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1、第4章 网络硬件 的配置、管理本章重点：网络接口卡及其使用集线器及其使用交换机及其使用路由器及其使用构造简单的网络Date1交换机交换机防火墙防火墙交换机主机主机WEB服务器WEB服务器路由器应用服务器应用服务器交换机因特网集线器数据库 企业内部网外部访问子网外界因特网Date2网络设备在OSI体系中的位置q网络设备的功能层次OSI层层次地址类类型设备设备传输层传输层 及以上应应用程序进进程地 址（端口）网关 （协议转换协议转换 器）网络层络层网络络地址 （IP地址）路由器 （三层层交换换机）数据链链路层层物理地址 （MAC地址）网桥桥、交换换机 （网卡）物理层层无中继继器、集线线器 、（网卡
2、）Date3中继器（集线器）的概念结构q中继器（集线器）Date4网桥（交换机）的概念结构q网桥（交换机）Date5路由器的概念结构q路由器Date6网关的概念结构q网关Date74.1 网络接口卡NICq网络接口卡（网卡）是连接主机与网络的基本设 备每台主机都应配置一个或多个网卡每个网卡都有一个或多个网络接口不能独立工作，必须依赖于宿主主机q连接不同的局域网需要使用不同的网卡以太网卡令牌环网卡FDDI网卡ATM网卡Date81. 网卡的功能q数据缓存匹配主机数据处理速率与网络的传输速率q封装/解封装加上控制字段以帧为单位进行传输卸下控制字段q介质访问控制CSMA/CD、Token Passi
3、ngq串/并转换将主机的并行数据转换成串行位流q数据编码/解码转换为适合网络介质传输的信号形式q数据发送/接收Date92. 网卡的结构 发送/接收部件负责信号的发送、接收 载波检测部件检测介质上有否信号 发送/接收控制部件及数据缓冲区 曼彻斯特编码/解码器对发送的数据编码，变换成适 合于在LAN上传输的信号或把接收的信号解码为二进制 数据 LAN管理部件 主机总线接口部件 CPU(部分网卡有)增强网卡智能化，减少网络传输对主机CPU的依赖，提高传输效率Date10 网卡地址：即网卡的物理地址，或称为MAC地址，固化在网卡硬件中（有些网卡可由用户修改 ） 配置参数（跳线设置 / 软件设置 /
4、PnP）中断请求号 IRQ（一般为3）I/O基地址 I/O Base（一般为300H）存储器基地址 Memory Base (一般为C000H)全双工 / 半双工传输速率（仅10/100Mbps双速网卡可选） 3网卡的配置参数Date11 并行处理：发送/接收和数据处理同步进行 全双工：需集线器/交换机的支持，采用UTP和光纤 突发传输方式（每次传送更多的帧）：LAN误码率很低 智能网卡（让网卡承担更多的传输任务） IEEE802.1p ：赋予数据包以优先级（需要OS的支持） 提高与主机的传输速度：采用DMA传送方式，采用PCI总线4. 提高网卡性能的技术Date124. 网络接口卡的种类5.
