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1、网络互连设备的基本工作原理 及配置许乐-网络互连u要求掌握各个层次的网络互连设备，熟悉他们的功能与特性，以 及它们之间的区别，能够按实际需求使用这些设备，特别重点掌握路由器和交换 机设备 网络互连设备物理层 中继器（Repeater）、HUB 数据链路层 网桥、交换机、网卡 网络层 路由器（Router） 传输层-应用层 网关(Gateway）网络互连中继器（Repeater）:是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络 节点之间物理信号的双向转发工作。1.主要作用 放大、再生二进制位信号（物理信号），延长电缆长度.联结两个不同 的物理网段(只有两个端口)2.特性 只具有简单的放大、再生物理信号
2、的功能 只能连接相同或不同传输介质的同类局域网 把多个独立的物理网段连成一个大的物理网络 用中继器连接的局域网在物理上、逻辑上都是一个 网络 没有任何隔离功能集线器:是中继器的一种形式，也称为多端口中 继器 主要功能: 所有网络站点都通过HUB接入到网络中 是共享10Base-T、100Base-T的核心设备 放大、再生二进制位信号的功能 具有自动检测和处理冲突信号的功能 具有自动隔离故障站点的功能 网络互连集线器内部是总线共享连接1.所有工作站接在同一物理总线上 2.同一时刻只能有一台工作站发送数据,否则将会产生冲突怎么协调不同工作站顺利发送数据呢?CSMA/CD工作原理CSMA/CDCar
3、rier Sense Multiple Access with Collision Detection 载波监听多点接入/碰撞检测多点接入许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上 ，是总线型网络。载波监听是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上 是否有其他计算机在发送数据；如果有，则暂时不 要发送数据，以免发生碰撞。碰撞检测就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大 小，由信号电压摆动值的大小来判断是否发生了碰 撞。正常发送时，计算机发送的数据都是使用曼彻 斯特编码的信号；发生碰撞时，信号会产生严重的 失真。一旦发生碰撞，就立即停止发送。vCSMA/CD的广播方式发送n 总线上的每一个
4、工作的计算机都能检测到 B 发送的数据信号。 n 由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。 n 其他所有的计算机（A, C 和 E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。n 具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。 B向 D 发送数据C D A E不接受不接受不接受接受B只有 D 接受 B 发送的数据工作原理:广播 共享 从一个端口接收到一个数据幀后，便把从端口接收到的所有 二进制位信号，无选择的进行放大再生，并把放大后的信号 ，通过广播的方式向其他所有端口分发出去。 网络互连HUBABCDHUBABCD集线器的特性
5、集线器工作在OSI参考模型的第1层，即物理层。 集线器是一种共享型设备，所有连在集线器上的站点共享一条传输通 道，共享带宽。 集线器采用半双工（Half Duplex）通信方式 存在争用信道的问题。以太网集线器使用CSMA/CD介质访问控制方法 来控制信道的分配 网络互连思考1.集线器能不能够无限制的级连?将会出现什么问题?在共享式网络中，随着用户数量的增加，每用户所使 用的平均带宽减小，网络冲突加剧，网络带宽利用率 下降。10 base-T网络中的5-4-3原则:指的是“5-4-3规则”，是 指在10M以太网中中，网络总长度不得超过5个区段 ，4台网络延长设备，且5个区段中只有3个区段可接
6、网络设备网络互连网桥(Bridge)网桥能将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻 辑LAN网桥的工作原理第一步： 首先，SYS1向SYS6发送数据帧，帧的目的MAC地址 =MAC6，源MAC地址=MAC1。这时，网桥B1不管帧的目的 MAC地址是什么，它将从#1端口收下该帧。由于B1的自学习表 为空，这样它不知道这个帧应从哪个端口转发出去，所以，采 用广播方式扩散到除入端口（这里是#1端口）外的所有其它端 口（这里是#2端口）。同时将源MAC地址MAC1写到网桥B1的 中，如表1所示。 网桥 B1的自 学习表顺序 PORT1 PORT2PORT3帧扩散、 帧丢弃、 帧发到指 定P
7、ORT、 其他 1MAC1帧扩散 2 3 接着，网桥B2从它的#1端口收下网桥B1转发而来的帧 。由于B2的自学习表也为空，于是它采用广播方式扩散到 除入端口（这里是#1端口）外的所有其它端口（这里是#2 端口和#3端口）。同时将源MAC地址MAC1写到网桥B2的 中，如表2所示。 网桥 B2的 自学 习表顺序 PORT1 PORT2PORT3帧扩 散、帧丢 弃、帧发 到指 定PORT、其他 1MAC1帧扩 散2 3SYS4向SYS1发送数据帧，帧的目的MAC地址=MAC1，源MAC 地址=MAC4。这时，网桥B2从#2端口收下该帧。网桥B2查其自 学习表可知，刚收下的帧应从#1端口转发出去。
8、同时将源MAC 地址MAC4写到网桥B2的中网桥 B2 的自 学习 表顺序 PORT1 PORT2PORT3帧扩 散、帧丢 弃、帧发 到指 定PORT、其他 1MAC1帧扩 散2MAC4帧发 到指定PORT 3接着，网桥B1从它的#2端口收下网桥B2转发而来的帧。网桥B1 查其自学习表可知，刚收下的帧应从#1端口转发出去。同时将源 MAC地址MAC4写到网桥B1的中，如表4所示。 网桥 B1的 自学 习表顺序 PORT1 PORT2PORT3帧扩 散、帧丢 弃、帧发 到指 定PORT、其他 1MAC1帧扩 散2MAC4帧发 到指定PORT 3网桥 2.网桥的特性工作在数据链路层是一种存储转发设
