1、Chapter 5Network Devices & Interconnection,该章主要介绍各类主要网络互连设备的简单工作原理、功能、配置及使用方法，包括集线器、交换机、路由器等。使同学在了解主要网络互连设备简单工作原理的基础上，熟练掌握网络互连设备的配置和维护方法。 重点难点： 各类网络设备及功能；集线器功能及应用；交换机功能、原理及应用；集线器、交换机、三层交换机的区别；交换机的配置方法；路由器的原理与配置 。,5.1 Repeaters（中继器）,5.1.1中继器及工作原理 中继器（又叫转发器）是在物理层上实现局域网网段互连的，是最简单的网络互连设备。中继器不关心数据的格式和含义，
2、它只负责复制和增强通过物理介质传输的表示“1”和“0”的信号。中继器的作用 5.1.2 中继器的分类 中继器可分为以太网中继器和令牌环网中继器两大类。,（1）以太网中继器 在以太网中，中继器用来扩展物理介质的作用距离。下图展示了如何用2个中继器将3个10Base5的以太网网段连接起来。在这种配置下，中继器在每个网段中都被看作是节点。因此，在这个网络中可以接入的最大节点数为296。因此每个中继器都算做2个节点，一共有2个中继器，所以除去中继器以外，能接入的最大节点数为：3004296。,（2）令牌环网中继器在令牌环局域网中存在3种不同类型的中继器。第1类位于独立的网络节点上，通常在网卡上。第2类
3、是指“单环(Lobe)中继器”(令牌环网的线缆网段称为单环)。单环中继器允许令牌环网节点比普通配置时更加远离多站访问单元(MAU)。第3类中继器是环路中继器，当网络中有多个MAU时，使用这种中继器。一个环路中继器(例如IBM8218)可以将环路长度延长到750m。,5.2 Hubs（集线器）,5.2.1 集线器及工作原理 集线器具有以下两个特点: 一是Hub只是一个多端口的信号放大设备，工作中当一个端口接收到数据信号时，由于信号在从源端口到Hub的传输过程中已有了衰减，所以Hub便将该信号进行整形放大，使被衰减的信号再生(恢复)到发送时的状态，紧接着转发到其他所有处于工作状态的端口上。,二是集
4、线器只与它的上联设备进行通信，同层的各端口之间不会直接进行通信，而是通过上联设备再将信息广播到所有端口上。,Hub主要用于共享网络的组建，是解决从服务器直接到桌面最经济的方案。,5.2.2集线器分类（1）按配置形式分以配置形式不同，Hub可分为独立型Hub、模块化Hub和可堆叠式Hub三大类。 独立型Hub独立型Hub是最早使用于LAN的设备，目前它具有低价格、容易查找故障、网络管理方便等优点，在家庭、小型办公室等小型LAN中得到广泛使用，如图所示。但这类Hub的工作性能较差，尤其是速率较低。, 模块化Hub 模块化Hub一般带有机架和多个卡槽，每个卡槽中可安装一块卡，每块卡的功能相当于一个独
5、立型Hub，多块卡通过安装在机架上的通信底板进行互连并进行相互间的通信。, 可堆叠式Hub可堆叠式Hub是利用高速总线将单个独立型Hub“堆叠”或短距离连接后的设备，其功能相当于一个模块化Hub。,（2）按连接速率分 根据连接速率的不同，目前市面上用于小型局域网的Hub可分为10Mbit/s、100 Mbit/s和10/100 Mbit/s自适应三个类型。由于在大中型网络中Hub已逐渐被交换机所代替，所以1000 Mbit/s和100/1000 Mbit/s的Hub在市面上很少见。 （3）按管理方式分 根据对Hub管理方式的不同可分为智能型Hub和非智能型Hub两类。,（4）按端口数目分 每一
6、个单独的Hub根据端口数目的多少一般可分为8口、16口和24口几种。 5.2.3 局域网集线器的选择 （1）以速度为标准 集线器速度的选择，主要决定于以下3个因素： 上联设备的带宽 提供的连接端口数 应用需求,（2） 以能否满足拓展为标准 当一个集线器提供的端口不够时，一般有以下两种拓展用户端口数目的方法： 堆叠 级联 （3） 以是否提供网管功能为标准 （4） 以外型尺寸为参考 （5） 适当考虑品牌和价格,5.3 Bridges（网桥）,5.3.1 网桥及工作原理 单一的局域网网段的增长要受到物理的和具体条件的限制,单独的网段通常不能够满足每个组织的需要。网桥提供了一种最简单的将局域网网段连接
7、成可维护、高可靠性的扩展网络的方法。网桥工作在OSI模型中的数据链路层的MAC子层，如图所示。,5.3.2 网桥类型 网桥按照其软件创建网桥表的方法或算法可分为透明桥接和源路由桥接两大类。 一、透明桥接 透明网桥使得数据帧可以在两个使用同样的MAC层协议的网段之间来回传输。这种网桥被称为“透明”，是因为源站点向目的站点传输数据帧就好像它们在同一物理网段上一样。透明网桥有三种特性：过滤、转发和学习。,二、源路由桥接 透明网桥可以用于以太网、令牌环网和FDDI网，源路由桥接只能用于令牌环网和FDDI网络。源路由桥接最初由IBM公司在1980年代初提出，作为它所倡导的令牌环局域网技术的一部分。,5.
