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1、第4章传输介质与网络设备主要内容主要内容v网络传输介质v物理层网络互联设备v数据链路层网络互联设备v网络层网络互联设备有线通信有线通信无线通信无线通信双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光纤光纤无线电短波通信无线电短波通信地面微波接力通信地面微波接力通信红外线和激光红外线和激光卫星通信卫星通信VSATVSAT卫星通信卫星通信4.14.1网络传输介质网络传输介质- -物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体可分为两大类，即导向传输媒体和非导向传输媒体。在导向传输媒体中，电磁波被导向沿着固体媒体(铜线或光纤)传播
2、，而非导向传输媒体就是指自由空间，在非导向传输媒体中电磁波的传输常称为无线传输。导向媒体有线非导向媒体无线导向媒体有线铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP同轴电缆1 双 绞 线无屏蔽双绞线（四对线芯）平行导线的噪声效应如果两条导线互相平行，离噪声源（如电动机）近的导线中产生的噪声电平就会比另一条导线中的更高，从而导致负载不平衡以及信号损益。双绞线上的噪声导线绞合并不保证一定能消除噪声，但是能显著减弱它的影响。所以“双绞”的作用是减少相邻导线的电磁干扰。无屏蔽双绞线的种类1类线 用于5Mbps传输(适用于语
3、音/低速传输 ) 2类线 用于5Mbps传输(适用于语音/低速传输 )3类线 用于16Mbps传输(10M以太网电缆,4芯)4类线 用于20 Mbps传输5类线 用于100 Mbps传输（8芯）超5类线 用于155Mbps传输（8芯,最常用的网络电缆）6类线 用于250Mbps传输7类线 用于600Mbps传输电缆上通常印有类别标志电缆上通常印有类别标志电缆上通常印有类别标志电缆上通常印有类别标志, ,如如如如 cat 5 cat 5 或或或或category 5 (5category 5 (5类线类线类线类线) )标准规定计算机网络常用双绞线标准规定计算机网络常用双绞线标准规定计算机网络常用
4、双绞线标准规定计算机网络常用双绞线(UTP)(UTP)每根长度不宜超过每根长度不宜超过每根长度不宜超过每根长度不宜超过100100米。米。米。米。双绞线的特点其频率范围对于传输数据和语音都适用（现在5类非屏蔽双绞线的传输频率上限可以达到100MHZ以上）所以模拟传输（宽带信号）/数字传输（基带信号）均可使用单位价格最低，但每根只能连接一站点，线路总费用增加抗高频干扰能力较差使用双绞线需在传输速率和传输距离之间作出选择双绞线联网的双绞线联网的5-4-3规则规则 因为信号衰减，所以双绞线最远的传输距离为100米。超过100米就需要一个中继设备对信号进行放大处理。 用双绞线组网时，信号经过的网段最多
5、不能超过五段，也就是所加的中继器最多为四个,而且只有三个段用来接工作站。双绞线的连接HUBRJ-45接头(水晶头)RJ-45连接器RJ-45插头是一种只能沿固定方向插入并自动防止脱落的塑料接头，俗称“水晶头”，专业术语为RJ-45连接器。双绞线的两端必须都安装这种RJ-45插头，以便插在网卡（NIC）、集线器（Hub）或交换机（Switch）的RJ-45接口上，进行网络通讯。RJ-45连接器中的导线标准针线对（T表示发送、R表示接收、*表示未定义）1T2T3R4*5*6R7*8*EIA/TIA(EIA/TIA(电子工业联合会和电信电子工业联合会和电信工业协会工业协会) 568A) 568A顺序
6、颜色功能针1白绿Tx+针2绿Tx-针3白橙Rx+针4蓝10BaseT和100BaseT中未使用针5白蓝10BaseT和100BaseT中未使用针6橙Rx-针7白棕10BaseT和100BaseT中未使用针8棕10BaseT和100BaseT中未使用EIA/TIA(EIA/TIA(电子工业联合会和电信工业电子工业联合会和电信工业协会协会)568B)568B标准标准顺序颜色功能针1白橙Tx+针2橙Tx-针3白绿Rx+针4蓝10BaseT和100BaseT中未使用针5白蓝10BaseT和100BaseT中未使用针6绿Rx-针7白棕10BaseT和100BaseT中未使用针8棕10BaseT和100B
7、aseT中未使用双绞线接线标准铰齐线头，插入插头用压线钳夹紧接线的标准有EIATIA T568A和EIATIA T568B 网线的两种连线方式双绞线连接有两种方式：直连网线和交叉网线。直连网线：两端线序一样，目前使用比较多的是T568B标准接线方法。交叉网线：一端为T568A，另一端T568B。下面列出常用网络设备间的连线方式：PC-PC:交叉网线PC-HUB:直连网线HUB-HUB普通口-级连口：直连网线HUB-HUB普通口:交叉网线HUB-HUB级连口-级连口：交叉网线直通线针12345678标记Rx+Rx-Tx+Tx-针12345678标记Tx+Tx-Rx+Rx-集线器集线器/交换机交换
8、机计算机计算机/路由器路由器交叉线针12345678标记Rx+Rx-Tx+Tx-集线器集线器/交换机交换机集线器集线器/交换机交换机针12345678标记Rx+Rx-Tx+Tx-双绞线的网线制作RJ-45接头(水晶头)压线钳双绞线双绞线1. 先抽出一小段线，然后先把外皮剥除一段,长约1.5cm-2cm注意注意:芯线的绝缘皮不能剥去双绞线双绞线2. 将双绞线反向缠绕开，根 据T568B接线标准排线注意注意:线序要正确双绞线双绞线3. 铰齐线头双绞线双绞线4. 按正确的线序插入水晶头注意注意:一定要使各条芯线都插到水晶头的底部双绞线双绞线双绞线双绞线5. 用剥线钳夹紧注意注意:要充分压紧2 同轴电
9、缆的结构同轴电缆的结构(4班班)11.10广泛使用的同轴电缆有两种：一种为50(指沿电缆导体各点的电磁电压对电流之比) 同轴电缆，用于数字信号的传输，即基带同轴电缆；另一种为75同轴电缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。基带传输型(主要用于LAN) 50 RG-8（粗缆）单段传输距离最远为500米 RG-58 (细缆）单段传输距离最远为185米频带传输型(主要模拟传输) 75公用天线电视系统(CATV)用 常用同轴电缆种类3光纤（光导纤维） 光是一种电磁波，它在真空中传输速度最快（每秒30万千米），但传输速度随传输介质密度增大而降低。相对于其他传输媒介，低损耗、高带宽和高抗干扰性是光纤
10、最主要的优点。目前光纤的数据传输率已达2.4G甚至更高速率（20G以上）。根据贝尔实验室测试，当数据速率为420Mbps且距离为119km无中继器时，其误码率为10-8，可见其传输质量很好。光的传输特性主要用于：主要用于：主要用于：主要用于：主干网（高速）主干网（高速）主干网（高速）主干网（高速）防雷击防雷击防雷击防雷击保密（防窃听）保密（防窃听）保密（防窃听）保密（防窃听）光纤传输原理光纤利用全反射使光线在信道内定向传输。光纤中心是玻璃或塑料的芯材，外面填充着密度相对较小的玻璃或塑料材料（覆层）。两种材料的密度差异必须达到能够使纤芯中的光线只能反射回来而不能折射入覆层的程序。多模光纤是指在给
11、定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤。其光纤芯径在50到100m的范围内，多条入射角度不同的光线可以同时在一条光纤反射式地传播。MultimodeFiber多模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤单模光纤SingleMode使用折射率突变型光纤。其芯径被减少到某个波长级，这样只有一个角度即“模式”的光纤可以通过：轴心光线。于是所有光线都能“同时”到达，并能无失真地重新组合，通常用于长距离的传输。输入脉冲输出脉冲单模光纤一般来说，多芯光纤并不直接连接到计算机的网卡上，而是连接到一种叫做光端器的设备上。这时就需要使用一种俗称“光纤跳线”的专用连接线，连接光端器和计算机上的网卡。光纤跳线也是光纤，一根
12、光纤跳线中只含有一根光纤，只能进行单向的数据传输。一般连接一台计算机需要两根光纤软跳线，一根发送数据，一根接收数据。 光纤跳线FiberJumperLines光纤系统中使用的光源器件有两种类型，皆为施加电压便可发射光束的半导体装置。LED (发光二极管)价廉，工作温度范围较大，工作寿命较长，但只能发射发散的光线，只在短距离内使用。ILD (注入式激光二极管)根据激光原理工作，光线具有高度集中性，高效高数据速率长距离光纤的应用容量更大能以数百Gbps的数据率传输几十千米(比较:同轴电缆能以数百Mbps的数据率传输1千米;双绞线能以几Mbps的数据率传输1千米，或以100Mbps至1Gbps的数据
