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网卡

• 早期的计算机，没有进行网络通信的功能，需要用户购买一张以太网网卡，安装到计算机中，才能进行以太网通信。

  • 现代的计算机，通常内置了一张以太网网卡，不需要用户自己购买。

• 网卡的正式名称是 NIC（Network Interface Card，网络接口控制器），又称为网络适配器。

  • OSI 层级：工作在物理层，以及数据链路层的 MAC 子层。
  • 用途：计算机需要通过网卡，连接到通信线路（比如双绞线），才能收发数据包，与其它计算机进行网络通信。
  • 一个计算机，可以安装多个网卡。这些网卡可以是相同类型，也可以是不同类型。
  • 厂商制造网卡时，会给每个网卡分配一个全球唯一的 Mac 地址，又称为物理地址、硬件地址。
    • Mac 地址长度为 48 bit ，通常用 12 个十六进制数表示。例如 00-e0-4c-46-56-3f ，也可写作 00e0.4c46.563f 。

• 局域网存在多种类型，因此网卡也存在多种类型，用于不同的局域网通信：

  • 以太网网卡：目前大部分局域网都属于以太网，因此说到网卡时，通常是指以太网网卡。
  • 令牌环网卡：令牌环已被以太网淘汰，因此这种网卡也被淘汰了。
  • 无线网卡：使得计算机能接入 WLAN 无线网络。有的无线网卡还支持蓝牙。
  • 蓝牙网卡：使得计算机能接入 Bluetooth 无线网络。

• 例：以太网通信的原理

  • 将多个计算机组成一个局域网，每个计算机都安装了以太网网卡，可以进行以太网通信。
  • 通过以太网协议传输的数据包，称为以太网帧。每个以太网帧的目标地址，是 Mac 地址的格式。
  • 每当网卡收到一个以太网帧时，
    • 如果目标地址是本机 Mac 地址，则读取该帧。
    • 否则，
      • 如果本机是交换机、路由器，则转发该帧。本机会通过 ARP 协议记录局域网中所有主机的 Mac 地址，此时根据以太网帧的目标 Mac 地址，将帧转发到正确的主机。
      • 否则，丢弃该帧。

• 计算机网络中的 port 通常翻译为端口、接口，有两种含义：

  • 物理上的线路端口：例如网卡具有至少一个端口，可以插入双绞线。
  • 逻辑上的网络端口：例如 Web 服务通常使用 TCP 协议的 80 号端口。

无线接入点

：Wireless Access Point ，简称为 AP 。

• OSI 层级：工作在物理层。

• 用途：发射电磁波，从而提供 WLAN 网络。

  • 相当于以太网中的集线器，但是无线。

• 搭建 WLAN 网络的常见流程：

  • 运行一个无线 AP ，提供 WLAN 网络，供多个计算机连接。
  • 给计算机安装无线网卡，从而能接入 WLAN 网络。

• 现代，很多路由器提供了 AP 功能，甚至很多手机也提供了 AP 功能（称为热点）。

中继器

：Repeater ，是一种信号放大设备，具有两个端口。

• OSI 层级：工作在物理层。
• 用途：安装在一条通信线路中，从而延长信号的传输距离。
• 原理：
  • 中继器从一个端口收到信号时，会将信号放大、整形，输出到另一个端口。
  • 例如，在双绞线中，信号传输 100m 之后会明显衰减、变形。可以在 100m 的位置安装中继器，使得信号能传输更远距离。

集线器

：Hub ，是一种信号放大器，具有多个端口。

• OSI 层级：工作在物理层。

• 用途：

  • 多条通信线路，可以接入同一个集线器，从而合并成一条通信线路。
  • 多个主机可以接入同一个集线器，这会在物理上组成星型结构，但在逻辑上是总线型结构。

• 原理：

  • 集线器从任一端口收到信号时，都会通过背板电路，转发到其它所有端口。
    • 由于这种转发机制，集线器只支持半双工通信，同时只能从一个端口接收信号。
    • 如果同时从多个端口接收信号，则会发生冲突，丢失某些端口的信号。
  • 集线器有两种端口，一种是普通端口，另一种是级联端口。
    • 多个集线器，可以通过普通端口级联，在物理上组成树形结构。
    • 多个集线器，可以通过堆叠端口连接，合并成一个集线器。
    • 级联、堆叠都会将所有端口纳入同一个冲突域，或者说碰撞域。