2.2 网络接入设备
网络接入设备在网络系统中的主要功能是将网络终端设备接入到网络系统中，常用的有网卡、调制解调器、双绞线连接器件和光纤连接器件等。本节主要介绍网卡、调制解调器和光纤连接器件的结构与性能；双绞线连接器件将在第8章详细介绍。
2.2.1 网卡
（1）网卡的结构
网卡又称为网络接口适配器（Network Interface Card，NIC），是指安装在主机里，通过网络连接线（双绞线、光纤线缆、同轴电缆等）与网络交换机（以太网交换机、FC交换机、ISCSI交换机等），或与其他网络设备（存储设备、服务器、工作站等）连接，从而形成一个网络的硬件设备。网卡是计算机与传输介质的接口，其结构如图2-11所示。
图2-11 网卡的结构
主控芯片：网卡中最重要的元件，是网卡的控制中心，犹如计算机的CPU，控制着整个网卡的工作，负责数据的传输和连接时的信号侦测。
晶体振荡器：简称晶振，负责产生网卡所有芯片的运算时钟，其原理就像主板上的晶体振荡器一样，通常网卡是使用20 Hz或25 Hz的晶体振荡器。
数据泵：用来发送和接收中断请求（IRQ）信号的。当信号要发送出去的时候，主控芯片会先给数据泵一个指令，再传出去。当外边有信号进来的时候，数据泵会发一个指令给主控芯片。当遇到线路繁忙的时候，它会调节数据流，起到指挥数据正常流动的作用。
BootRom芯片插槽：一般与BootRom芯片搭配使用，其主要作用是引导计算机通过服务器引导进入相应的操作系统。如在此插槽上安装好无盘启动芯片后，在局域网（如Windows NT和NetWare）中，无盘工作站可以通过这块启动芯片启动计算机。如无特殊要求，网卡中的这个插槽处在空置状态。
状态指示灯：在网卡后方通常配置有两三个信号灯，分别代表电源指示、发送指示（Tx）、接收指示（Rx），其作用是显示网卡的工作状态，便于了解目前网络的连线状况和诊断故障。有些网卡中还配有链路状态（Link）、超长（Jabber）和碰撞（Collision）等指示灯。
（2）网卡的功能
网卡工作在数据链路层，又是局域网的接入层设备。网卡的工作是双重的，一方面，它负责接收网络上传过来的数据包，解包后将数据传输给本地计算机；另一方面，它将本地计算机上的数据打包后送入网络。
每块网卡都有全球唯一的物理地址，称为MAC地址。MAC地址由6字节的数字串（共48位二进制数）组成，数字串之间用冒号隔开。MAC地址分为两部分：生产商ID和设备ID。如00:60:8C:00:54:99，前面3字节（24位二进制数）代表厂商，后面3字节（24位二进制数）代表制造商为该网卡分配的ID。在网络中依据网卡的MAC地址将数据准确地发送到目的地计算机中。
（3）网卡的分类
网卡的种类很多，分类方法也多种多样。
① 按照网卡所支持的带宽划分：可分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡和1000Mbps以太网卡4种。目前，10Mbps网卡已淘汰，应用最普及的是10/100Mbps PCI自适应网卡，能自动适应10Mbps和100Mbps两种带宽的网络需求，能根据所用环境自动选择适当的带宽，与老式的10Mbps旧设备相连，其带宽是10Mbps，如与100Mbps网络设备相连，其带宽是100Mbps。1000Mbps网卡主要适用于大数据量的网络，多用于服务器与交换机之间的连接，以提高整体系统的响应速率。
② 按照网卡的网络接口类型划分：可分为RJ-45接口网卡、BNC接口网卡、AUI接口网卡、FDDI接口网卡、ATM接口网卡、光纤接口网卡。其中，RJ-45接口用于双绞线，BNC接口用于细同轴电缆，AUI接口用于粗同轴电缆，光纤接口用于单模或多模光纤。有的网卡为了适用于更广泛的应用环境，提供了两种或多种类型的接口，如同时提供RJ-45接口和BNC接口。
③ 按照网卡的总线接口类型划分：可分为ISA总线网卡、PCI总线网卡、PCI-X总线网卡、PCI-Express（简写为PCI-E）总线网卡、PCMCIA总线网卡、Mni-PCI总线网卡和USB接口网卡，如图2-12所示。其中，ISA总线网卡已淘汰，常见的是PCI总线网卡，其数据传输速率最高可达133Mbps。PCI-X总线网卡主要用在服务器上，数据传输速率最高可达266Mbps。PCI-Express总线标准2.0规范，其数据传输速率可达5 Gbps。PCMCIA总线网卡和Mni-PCI总线网卡是笔记本电脑专用的，PCMCIA总线又有16位PCMCIA和32位CardBus之分。