13、率传输数十米）。尺寸更小且重量更轻衰减最小电磁隔离不受外部电磁场影响(干扰、冲激噪声和串扰影响小)无能量辐射，也难以分接（防窃听功能)无线传输介质无线传输介质通过空气传输信号空气既可以传输数字信信号，又可以传输模拟信号目前使用较多的红外线、无线电波、微波等无线传输介质都可以通过空气传输信号1红外传输红外线在电磁波谱中的频率低于可见光但高于微波，它的频率范围10121014Hz之间红外传输主要实现的是视距传输，它不具有穿透性，因此红外传输信号无法穿过墙壁从一个房间传输到另一个房间2无线电传输无线电波可以穿过墙壁在空气中可以向任何方向传播它在电磁波谱中的频率低于微波，它的频率范围在104108Hz
14、之间无线电系统使用这一频段的无线电波来传输数据大多数无线电频率的使用是有标准的，并且需要得到无线电管理委员会的批准3微波通信微波在电磁波谱中是指频率大过于1GHz的电波微波通信使用功率极大的聚焦能量束在很远的距离上实现信息的传输微波传输分为：地面微波通信系统卫星微波通信系统4卫星通信卫星通信其实就是非地面微波通信最常见的卫星系统就是同步地球轨道卫星同步地球轨道卫星始终处在赤道正上方的位置上，离地面的高度大约为50000公里卫星微波通信系统可以抵达地球上最偏远的地方，可以与移动通信设备通信。卫星通信4.2网络互连设备 网络互连设备用来将网络的各个部件连接在一起，从网络互连设备用来将网络的各个部件
15、连接在一起，从网络互连设备用来将网络的各个部件连接在一起，从网络互连设备用来将网络的各个部件连接在一起，从连接性质的不同可以认为有连接性质的不同可以认为有连接性质的不同可以认为有连接性质的不同可以认为有物理上的互连能力物理上的互连能力物理上的互连能力物理上的互连能力和和和和协议协议协议协议上的互连能力。上的互连能力。上的互连能力。上的互连能力。 （1 1）物理上的互连能力物理上的互连能力物理上的互连能力物理上的互连能力指所支持的物理接口，能连指所支持的物理接口，能连指所支持的物理接口，能连指所支持的物理接口，能连接的物理介质类型。接的物理介质类型。接的物理介质类型。接的物理介质类型。 （2 2
16、）协议上的互连能力协议上的互连能力协议上的互连能力协议上的互连能力指工作在不同协议类型的网指工作在不同协议类型的网指工作在不同协议类型的网指工作在不同协议类型的网络之间，实现不同协议数据包的转换。通常对设备互络之间，实现不同协议数据包的转换。通常对设备互络之间，实现不同协议数据包的转换。通常对设备互络之间，实现不同协议数据包的转换。通常对设备互连能力考虑得较多的都是协议上的互连能力。连能力考虑得较多的都是协议上的互连能力。连能力考虑得较多的都是协议上的互连能力。连能力考虑得较多的都是协议上的互连能力。 网络工程中使用得较多的几种互连设备是网络工程中使用得较多的几种互连设备是网络工程中使用得较多
17、的几种互连设备是网络工程中使用得较多的几种互连设备是中继器、中继器、中继器、中继器、集线器、网桥集线器、网桥集线器、网桥集线器、网桥/ /交换机、路由器和网关交换机、路由器和网关交换机、路由器和网关交换机、路由器和网关等等等等物理层互联设备数据链路层互联设备网络层互联设备应用层互联设备网络互连设备学习内容常见网络互连设备的互连能力网络互连网络互连设备设备应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层中继器、集线器、网中继器、集线器、网关关网桥、交换机、网关网
18、桥、交换机、网关路由器、第三层交换机、网路由器、第三层交换机、网关关网关网关DTEDTE互连设备互连设备物理传输介质物理传输介质网卡又称网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC），是计算机与网络的接口。网卡能够对信道中的信息进行侦听，并根据自身的MAC地址识别自己应该接收的信息。当与网卡连接的计算机或其他设备作好接受信息的准备后，网卡便将从外部接收的信息提交给这些设备；当与网卡连接的计算机或其他设备需要向外界发送信息时，网卡会在信道信息流中寻找间隙，并将信息送上信道。它的标准是由IEEE来定义的。网卡工作于OSI的最低层，也就是物理层。1物理层互联设备-网卡网卡网卡的特征：
19、1、支持的网络类型（有以太网卡、令牌环网卡、FDDI网卡、无线网卡等）2、网卡的插槽（ISA、PCI、PCMCIA、USB）3、网卡的端口类型（AUI、BNC、RJ45、光纤接口）4、端口速率（10Mbps、100Mbps、10/100Mbps、1000Mbps）（1）ISA总线网卡总线网卡ISA总线接口由于总线接口由于I/O速度较慢，随着上世纪速度较慢，随着上世纪90年代初年代初PCI总线技术的出总线技术的出现，很快被淘汰了。目前在市面上基本上看不到有现，很快被淘汰了。目前在市面上基本上看不到有ISA总线类型的网卡）总线类型的网卡） （2）PCI总线网卡总线网卡 这种总线类型的网卡在当前的台
20、式机上相当普遍，也是目前最主流的一这种总线类型的网卡在当前的台式机上相当普遍，也是目前最主流的一种网卡接口类型。因为它的种网卡接口类型。因为它的I/O速度远比速度远比ISA总线型的网卡快（总线型的网卡快（ISA最高仅为最高仅为33MB/s，而目前的，而目前的PCI 32位的位的PCI接口数据传输速度最高可达接口数据传输速度最高可达133MB/s），），所以在这种总线技术出现后很快就替代了原来老式的所以在这种总线技术出现后很快就替代了原来老式的ISA总线总线（3）PCMCIA总线网卡总线网卡这种总类型的网卡是笔记本电脑专用的，它受笔记本电脑的空间限制，这种总类型的网卡是笔记本电脑专用的，它受笔记
21、本电脑的空间限制，体积远不可能像体积远不可能像PCI接口网卡那么大。接口网卡那么大。（4）USB接口网卡接口网卡 作为一种新型的总线技术，作为一种新型的总线技术，USB（Universal Serial Bus，通用串行总，通用串行总线）已经被广泛应用于鼠标、键盘、打印机、扫描仪、线）已经被广泛应用于鼠标、键盘、打印机、扫描仪、Modem、音箱等各种、音箱等各种设备设备网卡的插槽（ISA、PCI、PCMCIA、USB）2 物理层互联设备-中继器 负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。中继器也可以完成不同媒体的转接工作中继器中继器的功能细分为
22、以下几条：中继器的功能细分为以下几条：（1 1）中继器仅作用于物理层。）中继器仅作用于物理层。 （2 2）只具有简单的放大、再生物理信号的功能。）只具有简单的放大、再生物理信号的功能。（3 3）由于中继器工作在物理层，在网络之间实现的是）由于中继器工作在物理层，在网络之间实现的是物理层连接，因此中继器只能连接相同的局域网。物理层连接，因此中继器只能连接相同的局域网。（4 4）中继器可以连接相同或不同传输介质的同类局域网。）中继器可以连接相同或不同传输介质的同类局域网。网络互连网络互连设备设备物理层互联设备-中继器网络是否可以无限延长呢？ 从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。
23、事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。以太网标准约定：一个以太网上只允许出现5个网段，4个中继器，3个网段可以挂接计算机物理层互联设备-集线器中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。集线器集线器 集线器（集线器（集线器（集线器（HUBHUB）是双绞线以太网对是双绞线以太网对是双绞线以太网对是双绞线以太网对网络进行集中管理的最小单元。集线器网络进行集中管理的最小单元。集线器网络进行集中管理的最小单元。集线器网络进行集中管理的最小单元。集线器是一个共享设备，其实质是一个多端口是一
24、个共享设备，其实质是一个多端口是一个共享设备，其实质是一个多端口是一个共享设备，其实质是一个多端口的中继器。的中继器。的中继器。的中继器。 集线器在集线器在集线器在集线器在OSIOSI体系结构模型中处于体系结构模型中处于体系结构模型中处于体系结构模型中处于物理层，是物理层，是物理层，是物理层，是LANLAN的接入层设备。的接入层设备。的接入层设备。的接入层设备。 HUBHUB主要用于主要用于主要用于主要用于共享式以太网络共享式以太网络共享式以太网络共享式以太网络的组的组的组的组建，是解决从服务器直接到桌面的最佳，建，是解决从服务器直接到桌面的最佳，建，是解决从服务器直接到桌面的最佳，建，是解决