5、 网卡的选择考虑的因素包括： LAN的类型：EthernetEthernet、Token Ring、ATM、FDDI LAN的速度：10M/100M/1000M、4M/16M、25M/155M 网络接口类型：AUI/BNC、RJ-45、SC/ST/MT-RJ 主机总线类型：ISA、EISA、PCI、USB、PCMCIA 应用场合：服务器、工作站、笔记本 其他附加功能：PnP、防病毒、远程唤醒、链路聚合等Date13以太网卡的类型Date14三个基本概念q广播向网络上的所有设备发送数据q广播域网络上所有能够接收到同样广播分组的设备的集 合q冲突域网络中的一部分，以网桥、交换机或者路由器为 边界，
6、在冲突域中任意两台主机同时发送数据都会产 生冲突v一个广播域包含一个或多个冲突域Date157.2 中继器与集线器1. 中继器（Repeater） 工作在物理层 功能：信号整形和放大，在网段之间复制比特流 特点：F不进行存储信号延迟小F不检查错误会扩散错误F不对信息进行任何过滤F可进行介质转换如UTP转换为光纤F用中继器连接的多个网段是一个冲突域 应用注意事项：不能构成环、应遵守以太网的3-4-5规则 Date162. 集线器多端口的中继器，工作在物理层功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备特点：F具有与中继器同样的特点 F可改变网络物理拓扑形式
7、：总线连接星形连接F 逻辑上仍是一个总线型共享介质网络 端口数：8，12，16，24Date17 独立式（Stand alone）固定端口配置，扩充时用级连的方法。 堆叠式（Stackable）固定配置，用堆叠方法进行扩充堆叠连接 在一起的HUB在逻辑相当于一台单独的HUB，可 统一管理。 模块化（Module）又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和 若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按 需配置，通过插入不同的插卡满足需求（如插入 交换卡、路由卡、加密卡等）。集线器的类型：按结构形式划分Date18集线器的类型：按是否可管理划分q智能HUB允许用网管软件对其进行管理的集线器，它内 部包
8、含有CPU等智能控制部件。在需要进行网络管理的中大型网络系统中，一 般都要求使用智能集线器（后面将要介绍的网络交 换机也需要是智能化的）。q非智能（普通） HUB不能用网管软件进行管理的集线器。小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。Date19集线器的类型：按速度划分q传统集线器传输速度为10Mb/s（10Base-T网络）q快速以太网集线器传输速度为100Mb/s （100Base-T网络）q10/100M自适应集线器传输速度自适应 内部有两个网段：10M和100M，集线器根据连接 速度将主机连接到不同网段上。 网段之间用交换方式连接。保护投资，便于升级 Date20以集线器为核心的网络的
9、特点q所有主机共享带宽q无法限制冲突和广播q适用于小型网络Date21例：用集线器搭建简单的网络q以1台服务器，3台PC机为例：一台HUB4块UTP接口的网卡4台PC机8个RJ45接头（水晶头）若干米UTP双绞线 NICHUBUTPPC机服务器Date227.3 网桥与网络交换机q交换技术教学片q共享信道LAN的缺点冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突； 因此实际带宽为34Mb/s（或3040Mb/s）网络中站点越多，冲突现象越严重；网络总带宽BW ，由于共享信道使得每个站点的平均拥有带宽 为BW/n。q解决的方法提高网络传输速度没有从根本上解决问题网络分段（微网段化） 减少每个网段中站点的数
10、量, 使冲突的概率减小； 增加了网络的总体带宽。实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器 网桥和交换机可以隔离冲突域 路由器不仅可以隔离冲突域，还能隔离广播域Date23网络分段示意HUBHUB广播域独立的冲突域独立的冲突域网桥或网络交换机v交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域HUB冲突域/广播域网段2网段1总带宽: BW*2 结点带宽: BW/4总带宽: BW 结点带宽: BW/8Date241. 网桥q存储转发设备，工作在数据链路层q用网桥连接的多个网络对外呈现为一个单独的物 理网络具有惟一的网络地址q根据路径选择方法，有两种网桥：透明网桥（Transparency Bridge）由网桥
