《网络设备互连》PPT课件.ppt

第十二章 网络设备及互连 本章主要内容 o网络互连的概述 o网络互连设备 o网络互连实例 1 网络互连的概述 1 互联网的概念 o计算机网络往往由许多种不同类型的网络互 连而成，即从功能上和逻辑上看，这些计算 机网络已经组成了一个大型的计算机网络， 称为互连网络（internetwork），也简称为 互联网。 o将网络互相连接起来要使用一些互连设备 （中间设备 ），常用的网络互连设备 有中 继器、网桥、路由器、交换机和网关等。 网络互连的概述 2 网络互连的方式 oLAN-LAN n互连层次 LAN-LAN网络互连发生在OSI/RM的数据链路层。 n互连设备 LAN-LAN网络的互连设备是网桥、中继器或路由器。 oLAN-WAN n互连层次 LAN-WAN的互连发 生在网络层 。 n互连设备 LAN-WAN的互连设备 是路由器。 网络互连的概述 oWAN-WAN n互连层次 WAN-WAN互连发 生在OSI/RM的传输层 及其上层。 n互连设备 WAN-WAN的互连设备 是网关。 网络互连的层次关系见下图。 2 网络互连设备 网络互连设备根据它工作的网络层次和所支持 的协议可分为四种类型： o中继器/集线器 o网桥/第二层交换机/网卡 o路由器/第三层交换机 o网关 2 网络互连设备 o集线器 o中继器 o网卡 o网桥 o交换机 o路由器 o网关 中继器和集线器 o中继器又称转发器，它是扩展局域网的硬件设 备，属于物理层的中继系统。 o中继器的功能是在物理层内实现透明的二进制 比特复制，补偿信号衰减。 中继器和集线器 o中继器的主要功能包 括： n信号恢复 n隔离（隔离有故 障的媒体） n不同传输媒体连 接 n接口管理 中继器和集线器 o集线器是一种网内连接设备，它执行信号再生、信息 包转发及其他相应功能。 o集线器被连接在网络的各个节点上，当网络上的某个 节点发生故障时，能马上显示出来，并采取有效措施 保证网络正常工作。 o集线器具有公共的机座/公共的电源特性，能够减少 电缆接线，操作接口一致，便于扩展等特点。 o有些集线器具有智能化，集成了网络管理功能，可进 行叠堆。 中继器和集线器 o中继器的选择 根据不同的用户需求和用途，市场上的中继器产品有多 种类型：双口中继器、多口中继器、集线器（HUB）和 多路复用器等。双口中继器是最常用的中继器，可用于 扩展两个10 BASE-2或10 BASE-5网段的同轴电缆长 度。 集线器是一种多口中继器，主要用于10 BASE-T网络中 双绞线的连接。多路复用器主要用来提高物理介质的利 用率。 q中继器的使用限制 事实上，并不能利用任意多个中继器将任意多个网段互 连起来。IEEE802.3规定，最多只能用4个中继器来连接5 段同轴电缆的网段，以保证信号质量和传输速率。 ABCD 物理层 所有设备在同一冲突域 所有设备在同一广播域 所有设备共享相同的带宽 集线器运行在物理层 集线器：同一个冲突域 接入设备越多冲突机率越大 用CSMA/CD技术 网卡的功能 o数据的接受和发送及处理 o系统的物理地址 数据源地址 FCS 长度目标地址 可变长2664 0000.0C xx.xxxx 厂商自己分配 IEEE 分配 MAC子层- 802.3 前导符 Ethernet II 在这 里用 “Type”指 明上层协议，所 以不用 802.2. MAC 地址 8# 字节 网卡属于数据链路层 网桥 o网桥也称桥接器，这是数据链路层上局域网之间的 互连设备。 网桥 o网桥以帧为单位实现接收和转发。主要解决 以下问题： n对不同格式的帧进行分组； n利用缓冲区存储来处理的来自不同数据速率的 帧，防止阻塞和帧丢失； n区分不同的超时控制，正确确认帧传输的有效 性。 网桥 o网络还能进行对错误的帧进行检测和过滤。 o网桥分为：内桥、外桥和远程桥等三类。 内桥 o由文件服务器充当网桥 外桥 o由工作站充当网桥 远程桥 o通过调制解调器及通信媒体 每段有自己的冲突域 所有的段都在同一广播域 数据链路层 或 123124 交换机和桥运行在链路层 交换机 每段有自己的冲突域 广播信息向所有段转发 缓冲区 交换 交换机的三大主要功能 o地址学习 o数据包（帧）的接收、存储和转发 o环回避免 路由器 o路由器是网络层的中继系统。具有很强的异种 网互连能力。 o路由器的功能包括过滤、存储转发、路径选择 、流量管理、媒体转换等，即在不同的多个网 络之间存储和转发分组，实现网络层上的协议 转换。 直接交付和间接交付 间接交付 间接交付 间接交付 A B C 直接交付 直接交付 直接交付不需要使用路由器直接交付不需要使用路由器 但间接交付就必须使用路由器但间接交付就必须使用路由器 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 1 11 3 3 12 2 2 2 3网络层 2数据链路层 1物理层 “转发”和“路由选择”的区别 oo“ “转发转发” ”(forwarding)(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的就是路由器根据转发表将用户的 IP IP 数据报从合适的端口转发出去。数据报从合适的端口转发出去。 oo“ “路由选择路由选择” ”(routing)(routing)则是按照分布式算法，根据从各相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 选择的路由。