网络互连设备与技术.ppt

第二章 网络互联设备与技术,纲要： 网络互联 网络互联设备 网络技术,一、网络互联,概念 网络互联是指将分布在不同地理位置的网络、设备 相连接，以构成更大规模的互联网络系统，实现互联 网络中的资源共享。 实现网络互联应满足的条件： 在互联的网络之间提供链路，至少有物理线路和数据线路 在不同网络结点的进程之间提供适当的路由来交换数据 提供网络记账服务，记录网络资源的使用情况； 提供各种互联服务，应尽可能不改变互联网的结构,网络互联的优点和准则 优点：扩大资源共享的范围（多用户共享） 提高网络的性能（子网自治） 降低成本（主机先行连网） 提高安全性（权限设置） 提高可靠性（子网划分） 准则： 不同的子网在性能和访问控制等方面存在差异，网络互联提供了不同子网之间的网络通路、屏蔽或容纳差异。 不能因提高网络之间传输的性能而影响各个子网内部的传输功能和传输性能,网络互联的类型与层次 类型: . 局域网局域网互联 a.同种局域网互联 是指符合相同协议的局域网之间利用网桥的互联。 b.异型局域网互联 是指不符合相同协议的局域网之间的互联。也可以利用网桥进行互联，但是此网桥一定要支持互联的网络使用的协议,局域网,. 局域网广域网互联 局域网和广域网互联可以通过路由器和网关实现 . 局域网广域网局域网互联 两个分布在不同地理位置的局域网通过广域网以及路由器和网关实现互联。,局域网,. 广域网广域网互联 广域网和广域网互联可以通过路由器或网关实现，连入的主机的资源可以实现共享。 层次： 互联相关 概念 网络的互联：是指在两个物理网络之间至少有一条在物理上连接的线路，它为两个网络的数据交换提供了物质基础和可能性，但不能保证两个网络一定能进行数据交换。,网络的互通：是指两个网络之间可以交换数据。它仅仅涉及通信的两台计算机之间的端端的连接与数据交换。 网络的互操作：是指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。 网络互联的层次(OSI) 1）数据链路层互联 数据链路层互联的设备是网桥。网桥在网络互联中起数据接收、地址过滤和地址转发的作用，它用来实现多个网络系统之间的数据交换。 此互联允许数据链路层和物理层的协议不相同,2）网络层互联 网络层互联的设备是路由器。网络层互联主要解决路由选择、拥塞控制、差错处理与分段技术等问题。 3）高层互联 传输层及以上各层协议不同的网络之间的互联属于高层互联，实现高层互联的设备是网关。 此层主要使用应用层网关即应用网关，用它实现两个网络的高层互联时，两个网络的应用层及以下各层网络协议可以不相同。,二、网络互联的设备,网卡（网络卡/网络接口卡/NIC）network internet card 网卡是计算机主板与网络缆线的接口板 工作原理： 整理计算机上发往网线上的数据并将数据分解为适当大小的数据包之后向网络上发送出去。 网卡分类 . 按传输速度分类： 10M网卡、10/100M自适应网卡、千兆网卡,按网卡连线的插口分类： RJ45接口的网卡(最常用） 它采用10BASE-T双绞线网络接口类型，它的一端就是电脑网卡上的RJ45插口，另一端就是集线器上的RJ45接口。 BNC接头网卡 它采用10BASE2同轴电缆的接口类型，它同带有螺旋凹槽的同轴电缆上的金属接头相连。 AUI接头网卡 此接头使用的比较少 按总线类型划分 ISA总线网卡、PCI总线网卡、PCI-X总线网卡和PCMCIA接口网卡。,网卡的作用 . 将计算机和传输介质相连，及数据帧的收发； 接收上层的数据包，进行再次封装形成帧后转发，反之亦可。 . 提供的物理地址（MAC），唯一标识本台计算机 IP地址是计算机的逻辑地址；MAC地址是计算机的物理地址，计算机通信时必须使用物理地址。 察看MAC地址：运行-cmd-ipconfig/all . 控制数据的流量，在以太网中，检查数据是否碰撞，以便延迟发送。 . 