1、第4章 计算机网络接口及其通信设备 【本章内容简介】本章主要介绍了网络接口类型及中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关等网络设备的功能和工作原理，并对常用设备进行了比较。【本章重点难点】重点掌握中继器、集线器、网桥、交换机、路由器等网络设备的工作原理，交换机的存储转发工作方式和路由器的路由的工作流程，熟悉RIP、OSPF等网络路由协议。4.1网络接口4.1.1局域网接口类型1、同轴电缆接口图4-1BNC接口图4-2 AUI接口 同轴电缆从用途上分可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆，而基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆。对于细同轴电缆和粗同轴电缆各自采用不同的接口，分别为BNC接口与AUI接口
2、。4.1.1局域网接口类型2、双绞线接口 双绞线接口常用的是RJ45接口。双绞线通常用于数据传输，广泛应用于局域网和 ADSL 宽带上网用户的网络设备间网线的连接。RJ45 型插头的网线的接线标准有T568A 和 T568B两种。图4-3 RJ45插头及接口4.1.1局域网接口类型3、光纤接口 光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。其原理是利用了光从光密介质进入光疏介质从而发生了全反射。通常有ST、SC、LC、MT-RJ、FC、MU等几种类型。图4-4 ST光纤接口图4-5 SC光纤接口图4-6 LC光纤接口图4-7 MT-RJ光纤接口为减少分离系统的负荷，应尽可能降低裂解气的温度，同时分馏出
3、其中的水分及重质馏分。为此，可通过汽油分馏塔和急冷水塔，即以油和水作为冷却介质对裂解气进行直接冷却和分馏。在汽油分馏塔中可以分馏出重质及轻质燃料油馏分，在急冷水塔中则可以分馏出水及部分裂解汽油。1.急冷系统一般的裂解气高位热能回收均采用单级急冷锅炉（如SRT裂解技术）。单级急冷固然有其优越性，但要在一台急冷锅炉中同时完成两个任务-快速终止二次反应和尽可能多地回收高位热能，既有矛盾又有一定难度。因而，为了回收更多的高能位热量，近年来有些裂解技术（如毫秒火炉裂解技术）相继采用了二级急冷技术。二级急冷技术是把裂解气在第一急冷锅炉内的温度降至600650以下，然后在第二急冷锅炉内，回收裂解气热量，裂解
4、气急冷到300400后进入汽油分馏塔。这样，即使至操作后期，换热管处有较厚的焦也不会使急冷锅炉系统的阻力降上升过高、过快，从而可以延长操作周期。当裂解减压柴油等重质原料时，由于结焦物浓度较大、结焦速度较快，所以一般不使用第二急冷锅炉。1.急冷系统由以上分析可知，急冷系统的作用如下：(1)裂解气经急冷处理，降低了裂解气的温度，确保压缩系统顺利运行，同时降低了后续压缩机的功耗。(2)裂解气经急冷处理，尽可能分离出裂解气中的轻、重组分，占裂解气质量分率3.5%左右，降低进入压缩系统的进料负荷。(3)在裂解气急冷过程中，将裂解气中的水蒸气以冷凝水的形式分离回收，用以在发生稀释水蒸气，从而大大减少污水排
5、放量。(4)在裂解气急冷过程中通过间接急冷回收了相当一部分高位显能，在间接急冷中回收低位热能。通常由间接急冷器产生高压蒸汽，由直接急冷系统发生稀释蒸汽。2.急冷系统的作用急冷锅炉是急冷技术处理中的关键设备，它由急冷换热器与汽包所构成（常以TLE或TLX表示），对乙烯装置的稳定运转、降低操作费用以及乙烯生产的经济性具有重要意义。3.急冷设备(1)乙烯裂解装置急冷锅炉的特点。乙烯装置的急冷锅炉主要有两个特点。一是由于急冷换热器管内走高温裂解气，裂解气的压力约低于0.1MPa，温度高达800900，进入急冷换热器后要在极短的时间（一般在0.1秒以下）下降到350600，传热强度约达418.7MJ/(