图2-12 网卡的总线接口类型
④ 按照网卡所支持的传输协议划分：可分为以太网卡、FC网卡和ISCSI网卡。
以太网卡（Ethernet Adapter）的传输协议为IP，一般通过光纤线缆或双绞线与以太网交换机连接。接口类型分为光口和电口。光口对应的接口有SC、ST和LC，接口模块一般为SFP（数据传输速率2 Gbps）和GBIC（1 Gbps）。电口的接口类型为RJ-45。
FC网卡，也叫光纤网卡，即Fibre Channel HBA（Host Bus Adapter）。其传输协议为光纤通道协议，一般通过光纤线缆与光纤通道交换机连接。接口类型分为光口和电口。光口对应的接口为SC和LC，接口模块一般为SFP（传输率2 Gbps）和GBIC（1 Gbps），如图2-12（d）所示。电口的接口类型一般为DB9针或HSSDC。
ISCSI网卡（ISCSI HBA）的传输协议为ISCSI，接口类型与以太网卡相同。
网卡的其他分类方法还有：半双工（half duplex）与全双工（full duplex）网卡、有线与无线网卡、服务器专用网卡、支持WOL（Wake On Lan，网络开机）功能网卡等。
（4）网卡的RJ-45接口及其信息定义
网卡的RJ-45接口一般有8根引脚，其结构如图2-13所示，各引脚的信息定义如表2.6所示。由于在网络通信中实际上只使用了第1、2、3、6引脚，所以有的网卡生产厂商为了节省成本，只采用4根引脚。
图2-13 网卡RJ-45接口
表2.6 网卡RJ-45接口引脚信息定义
2.2.2 调制解调器
调制解调器（Modem）是网络用户以普通电话线路作为传输介质，接入计算机网络时必需的接入设备。
计算机内的信息是数字信号，而在电话线上传递的却只能是模拟电信号。于是，当两台计算机要通过电话线路进行数据传输时，就需要一个设备负责数字信号与模拟信号在通信过程中的相互转换。这个设备就是Modem。计算机在发送数据时，先由Modem把数字信号转换为相应的模拟信号，这个过程称为“调制”。经过调制的信号通过电话载波传送到另一台计算机之前，也要经由接收方的Modem，把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号，这个过程称为“解调”。正是通过这样一个“调制”与“解调”的数模转换过程，从而实现了两台计算机之间的远程通信。
调制解调器的种类较多，按照采用的接入技术可以分为普通Modem、ADSL Modem和Cable Modem三类。普通Modem利用电话线路提供低速窄带拨号接入，最高数据传输速率可达56 kbps，现已淘汰。Cable Modem是利用有线电视的电缆进行信号传送，具有调制解调功能，还集路由器、集线器、桥接器于一身，理论数据传输速率可达10Mbps以上。通过Cable Modem上网，每个用户都有独立的IP地址，相当于拥有了一条个人专线，目前还只有少数应用。ADSL Modem利用电话线路提供高速带宽拨号接入，是目前家庭和小型企事业单位宽带拨号上网普遍采用的设备。
（1）ADSL Modem简介
ADSL Modem是指目前采用ADSL技术实现计算机或局域网接入因特网的接入设备。
ADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Loop，非对称数字用户环路）是运行在普通电话线路上的一种高速宽带接入技术。ADSL利用现有的一对电话铜线，通过采用先进的复用技术和调制技术，使得高速的数字信息和电话语音信息在一对电话线的不同频段上同时传输，为用户提供宽带接入的同时，维持用户原有的电话业务及质量不变。ADSL采用专门的PPPoE（Point-to-Point Protocol over Ethernet，基于以太网的点对点）协议，下行传输速率接近8Mbps，上行传输速率可达1Mbps，传输距离为3～5km。