进行串行和并行信号的转换,网卡的安装 硬件安装、软件安装、网络连通性测试（ping) 1.ping 回路地址 127.0.0.1 测试本机支持网络的软件是否正常 2.ping 本机地址 测试网卡启动及TCP/IP设置是否正确 3.ping 网关 测试局域网是否连接正常 4.ping DNS 测试与外网连接的网关是否正常 5. Ping 外网IP 测试与外网通信是否正常。 （写出你测试新组建网络是否能正常连接外网的步骤）,常用的网卡通信协议： TCP/IP（传输控制协议/网际协议） IPX/SPX（网际数据包交换/序列数据包交换,Novell） NetBEUI （NetBIOS增强型用户接口） 在不同的操作系统中网卡所选的通信协议也不一样，不能随便选取，否则会造成网络接入速度太慢、工作不稳定，甚至无法接通网络。,思考题？ 制作RJ45网线的方法有哪几种？都应用于哪种工作环境？ 请详细写出线序 直通线：白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕。 (用在集线器或交换机与计算机之间的连接) 交叉线：白绿，绿，白橙，蓝，白蓝，橙，白棕，棕 白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕。 (用于两台电脑直接互联),集线器 集线器是以星型拓扑结构连接计算机的连接设备，它包含多个端口以连接网络组件。通过集线器发送的单个数据包到达所有连接的计算机,工作原理 使用广播技术，即HUB从任一个端口收到一个信息包后，都将此信息包广播发送到其他的所有端口。 *广播技术：指HUB将该信息包以广播发送的形式发送到其他所有端口，此时，连接在集线器所有端口上的计算机不能发送数据。* *集线器工作在OSI七层协议中的物理层*,集线器的分类 . 标准特性集线器 多数集线器主要的连接是RJ45插座，具有电源和端口状态指示灯以及监视端口通信的状态和冲突的指示灯。 *每种线缆到集线器的长度由使用的介质决定*,. 被动集线器 它是相对静止的，不能对接收到的信号进行任何处理，不能提高网络性能，不能监测硬件错误或性能瓶颈。只简单的从一个端口接收数据并通过所有端口分发。 . 主动集线器 又称为多端口中继器，除具有被动集线器的功能外，还能监视数据。它接收信号、处理信号、重新以原始的强度和定义将信号传输到连接的计算机或组件上 . 智能集线器 具有主动集线器的功能外，还提供了集中管理功能。它支持以太网、令牌环和FDDI（光纤分布式数据接口）.,交换机 工作原理 交换机接收到数据包之后，需要根据自己保存的网络地址表来检验数据包内所包含的发送方地址和接收方地址。然后分三种情况处理： a.如发送方地址位于接收方地址网段，交换机将丢弃数据包（即不通过交换机传送），减少了冲突；,b.如接收方地址和发送方地址处于两个不同的网段，交换机会根据内存的地址表（MAC）找到对应的端口，将数据包从该端口转发到目标网段； c. 如双方处于不同网段，且不知道目的地址，则采用广播方式向所有的连接端口转发，直到目的机接收，并将其MAC地址记录到自己的物理地址表中。 交换机的分类 . 广义上交换机分类： 广域网交换机：主要用于电信领域，提供通信用的基础平台 局域网交换机：用于局域网中连接终端设备。,. 按传输介质和传输速度分类： 以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机 . 从规模应用上分类： 企业级交换机、部门级交换机、工作组交换机 交换机的交换方式 . 直通式 工作原理： 在输入端口检测到数据包，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表，转换成相应的输出端口地址，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。,优点：延迟非常小，交换非常快 缺点：因未被保存，故无法检查传送数据包是否有错，不能提供错误检测能力。 .存储转发（store&forward） 把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC（循环冗余校验）检查，在对错误包处理后，才取出数据包的目的地址，通过查找地址表转换成输出端口的送出包。 