8、4 Switches（交换机）,5.4.1 交换机及工作原理一个MAC地址表形成过程动画 5.4.2交换机分类 目前最常用的交换机类型是：存储转发型交换机、纵横式交换机（也称为直通式交换机或快进式交换机）以及无碎片直通式交换机。,（1） 存储转发式交换机 存储转发式交换机是在交换机接收到数据帧时，先存储在一个共享缓冲区中，然后进行过滤（滤掉不健全的帧和有冲突的帧）并对每个帧进行差错检测，最后再将数据按目的地址发送到相对应的端口上。存储转发式交换机具有很高的交换质量，但交换速率是三种交换机中最慢的，适用于网络的主干连接。,（2） 纵横式交换机 纵横式交换机对接收到的帧不进行全面检测，只对其目的地
9、址信息进行检查，只要检测到目的节点的地址就跳过该帧，然后立刻按指定的地址转发出去，而不做差错和过滤处理。纵横式交换机是三种交换机中交换速率最快的，但是由于对任何帧都不做差错和过滤处理，所以误码率较高，适用于交换式网络的外围连接。,（3） 无碎片直通式交换机 “碎片”是指当信息发送中突然发生冲突时，因为双方立即停止发送数据帧而在网络中产生的残缺的帧。碎片是无用的信息，必须将其滤除。无碎片直通式交换机先对接收到的数据帧存储其中的部分字节，然后进行差错检验，如果出错，立即过滤该帧，并要求对方重发此帧，如果没错，则认为该帧健全，并马上转发出去。无碎片直通式交换机是前两种交换机交换方式的折衷，既保证一定
10、的可靠性，又保证一定的交换速率。,5.4.3 常见交换机之间的连接 实现交换机之间的互联常见有三种方式：级联、堆叠和冗余 5.4.4 交换机与集线器的区别 用集线器组成的网络称之为共享式网络，用交换机组成的网络称为交换式网络。 集线器只能在半双工方式下工作，而交换机同时支持半双工和全双工操作。 处于半双工模式下的交换式以太网的实际最大传输速率是共享式网络的1.7倍，而工作在全双工模式下的交换式以太网的实际最大传输速率可达到共享式网络的3.8倍。,5.4.5 交换机与网桥的区别 交换机与网桥相比，有许多网桥不具备的优点：（1） 延迟相对较小。（2） 功能相对较强大。（3） 端口多。交换机一般具有
11、较多的端口，而网桥一般多为两个接口，最多也不会超过16个端口。,5.5 Routers（路由器）,5.5.1 路由器的主要功能 路由器主要起到路由的作用，它为经过路由器的每个数据分组寻找一条最佳传输路径，同时将该数据分组有效的传输到目的节点。 在网络间接收节点发送的数据包，根据数据包中的源地址和目的地址，对照自己的路由表，把数据包直接转发到目的节点。 为网际间通信选择最合理的路由。 拆分和包装数据包。, 不同协议网络之间的连接，目前有些中、高档的路由器往往具有多通信协议支持的功能。 目前大部分路由器都具备一定的防火墙的功能，能够屏蔽内部网络的IP地址，自由设定IP地址、通信端口过滤，使网络更加
12、安全。 路由表一般可分为静态路由表和动态路由表两种。,5.5.2 路由器及工作原理 路由器是一种连结多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。 (1) 路由器接收来自它连接的某个网站的数据。 (2) 路由器将数据向上传递到协议栈的网际层，舍弃网络层的信息，并且重新组合IP数据报。,(3) 路由器检查IP报头中的目的地址。如果目的地址位于发出数据的那个网络，那么路由器就放下被认为已经达到目的地的数据。 (4) 如果数据要送往另一个网络，那么路由器就查询路由表，以确定数据要转发到的目的地。 (5) 路由器确定
13、哪个适配器负责接收数据后，就通过相应的网络层软件传递数据。 一旦找到匹配对象，路由器就知道该使用哪一个接口。然后，路由器将数据发送给网络中正确的接口和子网目的IP地址。,路由器是一种高档的网络接入设备，其特点简述如下。(1) 路由器的主要优点 适用于大规模的网络。 为数据提供最佳的传输路径。 能更好的处理多媒体。 安全性高。 隔离不需要的通信量。 节省局域网的频宽。 减少主机负担。(2) 路由器的主要缺点 不支持NetBEUI等非路由协议。 安装和设置复杂。 价格较高。,5.5.3 路由器的分类 (1) 按处理能力来划分 从处理能力可将路由器分为高端路由器和中低端路由器。通常将背板交换能力大于