ADSL Modem通常有PCI插卡式、USB接口式、以太网接口式等三种。
以太网接口的ADSL Modem又有两种模式。一种是单纯性以太网接口的桥式ADSL Modem，其成本更低，具备一定的防火墙功能甚至IP过滤功能，但不带有路由功能。另一种是以太网接口的路由式ADSL Modem，也称为ADSL宽带路由器，内部具有路由功能、NAT功能、防火墙功能和IP过滤功能等。以太网接口的ADSL Modem的外形结构如图2-14所示。
图2-14 以太网接口的ADSL Modem的外形结构
从整体性能上来看，以太网接口的ADSL设备在硬件性能上要比PCI插卡式ADSL产品更为强大，具有独立的CPU（处理器），能够脱离计算机处理网络传输工作，所以不会占用计算机的CPU资源，使用更方便。而PCI接口的ADSL设备虽然成本较低，但要占用计算机的CPU资源和IRQ资源，而且需要安装相应的驱动程序才能使用，一般用户使用起来相对比较麻烦。
（2）ADSL Modem的应用
ADSL Modem可以为用户提供高速的数据接入、视频点播、网络互连、家庭办公、远程教学、远程医疗等服务。普通ADSL Modem一般只能允许一台计算机上网，要用这种产品实现多台计算机共享同时上网，一般需要借助于其他路由设备。ADSL宽带路由器可以实现多台计算机共享上网是目前应用最广，也是最为方便、实用的一种上网解决方案，在小型企事业单位、家庭、学生宿舍应用尤其广泛。
（3）ADSL Modem的选购
在选购ADSL宽带路由器时主要应注意以下几方面的性能。
① 所属类型。首先要确定所选路由器是“网关型”还是“代理型”。它们之间的区别是，网关型不具备灵活权限配置功能，而代理型则具有灵活配置功能。
② 宽带接入方式。如有些ADSL宽带路由器只支持专线方式的路由，不内置虚拟拨号协议PPPoE，当然也就不能为虚拟拨号用户提供拨号服务，路由功能也就无从实现了。
③ LAN端口数量。传统的ADSL宽带路由器通常只提供少数1～2个LAN端口，而WAN端口通常有多个，因为它不是用来连接LAN，而是用来连接不同的WAN。
④ LAN端口的带宽占有方式。端口带宽的占有方式有集线器的共享带宽方式和交换机的带宽独享方式。对有高带宽互联网应用需求的用户，选择后者较好。
⑤ NAT（Network Address Translation，网络地址转换）服务。NAT服务可以使ADSL宽带路由器能把所有LAN用户的IP地址转换成单一的因特网IP地址，从而实现对内部网络的IP起到屏蔽作用，保护LAN用户。
⑥ 网管方式。为了用户配置方便起见，现在绝大多数ADSL宽带路由器都提供Web界面配置功能，用户通过普通的浏览器即可进行所见即所得的配置，方便易行。
⑦ 辅助功能。现在的ADSL宽带路由器厂商，为了最大限度地吸引用户，通常在其路由器产品中除了提供基本的路由和LAN端口交换外，还提供了诸如防火墙、打印服务器、DHCP、VPN等辅助功能，根据需要选择，当然在价格上也有一些小小的区别。
2.2.3 光纤连接器件
目前，光纤在网络中的应用已非常普及，无论局域网、城域网的骨干网络，还是远距离通信，都是采用光纤传输。在网络工程中，要实现光纤传输，必须要解决三方面的问题：一是要将电信号与光信号进行相互转换，二是将具有光纤接口的网络设备进行相互连接，三是光纤链路的接续。光纤链路的接续又分为永久性接续和活动性接续两种。永久性接续大多采用熔接法、粘接法或固定连接器来实现；活动性接续以及上述第一个、第二个问题，一般采用光纤活动连接器件来实现。常用的光纤活动连接器件包括光纤收发器、光纤接口模块、光纤连接器和光纤跳线。另外，还有光纤端接盒、光纤配线架等设备，将在第8章介绍。
（1）光纤收发器
光纤收发器是一种将电信号和光信号进行相互转换的设备，是以太网传输媒体转换单元，在很多地方也被称为光电转换器（Fiber Converter）。其结构如图2-15所示。
图2-15 光纤收发器
光纤收发器一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中，一般连接方法是：光纤接口通过光纤跳线与室外光纤的端接盒连接，RJ-45接口通过双绞线跳线与交换机或其他网络设备的RJ-45接口连接。
