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1 网络组建基础
在前两章的讨论中，我们知道了网络的一些基本概念，本章将继续讨论在构建一个具体的园区网络以及这个园区网络与Internet 互联的时候将使用的设备，他们在网络中分别扮演着怎样的角色。此外本章还将介绍一些维护基本网络运行的基本操作。
1.1物理层设备
中继器是在网络中用于延伸计算机之间距离的设备。中继器也用于不同缆线类型之间的转换。集线器是一个多端口的中继器，为网络设备提供集中连接和物理介质扩展。这一节介绍中继器和集线器的主要特性。 它们都是物理层的设备。
1.1.1中继器
中继器对比特操作并拓展物理媒介的长度。
中继器运行在OSI模型的物理层上，如图所示。因为物理层与比特有关，中继器的工作就是要重发比特。如果在一个中继器的输入端口上收到一个较弱的“1”比特，中继器的输出上就再生一个较强的“1”比特。类似的，如果在一个中继器的输入端口上收到一个较弱的“0”比特，中继器的输出上就再生一个较强的“0”比特。传统的中继器只有两个端口，一收一发。 如图1-1-1所示。
中继器
图1-1-1
中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。它在OSI参考模型中的物理层。
一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的， 因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。
1.1.2集线器
集线器为网络设备互连提供中心连接点。
中继器可以放置在线路的中间，起信号放大作用。也可以使用中继器连接两台设备，因为中继器具有两个端口，在后来的应用中，我们需要把更多的设备连接到一起，而中继器最多只能连接两台设备。而集线器就可以连接更多的设备，集线器可以称为是多端口的中继器。
集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。这样就可以使端口转发出去的较强信号的回波不致对该端口接收到的较弱信号产生干扰。数据在转发之前还要进行再生整形并重新定时。
集线器有许多的端口，每个端口通过RJ-45插座用两对双绞线与一个工作站上的网卡相连。因此说，集线器是多端口的中继器。集线器的每个端口都具有发送和接收数据的能力。当集线器的某个端口接收到工作站发来的有效数据帧时，就将数据帧转送到所有其他端口，然后发送给其他各个工作站。若两个端口同时有信号输入，集线器就向所有的端口发送干扰信号。
1.1.3冲突域
所谓冲突，就是在总线上同时有多个机器在传送数据，从而造成数据包的碰撞。
一个冲突域由所有能够看到同一个冲突或者被该冲突涉及到的设备组成。以太网使用C S M A / C D（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，带有冲突监测的载波侦听多址访问）技术（在第四章中将有更加详细的介绍）来保证同一时刻，只有一个节点能够在冲突域内传送数据。
根据前面的描述，我们知道使用集线器作为中心节点连接网络中的多个节点时，当任何节点开始发送数据的同时，由于集线器将无差别的将数据转发给所有其他的节点，因此如果此时有设备发送了数据，将在集线器连接的整个区域形成冲突，并且集线器连接的所有设备也将看到这一冲突并且受到此冲突的影响而延迟一段时间再发送数据。因此我们把由物理层设备连接到一起的所有设备所构成的范围称为一个冲突域，即集线器和中继器的所有端口在同一个冲突域中。
1.2数据链路层设备
1.2.1网桥
网桥用于分割数据流以提高网络的整体性能。网桥也用来提供跨广域的连接。虽然网桥的流行性正因为交换技术的广泛使用而在不断下降，仍然是当今计算机网络中常见的设备。 网桥工作在OSI模型的数据链路层，有时称为“第二层设备”或“链路层设备”。网桥对网络和高层来说是完全透明的。 网桥使用帧地址做出桥接决策。
网桥比中继器复杂的多。网桥判断入帧的目标设备是否位于产生这个帧的网段中。如果是，网桥就不把帧前向转发到其它的网桥端口,这是一个过滤的例子。如果帧的目标地址位于另一个网段，网桥就将帧发往正确的网段。这就是所谓的转发。
网桥有多种形状和大小。最简单的网桥就是在个人计算机（PC）上与小型LAN网段相连的适配卡（NIC）。最复杂的网桥将一种类型的帧转换成另一种类型的帧，并且/或者将帧以很高的速度发送到很长的距离之外。