优点：对数据包进行错误检测，有效地改善网络性能 缺点：保存数据包，故延时大,. 碎片隔离（fragment free） 它检查数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃；如果大于64字节，则发送。 优点：数据处理方式比存储转发方式快，但慢于直通。 缺点：不进行数据校验 交换机功能 1. 可以将原有的网络划分成多个子网络，能够做到扩展网络有效传输距离，并支持更多的网络节点。 2. 使用交换机划分网络可以有效隔离网络流量，减少网络中的冲突，缓解网络拥挤状况。 *交换机工作于OSI七层协议的第二层*,路由器 工作原理：当路由器收到从源端发来的数据包时，它会分析目的节点的IP地址信息，如果不是本网段的，就把数据包接收下来，接着根据路由表确定发往目的地的最佳路径，然后从对应的端口将数据包转发,路由器的主要目的：在网络之间提供路由选择，进行分组转发。 * 路由器工作于OSI七层协议中的第三层，即网络层。 路由器的作用 . 将大型网络拆分为较小的网络，以提高网络的带宽； . 在网络之间充当网络安全层，具备包过滤功能的路由器还可做硬件防火墙使用； . 由于广播信息不会通过路由器，故可防止网络风暴； . 实现不同网络协议的连接； . 选择最佳的路由。,路由和路由表 路由的概念：对于目的主机和源主机不在同一个子网的情况，需要通过路由器进行转发，这一过程称为路由（routing）。 路由表：,说明： “U”表示路由状态为up（即激活状态），“G”表示把分组导向外部网关； 网关(gateway)：下一跳路由器的入口IP 接口（interface):到达目的网络的本路由器的出口IP 跳数（metric)：用于表示每条可能路由的代价，跳数最小的路由就是最佳路由 分组到达时，所进行的路由步骤： 1. 目标主机和源主机在同一网段，则直接发送给目标主机，所用路由表为,. 如分组是发给远程网络的，就转发给路由表提供的下一个路由器，所用路由表： . 如目标主机的IP地址在路由表中没找到，则发往默认网关，所用路由表： Default定义了一个缺省路由，如果路由表中没有与目的地址相匹配的信息，则分组发送给缺省路由,网关（Gateway） 网关实际上是一个网络通向其他网络的IP地址，网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地址如路由器、启用了路由协议的服务器。(协议的转换器） 网关的功能 用于将具有不同体系结构的计算机网络连接在一起。 *网关工作于OSI七层中的应用层*,网关的分类 . 面向连接的网关：用于虚拟电路网络的互联 . 无连接的网关：用于数据报网络的互联 网关与网桥的区别 . 网关是用来实现不同局域网的连接； . 网关建在应用层，网桥建在数据链路层； . 网关比网桥有一个主要的优势，它可以将具有不相容的地址格式的网络相连起来。,网络传输介质 网络传输介质就是指连接网络设备并且能让其之间进行通信和信息交换的介质，如双绞线、光纤、同轴电缆卫星等 双绞线（Twisted-pair） 双绞线（TP）是综合布线工程中最常用的一种传输介质，是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成，主要用于传输模拟/数字信号 双绞线分类： 屏蔽双绞线（STP）:有机织的铜外套，起到更好的保护作用，有较高的质量 非屏蔽双绞线（UTP）:最流行的，最通用的LAN电缆,双绞线的特点： 屏蔽双绞线： 误码率相对非屏蔽双绞线低;价格较贵； 抗干扰性较好； 非屏蔽双绞线： 直径小，节省所占用的空间； 重量轻，易弯曲，易安装； 将串扰减至最小或加以消除； 具有阻燃性 具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线 绝缘性能不好，分布电容参数较大，信号衰减比较厉害,同轴电缆（coaxial） 同轴电缆是网络中常用的具有保护套的传输介质，是一种高带宽、低误码率、性能价格比较高的传输介质。 