网络互联与常用网络设备1(恢复)

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1、网络互联与常用网络设备n本章内容n网络互联的基本概念n网络互联的层次和类型n常用网络设备网卡中继器、集线器网桥、交换机路由器网关2011-4-71网络互联与常用网络设备一、 网络互联的基本概念所谓网络的互联，一般是指将不同的网络（如局域网、广域网） 通过某种手段连接起来，使之能够相互通信的一种技术和方法。网络互联的动力：更大范围的资源共享。从互联的层度讲，网络互联有层度不同的3个概念: 1. 互连在两个物理网络之间至少有一条物理链路，它为两个网络的数据 交换提供了物质基础和可能性，但并不能保证两个网络一定能够进行 数据交换，因为这还要取决于两个网络的通信协议是否兼容。2. 互通两个网络之间可以

2、进行数据交换，它仅仅涉及通信的两个网络之 间的端对端连接和数据交换，为互操作提供前提条件。3. 互操作两个网络中不同计算机系统之间具有透明地访问对方资源的能力 ，不依赖于具体连接形式，为支持应用间的相互作用而创建的协议环 境，一般由高层软件来实现。 2011-4-72网络互联与常用网络设备？网络互联的任务、目的：1、扩大网络通信范围与限定信息通信范围 2、提高网络系统的性能与可靠性 3、实现异种网络之间服务和资源的共享2011-4-73网络互联与常用网络设备三个基本概念n广播n向网络上的所有设备发送数据n广播域n网络上所有能够接收到同样广播分组的设备的集合n冲突域n网络中的一部分，以网桥、交换

3、机或者路由器为边界，在冲 突域中任意两台主机同时发送数据都会产生冲突v一个冲突域一定是一个广播域，反之不然；一个广播域包含一个或多个冲突域2011-4-74网络互联与常用网络设备二、 网络互联层次和类型从网络体系结构的层次观点来考察，网络互联可在 四个层次上实现： 物理层互联 数据链路层互联 网络层互联 网络层以上互联2.1 2.1 网络互联层次网络互联层次2011-4-75网络互联与常用网络设备 物理层互联：中继器（总线网）/ 集线器（星型或环形网）在电缆段之间复制比特流。没有地址概念，因此从本质上不能算是网络互联。网络层数据链路层物理层传输层应用层网络层数据链路层物理层传输层应用层物理层

4、物理层中继器 集线器电缆段2电缆段1 2011-4-76网络互联与常用网络设备n设备：n总线网：中继器n星形/环形网：集线器n特点：n一个网段上的信号不加选择地被复制到另一 个网段；n扩展后的网络仍是一个冲突域。n优缺点：n简单、成本低n网络规模不能太大n站点数量：冲突随站点数量的增多而变 得越来越严重n地域范围：时间槽的限制n只能互联相同类型的网络 2011-4-77网络互联与常用网络设备例：从分离的部门网络到统一的企业网络集线器人力资源部集线器市场部集线器技术开发部集线器财务部2011-4-78网络互联与常用网络设备物理层 数据链路层互联：网桥/交换机在网段之间存储转发数据帧。根据数据帧中

5、的信息（MAC地址）进行转发。网络层数据链路层物理层传输层应用层网络层数据链路层物理层传输层应用层物理层网桥 交换机数据链路层网段1网段22011-4-79网络互联与常用网络设备n设备：n网桥/交换机n特点：n一个网段上的帧有条件地被转发到另一个网 段；n扩展后的网络被网桥/交换机隔离成多个冲突 域；n扩展后的网络仍是一个广播域。n优缺点：n冲突被限制在小范围内，甚至可被消除；n地域范围不再受时间槽的限制；n远程网桥可将局域网的范围扩展到几十 公里以上n转发速度有所降低；n不能隔离广播帧。2011-4-710网络互联与常用网络设备在链路层上扩展局域网网桥/交换机独立的冲突域网段1HUB网段2H

6、UB广播域2011-4-711网络互联与常用网络设备链路层物理层 网络层：路由器在网络之间存储转发报文分组。根据分组中的逻辑地址（IP地址）进行转发。网络层数据链路层物理层传输层应用层网络层数据链路层物理层传输层应用层物理层路由器链路层网络层网络2网络12011-4-712网络互联与常用网络设备n设备：n路由器n特点：n一个网络上的分组有条件地被转发到另一个 网络；n扩展后的网络被路由器分隔成多个子网。n优缺点：n隔离广播域，限制了广播帧的泛滥；n地域范围可以任意扩展；n能根据最佳路由转发分组；n可以互联不同类型的网络；n转发速度低，成本较高，维护复杂。2011-4-713网络互联与常用网络设

