計算機網絡快速入門[2]-網絡設備-電纜、集線器、交換機、路由器

前文

• 計算機網絡快速入門[1]-前言

前言

• 在上節中介紹了計算機網絡快速入門寫做的初衷、計算機網絡的內涵以及計算機網絡5層模型與ISO7層網絡模型

• 可使用許多不一樣的電纜和網絡設備來使計算機彼此正確通訊。在本文結束後，您將可以識別和描述各類網絡電纜和網絡設備。

電纜(Cables)

瞭解如何區分不一樣的網絡設備對於您的成功相當重要。讓咱們從有線網絡的最基本組件電纜開始

• 電纜能夠將不一樣的設備彼此鏈接，從而能夠經過它們傳輸數據。當今使用的大多數網絡電纜能夠分爲銅纜和光纖兩類。

• 銅纜是網絡電纜的最多見形式。它們由塑料絕緣體內的多對銅線組成。您可能已經知道，計算機以二進制形式通訊，人們用一和零表示。發送設備經過在兩個範圍之間更改電壓來在這些銅線上傳輸二進制數據。

• 接收端的系統可以將這些電壓變化解釋爲二進制1和0，而後能夠將其轉換爲不一樣形式的數據。網絡中使用的最多見的銅雙絞線電纜是Cat5，Cat5e和Cat6電纜。這些都是表示第五類或第六類電纜的簡寫方式。

• 這些類別具備不一樣的物理特性，例如一對銅線中的絞合數會致使不一樣的可用長度和傳輸速率。 Cat5較舊，大部分已被Cat5e和Cat6電纜取代。從外部看，它們看上去幾乎相同，要知道的重要一點是，雙絞線在這些電纜內部的佈置方式的差別會極大地改變數據在電纜上的發送速度以及這些信號對外部干擾的抵抗力。

• Cat5e電纜已基本取代了那些較舊的Cat5電纜，由於它們的內部結構減小了串擾（crosstalk）。串擾是指在一根導線上意外檢測到另外一根導線上的電脈衝時的狀況。所以，接收端沒法理解致使網絡錯誤的數據。更高級別的協議具備檢測丟失的數據並再次請求數據的方法，可是，這會佔用更多時間。

• Cat5e電纜的更高質量規格使其不太可能須要從新傳輸數據。這意味着平均而言，您能夠指望在相同的時間內傳輸更多的數據。 Cat6電纜遵循更加嚴格的規格以免串擾，從而使這些電纜更加昂貴。與Cat5e電纜相比，Cat6電纜能夠更快，更可靠地傳輸數據，可是因爲其內部結構，以更高的速度使用時，它們的最大距離更短。

• 網絡電纜的第二種主要形式稱爲光纖，是光纖電纜的縮寫。光纖電纜包含單獨的光纖，這些光纖是由玻璃製成的細管，其長度與人的頭髮差很少。這些玻璃管能夠傳輸光束。與使用電壓的銅不一樣，光纜使用光脈衝來表示基礎數據的一和零。光纖有時甚至還專門用於外部來源產生大量電磁干擾的環境，由於這會影響跨銅線發送的數據。

• 光纖電纜一般能夠比銅電纜更快地傳輸數據，但它們昂貴且易碎。光纖還能夠比銅纜傳輸更長的距離，而不會形成潛在的數據丟失。如今，您對光纜的優缺點有了更多的瞭解，可是請記住，與辦公室或家庭中相比，您更有可能在計算機數據中心（data center）中遇到光纜。

集線器(hub)

• 電纜使您能夠造成點對點網絡鏈接。在這些網絡中，鏈路兩端只有一個設備。但在擁有數十億臺計算機的世界中，它們並非很是有用。幸運的是，存在容許許多計算機相互通訊的網絡設備。這些設備中最簡單的是集線器。

• 集線器是一種物理層設備，它容許一次從多臺計算機進行鏈接。鏈接到集線器的全部設備最終將同時與全部其餘設備通訊。
  

鏈接到集線器的每一個系統肯定傳入的數據是不是其須要的，若是不是，則忽略它。這會在網絡上形成大量無用信息，併產生所謂的衝突域，以下圖所示。

衝突域是一次只能有一個設備進行通訊的網段。若是多個系統嘗試同時發送數據，則經過電纜發送的電脈衝可能會相互干擾。這致使這些系統必須等待一段安靜的時間，而後才能再次嘗試發送數據。這減慢了網絡通訊的速度，而且是集線器不多見的主要緣由。今天，它們大可能是歷史文物。