25、从服务器直接到桌面的最佳，最经济的方案。最经济的方案。最经济的方案。最经济的方案。网络互连网络互连设备设备（1 1）用户带宽共享，带宽受限。）用户带宽共享，带宽受限。集线器的所有端口共享总的背板带宽，用户端集线器的所有端口共享总的背板带宽，用户端口带宽较窄，且随着集线器所接用户的增多，用户口带宽较窄，且随着集线器所接用户的增多，用户的平均带宽不断减少，不能满足当今许多对网络带的平均带宽不断减少，不能满足当今许多对网络带宽有严格要求的网络应用，如多媒体、流媒体应用宽有严格要求的网络应用，如多媒体、流媒体应用等环境等环境（2 2）广播方式，易造成网络风暴。）广播方式，易造成网络风暴。（3 3）非双
26、工传输，网络通信效率低。）非双工传输，网络通信效率低。集线器的同一时刻每一个端口只能进行一个方集线器的同一时刻每一个端口只能进行一个方向的数据通信，而不能像交换机那样进行双向双工向的数据通信，而不能像交换机那样进行双向双工传输，网络执行效率低，不能满足较大型网络通信传输，网络执行效率低，不能满足较大型网络通信需求需求集线器的缺点集线器的缺点集线器类型 依据总线带宽的不同。依据总线带宽的不同。依据总线带宽的不同。依据总线带宽的不同。HUBHUB分为分为分为分为10M10M、100M100M和和和和10/100M10/100M自适应自适应自适应自适应3 3种；种；种；种； 若按照配置形式的不同若按
27、照配置形式的不同若按照配置形式的不同若按照配置形式的不同可分为独立型，模块型和可可分为独立型，模块型和可可分为独立型，模块型和可可分为独立型，模块型和可堆叠型集线器；堆叠型集线器；堆叠型集线器；堆叠型集线器； 根据管理方式根据管理方式根据管理方式根据管理方式可分为智能型（带有可分为智能型（带有可分为智能型（带有可分为智能型（带有CPUCPU，支持简单支持简单支持简单支持简单网络管理协议）和非智能型网络管理协议）和非智能型网络管理协议）和非智能型网络管理协议）和非智能型HUBHUB（不支持网络管理，不支持网络管理，不支持网络管理，不支持网络管理，容易形成数据堵塞）两种；容易形成数据堵塞）两种；容
28、易形成数据堵塞）两种；容易形成数据堵塞）两种； 按照安装时的场合按照安装时的场合按照安装时的场合按照安装时的场合，又可以分为机架式和桌面式的，又可以分为机架式和桌面式的，又可以分为机架式和桌面式的，又可以分为机架式和桌面式的HUBHUB。目前使用的基本上是以上目前使用的基本上是以上目前使用的基本上是以上目前使用的基本上是以上4 4种分类的组合。种分类的组合。种分类的组合。种分类的组合。 HUBHUB根据端口数目的不同根据端口数目的不同根据端口数目的不同根据端口数目的不同，主要有，主要有，主要有，主要有8 8口，口，口，口，1616口和口和口和口和2424口之分。口之分。口之分。口之分。网络互连
29、网络互连设备设备2 数据链路层互联设备-网桥 网桥也叫桥接器，是连接两个局域网的存储网桥也叫桥接器，是连接两个局域网的存储网桥也叫桥接器，是连接两个局域网的存储网桥也叫桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，工作在转发设备，工作在转发设备，工作在转发设备，工作在OSIOSI的数据链路层。的数据链路层。的数据链路层。的数据链路层。 网桥可以截获所有的网络信息，并读取每个网桥可以截获所有的网络信息，并读取每个网桥可以截获所有的网络信息，并读取每个网桥可以截获所有的网络信息，并读取每个帧的目标地址（帧的目标地址（帧的目标地址（帧的目标地址（MACMAC地址），以确定帧是否地址），以确定帧是否地址），
30、以确定帧是否地址），以确定帧是否应该转发到某一个网段。应该转发到某一个网段。应该转发到某一个网段。应该转发到某一个网段。 网桥最主要的优点网桥最主要的优点网桥最主要的优点网桥最主要的优点是它可以限制传输到某些是它可以限制传输到某些是它可以限制传输到某些是它可以限制传输到某些网段的通信量，这一优点被用在网段的通信量，这一优点被用在网段的通信量，这一优点被用在网段的通信量，这一优点被用在10Base510Base5以以以以太网中，用来给工作节点数目较多的网络分太网中，用来给工作节点数目较多的网络分太网中，用来给工作节点数目较多的网络分太网中，用来给工作节点数目较多的网络分段。段。段。段。网络互连网
31、络互连设备设备网桥的内部结构站表接口管理 软件网桥协议 实体缓存接口 1接口 2网段 B网段 A111222站地址 接口网桥网桥接口 1接口 212每个网桥都将其连接的两个网段的地址建立起一个地址表，称为站表。网桥的工作过程网桥的工作过程当使用网桥连接两段当使用网桥连接两段LANLAN时，网桥对来自网段时，网桥对来自网段1 1的的MACMAC帧，首先要检查其目帧，首先要检查其目的站点地址。如果该帧是的站点地址。如果该帧是发往网段发往网段1 1上某一站的，上某一站的，网桥则不将帧转发到网段网桥则不将帧转发到网段2 2，而将其滤除；如果该，而将其滤除；如果该帧是发往网段帧是发往网段2 2上某一站上
32、某一站的，网桥则将它转发到网的，网桥则将它转发到网段段2 2。这表明，如果。这表明，如果LAN1LAN1和和LAN2LAN2上各有一对用户在上各有一对用户在本网段上同时进行通信，本网段上同时进行通信，显然是可以实现的。因为显然是可以实现的。因为网桥起到了隔离作用。网桥起到了隔离作用。网桥的工作原理缓存：缓存：网桥首先会对收到的数据帧进行缓存并处理过滤：过滤：判断入帧的目标节点是否位于发送这个帧的网段中，如果是，网桥就不把帧转发到网桥的其他端口转发：转发：如果帧的目标节点位于另一个网络，网桥就将帧发往正确的网段学习：学习：每当帧经过网桥时，网桥首先在网桥表中查找帧的源MAC地址，如果该地址不在网
33、桥表中，则将有该MAC地址及其所对应的网桥端口信息加入数据帧要去往的目标MAC地址使用的网桥端口MACAMACA端口端口3 3MACBMACB端口端口2 2MACCMACC端口端口1 1网桥的工作原理扩散：如果在表中找不到目标地址，则按扩散的办法将该数据发送给与该网桥连接的除发送该数据的网段外的所有网段。网桥的工作原理过滤通信量。扩大了物理范围。提高了可靠性。(故障只影响个别网段)可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网。使用网桥带来的好处局域网交换机实际上是一种高性能的多端口网桥。和网桥一样，它从一个端口接收以太网帧，然后向另外一个端口转发也
34、具有通过自学习来构建转发表的功能。局域网交换机和网桥的主要区别：网桥一般只有少数几个接口，而局域网交换机则可能有几十个端口，局域网交换机中帧的转发采用了高效的交换逻辑来实现许多交换机都支持全双工模式，吞吐量是原来的一倍。多接口网桥以太网交换机以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。以太网交换机的特点对于普通10Mb/s的共享式以太网，若共有N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10Mb/s)的N 分之
35、一。使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是10Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有N 对接口的交换机的总容量为N10Mb/s。这正是交换机的最大优点。独占传输媒体的带宽以太网交换机的逻辑结构局域网交换机的逻辑结构：每个端口都有一个发送和接收局域网交换机的逻辑结构：每个端口都有一个发送和接收侧，端口的接收侧接收侧，端口的接收侧接收MAC帧，然后根据目的地址来决帧，然后根据目的地址来决定往哪个端口的发送侧转发。每个端口的发送和接收侧连定往哪个端口的发送侧转发。每个端口的发送和接收侧连接到一个纵横开关上。接到一个纵横开关上。如果把集线
36、器看成一条内置的以太网总线，交换机就可以看作由多条总线构成交换矩阵的互联系统。每一个交换机端口对应着一条高出一个数量级的背板带宽总线，背板总线与一个交换引擎相连接。不同端口间的数据包经背板总线进入交换引擎，通过存储转发、直通转发和无碎片转发模式进行交换。直通式存储转发式无碎片直通式（更高级的直通式转发）转发方式简介直通式直通式（CutThrough）方式在输入端口检测到一个数据包后，只检查其包头，取出目的地址，通过内部的地址表确定相应的输出端口，然后把数据包转发到输出端口这样就完成了交换。因为它只检查数据包的包头（通常只检查14个字节）。缺点：不具备检测和处理能力Port1Port2Portn
