《图解网络硬件》网络硬件通用基础知识

前言

《图解网络硬件》本书作者三轮贤一是硅谷网络设备公司日本分部资深系统工程师，重点讲述了在实际网络建设工程中真实使用的网络硬件设备及其相关背景知识，能够帮助读者深入理解计算机网络在工程实践中某些容易混淆的概念，如L3交换机和路由器。

强烈建议如果只是单纯想了解一下计算机网络硬件的相关知识建议速读，本书作者对行业工作经验太丰富了，每个网络硬件设备，型号，参数，选购等都列的很详细，简直就是个小百科，写得跟个工具手册一样，不做相关工作类似我这种小白简单刷刷就行了。作为专业书来看，写的很接地气了，有大量设备图片，比单纯看理论强点，但本书是个日本作者，所介绍的大多网络设备都是日本使用的思科设备，跟国内设备差别非常大，菊花、中兴的设备一个都没有，所以对国内从事网络工程的帮助也不是特大，还不如买本技术手册看看。

说来说去觉得本书有点四不像，科普读物的话，设备讲的也忒细致了，不适合小白。专业书又不够深入，不如买技术手册，我认为比较好的一点是因为技术手册的术语解释十分匮乏，而这本书恰恰弥补了这一缺点，当然本书创作时的定位读者就是介于小白与大神之间的大白，没有强烈需求不建议入坑(ˉ▽ˉ；)…

网络的构成要素

构建网络所需的硬件一般包括交换机、路由器等网络硬件，以及个人计算机、服务器等计算机硬件，这些硬件统称为节点，节点之间可以通过链路进行连接。

节点（node）	计算机、交换机、路由器等构成网络的硬件均可称为通信节点
链路（link）	泛指将各个节点进行连接的逻辑线路，物理上可以使用有线线缆或者无线电波
主机（host）	通过网络为其他机器提供服务的计算机，也称为服务器
客户端（client）	指从主机处获得服务的计算机（如个人计算机等），也称为终端或者Terminal

客户端服务器型与点对点型

根据主机和客户端承担角色的不同，可以将网络分为客户端服务器型和点对点型
客户端服务器型
一种严格区分服务提供方和服务接收方的架构。客户端向服务器请求服务，而服务器响应客户端的服务请求。也称为垂直分布或功能垂直分布系统。例如HTTP通信

点对点型
一种不严格区分服务提供方和服务接受方的架构。参与网络的计算机可能成为网络中的服务器，也可能成为网络中的客户端。也称为水平分布或功能水平分布系统。例如Skype通信

网络设备的构成要素

设备（application）是电气化产品的意思。网络设备和个人计算机的部件结构非常相似。要说与个人计算机最大的不同，那就是网络设备没有对应的键盘、显示器等输入输出装置。但是网络设备可以通过串口、网口等和个人计算机设备相连，从而完成配置管理等操作。

通用服务器和专用设备

网络硬件大致分为通用服务器和专用设备两大类。

网络硬件的种类
通用服务器	运行Windows、Windows Server、Linux、Unix等操作系统的通用服务器及该服务器上安装的网络服务
专用设备	由用于特定目的的操作系统、软件、硬件组成的专用设备

专用设备的优点是价格便宜、性能高、设置简单，版本升级容易、便于使用和管理、安全漏洞较少。缺点是功能扩展有所限制、无法自定义、修复安全漏洞以及BUG的方法根据厂商的不同而不同。

通用服务器的优点是如果你具有编程知识，就能够自定义功能、如果使用免费的操作系统可以降低成本、很容易得到系统漏洞以及BUG的信息。缺点是与专用设备相比，性价比低、需要习惯其设置及管理、根据操作系统的不同，可能会出现没有对应软件的情况、操作系统不同，系统漏洞比较多。

存储设备

在计算机内用来存储数据或程序的装置是存储设备（storage unit）。该类设备分成高速且高价的主存储器与低速且低价的辅助存储器（外部存储器）两类。主存储器分成可读写的RAM以及只读的ROM，二者均使用半导体元件实现。

辅助存储器有硬盘（固态硬盘SSD与机械硬盘HDD）和闪存（U盘）等。

存储器的种类	说明
RAM	随机存取存储器。在计算机内部用于保存处理运行中的设置和路由表所需要的信息。当关闭电源或重新启动后，将清空所有数据。一般使用动态随机存储器（DRAM）和同步动态随机存储器（SDRAM）实现
ROM	只读存储器，关闭电源时保存的数据不会丢失。一般用来存放启动和维护网络硬件的程序
NVRAM	它有ROM的断电不丢数据的特性即非易失性，也有普通RAM随机寻址访问的特性，因此一般用于保存设置文件
闪存	具有电可擦可编程特性的只读存储器，用来保存操作系统及设置文件