6、m2.h)左右。管外走高压热水，压力约为1112MPa，在此产生高压水蒸汽，出口温度为320326。因此急冷换热器具有热强度高，操作条件极为苛刻、管内外必须同时承受高温、高温差、高压、高压差和高热流速的特点；二是在运转过程中伴随着结焦过程，因此需要考虑如何减少管壁的结焦以及如何清焦。3.急冷设备(1)乙烯裂解装置急冷锅炉的特点。较为理想的急冷锅炉应满足以下几点要求:结焦少，清焦方便，连续运转周期长；可回收超高压蒸汽，热回收效率高；运转稳定、安全、可靠；建设投资和操作费用低。3.急冷设备(2)急冷锅炉的结焦。急冷锅炉经常遇到的问题是结焦，结焦到一定程度后，必须进行清焦，所以直接影响裂解装置的操作
7、周期。高温裂解气在急冷锅炉中的结焦可以归结为两个原因。一是高温裂解气在急冷锅炉停留时间过长，二次反应析出的焦炭附着于管壁积存为焦垢，即高温气相结焦。二是由于急冷锅炉炉内管壁温度较低，造成裂解气露点较高的重质馏分将冷凝于管壁，这层液膜不仅恶化传热，当停留时间延长也易发生二次反应，导致一部分在管壁上结焦而形成焦垢，称为冷凝结焦。3.急冷设备(2)急冷锅炉的结焦。为了减少裂解气在急冷锅炉内结焦倾向，实现长周期运转，应采取如下措施。增大裂解气在急冷锅炉中的线速度，即控制适当的急冷时间，以避免因返混而使停留时间拉长造成二次反应。高温气象结焦对急冷锅炉影响甚微；使裂解气出急冷锅炉的温度应高于其露点。若低于
8、露点温度，则裂解气中较重组分有一部分冷凝，造成上述冷凝结焦。3.急冷设备4.1.1局域网接口类型3、光纤接口图4-8 FC光纤接口图4-8 FC连接器图4-8 FC连接器图4-9 MU型连接器4.1.2广域网接口类型1、窄带广域网接口(1)EI接口(2)V.24接口(3)V.35接口2、宽带广域网接口(1)ATM(2)POS4.1.3逻辑接口 逻辑接口也称虚接口，应用最广泛的是Loopback接口。还有Dialer接口、MFR接口及NULL接口等逻辑接口。(1)作为路由器的管理地址；(2)作为动态路由协议OSPF、BGP的router id；(3)作为BGP建立TCP连接的源地址。1、Loop
9、back接口 Loopback地址也称回送地址，几乎每台路由器上都会使用，该接口的存在具有以下几种用途：4.1.3逻辑接口 Dialer接口即拨号接口。Dialer口下建立拨号规则，物理口引用一个或多个Dialer口的规则，配置方便，维护简单。2、Dialer接口3、MFR接口 MFR(Multilink Frame Relay)接口是多链路帧中继接口，多个物理接口可以同一个MFR接口捆绑起来，从而形成一个拥有大带宽的MFR接口。4.1.3逻辑接口4、NULL接口 NULL接口是一种纯软件性质的逻辑接口，任何送到该接口的网络数据报文都会被丢弃。一般华为系列路由器支持NULL接口，一般应用在BG
10、P协议中或配置黑洞路由子接口。4.2网络接口卡网络接口卡 网卡包括OSI模型的物理层和数据链路层功能，如下图所示。图4-10网卡功能 1、网卡的功能4.2网络接口卡网络接口卡数据通过网卡在进行数据传输时，其工作过程如下：(1)发送数据时，网卡首先侦听介质上是否有载波，即没有被其他站点占用。(2)进行帧数据发送的同时继续侦听通信介质，以检测冲突；(3)在发送数据期间，若检测到冲突，则立即停止该次发送，并向介质发送一个“阻塞”信号，随机等待一段时间后，再进行新的发送；(4)若重传多次后（大于16次）仍发生冲突，就放弃发送。2、网卡的工作原理 3网卡的分类(1)按所支持的带宽划分，有10Mbps网卡
11、、10/100Mbps自适应网卡和1000Mbps网卡；(2)按总线类型划分，有ISA网卡、PCI网卡、USB网卡以及专门用于笔记本电脑的PCMCIA网卡；(3)按应用领域划分，有工作站网卡和服务器网卡；4.2网络接口卡网络接口卡ISA网卡网卡 PCI网卡网卡 USB网卡网卡 PCMCIA网卡网卡 3网卡的分类 (4)按端口类型划分，有RJ-45端口、AUI端口网卡、BNC端口和光纤端口网卡；(5)按端口的数量划分，有单端口、双端口和三端口网卡；(6)按需不需网线，网卡可分为有线和无线网卡两种。无线网卡 带有RJ-45、AUI、BNC接口组合的网卡4.2网络接口卡网络接口卡4.3中继器和集线器
