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1、2019/7/22,1,常用网络设备,方群 数学计算机学院 2010年11月,2019/7/22,2,常用网络设备,本章主要内容： 网络设备概述 网络调制解调器（Modem） 网络接口卡（NIC） 中继器与集线器 网桥和交换机 无线接入点（Access Point ） 路由器（Router） 第三层交换机,交换机,交换机,防火墙,防火墙,交换机,主机,主机,路由器,交换机,因特网,集线器,企业内部网,外部访问子网,因特网,2019/7/22,4,网络设备在OSI体系中的位置,网络设备的功能层次,2019/7/22,5,中继器（集线器）的概念结构,2019/7/22,6,网桥（交换机）的概念结构
2、,2019/7/22,7,路由器的概念结构,2019/7/22,8,网关的概念结构,2019/7/22,9,8.1 调制解调器Modem,集成了调制和解调功能的设备 工作在体系结构的物理层 一般是指用于电话网络的模拟调制解调器 目前的调制解调器在自适应、数据压缩和网络编码调制技术等方面已非常成熟，每个话路的数据传输速率可高达56kb/s，已基本接近电话线路的最大理论速率。,2019/7/22,10,调制解调器技术与相关标准,三种调制技术 振幅调制振幅键控（ASK） 频率调制频移键控（FSK） 相位调制相移键控（PSK） 实际应用中，往往采用以上三种基本调制方式的组合来达到更高的调制效率,201
3、9/7/22,11,调制解调器的技术标准,ITU-T V系列建议 V.21和V.23：速率300b/s到1200b/s V.22、V.26和V.27：1200b/s到4800b/s V.29：9600b/s V.32、V.24、V.42：14.4Kb/s V.34：33.6kb/s V.90、V.92：56Kb/s,2019/7/22,12,8.2 网络接口卡NIC,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 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,2
4、019/7/22,13,网卡的功能,数据缓存 匹配主机数据处理速率与网络的传输速率 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 介质访问控制 CSMA/CD、Token Passing 串/并转换 将主机的并行数据转换成串行位流 数据编码/解码 转换为适合网络介质传输的信号形式 数据发送/接收,2019/7/22,14,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 编码/解码器将数据编码转换为传输信号或反之 LAN管理部件 主机总线接口部件,计算机总线,通信线路,2019/7/22,15,网卡地址：即网卡的物理地址
5、（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0C000H) 全双工 / 半双工 传输速率（仅10/100Mb/s双速网卡可选）,网卡的配置参数,2019/7/22,16,网卡的选用,考虑的因素包括： LAN的类型：Ethernet、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-
6、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,2019/7/22,17,以太网卡的类型,2019/7/22,18,8.3 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： 不进行存储信号延迟小 不检查错误会扩散错误 不对信息进行任何过滤 可进行介质转换如UTP转换为光纤 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,2019/7/22,19,2. 集线器（HUB）,多端口的中继
7、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： 具有与中继器同样的特点 可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接 逻辑上仍是一个总线型共享介质网络 端口数：8，12，16，24,2019/7/22,20,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
8、足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）。,集线器类型：按结构形式划分,2019/7/22,21,集线器的类型：按是否可管理划分,智能HUB 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。 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）。 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。,2019/7/22,22,集线器的类型：按速度划分,传统集线器 传输速度为10Mb/s（10Base-T网络） 快速以太网集线器 传输速度为100Mb/s（100Base-T网
9、络） 10/100M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,2019/7/22,23,用集线器构建的网络的特点,所有主机共享带宽 无法限制冲突和广播 适用于小型网络,2019/7/22,24,例：用集线器搭建简单的网络,以1台服务器，3台PC机为例： 一台HUB 4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,NIC,HUB,UTP,PC机,服务器,2019/7/22,25,8.4 网桥与网络交换机,共享信道LAN的缺点 冲突域中的多个站点同时发送
10、会造成冲突； 网络中站点越多，冲突现象越严重； 具有n个站点的总带宽B的共享网络，每个站点的平均拥有带宽为B/n。 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量, 使冲突的概率减小 实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器,2019/7/22,26,网络分段示意,广播域,独立的冲突域,独立的冲突域,网桥或网络交换机,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: BW2 结点带宽: BW/4,总带宽: BW 结点带宽: BW/8,2019/7/22,27,网桥,存储转发设备，工作在数据链路层 用网桥连
11、接的多个网络对外呈现为一个单独的物理网络 具有唯一的网络地址 根据路径选择方法，有两种网桥： 透明网桥（Transparency Bridge） 由网桥负责路由选择，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,2019/7/22,28,透明网桥,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
12、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播。,透明网桥工作原理归纳为：基于转发表的过滤、转发和广播。,2019/7/22,29,转发表,C,网桥转发的例子：AB，AC,B,A,2019/7/22,30,转发表的建立,刚加电时转发表为空； 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
13、的变化。 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？,2019/7/22,31,透明网桥需要解决的问题,循环连接，造成： 转发表振荡，报文无限循环，包丢失,LAN1,LAN2,B1,B2,A,B,1,2,1,2,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,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，会将其丢弃，因为它们的转发表中指明主机A位于
14、LAN2中。这样发给主机A的数据将会丢失。,2019/7/22,32,生成树(Spanning Tree)算法,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 计算时，通过发送和接收BPDU（Bridge Protocol Data Unit）来交换网桥信息 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。,2019/7/22,33
15、,源选径网桥,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。 路由信息形式：LAN，网桥，LAN，网桥， 形式的编号序列。,2019/7/22,34,透明网桥和源选径网桥的比较,2019/7/22,35,用网桥进行网络互联的优缺点,优点： 可实现不同类型的LAN互联； 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。 缺点： 无法控
16、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。,2019/7/22,36,网络交换机,网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链路层 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。 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。 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） 转发异网段帧（交换） 广播未知帧（寻找目的站点）,2019/7/22,37,交换机的特点,交换机通过内部的交换矩阵把网络划分为多个网段每个端口为一个冲突域； 交换机能够同时在多对端口间无冲突地交换帧。,2019/7/22,38,例：交换网络的