7、备财务部集线器技术开发部集线器市场部集线器人力资源部集线器在网络层上扩展局域网技术开发部路由器集线器财务部路由器集线器市场部路由器集线器路由 器人力资源部集线器企业网 / 广域网2011-4-714网络互联与常用网络设备 更高层互联：网关（协议转换器）连接不同体系结构的网络网络层数据链路层物理层应用层/传输层网络层数据链路层物理层应用层/传输层物理层网关链路层网络层网络1应用层/传输层物理层链路层网络层网络22011-4-715网络互联与常用网络设备2.2 网络互联类型（4种）1. 局域网与局域网互连（LAN-LAN）（1）链路层协议相同的互连（同构网互联），常用设备有：中继器、集 线器、交换

8、机、网桥等。（2）链路层协议不同的互连（异构网互联）：如现在非常流行的无线局 域网。常用设备有：网桥、路由器等。局域网 局域网2. 局域网与广域网互连（LAN-WAN），常用设备有：网 关和路由器。 局域网 广域网3. 局域网-广域网-局域网的类型（LAN-WAN-LAN） 广域网 局域网 局域网4. 广域网与广域网互连（WAN-WAN） 广域网 广域网2011-4-716网络互联与常用网络设备LAN的互联 本地互联特点：范围有限、主干（Backbone）采用局域网技术，如FDDI、Ethernet、Token Ring互联层次：链路层（网络层）互联设备：网桥、交换机（有时可采用路由器） 远程

9、互联特点：范围大、主干采用广域网技术，如ISDN、X.25、DDN、ATM、FR、ADSL等互联层次：网络层或更高层（链路层）互联设备：路由器、网关（有时可采用远程网桥）2011-4-717网络互联与常用网络设备LAN1LAN2中继器 或HUBLAN1LAN2网桥或 交换机LAN1LAN2路由器LAN1路由器LAN2路由器WAN本地远程2011-4-718网络互联与常用网络设备2.3 网络设备本节重点：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2011-4-719网络互联与常用网络设备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

10、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2011-4-720网络互联与常用网络设备网络设备在OSI体系中的位置n网络设备的功能层次OSI层次地址类型设备传输层及以上应用程序进程地 址（端口）网关 （协议转换器）网络层网络地址 （IP地址）路由器 （三层交换机）数据链路层物理地址 （MAC地址）网桥、交换机 （网卡）物理层无中继器、集线器 、（网卡）2011-4-721网络互联与常用网络设备3.1 网络接口卡NICn网络接口卡（网卡）是连接主机与网络的基本设备n每台主机都应配置一个或多个网卡n每个网卡都有一个或多个网络接口n不能独立工作，必须依赖于宿主主机n连接不同的局域网需要使用

11、不同的网卡n以太网卡n令牌环网卡nFDDI网卡nATM网卡三、网络设备2011-4-722网络互联与常用网络设备网卡的功能n数据缓存n匹配主机数据处理速率与网络的传输速率（大多数情 况下，主机数据处理速率网络的传输速率）n封装/解封装n加上控制字段以帧为单位进行传输卸下控制字 段n介质访问控制nCSMA/CD、Token Passingn串/并转换n将主机的并行数据转换成串行位流n数据编码/解码n转换为适合网络介质传输的信号形式n数据发送/接收2011-4-723网络互联与常用网络设备网卡的结构n发送/接收部件负责信号的发送、接收n载波检测部件检测介质上有否信号n发送/接收控制部件及数据缓冲区

12、n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nLAN管理部件n主机总线接口部件nCPU(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，提高传输效率网卡的配置参数网卡地址：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 / 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） 2011-4-724网络互联

13、与常用网络设备 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总线提高网卡性能的技术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

14、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2011-4-725网络互联与常用网络设备以太网卡的类型2011-4-726网络互联与常用网络设备3.2 中继器与集线器3.2.1 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IEEE802.3规定：最多用4个转发器连接5个

15、网段，其中 只有3个网段可以连接结点，其余的网段仅用作加长距离。2011-4-727网络互联与常用网络设备3.2.2. 集线器n多端口的中继器，工作在物理层，可认为它是将总线折 叠到铁盒子中的集中连接设备n功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大n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：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n端口数：8，12，16，242011-4-728网络互联与常用网络设备1、按结构形式划分 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

16、逻辑上相当于一台单独的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）。 类型：2011-4-729网络互联与常用网络设备2、按是否可管理划分n智能HUBn允许用网管软件对其进行管理的集线器，它内部包含 有CPU等智能控制部件。n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）。n非智能（普通） HUBn不能用网管软件进行管理的集线器。n小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。2011-4-730网络互联与常用网络设备3、按速度划分n传统集线器n传输速度为10Mb/s（10Base-T网络）n快速以太网集线器n传输速度为100Mb/s （100Base-T网络）n10/100M自适应集线器n传输速度自适应n内部有