9、备支持任何网络层及高层协议根据MAC地址过滤数据不能隔离广播信息能互连不同的网络用网桥互连起来的网络是一个单个的逻辑网网桥的主要作用将两个以上局域网（物理网络）互连为一个逻 辑网络扩大网络覆盖的地理范围，实现更大范围的局 域网互连。隔离一个物理网段的故障，提高了网络的可靠 性。根据MAC地址对数据帧进行过滤局域网交换机（LAN Switch）1.交换机工作的逻辑机理u摆脱了CSMA/CD的约束u同时存在多个数据通道u是一个受控制的多端口开关矩阵控制逻辑5 4 3 2 1 12345X X X XX X XXX XX XXX X XX X X X局域网交换机（LAN Switch）交换机的结构与
10、工作过程图 交换机的结构与工作过程交换机进行数据交换解决了集线器那种共享单车道容易出现“塞 车“现象.在交换机技术上把这种 “独享“道宽(网络上称之为“带宽“) 情况称之为“交换“,这种网络环境称为“交换式网络“,交换式网络必 须采用交换机(Switch) 来实现. 交 换 技 术交换机工作方式从一个端口发过 来的数据,其中会含有目的地的 MAC 地址,交换 机在保存在自己缓存中的 MAC 地址表里寻找与这个数据包中包 含的目的 MAC 地址对应 的节点,找到以后,便在这两个节点间架 起了一条临时 性的专用数据传输 通道。建立虚连接通道这两个节点便可以不受干扰地进行通信了.在源端口和目的端口
11、直接建立虚连接通道全双工“(Full Duplex)状态:即可以同时接收和发送数据,数据流 是双向的 。半双工:在任一时刻只能有一个方向的数据流,即处于“半双工 “(Half Duplex)模式, 交换机的工作特点 拥有一条很高带宽的背板总线和内部交换矩阵 所有的端口都挂接在这条背板总线上 控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的 地址对照表以确定目的MAC地址的网卡（NIC）挂接 在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送 到目的端口交换机的主要功能 在发送节点和接收节点之间建立一条虚连接 转发数据帧 建立并维护交换表 交换机的主要特性局域网交换技术操作在OSI的第二层根据MAC地
12、址进行帧转发、帧过滤每个交换机端口独占带宽 系统带宽为端口带宽 n (端口个数）内部可同时存在多个通信通道交换机的地址学习能力计算机打开电源后,安装在该系统中的网卡会定期发出空闲包或 信号,交换机即可据此得知它的存在以及其 MAC 地址,这就是所 谓自动地址学习.要注意交换机档次越低,交换机的缓存就越小,也就是说为保存 MAC 地址所准备的空间也就越小,对应的就是它能记住的 MAC 地址数也就越少.通常一台交换机都具有 1024 个 MAC 地址记忆空间,都能满足实 际需求.MACMAC地址表地址表MAC地址表 表的结构是MAC地址和端口对。这个MAC地址表存放于交换机的缓 存（RAM）中。
13、目的MAC地址类型 VLAN ID 目的端口 0050.ba40.8c5c Dynamic 148 FastEthernet0/8 0050.babc.3077 Dynamic 148 FastEthernet0/2地址学习：学习地址时，交换机要记录两件事：记录地址本身和入站端口号码 将MAC地址的寿命清0；表中的地址寿命每秒加1，所寿命 达到一个特定值，对应的MAC地址表项就会被删除掉。这个过程 叫老化。地址学习过程由于交换机能够自动根据收到的以太网帧中的源 MAC 地址更新 地址表的内容,所以交换机使用的时间越长学到的 MAC 地址就越 多，未知的 MAC 地址就越少,因而广播的包就越少,
14、速度就越快. 交换机中的内存毕竟有限,因此,能够记忆的 MAC 地 址数量也是 有限地址转发表设定了一个自动老化时间(Auto-aging),若某 MAC 地 址在一定时间内(默认为 300 秒)不再出现,那么,交换机将自动把 该 MAC 地址从地 址表中清除.当下一次该 MAC 地址重新出现时 ,将会被当作新地址处理. 交换机交换机MACMAC地址表学习（一）地址表学习（一）MAC 地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444F0/1F0/3F0/2F0/4C交换机初始化时MAC地址表是空的。ABD交换机交换机MACM
15、AC地址表学习（二）地址表学习（二）MAC 地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444F0/1: 0260.8c01.1111F0/1F0/3F0/2F0/4主机之间互相发送数据，交换机会学习数据帧的源MAC地址。ACBD交换机帧转发原理局域网交换机根据数据帧的MAC（Media Access Control）地址 （即物理地址）进行数据帧的转发操作。交换机转发数据帧时，遵循以下规则：如果数据帧的目的MAC 地址是广播地址或者组播地址，则向局域网交换机所有端口转发 （除数据帧来的端口）；如果数据帧的目的地址是单播地址，
16、但 是这个地址并不在交换机的地址表中，那么也会向所有的端口转 发（除数据帧来的端口）；交换机帧转发原理（一）交换机帧转发原理（一） 未知单播帧，广播帧：未知单播帧，广播帧： 执行广播操作执行广播操作Flooding(Flooding(泛洪泛洪) )0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444F0/1F0/3F0/2F0/4F0/1: 0260.8c01.1111 F0/2: 0260.8c01.2222 F0/3: 0260.8c01.3333 F0/4: 0260.8c01.4444MAC 地址表ACBD交换机帧转发原理如果数
