常用网络设备培训讲义

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1、第5章 常用网络设备,张书源,5.1 常见物理层设备,中继器 集线器,一、中继器,中继器用于对物理信号的再生放大。 信号在传输中会发生衰减，所以每个网段有长度限制。利用中继器可延长网络距离。 但中继器不能无限制地延长网络距离，在以太网中最多只能使用4个中继器，意味着只能连接5个网段。,中继器的种类： 粗缆中继器：连接两个粗缆网段； 细缆中继器：连接两个细缆网段； 双绞线中继器：即共享式集线器，具有多个端口； 光纤中继器：连接两个光纤网段； 混合型中继器：用于连接不同类型的媒体。,中继器是扩充网络距离最简单、最廉价的方法，但当负载增加时，网络性能急剧下降，所以只有当网络负载很轻和网络延时要求不高

2、时才使用。,二、集线器(HUB),集线器（HUB）：是一种多口中继器，主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大。,集线器用广播方式转发信号。 当集线器收到数据时，它将数据信号进行整形放大，然后从所有处于工作状态的接口转发出去。由各接口所连接的主机自行决定是否接收。,我们把通过广播技术进行转发的网络称为共享式网络。,集线器的种类,按接口数不同，有8口、12口、16口、24口、48口等。,按网管功能不同，分为无管理式和可管理式。 无管理式HUB不能进行配置，可直接使用。可管理式HUB可进行简单配置，使它能与网络环境配合得更好。,按工作带宽不同，分为10Mbps、100Mbps、10/100Mbps

3、等。 10/100M自适应型有两种速率，在工作时它会用协商的方式探测网络环境，然后确定使用哪一种速率进行工作。,按扩展方式不同，分为可堆叠集线器和不可堆叠集线器。,集线器的特点,集线器只是对信号进行再生放大，转发延迟时间短； 集线器属共享型设备，各客户机共享它的传输带宽，所以随着客户机数量增多，其性能下降很快。 集线器价格低廉，使用简单。多用于机器数量较少的场合。,5.2 数据链路层设备,网卡 网桥 交换机,一、网卡(NIC),网卡全称是网络接口卡，又称网络适配器。是计算机与通信介质进行数据交互的中间处理部件。 网卡通常插在主板的I/O插槽上，有的计算机网卡是集成在主板上。,网卡的主要功能：数

4、据的发送和接收、帧的封装与拆封、编码与解码、介质访问控制、数据缓存等。,MAC地址,每块网卡都有一个唯一的编号，它是生产厂家在生产时写入的，保证绝不重复，称为MAC地址。数据帧就是通过MAC地址寻访到目的主机的。,MAC地址由48位二进制数组成，书写时一般用12个十六进制数书写，如：00-90-27-99-11-CC,MAC地址是网络节点的物理地址，信号是通过MAC地址寻访目的站点的。站点每收到一个帧，就检查其目的地址，如果与本机不匹配，就不予理会。,网卡的分类,按传输速率分类： 10M网卡：速率为10Mbps，用于以太网。 100M网卡：用于快速以太网。 10M/100M自适应网卡：具有两种

5、速率，它采用协商方式自动检测网络，以确定当前的网络速率，把速度调整到相应位置上，这是目前应用最多的网卡。 1000M网卡：用于千兆以太网。 100M/1000M自适应网卡：可自动调整为100Mbps或1000Mbps。,按总线类型分类： 可分为ISA总线网卡、EISA总线网卡、PCI总线网卡、PCMCIA总线网卡等，其中台式机多采用PCI网卡，笔记本电脑多为PCMCIA网卡。,32位PCI网卡,16位和32位的笔记本电脑网卡,按提供的接口种类划分： AUI（粗同轴电缆接口）、BNC（细同轴电缆接口）、RJ-45（双绞线接口）、ST或SC（光纤接口）、无线网卡。 有的网卡提供两种或两种以上接口，