在网络硬件中，桌面类型的交换机或路由器往往使用闪存来启动程序（应用程序），随后从硬盘（即闪存）上读取必要的数据。在程序中处理的数据又存储至比硬盘速度更快的读写主存中。为了使主存储器进行对应的数据运算，还需要将数据传送至CPU处。
这时，即使采用了DRAM高速主存，其对数据的读写速度（访问速度）也远远落后于CPU，而受到存储器性能牵连的CPU也无法发挥出原本的速度。因此就需要用速度更快但容量更小的Cache存储，这种存储将需要CPU频繁处理的数据以更快的速度传送至CPU，从而大大提高了程序的处理速度。

硬件芯片

用于特殊处理的高速集成电路主要有ASIC和FPGA。与CPU处理被称为软件处理相对应，ASIC和FPGA的处理被称为硬件处理。

硬件处理和软件处理的不同
软件处理：CPU从内存中读取命令时需要通过的总线往往存在瓶颈，处理数据非常耗费时间。但可以自由组合命令并执行各种各样的处理任务，所以程序可以非常简单地在通用机器上生成和修改。

硬件处理：只用于执行特定处理的专用芯片，无需经过内存总线，可以在ASIC芯片内部高速处理。

ASIC（专用集成电路）指用于特定目的的IC芯片，是能够高速进行以太网帧格式的传送处理、路由处理、防火墙处理、等特殊处理的集成电路。ASIC由于芯片单价便宜，因此在大规模生产时成本很低，同时具有高速、高集成度、最合理的电力使用等优点。但另一方面，开发成本高，开发周期长，无法及时应对设计失误或式样变化等也是其不可忽视的缺点。

FPGA和ASIC一样，用于特定目的的高速运行集成电路，但与ASIC不同的地方在于它的可编程性。与ASIC相比，FPGA因为其可编程性而具有开发风险小，开发周期短和开发成本低等优点。虽然FPGA也有单价高、性能差、功耗高的缺点，但是目前这些方面已经有所改善，所以在网络设备中新开发的硬件芯片几乎都使用了FPGA。

接口

设备一般有两种接口，一种是用于管理设置的控制端口，另一种是用于传输用户数据流量的数据端口（多个）。
下图是以太网接口卡，也成为网络适配器、LAN卡或者网络接口卡（NIC）。尽管母版及配线有所不同，但网络硬件所使用的以太网端口，基本上也有类似的部件组合而成。

控制端口

对网络硬件的初始设置、管理、调试等需要通过专用的端口来完成，这类端口就叫做控制端口或串行端口。控制端口一般使用
DB-9

RJ-45

RJ-48标准。

用于管理的个人计算机使用线缆通过DB-9串口或者USB接口连接到网络硬件，通过Hyper超级终端或TeraTerm这类终端软件与硬件进行交互连接。
个人计算机与网络硬件连接的线缆叫作控制线缆。根据硬件的不同控制端口pin的分配也有所差异，因此需要先选择使用直连线缆还是交叉线缆，然后使用转换器进行转换，并对应正确的极性来进行连接。
有的低端路由器或交换机不提供控制端口，而是将192.168.1.1这种私有IP地址设定为以太网的初始值，然后通过以太网的WebUI进行初始设置。

LED指示灯

安装于网络设备正面的LED指示灯，能够使用户对设备的系统运行状态和接口状态一目了然。大部分设备会在机身外部的某个地方集中放置多个LED指示灯，但也有的设备是在物理接口处放置LED指示灯。

电源

网络硬件使用的电源有AC电源和DC电源两类，其中AC是交流电源，DC是直流电源。家庭和普通企业使用的几乎都是AC电源，大数据中心和通信基础设施公司中的大型设备有时会使用DC电源。
AC电源分为内部电源和通过外接AC电源适配器的外部供电两类，家里有笔记本的童鞋应该都了解AC电源适配器。中型规模以上的网络硬件一般会内置电源模块，小型设备则多使用AC电源适配器。

电力公司提供的电力可以分为民用（单相）与工业用（三相）两类，但几乎所有的网络设备运行使用单相的电源和参数。一部分大型路由器也会使用三相交流电，但需配备相关设备。

风扇

中端级别以上的网络设备大多配备冷却风扇，现在的笔记本不配风扇那简直烫熊掌啊有木有(￣▽￣)"。除了怕“熊掌”被烫以外，风扇的另一个主要功能就是延长CPU及其他半导体部件的正常使用寿命。因为设备内部运行部件的半导体元器件，尤其是CPU在运行中会散发大量的热量。如果不冷却，会导致系统过热，影响半导体工作，甚至导致其停止运行。另外，过热也会减少CPU以及其他半导体部件的正常使用寿命。

风扇也有一个缺点，就是它是靠马达带动叶片旋转工作的，因此噪声比较大，这也是一些土豪直接上水冷的原因，毕竟当你打游戏时电脑跟开拖拉机一样，周围每人还好，有人可就尴尬了。

无风扇散热
低端或桌面式的设备因为使用发热量相对较少的CPU，因此设备中一般不安装风扇，而是使用散热片或表面散热等技术。
表面散热需要使用散热性较好的金属做机身，使设备内部的温度不会太高。当然，使用了无风扇散热技术后，就不会有噪声了。