11、负责路由选择，网桥和路由对站点透明 以太网中最常用源选径网桥（Source Routing Bridge）由源站点负责路由选择，网桥和路由对站点不透明Date25透明网桥q工作原理 网桥有寻址和路由选择能力，路由选择采用查表法： 网桥内的转发表描述了到达每个站点的路由； 转发表主要由端口号和站点MAC地址组成。工作原理 对于从端口收到的每个报文，查看其目的MAC地 址，并与转发表对照： 若目的MAC地址在接收端口的表项中，则丢弃报文 过滤； 若目的MAC地址在某一端口的表项中，则把报文转 发到与该端口连接的网段交换（转发）； 若目的MAC地址不在表中，则向接收端口外的其他 所有端口广播该报文广
12、播。v透明网桥工作原理归纳为：基于转发表的过滤、转发和广播。Date26转发表C网桥转发的例子：AB， ACBADate27转发表的建立q刚加电时转发表为空；q在转发过程中逆向自学习路由；逆向学习检查收到的报文的源MAC地址： 若收到的报文的源MAC地址不在转发表中，则插入到表中 。每个表项的生存期都是有限的： 在一段时间内未收到以同一MAC地址为源地址的报文时， 该表项被删除，以适应网络拓扑的变化。q想一想：如前图，当刚打开电源时，若站点A向站点C发 送了一个报文，网桥是如何转发该报文的？Date28透明网桥需要解决的问题q循环连接，造成：转发表振荡，报文无限循环，包丢失LAN1LAN2B1
13、B2AB1212接口2又收到 A发出的帧接口1收到 A发出的帧接口1收到 A发出的帧接口2又收到 A发出的帧假定主机A向主机B发送一个数据包，两个网桥同时 接收到这个数据包，并且都正确地知道主机A位于 LAN1中 。但是不幸的是，在主机B同时收到两份 一样的主机A的数据包后，两个网桥又一次从它们对 LAN2的端口上接收到主机A的数据包，于是它们又 认为主机A位于LAN2中 。发往主机B的数据包会被两个 网桥无休止地转发，这样会占 用所有可能获取的网络带宽， 导致网络阻塞。当透明网桥将改变各自的路由表以指明主 机A在LAN2中时，恰巧主机B向主机A发 送数据包，两个网桥接收到此数据包后， 会将其
14、丢弃，因为它们的转发表中指明主 机A位于LAN2中。这样发给主机A的数据 将会丢失。Date29生成树(Spanning tree)算法q用来构造一个逻辑上的无环网络实现方法：屏蔽网络中的冗余桥接口q计算时，通过发送和接收BPDU（Bridge Protocol Data Unit）来交换网桥信息q计算过程： 1.推选根网桥通常是标识号最小的网桥； 2.决定每个网桥的根端口到达根网桥代价最小的端口； 3.决定指定网桥每个网络中具有最小根路径代价的网桥； 4.决定各网络的指定端口指定网桥与网络连接的端口； 5.把各网络的非指定端口置为阻塞状态。 当网络拓扑发生改变时，所有网桥将重新计算生成树。D
15、ate30源选径网桥q源路由选择原理由源站点负责路由选择；源站点通过发送探测帧来发现路由；探测帧将沿每一条可能的路径扩散传播；每一个源选径网桥都会将路由信息插入探测帧的头部。探测帧到达目的站点时，目的站点把探测帧中的路由信息作 为响应返回；源站点把收到的第一个响应帧中的路由信息作为到达目的站 点的最佳路由。q路由信息形式：LAN，网桥，LAN，网桥， 形式的编号 序列。 Date31透明网桥和源选径网桥的比较透明网桥源选径网桥服务类型无连接面向连接透明性完全透明不透明配置、管理自动配置，容 易管理人工配置最佳路由不一定最优优化路由的确定逆向学习探测帧故障处理及拓扑变化网桥负责主机负责复杂性及开
16、销网桥负担主机负担Date32网桥的优缺点q优点：可实现不同类型的LAN互连；能够隔离错误帧，不会使错误扩散；限制了冲突域的范围；隔离故障。q缺点：无法控制广播；只能用存储转发方式，速度比较慢；无流量控制，负载重时会出现丢帧现象。Date332. 网络交换机q网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链路层上 。但网络交换机的端口数多，并且交换速度快。在这个 意义上，网络交换机可看作是多端口的高速网桥。q交换机比网桥优越的地方：交换速度快，可实现线速转发；能解决网络主干上的通信拥挤问题；端口密度高，一台交换机可连接多个网段，降低了组网成本 。q工作原理与网桥类似：学习源地址（构造转发表）过滤本网段帧（隔离冲突域）转发异