37、 Port3datadatadataError!存储转发式存储转发（Store and Forward）是计算机网络领域使用得最为广泛的技术之一，在这种工作方式下交换机的控制器先缓存输入到端口的数据包，然后进行CRC校验，滤掉不正确的帧，确认包正确后，取出目的地址，通过内部的地址表确定相应的输出端口，然后把数据包转发到输出端口。缺点：时延长Port1Port2Portn Port3data交换处理模块交换处理模块datadata无碎片直通式无碎片直通（FragmentFreeCutThrough）是介于直通式和存储转发式之间的种解决方案，它检查数据包的长度是否够64Bytes（512bit）如
38、果小于64Bytes，说明该包是碎片（即在信息发送过程中由于冲突而产生的残缺不全的帧），则丢弃该包，如果大于64Bytes，则发送该包。该方式的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。Port1Port2Portn Port3data交换处理模块交换处理模块datadata64Byte=Framel集线器与交换机的区别从OSI体系结构来看，集线器属于OSI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。这就意味着集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对数据传输中的短帧、碎片等无法有效处理，不能保证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大
39、和整形，而且可以过滤短帧、碎片等。l集线器与交换机的区别从工作方式来看，集线器是一种广播模式，也就是说集线器的某个端口工作的时候其他所有端口都有名收听到信息，容易产生广播风暴。当网络较大的时候网络性能会受到很大的影响，那么用什么方法避免这种现象的发生呢？交换机就能够起到这种作用，当交换相工作的时候只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，那么交换机就能够隔离冲突域和有效地抑制广播风暴的产生。l集线器与交换机的区别从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其他端口只能等待；同时集线器只能工作在半双工模式下。而对于交换机而言，每个
40、端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时并不影响其他端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下也可以工作在全双工模式下。4 网络层互联设备-路由器RAMROMFlashNVRAMInterfaceLineCPUl什么是路由什么是路由选择一个将数据包发往某个目标网段或主机的路径就是路由的过程。选择一个将数据包发往某个目标网段或主机的路径就是路由的过程。用户产生的数据流比如文件，视频流，电子邮件等等应用被从一个逻辑的源用户产生的数据流比如文件，视频流，电子邮件等等应用被从一个逻辑的源转发到一个逻辑的目的地。转发到一个逻辑的目的地。用来表示逻辑源和逻辑目的地的是用来表示逻辑源和逻辑目的地的是I
41、P地址，因此我们认为路由的过程是将不地址，因此我们认为路由的过程是将不同同IP地址网段的地址网段的IP包进行转发。那么实现这一功能的设备我们称之为路由包进行转发。那么实现这一功能的设备我们称之为路由器。器。172.16.1.010.1.1.0路由器的功能作用实现不同IP网段主机间的相互访问实现不同通信协议网段主机间的相互访问不转发广播数据包功能基于IP地址的寻径和转发不同通信协议的转换特定IP数据包的分片和重组路由器转发数据过程1、路由器从接口收到数据包，读取数据包里的目的IP地址2、根据目的IP地址信息查找路由表进行匹配3、匹配成功后，按照路由表中转发信息进行转发4、匹配失败，将数据包丢弃，
42、并向源发送方反回错误信息报文Packet路由表 目的网段目的网段 转发转发192.168.1.0 从F1口发出192.168.2.0 从F2口发出 172.16.1.0 交给B典型的路由器的结构 路由选择路由选择处理机路由选择协议路由表3输入端口3交换结构输入端口输出端口分组转发转发表分组处理输出端口11133122223网络层2数据链路层1物理层课件制作人：谢希仁“转发”和“路由选择”的区别“转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。“路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选
43、择的路由。路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别，输入端口对线路上收到的分组的处理数据链路层剥去帧首部和尾部后，将分组送到网络层的队列中排队等待处理。这会产生一定的时延。物理层处理数据链路层处理网络层处理 分组排队 交换结构 输入端口的处理从线路接收分组查表和转发输出端口将交换结构传送来的分组发送到线路当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾部，交给物理层后发送到外部线路。物理层处理数据链路层处理网络层处理 分组排队 输出端口的处理向线路发送分组缓存管理交换结构分组丢弃若路由器处
44、理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。l路由表的作用路由表的作用路由器就像网络中的向导一样，当路由器就像网络中的向导一样，当IP包来到路由器后有一个很重要的任务就包来到路由器后有一个很重要的任务就是查看该路由器是否知道这个是查看该路由器是否知道这个IP数据包要去的目的地。数据包要去的目的地。路由表：路由表实际上类似于现实生活中的路牌，都是为了指向，只不过路由表：路由表实际上类似于现实生活中的路牌，都是为了指向，只不过一个是为数据包指向，另一个是为行
45、人或者车辆指向一个是为数据包指向，另一个是为行人或者车辆指向。路由表的基本结路由表的基本结构如下构如下（命令：命令：route print）目的网络目的网络掩码掩码下一跳下一跳接口接口跳数跳数目的网络：指数据包要到达的网络的网络地址。目的网络：指数据包要到达的网络的网络地址。目的网络：指数据包要到达的网络的网络地址。目的网络：指数据包要到达的网络的网络地址。掩码：指目的网络的子网掩码或者超网掩码。掩码：指目的网络的子网掩码或者超网掩码。掩码：指目的网络的子网掩码或者超网掩码。掩码：指目的网络的子网掩码或者超网掩码。下一跳：下一跳指到达下一个路由器的下一跳：下一跳指到达下一个路由器的下一跳：下一
46、跳指到达下一个路由器的下一跳：下一跳指到达下一个路由器的IPIP地址，即我们通常所说的网关地址，即我们通常所说的网关地址，即我们通常所说的网关地址，即我们通常所说的网关地址。地址。地址。地址。接口：从数据包所在的路由器的出口接口：从数据包所在的路由器的出口接口：从数据包所在的路由器的出口接口：从数据包所在的路由器的出口IPIP地址，接口地址必须与下一跳地地址，接口地址必须与下一跳地地址，接口地址必须与下一跳地地址，接口地址必须与下一跳地址在同一个网络中。址在同一个网络中。址在同一个网络中。址在同一个网络中。跳数：数据包从该路由器到目的网络所要经过的路由器的跳数。跳数：数据包从该路由器到目的网络
47、所要经过的路由器的跳数。跳数：数据包从该路由器到目的网络所要经过的路由器的跳数。跳数：数据包从该路由器到目的网络所要经过的路由器的跳数。观察IP层转发分组的流程有四个A类网络通过三个路由器连接在一起。每一个网络上都可能有成千上万个主机。可以想像，若按目的主机号来制作路由表，则所得出的路由表就会过于庞大。但若按主机所在的网络地址来制作路由表，那么每一个路由器中的路由表就只包含4个项目。这样就可使路由表大大简化。 网 110.0.0.0 网 440.0.0.0 网 330.0.0.0 网 220.0.0.010.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.7目的主机所在