目前，光纤收发器的种类很多，按光纤的性质分类，可以分为多模光纤收发器和单模光纤收发器。多模收发器一般的传输距离为2～5km，单模收发器覆盖的范围为20～120km。需要指出的是，因传输距离的不同，光纤收发器本身的发射功率、接收灵敏度和使用波长也会不一样。按工作层次/速率来分类，可以分为单10Mbps、100Mbps光纤收发器、10/100Mbps自适应的光纤收发器和1000Mbps光纤收发器。其中，单10Mbps和100Mbps的收发器产品工作在物理层，而10/100Mbps光纤收发器是工作在数据链路层。按结构来分类，光纤收发器可以分为桌面式（独立式）和机架式（模块化）。桌面式光纤收发器适合于单个用户使用，如满足楼道中单台交换机的上连。机架式光纤收发器适用于多用户的汇聚，如小区的中心机房必须满足小区内所有交换机的上连，使用机架便于实现对所有模块型光纤收发器的统一管理和统一供电，目前国内的机架多为16槽产品，即一个机架中最多可加插16个模块式光纤收发器。按管理类型分类，光纤收发器可分为网管型光纤收发器和非网管型光纤收发器。
（2）光纤接口模块
光纤接口模块也是一种将电信号和光信号进行相互连接的设备，与光纤收发器不同的是它不能单独使用，必须插入交换机等网络设备的光纤插口，其结构如图2-16所示。
图2-16 光纤接口模块
光纤接口模块有GBIC和SFP两种封装。GBIC（Giga Bitrate Interface Converter）是千兆位接口转换器，使用SC光纤接口，可热插拔。SFP（Small Form-factor Pluggable）是小封装模块，其功能和应用与GBIC大体相同，但体积小，使用LC光纤接口，可热插拔。有些交换机厂商称SFP模块为小型化GBIC（MINI-GBIC）。
GBIC/SFP光纤接口模块可用于交换机间级联、堆叠、远距离通信、服务器/磁盘阵列高速通信等方面。与光纤一样，光纤接口模块分为单模和多模两种类型。多模主要应用于距离在550～2000m内的千兆位传输环境，一般使用850nm和1310nm波长。单模主要应用于长距离传输，从20～120km都有对应的模块可供选择，一般使用1310nm和1550nm波长。
（3）光纤连接器及其结构
光纤连接器，俗称活接头，是实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件，主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。它把光纤的两个端面精密对接起来，以便使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并可使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小。
现在已经广泛应用在光纤通信系统中的光纤连接器，其种类众多，结构各异。但细究起来，各种类型的光纤连接器的基本结构是一致的，即绝大多数的光纤连接器一般由两个插针和一个耦合管（器）组成，如图2-17所示。
图2-17 光纤连接器的结构
这种结构是将光纤穿入并固定在插针中，并将插针表面进行抛光处理后，在耦合管中实现对准。插针的外组件采用金属或非金属的材料制作。插针的对接端必须进行研磨处理，另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力。耦合管一般是由陶瓷或青铜等材料制成的两半合成的、紧固的圆筒形构件做成，多配有金属或塑料的法兰盘，以便于连接器的安装固定。为尽量精确地对准光纤，对插针和耦合管的加工精度要求很高。
（4）光纤跳线与光纤连接器的类型
光纤跳线，又称为尾纤，是用于从设备到光纤布线链路或设备到设备的跳接线，有较好的保护层，两端为光纤连接器（适配器），一般应用于室内连接。
光纤连接器的种类众多，按传输媒介的不同，可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器；按结构的不同，可分为FC、SC、LC、ST、MT-RJ、DIN4、MU等；按连接器的插针端面，可分为FC、PC（UPC）和APC；按光纤芯数分，还有单芯、多芯之分。实际应用中，一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。下面简单介绍一些比较常见的光纤连接器及其相应的跳线。