选择的路由。 oo路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从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。表得出的。 oo在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由 表的区别表的区别. . 路由器 o一个路由器要保证其连接任务就必须具有如下 功能： n路由算法 n连接：利用路由器连接地理范围比较大的网络 n传输控制 n管理：具有一定的网络管理功能。 路由器提供远程访问服务 因特网 家庭办公用户 分部 调制解调器 或 ISDN适配卡 移动用户 公司总部 网关 o网关也称信关，这是建立在高层之上的各层 次的中继系统。这时用于高层协议置换的网 间连接器。 网关 o网关可以互连不同体系结构的网络，其典型 的应用包括：局域网和远程网络主机、局域 网之间互连和局域网与广域网互连。 网络互连设备 6 网络互连设备的对比 以上各种网络互连设备的对比见下表所示。 3 网络互连实例中小规模局域网组建 知识点回顾：局域网的主要技术：拓朴结构、传输介质、介质访问 控制方式以及相关标准和协议等。 深入调查，了解需求 组网的主要技术环节： (网络互连：路由协议、IP地址、接入Internet等。 综合分析，确定性能 网络选型，设计拓朴 接入Internet 安装、配置、调试 划分子网，分配IP地址 第一步：背景现状及未来 某单位有三栋建筑：1号楼、2号楼、3号楼，每栋楼直线相距50米。 现有电脑50台，未来35年增加到100台左右。 1号楼:3层 办公楼 20台电脑 2号楼:5层 研发部(3楼） 、供销部等部 门 3号楼:5层 生产车间 10台电脑 现有20台电脑未来3 5年增加到70左右 第二步：需求分析及带宽估算 共享软、硬件资源。 在局域网内实现实时音频、视频服务，研发部内部能够互 相传输CAD图片。 每间办公室、每个车间都有一个信息点。 实现Internet的接入和网上信息发布。 1.总体需求 2.带宽估算 比较精确的带宽可以采取由点带宽到分支带宽，再到主干带宽的推 算方法，这里采用一个简单的粗略估算方法：假设所有用户同时并 发，每个视频流需要占用带宽200Kbps，则主干带宽为： 当前需求： 200Kbps5010Mbps 未来需求： 200Kbps10020Mbps 第三步 网络选型 可选择的组网技术有：Ethernet、Token Ring、Token Bus、ATM等 。 首选方案： 以太网技术。 Token Ring、Token Bus技术近年已经逐渐退出市场，很少采用。 ATM技术以交换速度快、服务质量好而著称，但技术复杂、价格 昂贵，在局域网中的应用不多。 Ethernet技术经过多年的发展，已经在传统的10M以太网的基础上 开发出100M、1G、10G以太网，技术较成熟，价格适中，在局域 网中应用广泛。 网络选型的原则：技术成熟、性能满足需求并适当留有余地（通常 冗余3050%）、价格适中。 以太网的选型 10BASE以太网，10Mbps，技术简单，设备便宜，基本满足当 前需求。 100BASE以太网， 100Mbps，技术成熟，设备价格适中，能满 足当前和未来一段时期的发展需求。 1Gbps以太网，技术成熟，设备较贵，大大超出需求。 首选方案： 100BASE 以太网 第四步 拓朴结构和媒体选择 考虑到传输实时音频、视频的需求，若采用一级交换机的星 形结构，则中心节点负荷过重，拟采用多级交换机的树形拓 朴结构。 根据电脑的分布情况，网络中心选择放在2号楼三楼。 不宜采用宜采用 拓朴结构和媒体选择 楼与楼之间采用100BASE-FX单模光纤（2芯） 1号楼 2号楼:网络中 心放在3楼 3号楼 网络拓朴结构下图所示。 每栋楼采用100M交换机作为二级节点，楼内各楼层之间采用 100BASE-TX双绞线（2对），楼层内采用10M/100M自适应集线 器，由集线器到各信息点之间采用10BASE-T双绞线。 产品研发部由于对带宽有特殊需要，所以在本楼层采用10M/100M 交换机。 拓朴结构和媒体选择 图6-20 网络拓朴结构图 100M中心交换机 100M交换机100M交换机100M交换机 HubHub 10M/100M交换机 HubHubHub 网管机 光纤光纤 双绞线双绞线 网络中心(2号楼3楼) 1 号楼 2 号楼 3 号楼 服务器 研发部 设计室 第五步： 主要设备性能选择 中心交换机：8个100Mbps端口，支持100BASE-FX、 100BASE-TX。 二级交换机：4个100Mbps端口，支持100BASE-FX、 100BASE-TX。 三级交换机：10M/100Mbps自适应功能，至少2个100M端口。 Hub： 10M/100Mbps自适应功能。 光纤： 100BASE-FX单模光纤。 双绞线： 100BASE-TX无屏蔽5类线、 10BASE-T无屏蔽3类线 。 第六步： 申请IP地址 向CNNIC（中国网络信息中心）IP地址分配联盟申 请IP地址。假设申请得到一个C类地址：202.112.146.0 由于本设计网络较小，不必划分子网，则子网掩码 取默认值：255.255.255.0 第七步： 接入Internet 常用的接入方式有：DDN专线、B-ISDN专线、xDSL、 HFC、普通拨号连接、卫星线路等。 综合考虑性价比，可选择DDN专线