同轴电缆分类： 基带同轴电缆：阻抗为50欧姆，只传输数字信号，且不对信号进行调制。,宽带同轴电缆(电视电缆）：阻抗为75欧姆，可以传输数字信号和模拟信号 同轴电缆的特点： 基带同轴电缆：容易安装；造价较低；网络抗干扰能力强；网络维护和扩展比较困难；电缆系统的断点较多，影响网络系统的可靠性。 宽带同轴电缆：具有较高的可靠性，网络抗干扰能力强；具有较大的地理覆盖范围，最长距离可达2500米；网络安装、维护和扩展比较困难；造价高。,光纤（fiber-optic） 光纤使用光纤维以光的调制脉冲的形式传输数字信号，它不传输电脉冲，信号不能被窃听，数据不会被偷；它有利于极高速、大容量数据传输，且干扰小；但是在安装时如不小心的话，容易折断.,光纤分类： 1. 传输点模数类 所谓“模“是指以一定角速度进入光纤的一束光。 单模光纤（Single mode fiber）:纤芯细，传输频带宽、容量大，传输距离长，但因其需要激光源，成本较高。（采用固体激光器） 多模光纤（Multi mode fiber）:纤芯粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，成本比较低 （发光二极管） 2.折射率分布类 跳变式光纤：其折射率呈阶梯型变化 渐变式光纤：其折射率随着半径的增加按一定规律减小，近似抛物线。,光纤的特点： 重量轻：一公里长只有几十克重； 传输速率高：短距离（几十公里）可达2Gbps，长距离可达几百Mbps 误码率低： 不受电磁干扰，保密性好，传输损耗极低 *现在网络工程中，使用的光纤有62.5um/125um100um/125um和100um/140um*,无线通信设备 在Lan中进行无线传输有两项通用技术：红外线传输和窄带无线电传输 1.红外线传输（infrared transmission） 通过使用红外线光束在设备之间传送数据以实现红外线传输，要求设备之间有一条清晰的视线。 2.窄带无线电传输（narrowband radio transmission） 用户同时在传输设备和接收设备上调谐到一定的频率，使用无线电波，不债带无线电不需要视线对焦；而钢铁和负载方向墙壁能干扰债带无线电,网 1 10.0.0.0,网 4 40.0.0.0,网 3 30.0.0.0,网 2 20.0.0.0,10.0.0.4,40.0.0.4,30.0.0.2,20.0.0.9,20.0.0.7,目的主机所在的网络,下一跳地址,20.0.0.0,30.0.0.0,10.0.0.0,40.0.0.0,20.0.0.7,30.0.0.1,直接交付，接口 1,直接交付，接口 0,路由器 R2 的路由表,30.0.0.1,10.0.0.4,40.0.0.4,30.0.0.2,20.0.0.9,20.0.0.7,30.0.0.1,链路 4,链路 3,链路 2,链路 1,R2,R3,R1,0,1,R2,R3,R1,路由表中最主要的是 （目的网络地址，下一跳地址）,补充:IP 层转发分组的流程,路由的类型,tcp/ip通常按照下列顺序搜索路由表以找到路由的最佳匹配： 1）主机路由：定义网关到一个指定主机的路由； 2）网络路由：定义网关到一个指定网段或网络的一条路由； 3）默认路由：如果主机路由和网络路由都没有定义一条到目的地的路由，则使用默认路由。,N1,R1,因特网,目的网络 下一跳 N1 直接 N2 R2 默认 R1,路由表,N2,R2,只要目的网络不是 N1 和 N2， 就一律选择默认路由， 把数据报先间接交付路由器 R1， 让 R1 再转发给下一个路由器。,默认路由(default route),三、网络技术,以太网（Ethernet） 以太网使用总线拓扑结构连接，其中缆线在两端终结,访问方法： 以太网使用的网络访问方法是带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法， CSMA/CD是一组规则集，是一个争用型的、分布式介质的访问控制协议。