48、的网络下一跳地址20.0.0.030.0.0.010.0.0.040.0.0.020.0.0.730.0.0.1直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表30.0.0.110.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.730.0.0.1链路 4链路 3链路 2链路 1R2R3R101R2R3R1在路由表中，对每一条路由，最主要的是（目的网络地址，下一跳地址） 查找路由表根据目的网络地址就能确定下一跳路由器，这样做的结果是：IP数据报最终一定可以找到目的主机所在目的网络上的路由器（可能要通过多次的间接交付）。只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机
49、进行直接交付。必须强调指出IP数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的IP地址”。当路由器收到待转发的数据报，不是将下一跳路由器的IP地址填入IP数据报，而是送交下层的网络接口软件。网络接口软件使用ARP负责将下一跳路由器的IP地址转换成硬件地址，并将此硬件地址放在链路层的MAC帧的首部，然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网通信的路径H1经过 R1 转发再经过 R2 转发H2查找路由表查找路由表HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路
50、由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从协议栈的层次上看数据的流动HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4I
51、P3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧I
52、P 数据报在链路上看 MAC 帧的流动IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在 IP 层抽象的互联网上只能看到 IP 数据报图中的 IP1IP2 表示从源地址 IP1 到目的地址 IP2 两个路由器的 IP 地址并不出现在 IP 数据报的首部中 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC
53、帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 帧从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在具体的物理网络的链路层只能看见 MAC 帧而看不见 IP 数据报 IP1HA1
54、HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 帧从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节在抽象的网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的 IP 地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信 在不划分子网的两级IP地址下，从IP地址得出网络地址是个很简单的事。但在划分子网的情况下，从IP地址却不能唯一地得出网络地址来，这是因为网络地址取决于那个网络所采用的子网掩码，但数据报
55、的首部并没有提供子网掩码的信息。因此分组转发的算法也必须做相应的改动。l使用子网掩码的分组转发过程直接交付、特定主机、特定网络、默认路由项路由直接交付：路由表中的路由项是为数据包所要到达的目的网络就是该数据包所在的网络路由，这中数据交付称作直接交付。特定主机：路由表中的路由项是为数据包所要到达的目的地址是一台主机，这种路由项称作特定主机路由。路由表中的路由项是为数据包所要到达的目的地址是一个网络，这种路由项称作特定网络路由。默认路由：如路由器搜索了整个路由表中特定主机、特定网络、直接交付路由项都不能为一个数据包找到路由，则路由器就将该数据根据默认路由出去。因为默认路由目的网络地址和掩码均0.0
56、.0.0，所以任何一个数据包的目的IP地址均可以从该路由项路由出去。命令：routeprint在划分子网的情况下路由器转发分组的算法 (1) 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 先用各网络的子网掩码和 D 逐位相“与”，看是否和 相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。 否则就是间接交付，执行(3)。(3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将 分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。(4) 对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐位相“与”， 若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送 给该行指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。(5) 若路由表中
57、有一个默认路由，则将分组传送给路由表 中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。(6) 报告转发分组出错。课件制作人：谢希仁128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2128.30.33.13H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R1 的路由表（未给出默认路由器）R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255
58、.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12【例】已知互联网和路由器 R1 中的路由表。主机 H1 向 H2 发送分组。试讨论 R1 收到 H1 向 H2 发送的分组后查找路由表的过程。 课件制作人：谢希仁主机 H1 要发送分组给 H2 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255
59、.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12要发送的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138请注意：H1 并不知道 H2 连接在哪一个网络上。H1 仅仅知
60、道 H2 的 IP 地址是128.30.33.138因此 H1 首先检查主机 128.30.33.138 是否连接在本网络上如果是，则直接交付；否则，就送交路由器 R1，并逐项查找路由表。课件制作人：谢希仁128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128
61、 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12主机 H1 首先将本子网的子网掩码 255.255.255.128与分组的 IP 地址 128.30.33.138 逐比特相“与”(AND 操作) 255.255.255.128 AND 128.30.33.138 的计算255 就是二进制的全 1，因此 255 AND xyz = xyz，这里只需计算最后的 128 AND 138 即可。12
62、8 10000000138 10001010逐比特 AND 操作后：10000000 128255.255.255.128128. 30. 33.138128. 30. 33.128逐比特 AND 操作 H1 的网络地址课件制作人：谢希仁因此 H1 必须把分组传送到路由器 R1然后逐项查找路由表128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1： 网络地
63、址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12课件制作人：谢希仁路由器 R1 收到分组后就用路由表中第 1 个项目的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33
64、.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12255.
