口中繼器，每個端口都可以成為一個中繼器。

網(wǎng)橋/2層交換機

網(wǎng)橋是在OSI模型的第2層——數(shù)據(jù)鏈路層面上連接兩個網(wǎng)絡的設備。它能夠識別數(shù)據(jù)鏈路層中的數(shù)據(jù)幀（與分組數(shù)據(jù)意思大致相同，但是在數(shù)據(jù)鏈路層中通常習慣稱為幀。） ，并將這些數(shù)據(jù)幀臨時存儲于內(nèi)存，再重新生成信號作為一個全新的幀轉(zhuǎn)發(fā)給相連的另一個網(wǎng)段（具有分割、劃分網(wǎng)絡之意。此外，在TCP中也可以表示數(shù)據(jù)。） 。由于能夠存儲這些數(shù)據(jù)幀，網(wǎng)橋能夠連接10BASE-T與100BASE-TX等傳輸速率完全不同的數(shù)據(jù)鏈路，并且不限制連接網(wǎng)段的個數(shù)。

數(shù)據(jù)鏈路的數(shù)據(jù)幀中有一個數(shù)據(jù)位叫做FCS（用CRC（Cyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余校驗碼）方式校驗數(shù)據(jù)幀中的位。有時由于噪音導致通信傳輸當中數(shù)據(jù)信號越來越弱，而這種CRC正是用來檢查數(shù)據(jù)幀是否因此而受到破壞的。） ，用以校驗數(shù)據(jù)是否正確送達目的地。網(wǎng)橋通過檢查這個域中的值，將那些損壞的數(shù)據(jù)丟棄，從而避免發(fā)送給其他的網(wǎng)段。此外，網(wǎng)橋還能通過地址自學機制和過濾功能控制網(wǎng)絡流量（網(wǎng)絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報文的數(shù)量。） 。

這里所說的地址是指MAC地址、硬件地址、物理地址以及適配器地址，也就是網(wǎng)絡上針對NIC分配的具體地址。如下圖所示，主機A與主機B之間進行通信時，只針對主機A發(fā)送數(shù)據(jù)幀即可。網(wǎng)橋會根據(jù)地址自學機制來判斷是否需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。

這類功能是OSI參考模型的第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）所具有的功能。為此，有時也把網(wǎng)橋稱作2層交換機（L2交換機）。

有些網(wǎng)橋能夠判斷是否將數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰的網(wǎng)段，這種網(wǎng)橋被稱作自學式網(wǎng)橋。這類網(wǎng)橋會記住曾經(jīng)通過自己轉(zhuǎn)發(fā)的所有數(shù)據(jù)幀的MAC地址，并保存到自己里的內(nèi)存表中。由此，可以判斷哪個網(wǎng)段中包含持有哪類MAC地址的設備。

以太網(wǎng)等網(wǎng)絡中經(jīng)常使用的交換集線器（Hub（具有網(wǎng)橋功能的Hub叫做交換集線器。只有中繼器功能的Hub叫做集線器。） ），現(xiàn)在基本也屬于網(wǎng)橋的一種。交換集線器中連接電纜的每個端口都能提供類似網(wǎng)橋的功能。

路由器/3層交換機

路由器是在OSI模型的第3層——網(wǎng)絡層面上連接兩個網(wǎng)絡、并對分組報文進行轉(zhuǎn)發(fā)的設備。網(wǎng)橋是根據(jù)物理地址（MAC地址）進行處理，而路由器/3層交換機則是根據(jù)IP地址進行處理的。由此，TCP/IP中網(wǎng)絡層的地址就成為了IP地址。

路由器可以連接不同的數(shù)據(jù)鏈路。例如連接兩個以太網(wǎng)，或者連接一個以太網(wǎng)與一個FDDI。現(xiàn)在，人們在家或辦公室里連接互聯(lián)網(wǎng)時所使用的寬帶路由器也是路由器的一種。

路由器還有分擔網(wǎng)絡負荷的作用（由于路由器會分割數(shù)據(jù)鏈路，因此數(shù)據(jù)鏈路層的廣播消息將無法繼續(xù)傳播。） ，甚至有些路由器具備一定的網(wǎng)絡安全功能。因此，在連接網(wǎng)絡與網(wǎng)絡的設備當中，路由器起著極為重要的作用。