如果一个LAN分为两个网段，每个网段的使用率将近似为原来的一半。网桥可以用来连接这两个部分，如图1-2-1所示，需要流经网桥的数据流相对比例较小。网络分割的效果称为“数据流分割”，是控制网络利用率的一种工具。 ComputerComputerServer ComputerComputer Server ComputerComputer 图1-2-1
1.2.2交换机
网桥和交换机的好处在于其可以隔离冲突域，每个端口就是一个冲突域，因此在一个端口单独接计算机的时候，该计算机是不会与其它计算机产生冲突的，也就是带宽是独享的，交换机能做到这一点关键在于其内部的总线带宽是足够大的，可以满足所有端口的全双工状态下的带宽需求，并且通过类似电话交换机的机制保护不同的数据包能够到达目的地，可以把集线器和交换机比喻成单排街道与高速公路。
交换机通过有选择的转发二层数据帧来提高网络利用率。
节点A 节点B 交换机 Server端口1 4 2 3 节点E 节点F 节点D 节点C 图1-2-2
当一个交换机如图1-2-2所显示的那样连接几个LAN网段时，就是一个网段交换设备。当一个帧从节点A发送到节点E时，交换机把帧从端口1发送到端口3。在这里，端口2和端口4仍是空闲的，可以以全速率10Mbps发送帧。如果节点A向节点B发送一个帧，交换机将该帧限制在一个单独的网段，这个网段包含节点A和节点B。这就是交换机的帧转发和过滤功能。
交换机通过分析帧中的目标MAC地址、并将各个帧交换到正确的端口上来实现这些操作。因为交换机工作在数据链路层，所以将其视为第二层交换设备。
交换机可能会同时在多个网段之间交换帧。例如，如果图1-2-3中的交换机收到一个来自节点E发往节点G的帧，同时还收到一个来自节点A发往节点D的帧时，可以同时交换这两个帧。这样对于相关拓扑结构的LAN就得到了两倍于常规LAN带宽的网络效应。
节点A 帧到节点F 节点B 交换机 Server端口1 4 2 3 帧到server 节点F 节点D 节点C 节点E 图1-2-3
当一个交换机接收到一个帧时，如果帧中的目标地址不在交换机的内存中，交换机就像集线器一样把这个帧发送给所有的端口。如果交换机接收到一个带有广播（或多播）地址的帧时，也会把帧发送给所有端口（或所有属于这个帧对应的多播组的端口）。
1.2.3广播域
一个广播域由所有能够看到一个广播数据包的设备组成。一个路由器，构成一个广播域的边界。网桥能够延伸到的最大范围就是一个广播域。缺省的情况下，一个网桥或交换机的所有端口在同一个广播域中。一般情况下， 一个广播域代表一个逻辑网段。
1.3网络层设备
1.3.1路由器
路由器工作在网络层，通常比中继器、网桥和交换机都要复杂。路由器是对数据包操作而不是对帧操作的。 路由器可以把广播数据包隔离在一个网段内而不穿过路由器影响另一个网段。可以说，路由器是隔离广播的网络层设备，而交换机和网桥是隔离冲突的数据链路层设备。
路由器是通过第三层地址将信息进行路由操作的。 路由器连接具有相同通信架构的网络，但这些网络的低层架构可能不同。换句话说，路由器是协议相关的。路由器常常可以用来替代网桥或交换机。注意，为了做到是“可被路由的”，架构中必须包含网络层，如图1-3-1所示。
OSI参考模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 网络层 数据链路层 物理层 图1-3-1 路由器 OSI参考模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
路由器提供对网络的物理和逻辑分割。这是通过计算数据包中的目标地址来实现的，目标地址指示网络中目标节点的位置。如果数据包地址指示的目标在同一个网段（或子网）内，路由器就把数据流限制在那个网段。如果数据包的目标地址在另一个网段，路由器就把数据包发送到与目标网段对应的物理端口上。路由表储存在路由器的内存中，把数据包地址和物理端口号对应起来。
为了避免使用两个具有独立LAN端口的路由器所带来的开销和额外的管理，人们设计了多协议路由器。但是，这种设备不执行数据链路层以上的协议转换。多协议路由器只是简单的把两个路由器的功能捆绑在一个盒子里。多协议路由器之间的连接则需要在每个LAN上有一个单独的端口。目前市场上的模块化路由器都是多协议路由器，每个不同的接口模块都可以支持其对应的数据链路层协议，并且在路由器的操作系统中都有对上层协议的支持。
1.3.2三层交换机
具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单的把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。