当网络上两台设备试图同时发送数据时，该规则集定义网络设备如何反应； 1. CSMA/CD的帧发送过程 网络中的每台计算机要想发送数据，必须先检测缆线是否为空，如为空则可以发送数据，否则要等待，且每次只能有一台计算机发送数据； 发送帧的同时也要继续监听总线，一旦监听到冲突发生，便立即停止，并不断往总线上发送阻塞信号，以通知总线上各个站点。,2. CSMA/CD的帧接收过程 帧接收过程中，非发送站点总是处于监听总线状态。接收到帧的站点，要对帧有效检查： .去除帧碎片，如接收到的帧小于最小帧长度，将丢弃 .检查帧的目的地址，看与本机地址是否相符合 . 进行CRC校验 CSMA（carrier sense multiple access） 载波侦听多路访问，简称CSMA CD（collision detection）冲突检测，简称 CD CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测,按传输速率分类 标准以太网（10baseT），支持以10Mbps的数据传输速率 快速以太网（100baseT），支持100Mbps的数据传输速率 G级以太网，支持1Gbps（每秒1G比特）或者说1000Mbps的传输速率 bps（波特率）：bits/second=b/s,令牌环网（Token ring） 令牌环网是以环型拓扑结构实现的，网络上的所有计算机物理连接到集线器上。 物理环是指所有节点通过实际存在的物理线路连接成一个串，并把首尾相连接组成一个环状，每个节点都有且只有另外两个节点与之相连。,逻辑环是把所有节点进行排序（如按地址数），且队列首尾相连；逻辑环表示计算机之间的令牌路径。 访问方法： 在令牌环网络中使用的访问方法为令牌传送，一个令牌是一条特殊的比特流，该比特流在令牌环网络中传输。一台计算机除非占有该令牌，否则不能传输 当一台计算机控制该令牌时，它发出一个数据帧到网络上，该帧沿着环前进，直到它到达某台计算机，该计算机的地址与帧中的目的地址相匹配 *令牌环中的传输速度在416Mbps*,概念介绍 令牌（Token）：是一种有特殊意义的数据或信号，沿网络的某一方向循环传递。令牌有两种形式：忙令牌（禁止发送）和空令牌（允许发送）。 单令牌收发协议：每个环节点有两个状态，即听状态和发送状态。节点在发送信号期间处于“发送状态”，环延迟连接被断开,分别与本节点的发送和接收部件相连；不发送信号期间处于“听状态”，延迟连接装置是接通的。 令牌维护机制：防止令牌丢失或网络上同时存在多个令牌，而导致网络不能正常运行。,异步传输模式（ATM/Asynchronous Transfer Mode) 异步传输模式（ATM）是一种面向连接的数据传输技术，是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，在LAN和WAN上发送固定长度的数据包；固定长度数据包又叫信元，是只包含基本路径信息的数据包，允许交换设备快速转发该数据包（cell）,ATM信元是固定长度的分组，共有53个字节，分为2个部分： 访问方法 ATM网络使用点到点访问方法，这种访问方法通过ATM交换设备从一台计算机到另一台计算机传输固定长度的数据包，结果为高速传输小的压缩数据包 传输速度 ATM网络中的传输速度为155622Mbps之间,光纤分布式数据接口(FDDI) 光纤分布式数据接口(Fiber Distributed Data Interface )是一种普遍使用的高速局域网,其传输速率为100Mbps。具有长距离、高带宽、抗干扰、防偷听的优点。 FDDI网络包括两个相似的数据流，以相反的方向流经两个环，一个环叫主环，另一个环叫次环，当主环有问题，该环通过向次环传输数据来重新配置自己，从而继续传输。,访问方法 FDDI网络中使用的访问方法为令牌传送；FDDI网络上的计算机在释放令牌之前在预先确定的时间内可以传输它能产生的任意多的数据包，传输完成即释放令牌 传输速度:在FDDI网络中的传输速度为100Mbps 令牌传递方式下单环上数据的传输过程,综合业务数字网(ISDN) 综