6、但使用时只能使用一种接口。,带RJ-45接口的网卡,带BNC接口的网卡,USB网卡,按照使用领域分： 可分为工作站网卡和服务器网卡。 服务器网卡性能好，可靠性高，价格高。工作站网卡的要求低一些，价格也低得多，现在很多普通计算机都把网卡集成到主板上了。,二、网桥,网桥也叫桥接器，是一种存储/转发设备，工作于数据链路层。 网桥多见于较早建立的网络，现在多数已经被交换机替代。,多数网桥都只有两个接口。,网桥的主要功能,1、连接多个网段，扩展网络的距离。 这项功能类似于中继器，但功能比中继器强大，扩展的网段数目不受限制。,2、隔离冲突域，提高了网络的总带宽。,3、数据过滤功能。它可根据帧中的MAC地址

7、决定是否转发，杜绝了共享式网络中的那些无效转发。,4、可连接速率不同的网段。利用存储转发功能，它可以把速率不同的网段连接起来。,三、交换机(Switch),交换机工作在数据链路层，它可为用户提供点对点的传输服务。有效地提高了网络的传输性能。,工作方法： 当交换机收到数据时，它会检查它的目的地址，然后把数据从目的主机所在的接口转发出去。,我们把通过交换技术进行转发的网络称为交换式网络。,交换机的工作原理,MAC地址表：记录各接口所接的工作站的MAC地址。,交换地址表的构建过程：自学习过程 交换机收到一个数据帧时，先在地址表中检查源地址，如果没有，则把它记录在地址表中。再检查目的地址，如果有，则转

8、发或丢弃，如果没有，则广播到所有接口。 所以地址表是交换机通过自学习方法逐渐建立起来的。只要一个工作站发送过数据，它所对应的接口就会被记录下来，供今后转发时使用。,交换机的转发规则： 如果数据帧的目的地址是广播地址或多播地址，则向除数据帧的来源接口外的所有接口转发该帧。 如果数据帧的目的地址是单播地址，但不在交换机的地址对照表中，也向除数据帧的来源接口外的所有接口转发该帧。 如果数据帧的目的地址存在交换机的地址对照表中，则向相应接口转发该帧。 如果数据帧的目的地址与源地址在同一个接口上，则丢弃该帧。,例：当依次出现如下各种传输时，交换机如何处理？,1、A向D发送帧 2、C向D发送帧 3、D向F

9、发送帧 4、A向B发送帧 此时的地址表内容是怎样的？,地址表的维护： 地址表的维护由交换机自动进行，交换机会定期扫描地址表，发现在一定时间内（默认为300秒）没有出现的MAC地址，就把它从地址表中删除。这样即便发生了工作站的移动、拆除等问题，交换机始终能把握网络最新的拓扑结构。 地址表的容量：用可存储的MAC地址数表示。 地址表存储在交换机的缓存之中，通常可存储1024个以上的MAC地址，如果网络规模很大，选购交换机时应注意一下它可存储的MAC地址数。,3种交换技术,(1)端口交换技术 这是通过在插槽中插入交换模块的方法进行交换配置的，可见于早期的交换设备，现在已不使用。,(2)帧交换技术 这

10、是当前最主要的交换技术，它以帧为单位进行自动交换。,(3)信元交换 这是ATM网使用的交换技术，它以固定长度的信元进行自动交换。由于信元很小，只有53个字节，交换效率很高。,常用交换方式,在帧交换技术中，有3种常用交换方式。,直通式：（Cut Through） 当输入接口检测到一个数据帧时，就检查帧头，根据帧内的目的地址把数据帧发送到相应接口。 优点：交换速度快，延迟非常小。 缺点：不提供错误检测服务，有可能将出错的数据帧转发出去。不提供缓存，不能将速率不同的接口直接接通，容易丢帧。,存储转发式：（Store and Forward） 这种方式先将数据帧完整的接收下来，检查帧是否正确，再根据目

11、的地址转发到指定接口。 优点：提供错误检测，改善了网络性能。支持速度不同的接口的转发服务，使交换机可以连接速度不同的网段。 缺点：传输延时较大，需要较大的缓存容量。,无碎片直通式：（Fragment Free） 它检查数据帧的长度是否够64个字节，若小于64字节，说明是碎片，进行丢弃，若大于64字节，则转发该帧。 利用这种方式可避免碎片的转发，提高了网络效率。,目前，低端交换机一般采用无碎片直通式；高端交换机通常支持几种交换方式，用户通过配置选择合适的交换方式。,交换机的种类,根据采用的技术分类： 分为以太网交换机、ATM交换机、FDDI交换机等。 其中以太网交换机又可按速度分为10兆以太网交