交換機(network switch)

• 鏈接多臺計算機的一種更常見的方式是使用更復雜的設備——網絡交換機，該設備最初稱爲交換集線器。
  

• 交換機與集線器很是類似，由於您能夠將許多設備鏈接到它，以便它們能夠通訊。區別在於，集線器是第1層即物理層設備，而交換機是第2層即數據鏈路設備。以下圖所示。
  

• 這意味着交換機實際上能夠檢查經過網絡發送的以太網協議數據的內容，肯定該數據打算用於哪一個系統，而後僅將數據發送到該系統。這減小或徹底消除了網絡上衝突域的大小，致使更少的失敗和更高的總體吞吐量。

客戶端與服務器

• 您剛剛瞭解的全部網絡設備都爲了計算機能夠相互通訊，不管它們是在同一個房間內仍是相距數千英里。咱們一直稱這些設備爲節點（notes）

• 瞭解服務器和客戶端的概念也很重要。能夠將服務器理解爲將數據提供給請求數據的對象。接收數據的對象稱爲客戶端。雖然咱們常常談論節點是服務器仍是客戶端，可是咱們的定義之因此用詞含糊不清是由於節點能夠是服務器或客戶端。在同一節點上運行的各個計算機程序也能夠是彼此的服務器和客戶端，而且大多數設備並不是純粹是服務器或客戶端。
  

• 在大多數網絡拓撲中，每一個節點主要是服務器或客戶端。有時咱們將電子郵件服務器稱爲電子郵件服務器，即便它自己是DNS服務器的客戶端。爲何？由於其存在的主要緣由是將數據提供給客戶端。一樣，若是從一臺臺式機偶爾向其提供數據到另外一臺計算機的角度來看，它也充當服務器，則其存在的主要緣由是從服務器獲取數據，以便計算機上的用戶能夠執行其工做。因此，服務器就是能夠爲客戶端提供數據的任何設備。

路由器

• 集線器和交換機是用於鏈接單個網絡（一般稱爲LAN或局域網）上的計算機的主要設備。可是咱們常常想向其餘網絡上的計算機發送或接收數據。這是路由器（route）發揮做用的地方。

• 路由器是一種知道如何在獨立網絡之間轉發數據的設備。集線器是第一層設備，而交換機是第二層設備。路由器在第三層（網絡層）運行。就像交換機能夠檢查以太網數據來肯定將數據發送到哪裏同樣，路由器能夠檢查IP數據來肯定將數據發送到哪裏。

• 路由器存儲內部表，該表包含有關如何在全球許多不一樣網絡之間路由流量的信息。您將看到的最多見的路由器類型是用於家庭網絡或小型辦公室的路由器。這些設備一般沒有很是詳細的路由表。這些路由器的目的主要是僅接收來自家庭或辦公室LAN內部的流量，並將其轉發給ISP或Internet服務提供商。一旦流量到達ISP，一種更復雜的路由器便會接管。這些核心路由器構成了Internet的骨幹網，直接負責咱們天天如何在Internet上發送和接收數據。

• 核心ISP路由器不只處理比家庭或小型辦公室路由器更多的流量。在決定將流量發送到哪裏時，他們還必須處理更多的複雜性。核心路由器一般與許多其餘路由器具備許多不一樣的鏈接。

• 路由器經過稱爲邊界網關協議（BGP,Border Gateway Protocol）彼此共享數據。這樣一來，他們就能夠了解轉發流量的最佳路徑。當您打開Web瀏覽器並加載網頁時，計算機和Web服務器之間的流量可能會通過數十個不一樣的路由器。互聯網異常龐大且複雜。路由器是將流量吸引到正確位置的全球指南。

總結

• 在本文咱們介紹了幾種網絡設備——電纜、集線器、交換機、路由器的內涵、使用場景與發展演進

參考資料

• 項目連接

• 做者知乎

• blog