① FC型光纤连接器。这种连接器最早是由日本NTT研制的，如图2-18所示。FC是Ferrule Connector的缩写，表明其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。早期FC类型连接器所采用的陶瓷插针的对接端面是平面接触方式（FC）。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。后来，对该类型连接器做了改进，采用对接端面呈球面的插针（PC），而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。
图2-18 FC/PC型光纤连接器及跳线
② SC型光纤连接器。这是一种由日本NTT公司开发的光纤连接器，如图2-19所示。其外壳呈矩形，所采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。
图2-19 SC/PC型光纤连接器及跳线
③ LC型连接器。LC型连接器是著名Bell研究所研究开发出来的，采用操作方便的模块化插孔（RJ）闩锁机理制成，如图2-20所示。其所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25mm，这样可以提高配线架中光纤连接器的密度。目前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。
图2-20 LC型光纤连接器及跳线
④ ST型连接器。ST型是由日本NTT公司开发的光纤连接器，如图2-21所示。连接器外部件为精密金属件，包含推拉旋转式卡口卡紧机构。此类连接器插拔操作方便，插入损耗波动小，抗压强度较高，安装方便，完全满足EIA 604-2标准和YD/T-826-1996标准，符合国际通用的GR-326规范，一般用于光纤通信网络、光纤宽带接入网、光纤局域网。
图2-21 ST型光纤连接器及跳线
⑤ MT-RJ型连接器。MT-RJ起步于NTT开发的MT连接器，带有与RJ-45型LAN电连接器相同的闩锁机构，如图2-22所示，通过安装于小型套管两侧的导向销对准光纤，为便于与光收发机相连，连接器端面光纤为双芯（间隔0.75mm）排列设计，是主要用于数据传输的下一代高密度光纤连接器。
图2-22 MT-RJ型光纤连接器及跳线
⑥ DIN47256型光纤连接器。这种连接器由德国开发的连接器，采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC研磨方式，如图2-23所示。与FC型连接器相比，其结构要复杂一些，内部金属结构中有控制压力的弹簧，可以避免因插接压力过大而损伤端面。另外，这种连接器的机械精度较高，因而介入损耗值较小。
图2-23 DIN4型光纤连接器
⑦ MU（Miniature unit Coupling）型连接器。MU连接器是NTT研制生产的小型单元耦合型连接器，采用印刷电路板插入底板的方法，使印刷电路板上的光学元件与光缆相连。其连接芯线的方式与SC型连接器相同，并且达到与SC连接器相同的优越性能和高度可靠性，如图2-24所示。利用MU的1.25mm直径套管，NTT最近已开发出一系列MU连接器，它们有用于光缆连接的插座型连接器（MU-A系列）、具有自保持机构的底板连接器（MU-B系列）以及用于连接LD/PD模块与插头的简易插座（MU-SR系列）等。
图2-24 MU型光纤连接器
在ISO/IEC 118012002-09标准中，提出除了维持SC光纤连接器用于工作区信息点以外，同时建议在设备间、电信间、集合点等区域使用SFF小型光纤连接器及适配器。小型光纤连接器与传统的ST、SC光纤连接器相比体积较小，可以灵活地使用于多种场合。目前，SFF小型光纤连接器被布线市场认可的主要有LC、MT-RJ、VF-45、MU和FJ等。