4～7層交換機

4～7層交換機負責處理OSI模型中從傳輸層至應用層的數(shù)據(jù)。如果用TCP/IP分層模型來表述 ，4～7層交換機就是以TCP等協(xié)議的傳輸層及其上面的應用層為基礎，分析收發(fā)數(shù)據(jù)，并對其進行特定的處理。

例如，對于并發(fā)訪問量非常大的一個企業(yè)級Web站點（由URL指定的連接到互聯(lián)網(wǎng)的一臺或一群服務器。目前根據(jù)信息內(nèi)容可分為游戲站點、資源下載站點以及Web站點等多種類型。） ，使用一臺服務器不足以滿足前端的訪問需求，這時通常會架設多臺服務器來分擔。這些服務器前端訪問的入口地址通常只有一個（企業(yè)為了使用者的方便，只會向最終用戶開放一個統(tǒng)一的訪問URL）。為了能通過同一個URL將前端訪問分發(fā)到后臺多個服務器上，可以在這些服務器的前端加一個負載均衡器。這種負載均衡器就是4～7層交換機的一種（此外還可以通過DNS實現(xiàn)負載均衡。通過對多個IP地址配置同一個名字，每次查詢到這個名字的客戶得到其中的某一個地址，從而使不同客戶訪問不同的服務器。該方法也稱作循環(huán)復用DNS技術。） 。

此外，實際通信當中，人們希望在網(wǎng)絡比較擁堵的時候，優(yōu)先處理像語音這類對及時性要求較高的通信請求，放緩處理像郵件或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等稍有延遲也并無大礙的通信請求。這種處理被稱為帶寬控制，也是4～7層交換機的重要功能之一。

除此之外，4～7層交換機的應用場景還有很多。例如廣域網(wǎng)加速器、特殊應用訪問加速以及防火墻（可以防止互聯(lián)網(wǎng)上的非法訪問）等。

網(wǎng)關

網(wǎng)關是OSI參考模型中負責將從傳輸層到應用層的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)發(fā)的設備（依照慣例，路由器的表現(xiàn)與“網(wǎng)關”相似。但是這里的“網(wǎng)關”僅限于OSI參考模型中依輸層以上各個分層中進行協(xié)議轉(zhuǎn)換的設備或部件。） 。它與4～7層交換機一樣都是處理傳輸層及以上的數(shù)據(jù)，但是網(wǎng)關不僅轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)還負責對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，它通常會使用一個表示層或應用層網(wǎng)關，在兩個不能進行直接通信的協(xié)議之間進行翻譯，最終實現(xiàn)兩者之間的通信。

一個非常典型的例子就是互聯(lián)網(wǎng)郵件與手機郵件之間的轉(zhuǎn)換服務。手機郵件有時可能會與互聯(lián)網(wǎng)郵件互不兼容，這是由于它們在表示層和應用層中的“電子郵件協(xié)議”互不相同所導致的。

那么，為什么連到互聯(lián)網(wǎng)的電腦與手機之間能夠互發(fā)電子郵件呢？如下圖所示，互聯(lián)網(wǎng)與手機之間設置了一道網(wǎng)關。網(wǎng)關負責讀取完各種不同的協(xié)議后，對它們逐一進行合理的轉(zhuǎn)換，再將相應的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。這樣一來即使應用的是不同電子郵件的協(xié)議，計算機與手機之間也能互相發(fā)送郵件。

此外，在使用WWW（World Wide Web，萬維網(wǎng)）時，為了控制網(wǎng)絡流量以及出于安全的考慮，有時會使用代理服務器（Proxy Server）。這種代理服務器也是網(wǎng)關的一種，稱為應用網(wǎng)關。有了代理服務器，客戶端與服務器之間無需在網(wǎng)絡層上直接通信，而是從傳輸層到應用層對數(shù)據(jù)和訪問進行各種控制和處理。防火墻就是一款通過網(wǎng)關通信，針對不同應用提高安全性的產(chǎn)品。

各種設備及其對應網(wǎng)絡分層概覽

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-535900.html

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