1.网卡
1.1 网卡的概念
网络接口卡（Network Interface Card，NIC）又称网卡，它是构成网络的基本部件。网卡连接局域网中的计算机和传输介质。
1.2 网卡分类
1.按照网卡支持的传输速率分类
这是目前主要的分类方法。共有五类：①10Mbps网卡， ②100Mbps网卡，③10／100Mbps自适应网卡，④1000Mbps网卡，⑤10／100／1000Mbps自适应网卡。其中，10／100Mbp自适应网卡可同时支持10Mbps和100Mbps的传输速率，10／100／1000Mbps自适应网卡可同时支持10Mbps、100Mbps和1000Mbps的传输速率，它们均能自动侦测出网络的传输速率。
2.按网卡所支持的传输介质类型分类
按照这种分类方法，网卡可分为四种：①双绞线网卡，目前常用的非屏蔽双绞线网卡使用RJ‐45接口；②粗缆网卡，使用AUI接口；③细缆网卡，使用BNC接口；④光纤网卡，使用F／0接口。
目前，由于无屏蔽双绞线的普遍使用，只提供RJ‐45接口的以太网卡比较流行。
2.集线器
2.1 转发器
转发器（Repeater）又称中继器或放大器，工作在OSI的物理层，实现电气信号的无失真转发。当信号沿传输介质传播时会产生衰减和畸变，这种衰减和畸变会使接收方无法正确识别信号。转发器可以通过接收、放大、整形和转发，使信号的波形和强度达到所要求的指标。
转发器用于互联两个相同类型的网段（例如：两个以太网段），其主要功能是延伸网线的长度、扩大网段距离并连接不同的传输介质，从而实现比特位的转发。由于用转发器连接的网段仍属于同一个子网，因此，从某种意义上说，转发器并不能算真正的网络互联设备。
2.2 集线器（Hub）
集线器（Hub）是转发器的一种，也工作在物理层。它是一种多端口（有8、16、24、48个RJ‐45接口）的转发器，相当于将总线网的总线和转发器浓缩到集线器中。Hub可以分离有故障的站点，保障其他站点正常工作，有效地提高以太网的可靠性。
1.集线器的工作原理
集线器并不处理或检查其上的通信量，仅将通过一个端口接收的信号重复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质，其结果是它们也共享同一冲突域、广播和带宽。因此集线器和它所连接的设备组成了一个单一的冲突域。如果一个节点发出一个广播信息，集线器会将这个广播传播给所有同它相连的节点，因此它也是一个单一的广播域。
2.集线器的工作特点
（1）集线器多用于小规模的以太网，一般使用外接电源（有源），对其接收的信号有放大作用。在某些场合，集线器也被称为“多端口中继器”。中继器也是工作在物理层的网络设备。
（2）连接集线器端口的所有计算机都处在同一个网段，每个端口上的计算机发出的信息都通过集线器放大、整形并且以广播的形式发向所有的端口。
（3）Hub连接的计算机仍然采用CSMA／CD方式竞争带宽的使用，共享整个集线器的带宽。在某一时刻，只能有一台计算机发送数据，只能在两台计算机之间进行通信（一台发送，一台接收）。
（4）堆叠集线器和单一集线器一样，其上的所有端口都属于同一个网段。利用集线器级联，可以扩大网络覆盖的范围。
（5）集线器最多只能4台相互串联，如果用双绞线级联，每根双绞线的长度不超过100m，因此，两台计算机之间的最大长度为500m。所有集线器上的计算机仍然属于同一个子网，共享网络带宽。
3.网桥与交换机
网桥和交换机都是工作在OSI模型的数据链路层的网络互联设备。不同的是，网桥既可以实现相同类型子网之间的连接，也可以实现不同类型子网之间的连接；而交换机是设计用来在同种子网之间实现高速连接的网络互联设备。
3.1 网桥的功能与应用
网桥又被称为网络桥接器，作为网络互联设备，网桥提供了一种LAN‐LAN互联方法，扩展了LAN。
1.网桥和集线器的主要区别
网桥可用于互联两个独立的子网，实现数据帧的存储转发；集线器仅被用于同一子网的延伸。
2.网桥的协议层
网桥执行OSI模型的数据链路层和物理层的协议转换，适用于同类网络或仅在低两层协议有差别的网络之间的互联。
网桥接收一个帧后，先在数据链路层进行检验，再将帧交给物理层，转发到另一个不同的网络。网桥在转发这些帧之前有可能对帧的头部信息做一些改变，以便进行数据链路层上的协议转换，但并不改变帧所携带的用户数据。网桥实现MAC子层的连接，对于遵循IEEE802标准的局域网是完全透明的。
一个网桥可以连接多个子网，它们的类型可以相同也可以不同，网桥接收它所连接的每个子网中的所有的帧并将它们转发到目的子网。
3.2 网桥的特点
网桥在转发帧的过程中，除了进行数据链路层上的协议转换，还具有以下功能和特点。
（1）地址过滤
网桥能够识别各种地址，并根据数据帧的信宿地址，有选择地让数据帧穿越网桥。实际上，目前很多网桥产品都添加了各种过滤功能，允许用户进行设置，过滤掉不希望被转发的帧，以确保子网的安全性。
（2）帧限制
网桥只进行必要的帧格式转换，以适应不同的子网。网桥丢弃超过信宿节点所在子网帧长度限制的信息。因此，当采用网桥支持不同LAN之间的互联时，需要更高层的协议保证被传送的信息长度的限制。帧限制的另一目的是为了维护每个子网的独立性，不允许控制帧和要求应答的信息帧穿越网桥，避免广播的风暴。
（3）监控功能
网桥参与对子网的监控和对信息帧的校验。
（4）缓冲能力
网桥应当具有一定的缓冲能力，以解决穿越网桥的信息量临时超载问题。也就是说，网桥可以解决数据传输速率不匹配的子网之间的互联。事实上，即使是速率相同的网络进行互联，这种缓冲能力也是必需的。