12、中继器和集线器4.3.1中继器 中继器是位于OSI参考模型的物理层的网络设备，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作，是网络互连中最简单的设备。采用中继器所连接的网络，在逻辑功能方面实际上是同一个网络。图4-13中继器连接的网段4.3中继器和集线器中继器和集线器4.3.2集线器 集线器，又称HUB，是一种特殊的中继器，它可以看作是一种具有多个端口的中继器，主要用于连接双绞线介质或光纤介质的以太网系统。图4-14集线器4.4网桥网桥1、定义 网桥，也称桥接器，是网段与网段之间建立连接的桥梁，是OSI七层模型中数据链路层的设备。网桥具有CPU、存储器和至少两个网络接口。通过接口实现网段扩展。
13、如图4-13所示。图4-15 网桥连接的网段4.5交换机交换机1、定义 交换机也称交换式集线器，是专门设计使各种计算机能够相互高速通信的独享带宽的网络设备。如下列举了思科、华为和中兴等公司的交换机：图4-16 CiscoCatalyst1900图4-17ZXR10 2826S交换机图4-18 华为S2403TP-EA4.5.1交换机的工作原理地址学习地址学习 最开始的地址表是空的最开始的地址表是空的4.5.1交换机的工作原理地址学习地址学习 A 发送一个帧给发送一个帧给 C 交换机从端口交换机从端口 E0 学习到学习到 A 的的 MAC 地址地址 将该帧做将该帧做“洪泛（洪泛（flooding
14、）”转发转发4.5.1交换机的工作原理 C 回应一个帧回应一个帧 给给 A 交换机从端口交换机从端口 E2 学习到学习到 C 的的 MAC 地址地址地址学习地址学习4.5.1交换机的工作原理过滤过滤 A 发送一个帧给发送一个帧给 C 目标地址已经知道目标地址已经知道,不再不再“洪泛洪泛”发送，直接从发送，直接从 E2 端口发送出去。端口发送出去。4.5交换机交换机4.5.2交换机的工作方式交换机在源端与目的端包括三种交换方式：直通式 存储转发 碎片隔离 路由交换机（也称三层交换机）使用硬件技术，采用巧妙的处理方法把二层交换机和路由器在网络中的功能集成到一个盒子里，将路由技术与交换技术合二为一的
15、一种新的交换技术，即三层交换技术。同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由，用三层交换机来代替路由器。如下图为中兴ZXR10 3928三层智能以太网交换机。4.5.3路由交换机图4-23中兴ZXR10 3928三层智能以太网交换机 四层交换机在完成信息的交换与传输不仅仅依据MAC(第二层网桥)或源/目标IP地址（第三层路由），而且依据TCP/UDP（第四层）应用端口号，其功能就像是虚拟IP，指向物理服务器，在第四层完成交换则由源端和终端IP地址、TCP和UDP端口共同决定。4.5.4四层交换机 例如，思科公司生产的Cisco Catalyst 4500系列的四层交换机能够为第
16、2/3/4层交换提供集成式弹性，因而能进一步加强对融合网络的控制。Cisco Catalyst 4506型四层交换机如下图所示。4.5.4四层交换机图4-24 Cisco Catalyst 4506型四层交换机 应用层交换机，即七层交换机，完成七层交换技术，是目前最新的交换技术，通过逐层解开每一个数据包的每层封装，并识别出应用层的信息，以实现对内容的识别。4.5.5应用层交换机 硬件结构 工作模式 布局方式4.6路由器路由器 路由器是网络层互连设备，用于连接多个逻辑上分开的网络，实现不同网络间的数据包传送。如下图所示通过路由器实现以太网与令牌环网的之间数据传输。图4-25 互连以太网和令牌环的
17、路由器 4.6.1路由的概念1、路由用于指导IP数据包发送的路径信息。2、路由选择 路由器根据所收到的数据包头的目的地址选择一个合适的路径，将数据包传送到下一个路由器，路径上的最后的路由器负责将数据包送交目的主机。4.6.1路由的概念3、路由表 路由表包含了路由器进行路由选择时所需要的关键信息，而这些信息构成了路由表的总体结构，其结构成分如下：目的网络地址（Dest）掩码（Mask）下一跳地址（Gw）发送的物理端口（interface）路由信息的来源（Owner）路由优先级（pri）度量值（metric）4.6.1路由的概念 以具体路由表示例来说明一下路由表的构成，如图4-24所示，显示的是路