12、换机、百兆以太网交换机、千兆以太网交换机、万兆以太网交换机等。,10M以太网交换机,100M以太网交换机,千兆以太网交换机,万兆以太网交换机,ATM交换机,FDDI交换机,根据交换机的结构分类： 分为固定接口交换机和模块化交换机。 固定接口交换机提供数量和类型固定的接口，多用于网络的中低层。 模块化交换机可通过安装不同的模块改变交换机的接口数量、接口类型。多用于网络的核心层，这样当网络发生变化时，无需重新购置交换机。,固定接口交换机,模块化交换机,07.10.15 05本 (21),(3)按网管功能划分 分为可管理式和不可管理式。 不可管理式交换机不需要进行配置，可直接使用。可管理式交换机可进

13、行配置，能实现较复杂的功能。,接入层多采用不可管理式。 汇聚层可根据需要选择。 核心层一般使用较高端的三层交换机。,交换机之间的连接,1、交换机的堆叠,适用于可堆叠的交换机。 可堆叠的交换机在背板上有堆叠接口。连接时，需要用专用的堆叠电缆进行连接。,2、交换机的级联,(1)带UpLink口的交换机,级联口的带宽比普通口的带宽高。级联时通常用直通线把下级交换机的UpLink口连接在上级交换机的普通口上。,(2)没有UpLink口的交换机,级联时用交叉线把交换机的普通口连接在一起。 这种连接性能较差。,堆叠与级联的区别： 堆叠主要用于扩展接口的数量，堆叠后的交换机可当作一台交换机使用和管理，等同于

14、一台设备。 级联主要用于远距离的连接，级联的交换机应看作为多台设备，可分别使用和管理。,5.3 网络层设备,路由器 三层交换机,5.3.1 路由器,路由器是一种连接多个网络的设备，它工作在OSI模型的第三层（网络层）。 路由器主要用于网络和网络的连接。,路由器的主要应用,一、构建点对点网络中的网络通道,从这个角度来看，广域网主要是由路由器构成的。,二、把局域网连接到广域网,三、其它用途,1、连接异种网络 路由器可以把数据包拆开，重新打包后再传输。这样可以让使用不同协议的网络之间互相通信。,2、过滤广播信息 路由器不转发广播信息，这样可以使广播限定在一个网络内部。,3、通过设定隔离和安全参数，禁

15、止某些数据的传输。,4、网络地址翻译(NAT)：把一个IP地址翻译为另一个IP地址。,路由器与交换机的主要区别： 1、交换机属于第二层设备（数据链路层），路由器属于第三层设备（网络层）。 2、交换机的功能主要由硬件实现，帧的处理简单，转发速度快；路由器的大部分功能由软件实现，处理复杂，速度较慢。 3、交换机可以转发广播信号；路由器不转发广播信号，广播信号不会扩散到其它网络中。 4、交换机不能连接异种网络，路由器可以连接结构与协议完全不同的异种网络。 5、路由器具有一定的防火墙和安全检查功能；交换机没有。,路由器工作原理,R1的路由表：,R3的路由表：,路由器的分类,接入级路由器：主要用于家庭或

16、小型企业用户。用于将家庭或企业的小型局域网接入到ISP的网络中。,企业级路由器：用于将规模较大的局域网接入Internet。它支持多种协议，有多种接口，还有防火墙的功能。,骨干级路由器：用于大型网络的互联。具有高速率和高可靠性，具有热备份、双电源、双数据通道等安全性保障。,5.3.2 三层交换机,三层交换机是具有第三层(网络层)功能的交换机。,对于一组来源相同，目的地也相同的数据流，起始的数据报通过第三层功能选择转发路径，其后的数据报都通过二层交换转发，这样可加快数据流的转发速度。,三层交换机与路由器的区别,三层交换机不是路由器与交换机的简单叠加。它的第三层功能只限于简单的路径选择功能，没有其它第三层功能。 三层交换机转发速度比路由器快，价格比路由器低，但功能没有路由器强大。 三层交换机不能连接结构不同的异种网，也没有防火墙等安全控制功能。,三层交换机的用途,三层交换机主要用于局域网内部的各个子网间的连接