（5）透明性
网桥的引入不应该影响原有子网的通信能力，也不应产生信宿节点无法检测的差错。
3.3 网桥的路径选择
网桥可以直接连接两个及以上子网。帧转发的过程实质上是帧的路径选择过程，经过路径选择后，网桥将帧发往适当的端口。这是必须的。
常用的路径选择方法有两种，对应两种类型的网桥——透明网桥和指定路径网桥。
1.透明网桥
透明网桥也被称为学习型网桥或自适应网桥，该网桥内部动态地维护着节点的地址映射表数据库；根据该地址映射表，网桥决定收到的帧的转发。
由于局域网的运行完全不受网桥的影响，因此被称为“透明”网桥。透明网桥适合于总线型（如：以太网、令牌总线网）或树型结构的网络互联。
2.源路径选择桥
桥的原理来源于IBM的令牌环。源路径选择桥也称指定路径桥，先由发送的源节点判断所发送的帧是送往本地子网还是送给其他子网，然后选择帧传输的确切路径。
（1）直接传输
如果发送的源节点知道所发送的帧传输的确切路径，可以直接传输。
（2）寻找路径
如果源节点不知道路径，可以发送一个有测试功能的广播帧。接到广播帧的网桥先检查广播帧中的RI（路由信息）字段，如果本网桥已经在RI中——该帧由本网桥转发过，不需做任何处理；否则，向RI中增加本网桥及端口信息，并将该帧转发到与之连接且未在帧中出现的其他子网。当信宿节点接到该测试帧后，向源发节点返回一个应答帧。应答帧中包含了所需的路径信息，并沿着测试帧途经的路径反向传递。由于广播的缘故，源节点可能会收到多个应答帧，通常是通过某种算法从中选择一条（最佳）路径。
源路径选择桥可以获得最佳的路径，但是测试帧的发送增加了网络的信息流量，有可能形成广播风暴，甚至可能导致网络拥塞。
3.4 交换机
如果所连接的是同一种网络，网桥的功能可以被大大简化，从而提高效率。以太网交换机是一种简化的网桥，被用于以太网之间的互联。以太网交换机的特点如下。
（1）处理相同的帧格式，交换速度快。由于交换机互联的是相同类型的网络，在数据帧转发时无需进行帧格式转换，因而大大提高了交换机的数据交换速度。
（2）具有少量的地址表，交换机的查表速度得到提高。
（3）因为同一时刻可有多对端口通信，因此支持多个独立的数据流，具有较高的吞吐量。
（4）内部采用硬件交换，交换速度快。
（5）与一般的网桥一样，具有分割子网的功能（在数据链路层）。
（6）提供一定的存储能力。为避免转发帧在输出端口的冲突，交换机往往配置一定的缓存，用于缓存输入或待输出的帧，因此可以实现不同速率网络的互联（自适应能力）。
（7）每个端口独享指定的带宽。如10M／100M／1000M的交换机，每个端口可独享10Mbps／100Mbps／1000Mbps的网络带宽。
3.5 三层交换
三层交换技术是二层交换技术加上三层转发技术。局域网中网段划分之后，网段中子网的管理原来一直依赖路由器，三层交换机的出现解决了传统路由器因低速、复杂造成的网络瓶颈问题。
1.三层交换机种类
三层交换机可以根据其处理数据方式分为纯硬件和纯软件两大类型。
（1）纯硬件的三层技术
这种方式技术复杂、成本高，但是速度快、性能好、负载能力强。
纯硬件的原理是采用ASIC芯片，用硬件的方式进行路由表的查找和刷新。
当数据由端口的接口芯片接收后，首先在二层交换芯片中查找相应的目的MAC地址，如果查到即进行二层转发，否则将数据送至三层协议。
在三层引擎中，ASIC芯片查找相应的路由表信息，与数据的目的IP地址比较，发送ARP数据包到目的主机，得到该主机的MAC地址，并将其发到二层芯片，由二层芯片转发该数据包。
（2）基于软件的三层交换机技术
这种技术比较简单，但是速度较慢，不适合作为主干。
其原理是采用CPU利用软件的方式查找路由表。当数据由端口接口芯片接收后，首先在二层交换芯片中查找相应的目的MAC地址，如果查到就进行二层转发，否则数据被送至CPU。CPU继续查找相应的路由表信息，与数据的目的IP地址比较，先发送ARP数据包到目的主机得到该主机的MAC地址，再将MAC地址发到二层芯片，由二层芯片转发该数据包。
由于低价CPU处理速度较慢，因此这种三层交换机处理速度较慢。
2.三层交换原理
假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，则三层交换的过程如下。
（1）发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。
（2）如果目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。
（3）如果两个站点不在同一子网内，发送站A要与目的站B通信。发送站A要向“缺省网关”发出ARP（地址解析）封包，而“缺省网关”的IP地址指向三层交换机的三层交换模块。
当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则，三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求。B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A，同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。
（4）至此，A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。
由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。