65、255.255.128 AND 128.30.33.138 = 128.30.33.128不匹配!（因为128.30.33.128 与路由表中的 128.30.33.0 不一致）R1 收到的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138不一致课件制作人：谢希仁路由器 R1 再用路由表中第 2 个项目的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1
66、的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128 AND 128.30.33.138 = 128.30.33.128匹配!这表明子网 2 就是收到的分组所要寻找的目的网
67、络R1 收到的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138一致!课件制作人：谢希仁l路由表的产生方式路由表的产生方式l直连路由路由器会自动生成本路由器激活端口所在网段的路由条目路由器会自动生成本路由器激活端口所在网段的路由条目1.1.1.01.1.2.01.1.3.0路由表的产生方式路由表的产生方式l静态路由在简单拓扑结构的网络里，网络管理员手动输入路由条目。在简单拓扑结构的网络里，网络管理员手动输入路由条目。路由表产生的方式路由表产生的方式l动态路由协议学习到的路由在大型网络环境下，依靠路由协议比如在大型网络环境下，依靠路由协议比如OSPF、BGP路由协议学习路由协议学习l路由选择协议
68、有关路由选择协议的几个基本概念1.理想的路由算法算法必须是正确的和完整的。算法在计算上应简单。算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说，要有自适应性。算法应具有稳定性。算法应是公平的。算法应是最佳的。关于“最佳路由”不存在一种绝对的最佳路由算法。所谓“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。路由选择是个非常复杂的问题它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。从路由算法的自适应性考虑静态路由选择策略即非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化
69、。动态路由选择策略即自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。2.分层次的路由选择协议因特网采用分层次的路由选择协议。因特网的规模非常大。如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达，则这种路由表将非常大，处理起来也太花时间。而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使因特网的通信链路饱和。许多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节和本部门所采用的路由选择协议（这属于本部门内部的事情），但同时还希望连接到因特网上。自治系统AS(AutonomousSystem)自治系统AS的定义：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由
70、选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由选择协议用以确定分组在AS之间的路由。现在对自治系统AS的定义是强调下面的事实：尽管一个AS使用了多种内部路由选择协议和度量，但重要的是一个AS对其他AS表现出的是一个单一的和一致的路由选择策略。因特网有两大类路由选择协议内部网关协议IGP(InteriorGatewayProtocol)即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如RIP和OSPF协议。外部网关协议EGP(ExternalGatewayProtocol)若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，
71、就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是BGP-4。自治系统和内部网关协议、外部网关协议 用内部网关协议（例如，RIP）自治系统 B自治系统 A用外部网关协议（例如，BGP-4）R1R2 用内部网关协议（例如，OSPF）自治系统之间的路由选择也叫做域间路由选择(interdomain routing)，在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择(intradomain routing) 这里要指出两点因特网的早期RFC文档中未使用“路由器”而是使用“网关”这一名词。但是在新的RFC文档中又使用了“路由器”这一名词。
72、应当把这两个属于当作同义词。IGP和EGP是协议类别的名称。但RFC在使用EGP这个名词时出现了一点混乱，因为最早的一个外部网关协议的协议名字正好也是EGP。因此在遇到名词EGP时，应弄清它是指旧的协议EGP还是指外部网关协议EGP这个类别。因特网的路由选择协议内部网关协议IGP：具体的协议有多种，如RIP和OSPF等。外部网关协议EGP：目前使用的协议就是BGP。n内部网关协议RIP(RoutingInformationProtocol)1.工作原理路由信息协议RIP是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议。RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。RIP协议要求网络中的每一个路由
73、器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。“距离”的定义从一路由器到直接连接的网络的距离定义为1。从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1。RIP 协议中的“距离”也称为“跳数”(hopcount)，因为每经过一个路由器，跳数就加1。这里的“距离”实际上指的是“最短距离”。“距离”的定义RIP认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器。“距离”的最大值为16时即相当于不可达。可见RIP 只适用于小型互联网。RIP不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP选择一个具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕还存在
74、另一条高速(低时延)但路由器较多的路由。RIP协议的三个要点仅和相邻路由器交换信息。交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔30秒。路由表的建立路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为1）。以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。RIP协议的收敛(convergence)过程较快，即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程。2.距离向量算法收到相邻路由器（其地址为 X）的
75、一个 RIP 报文：(1) 先修改此 RIP 报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址都改为 X，并把所有的“距离”字段的值加 1。(2) 对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以下步骤：若项目中的目的网络不在路由表中，则把该项目加到路由表中。 否则 若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目替换原路由表中的项目。 否则 若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新，否则，什么也不做。(3) 若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此相邻路由器记为不可达路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达）。(4) 返回。路由器之间交换信息RIP协议让互联网中的所有路
76、由器都和自己的相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新其路由表，使得从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短的（即跳数最少）。虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系统的全局路由信息，但由于每一个路由器的位置不同，它们的路由表当然也应当是不同的。 4 字节RIP 报文3.RIP2协议的报文格式路由信息（20 字节/路由）可重复出现最多 25 个IP 数据报路由标记网络地址地址族标识符距离 (1-16) IP 首部UDP 首部首部路由部分必为 0版本命令 4 字节子网掩码下一跳路由器地址UDP 用户数据报RIP2的报文由首部和路由部分组成。RIP2报文中的路由部分由若干个路由信息组成。每个路由信