14、40Gb/s以上的路由器称为高端路由器，背板交换能力在40Gb/s以下的路由器称为中低端路由器。 (2) 按结构分从结构上，可将路由器分为模块化结构与非模块化结构。通常中高端路由器为模块化结构，低端路由器为非模块化结构。,(3) 按所处网络位置分 可分为核心路由器与接入路由器。 (4) 按功能分 可分为通用路由器与专用路由器 。 (5) 按性能分 可分为线速路由器以及非线速路由器。,5.5.4 路由器与交换机的区别 (1) 交换机工作在OSI七层模型的第二层，即数据链路层；路由器工作在OSI七层模型的第三层，即网络层。交换机的工作原理相对比较简单，而路由器具有更多的智能功能。 (2) 交换机利
15、用物理地址来确定是否转发数据；路由器是利用位于第三层的寻址方法来确定是否转发数据，使用IP地址而不是物理地址。,(3) 传统的交换机只能分割冲突域，而无法分割广播域；而路由器可以分割广播域。有的交换机通过虚拟局域网技术来分割广播域，但它们之间的交流仍然需要一台路由器，这种技术称之为单臂路由。 (4) 交换机主要是用来连接网络中的各个网段；路由器则可以通过端到端的路由选择来连接不同的网络，并可实现与Internet的接入。,5.6 3层交换机,5.6.1 第三层交换机基本概念5.6.2 三层交换机的功能 (1) 分组转发 (2) 路由处理 (3) 安全服务 (4) 特殊服务 3层交换机之所以较路
16、由器交换速度快，主要是3层交换机提供的功能相对较少，牺牲其灵活、易控和安全性能来提高速度。对于那些更需要速度而不是可管理性和安全性的网络来说3层交换机是最理想的选择，反之路由器是最佳选择。,5.7 Gateway（网关）,网关是指在信息流过使用不同协议的网络时翻译数据的设备，也称为协议转换器，是最复杂的网络互连设备，通常工作在OSI七层模型的第三层和更高层。网关的互连模型如图所示。,5.8 校园网系统集成实例,5.8.1 网络系统的需求和规划一、设计原则(1) 开放式系统(2) 标准化 (3) 网络化(4) 可靠性 (5) 保护现有投资 二、校园网的需求情况(1) 现有的设备和应用状况 (2)
17、 新建系统需增加的设备和软件,三、系统的设计目标 校园网的总体目标：建成全校用高速信息网络，网络主干中心为千兆以太网的光纤局域网，上连国家各主要信息网络，下连各学院、系、图书馆等信息网，并接入Internet。,四、校园网的功能与技术要求 (1) 标准要求：应用系统建设应遵循已有的国家标准和行业标准。 (2) 运行指标的要求 主机全年开机小时不少于2 800h；全年有效利用小时不少于2 500h；全年平均CPU利用率不少于1015；单机系统运行率不少于95；双机系统运行率不少于99.5；微机网络工作站月进网率不少于80；近程终端响应时间不大于5s；远程终端响应时间不大于3min。,(3) 安全
18、性要求 对用户的访问权限等进行有效控制。实时记录网络资源信息情况，对越权访问进行报警。 (4) 处理功能与容量的要求主机内存容量、主机I/O吞吐量、网络主干速率等方面的要求指标。 (5) 对系统主机的要求 (6) 外部设备配置 (7) 网络结构与数据传输 (8) 网络管理要求,5.8.2 网络的结构化布线 校园网结构化布线方案设计的国家标准：IEEE802.3，IEEE802.5，EIA/TIA 568， EIA/TIA 569，EIA/TIA-TSB36/40；工业标准及国际商务建筑布线标准（ISO/IEC，JTCI/SC25/VVG3） 校园网结构化布线的安装与设计规范应遵循：中国建筑电气
19、设计规范；工业企业通信设计规范；Lucent SYSTEM结构化布线系统设计总则；市内电话线路工程及验收技术规范；建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范；建筑与建筑群综合布线系统工程施工安装规范。,校园网结构化布线系统的组成：工作区子系统；水平区子系统；管理子系统；干线子系统；设备间子系统；楼宇间子系统。 5.8.3 校园网的网络系统方案 一、主干网络选择 l）千兆以太网 目前已有Bay，HP，Compaq，Cabletron，3Com，Intel，Cisco等知名公司均纷纷推出基于千兆位以太网的产品。 2）ATM（异步传输模式）,二、网络结构 校园网的网络结构动画演示 三、网络设备 （1） 中心交换机 （2） 二级交换机 （3） 路由器 （4） 服务器 （5） 不间断电源UPS与防火墙,习 题 1 网络互连的目的是什么？2 中继器有什么作用，有何限制？3 集线器由哪些分类？4 网桥有哪些功能？用于连接网络时有哪些限制？5 简要解释术语“学习”、“过滤”、“转发”。6 源路由网桥是怎样进行路由选择的？7 试叙述集线器与交换机的区别？8 路由器在功能上和网桥相比有哪些相同，哪些不同？9 试叙述第3层交换机与网桥、交换机和路由器之间的区别,