18、由表中的一条路由信息。图4-26 路由表示例 4.6.2路由器的工作原理1、路由器的基本功能功能 路由功能 交换功能图4-27网络间通信示例如下图中网络A和网络B，属于不同网络。2、网间通信过程 4.6.2路由器的工作原理2、网间通信过程(1)主机A通过本机的HOSTS表或WINS系统或DNS系统先将主机B的计算机名转换为IP地址；(2)通过IP地址与子网掩码，判断主机A与主机B是否是同一网段；(3)若不是同一网段，接着对数据帧进行下一站的数据链路层封装，然后发送到物理线路；(4)数据帧到达路由器的接收接口后首先解封装变成IP数据包，根据目的IP地址查找路由表，决定转发接口后做第三步处理；(5
19、)此过程继续直至到达目的网络与目的主机。4.6.2路由器的工作原理3、路由器举例图4-28 Cisco 3725路由器图4-29ZXR10 T600路由器 4.6.3路由过程示例3、路由器举例 4.6.3路由过程示例3、路由器举例 4.6.3路由过程示例3、路由器举例 4.6.4路由协议简介1、概念 通过在路由器之间共享路由信息来支持可路由的协议。路由协议创建了路由表，描述了网络拓扑构；路由协议与路由器协同工作，执行路由选择和数据包转发功能。2、路由选择方式 静态路由 动态路由 4.6.4路由协议简介3、动态路由协议 (1)RIP协议RIP（route information protocol
20、，路由信息协议）协议是基于D-V算法的内部动态路由协议，其中D-V算法又称为距离矢量算法。(2)OSPF协议 OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路由优先协议）是IETF组织开发的一个基于链路状态的自治系统内部路由协议，用于在单一自治系统（AS）内决策路由。4.6.4路由协议简介3、动态路由协议 (3)IS-IS协议 IS-IS是一种链路状态协议，基于SPF算法，以寻找到目标的最佳路径，同时也是内部网关协议。由于SPF算法本身的优势，IS-IS协议具有很强抵抗路由环路的能力。4.6.5无线路由器1、概念 无线路由器(Wireless Router)是指用于用户上
21、网、带有无线覆盖功能的路由器。无线路由器相当于将单纯性无线AP和宽带路由器合二为一的扩展型设备，它不仅具备单纯性无线AP所有功能如支持DHCP客户端、支持VPN、防火墙、支持WEP加密等，而且还包括了网络地址转换（NAT）功能，可支持局域网用户的网络连接共享。4.6.5无线路由器2、接口 4.6.5无线路由器3、优点 智能管理配置永远在线连接多功能服务多功能展示工具增益天线信号4.7网关网关2、网关功能 协议网关 应用网关 安全网关 1、概念 网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。主要用于不同体系结构的网络连接，实现不同协议网络之间的互联。4.8常用设备比较常用设备比较1、中继器与
22、集线器的比较不同点：(1)连接设备的线缆的数量；(2)接口收到信号后，处理方式不同。相同点：(1)都工作在物理层；(2)功能相同。4.8常用设备比较常用设备比较2、网桥与交换机的比较不同点：(1)在同一时间，同时工作的端口数目不同；(2)两者划分的物理网段数目不同；(3)交换机的传输速率高于网桥；(4)数据帧的转发方式不同；相同点：(1)二层交换机与网桥都工作在数据链路层；(2)基本功能相同。4.8常用设备比较常用设备比较2、路由器与交换机的比较 (1)路由器与二层交换机的比较 不同点：(1)工作层次不同；(2)数据转发所依据的对象不同；(3)传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域，而路由器可以分割广播域；(4)路由器提供了防火墙的服务，而二层交换机不行。4.8常用设备比较常用设备比较2、路由器与交换机的比较(2)路由器与路由交换机的比较路由器路由交换机CPU处理报文，通过分布式网络处理器提高处理能力。采用交换芯片与CPU共同处理的软硬件结构。端口密度低，造价高。端口密度高，性价比高。适用于网络出口，做网间路由工作。适合于大型局域网内部的数据交换，路由功能没有同级别的路由器强。表4-1路由器和路由交换机的对比4.8常用设备比较常用设备比较3、四层交换与二层、三层交换对比(1)数据流转发方式不同；(2)在操作方面不同。