77、息需要用20个字节。地址族标识符（又称为地址类别）字段用来标志所使用的地址协议。路由标记填入自治系统的号码，这是考虑使RIP有可能收到本自治系统以外的路由选择信息。再后面指出某个网络地址、该网络的子网掩码、下一跳路由器地址以及到此网络的距离。RIP协议的优缺点RIP存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。RIP协议最大的优点就是实现简单，开销较小。RIP限制了网络的规模，它能使用的最大距离为15（16表示不可达）。路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。R2R1网 1网 3网 2正常情况1 1 1 2 R
78、1R1 说：“我到网 1 的距离是 1，是直接交付。”“1”表示“从本路由器到网 1”“1”表示“距离是 1”“ ”表示“直接交付”R2R1网 1网 3网 2正常情况1 1 1 2 R1R2 说：“我到网 1 的距离是 2，是经过 R1。”“1”表示“从本路由器到网 1”“2”表示“距离是 2”“R1”表示经过 R1R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正常情况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R1 说：“我到网 1 的距离是 16 （表示无法到达）， 是直接交付。”但 R2 在收到 R1 的更新报文之前，还发送原来的报文，因为这时 R2 并不知道 R1 出
79、了故障。R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正常情况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R1 收到 R2 的更新报文后，误认为可经过 R2 到达网1，于是更新自己的路由表，说：“我到网 1 的距离是 3，下一跳经过 R2”。然后将此更新信息发送给 R2。1 3 R2R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正常情况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R2 以后又更新自己的路由表为“1, 4, R1”，表明 “我到网 1 距离是 4，下一跳经过 R1”。 1 3 R21 4 R1R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2
80、网 1出了故障正常情况1 1 1 16 1 3 R21 5 R21 16 R21 2 R11 2 R11 4 R11 16 R1这样不断更新下去，直到 R1 和 R2 到网 1 的距离都增大到 16 时，R1 和 R2 才知道网 1 是不可达的。 这就是好消息传播得快，而坏消息传播得慢。网络出故障的传播时间往往需要较长的时间(例如数分钟)。这是 RIP 的一个主要缺点。 n内部网关协议OSPF(OpenShortestPathFirst)1.OSPF协议的基本特点“开放”表明OSPF协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。“最短路径优先”是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPFO
81、SPF只是一个协议的名字，它并不表示其他的路由选择协议不是“最短路径优先”。是分布式的链路状态协议。三个要点向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法。发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”(metric)。只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。链路状态数据库(link-statedatabase)由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库。这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图，它在全网范围内是一
82、致的（这称为链路状态数据库的同步）。OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。OSPF的更新过程收敛得快是其重要优点。OSPF的区域(area)为了使OSPF能够用于规模很大的网络，OSPF将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫作区域。每一个区域都有一个32位的区域标识符（用点分十进制表示）。区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超过200个。自治系统 ASOSPF划分为两种不同的区域区域 0.0.0.1区域 0.0.0.3主干区域 0.0.0.0至其他自治系统R9R7R6R5R4R3R2R1网 8网 6网 3网 2网 1网 7区域 0.0.0.2网 4
83、网 5R8划分区域划分区域的好处就是将利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的自治系统，这就减少了整个网络上的通信量。在一个区域内部的路由器只知道本区域的完整网络拓扑，而不知道其他区域的网络拓扑的情况。OSPF使用层次结构的区域划分。在上层的区域叫作主干区域(backbonearea)。主干区域的标识符规定为0.0.0.0。主干区域的作用是用来连通其他在下层的区域。自治系统 AS主干路由器区域 0.0.0.1区域 0.0.0.3主干区域 0.0.0.0至其他自治系统R9R7R6R5R4R3R2R1网 8网 6网 3网 2网 1网 7区域 0.0.0.2网 4网 5R8自治系
84、统 AS区域边界路由器 区域 0.0.0.1区域 0.0.0.3主干区域 0.0.0.0至其他自治系统R9R7R6R5R4R3R2R1网 8网 6网 3网 2网 1网 7区域 0.0.0.2网 4网 5R8OSPF直接用IP数据报传送OSPF不用UDP而是直接用IP 数据报传送。OSPF构成的数据报很短。这样做可减少路由信息的通信量。数据报很短的另一好处是可以不必将长的数据报分片传送。分片传送的数据报只要丢失一个，就无法组装成原来的数据报，而整个数据报就必须重传。OSPF的其他特点OSPF对不同的链路可根据IP分组的不同服务类型TOS而设置成不同的代价。因此，OSPF对于不同类型的业务可计算出
85、不同的路由。如果到同一个目的网络有多条相同代价的路径，那么可以将通信量分配给这几条路径。这叫作多路径间的负载平衡。所有在OSPF路由器之间交换的分组都具有鉴别的功能。支持可变长度的子网划分和无分类编址CIDR。每一个链路状态都带上一个32位的序号，序号越大状态就越新。IP 数据报OSPF分组IP数据报首部OSPF 分组OSPF 分组首部类型 1 至类型 5 的 OSPF 分组24 字节081631版 本路 由 器 标 识 符类 型分 组 长 度检 验 和鉴 别位鉴 别区 域 标 识 符鉴 别 类 型2.OSPF的五种分组类型类型1，问候(Hello)分组。类型2，数据库描述(DatabaseD
86、escription)分组。类型3，链路状态请求(LinkStateRequest)分组。类型4，链路状态更新(LinkStateUpdate)分组，用洪泛法对全网更新链路状态。类型5，链路状态确认(LinkStateAcknowledgment)分组。OSPF的基本操作 问候问候数据库描述数据库描述数据库描述数据库描述链路状态请求链路状态更新链路状态确认确定可达性达到数据库的同步新情况下的同步OSPF 使用的是可靠的洪泛法 更新报文tACK报文RRRRt1t2t3t4OSPF的其他特点OSPF还规定每隔一段时间，如30分钟，要刷新一次数据库中的链路状态。由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻
87、路由器的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时，OSPF协议要比距离向量协议RIP好得多。OSPF没有“坏消息传播得慢”的问题，据统计，其响应网络变化的时间小于100ms。5冲突域和广播域的概念1 1冲突域冲突域冲突域冲突域 由于采用由于采用由于采用由于采用CSMA/CDCSMA/CD访问控制技术，访问控制技术，访问控制技术，访问控制技术，共享以太网上的一台主机发送数据时，共享以太网上的一台主机发送数据时，共享以太网上的一台主机发送数据时，共享以太网上的一台主机发送数据时，将导致与同时也向共享总线或共享设备将导致与同时也向共享总线或共享设备将导致与同时也向共享总线
88、或共享设备将导致与同时也向共享总线或共享设备上发送数据的主机争用线路而发生冲突，上发送数据的主机争用线路而发生冲突，上发送数据的主机争用线路而发生冲突，上发送数据的主机争用线路而发生冲突，潜在共享线路的所有主机范围构成一个潜在共享线路的所有主机范围构成一个潜在共享线路的所有主机范围构成一个潜在共享线路的所有主机范围构成一个冲突域。例如连接在同轴电缆上的所有冲突域。例如连接在同轴电缆上的所有冲突域。例如连接在同轴电缆上的所有冲突域。例如连接在同轴电缆上的所有主机，连接在共享集线器上的主机等都主机，连接在共享集线器上的主机等都主机，连接在共享集线器上的主机等都主机，连接在共享集线器上的主机等都构成
89、一个冲突域。构成一个冲突域。构成一个冲突域。构成一个冲突域。网络互连网络互连设备设备物理层-HUBCSMA/CD听Packet当PCA要发一个数据包给PCD的时候,首先PCA要先听HUB的链路上是否有数据在跑,如果有那么PCA等待,如果没有那么PCA将数据包发出.这样的做法是由于HUB上的链路是共享的,所以采用了发数据包之前先进行冲突检测的方法,那么我们称为CSMA/CD.PC APC BPC CPC D空闲物理层-HUBCSMA/CD听有数据在转发继续听HUB上的链路是共享的,所以如果HUB上有数据在转发,那么此时PCA需要等待.物理层-HUBCSMA/CD听Packet现在的情况是PCA和
90、PCC都要发数据,但是两人刚才都检测到HUB上是空闲的.那么两人都发.结果发生了冲突.两人都同时启动BACK OFF动作.随机的生成一个秒数,再发数据包.如果再与其他PC发送的数据包冲突.那么再次BACK OFF,BACK OFF一共可进行15次.PC APC BPC CPC D空闲听Packet随机秒数随机秒数BACK OFF网络分段（物理） 在一个冲突域中的主机数目过多时，在一个冲突域中的主机数目过多时，在一个冲突域中的主机数目过多时，在一个冲突域中的主机数目过多时，通常要进行分段，分段的方法是使用网通常要进行分段，分段的方法是使用网通常要进行分段，分段的方法是使用网通常要进行分段，分段的
91、方法是使用网桥、交换机、路由器等存储转发设备隔桥、交换机、路由器等存储转发设备隔桥、交换机、路由器等存储转发设备隔桥、交换机、路由器等存储转发设备隔离冲突域。离冲突域。离冲突域。离冲突域。网络互连网络互连设备设备2 2广播域广播域广播域广播域 广播域指的是能接收到广播数据包的主广播域指的是能接收到广播数据包的主广播域指的是能接收到广播数据包的主广播域指的是能接收到广播数据包的主机范围。广播数据包通常采用广播地址发送，机范围。广播数据包通常采用广播地址发送，机范围。广播数据包通常采用广播地址发送，机范围。广播数据包通常采用广播地址发送，即主机位全为即主机位全为即主机位全为即主机位全为1 1的地址
92、。很多原因都会导致网的地址。很多原因都会导致网的地址。很多原因都会导致网的地址。很多原因都会导致网络中产生大量的广播数据包，如视频点播服络中产生大量的广播数据包，如视频点播服络中产生大量的广播数据包，如视频点播服络中产生大量的广播数据包，如视频点播服务、有故障的网卡、路由更新等。由于务、有故障的网卡、路由更新等。由于务、有故障的网卡、路由更新等。由于务、有故障的网卡、路由更新等。由于IPIP广广广广播发生在网络层，所以工作于第二层的交换播发生在网络层，所以工作于第二层的交换播发生在网络层，所以工作于第二层的交换播发生在网络层，所以工作于第二层的交换机对广播数据包无能为力。大量的无用广播机对广播
93、数据包无能为力。大量的无用广播机对广播数据包无能为力。大量的无用广播机对广播数据包无能为力。大量的无用广播数据包即广播风暴会消耗大量的带宽，使网数据包即广播风暴会消耗大量的带宽，使网数据包即广播风暴会消耗大量的带宽，使网数据包即广播风暴会消耗大量的带宽，使网络效率急剧降低直至瘫痪。络效率急剧降低直至瘫痪。络效率急剧降低直至瘫痪。络效率急剧降低直至瘫痪。网络互连网络互连设备设备网络分段（逻辑） 因此必须对广播域加以隔离，通常一个广因此必须对广播域加以隔离，通常一个广因此必须对广播域加以隔离，通常一个广因此必须对广播域加以隔离，通常一个广播域内的主机数在播域内的主机数在播域内的主机数在播域内的主机
94、数在100100台到台到台到台到150150台之间，降低台之间，降低台之间，降低台之间，降低了广播风暴的影响范围。能隔离广播域的设了广播风暴的影响范围。能隔离广播域的设了广播风暴的影响范围。能隔离广播域的设了广播风暴的影响范围。能隔离广播域的设备是工作在网络层的路由器，它能够将收集备是工作在网络层的路由器，它能够将收集备是工作在网络层的路由器，它能够将收集备是工作在网络层的路由器，它能够将收集到的广播数据包丢弃，而不影响到其它网络。到的广播数据包丢弃，而不影响到其它网络。到的广播数据包丢弃，而不影响到其它网络。到的广播数据包丢弃，而不影响到其它网络。网络互连网络互连设备设备各种网络设备隔离冲突
95、域和广播域的能力网络互连网络互连设备设备冲突域：冲突域：广播域：广播域：集线器、网桥、交换机、路由器四种设备对冲突域和广播域的划分集线器、网桥、交换机、路由器四种设备对冲突域和广播域的划分 各种网络设备隔离冲突域和广播域的能力网络互连网络互连设备设备冲突域：冲突域：广播域：广播域：集线器、网桥、交换机、路由器四种设备对冲突域和广播域的划分集线器、网桥、交换机、路由器四种设备对冲突域和广播域的划分 1 1 1 4 1 4 4 4 各种网络设备与网络分段中继器（Repeater）中继器工作在物理层，只是简单的对信号进行放大再从另外的端口传送出去，对高层的数据并不处理。所以中继器连接的网段在同一个冲
96、突域内，同时也在同一个广播域内。各种网络设备与网络分段集线器（HUB）Hub连接的设备共享一个冲突域同时Hub连接的设备也共享一个广播域。集线器不能增加网络的带宽，集线器只能用来连接各个站点或者简单地用来扩展网络的距离集线器也工作在物理层，只负责物理信号的传播，而不关心上层功能。他仅仅是通过将一个端口接收的信号重复地分发给其他端口来的扩展物理的连接距离，连接到集线器上的所有工作站都可以“看”到这个介质上的所有通信流量。各种网络设备与网络分段集线器（集线器（HUBHUB）与网络的分段）与网络的分段Hub连接的设备共享一个冲突域Hub连接的设备也共享一个广播域。Hub限制的网络的可扩展性某大学有三
97、个系，各自有一个局域网用多个集线器可连成更大的局域网三个独立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中一系三系二系主干集线器一个更大的碰撞域碰撞域优点使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。用集线器扩展局域网各种网络设备与网络分段网桥（Bridge）与网络分段网桥工作在OSI模型的第二层（数据链路层），所以网桥可以读取第二层的帧头信息（如源地址、目的地址）来作出转发决定。网桥能够隔离冲突域，但是网桥的所
98、有端口处于一个广播域中，当收到一个广播帧时，它会将广播帧转发给自己所有的端口。网桥80/20规则80/20规则的意义是：将有共同兴趣或工作方式的终端用户放在同一个本地网段中，80%的流量都是本地的，只有20%的流量需要跨过网桥到另一个网段。实践表明，在保证80%的流量是本地流量的情况下，网桥能够很好的满足用户的需求，但一旦这种模式发生了改变时，将会有更多的流量经过网桥，这时网桥的分段就不明显了。BDAC网桥网桥80%80%20%20%各种网络设备与网络分段交换机（Switch）交换机的分段与网桥类似，工作在OSI模型的第二层（数据链路层），可以根据第二层的帧头信息（如源地址、目的地址）来作出转
99、发决定。能够隔离冲突域，交换机的每一个端口属于一个冲突域，但是它的所有端口处于一个广播域中，当收到一个广播帧时，它会将广播帧转发给自己所有的端口。HOSTAHOSTB冲 突 域单播数据包广 播 域HOSTCHOSTD单播数据包HOSTXHOSTYHOSTZ交换机与网络分段以太网交换机冲突域局限于交换机一个端口上各种网络设备与网络分段路由器（Router）路由器属于第三层即网络层设备，它根据地址进行路由器属于第三层即网络层设备，它根据地址进行网络的分段网络的分段 。所以路由器即可分割冲突域也可分割广播域。路。所以路由器即可分割冲突域也可分割广播域。路由器的每一个端口属于一个广播域由器的每一个端口
100、属于一个广播域以 太 网HOSTAHOSTBHOSTC冲突域单播数据包广播域网段1以 太 网HOSTXHOSTYHOSTZ网段2路由器单播数据包冲突域广播数据包广播域广播数据包网络介质、设备网络介质、设备对应对应OSIOSI参考模型的参考模型的参次参次传输介质、中继器、集线器、连接器、转换器物理层网卡、网桥、交换机数据链路层路由器网络层网关网络层或应用层网络介质与参考模型对应表网络介质与参考模型对应表本章小结本章小结网络传输设备工作在数据链路层。主要有调制解调器、网卡、中继器、集线器、网桥、交换机、路由器等设备。（1）要想利用电话线建立网络连接（与Internet服务提供商或与专用网上的拨号上
101、网服务器连接），需使用调制解调器。其功能是对信号进行调制和解调。调制解调器与计算机连接完成后，还需安装驱动程序。（2）局域网中的计算机互联需要使用网络适配器（网卡）。硬件生产商为每一个网络接口卡分配一个物理地址。选择网卡时，主要考虑以下两个方面的因素即可：一是选择适当的连接器接口；二是选择适当的传输速率。网卡通常被认为是物理层设备，而网卡驱动程序是运行在OSI模型的数据链路层上。（3）中继器存在于OSI模型的第一层，中继器在把信号发送到网络上之前对信号进行整形、放大和重定时。使用中继器可扩大网络的范围、增加网络节点的数目。（4）集线器（HUB）是一种特殊的中继器，当中继器用作星形拓朴结构的中心
102、时，使用集线器代替中继器。它能放大信号，但无过滤功能。当一台集线器不能满足网络的需求时，可以使用堆叠和级联方式连接多台集线器。（5）网桥基于站点或MAC地址，将网络分成几段并将流量进行过滤，以减少网络上不必要的业务量并将冲突发生的可能性降至最低。（6）交换机是一种廉价而且高效的集线设备，它可以减少网络的拥塞，避免数据冲撞而导致的性能降低及重新路由信息，增加网络安全性。（7）路由器能够对网络上数据传送的最佳路径作出智能判定。补充作业1.中继器工作在OSI的第几层，有什么功能？2.集线器工作在OSI的第几层，有什么功能？3.网桥工作在OSI的第几层，有什么功能？简述其工作原理。4.交换机工作在OSI的第几层，有什么功能？简述其工作原理。5.路由器工作在OSI的第几层，有什么功能？简述其工作原理。6.从不同角度区别集线器、交换机、路由器？
