第2章 常用网络设备.ppt

第2章常用网络设备 张书源 2 1物理层设备 中继器集线器 一 中继器 Repeater 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 中继器用于对物理信号的再生放大 5 4 3 2 1规则 由于以太网信号在传输时有一定的时间规则 所以一个网络不能使用太多的中继器 最多有5个网段 最多使用4个中继器 其中3个网段可连接站点 其余2个网段只用于加长不能连接站点 组成的是1个共享式局域网 中继器主要用于早期的同轴电缆网络 现在已很少使用 二 集线器 HUB 集线器是一种多口中继器 用于对信号的再生放大 集线器也应该遵循5 4 3 2 1规则 即同一个网络中的任意两个站点间最多只能穿过4个集线器 集线器原理 集线器用广播方式转发收到的数据帧 它会将数据帧从来源接口外的所有接口转发出去 由站点来决定是否接收该帧 当一个站点收到一个数据帧后 它会检查帧中的MAC地址 如果与自己的MAC地址相匹配 就会接收该帧 否则就丢弃该帧 集线器特点 1 由集线器构建的局域网是共享式局域网 2 当站点数量增加时 网络性能下降很快 所以集线器不适合于站点数量较多的场合 3 集线器价格便宜 多用于连接桌面站点 2 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 MAC地址又称物理地址 PhysicalAddress 它由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 每块网卡都有一个MAC地址 它是生产厂家在生产时写入的 保证绝不重复 数据帧就是通过MAC地址寻访到目的主机的 站点每收到一个帧 就检查其目的地址 如果与本机相匹配 就接收该帧 如果不匹配 就不予理会 以太网帧的封装与寻址 源地址 发送者的MAC地址 目的地址 接收者的MAC地址 该地址分为单播地址 多播地址和广播地址三种类型 在发送方需要生成一个单播帧之前 它需要通过ARP协议获取接收方的MAC地址 ARP协议的工作过程如下 1 ARP协议分析IP数据报中的目的IP地址 如果目的IP地址不在本网络中 则将默认网关所对应的MAC地址作为帧的目的地址封装到帧中 这种帧会被送往默认网关 由它路由到目的网络中 2 如果目的IP地址是本网络中的多播或广播地址 则直接用多播或广播MAC地址封装帧 这种帧会以广播方式发送给本网络中的所有主机 3 如果目的IP地址是本网络中的单播地址 ARP就向网络中广播一个ARP消息 目的主机收到后就回送一个带有本机MAC地址的应答消息 ARP用该地址封装帧 同时 ARP协议会将该地址保存在本机的ARP高速缓存中 这样 在下次封装时就不需要广播ARP消息了 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 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 三 交换机 Switch 交换机是一种转发设备 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 交换机不需要遵循5 4 3 2 1规则 它连接的网段级数不受限制 但为了保证网络效率 推荐不要超过4级 交换机原理 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 在多数情况下 交换机可以实现数据的点对点传输 隔离了冲突域 提高了网络传输效率 MAC地址表 为了实现点对点传输 在交换机中保存了一张MAC地址表 用来记录各接口所接的站点 交换机的地址学习 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 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 交换机转发 过滤决策 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发送帧4 A向B发送帧此时的地址表内容是怎样的 共享式以太网和交换式以太网 共享式以太网 用集线器或总线连接的网络是共享式网络 这种网络中 数据会流经所有站点 所以 当一个站点在传输数据时 其它站点都只能等待 HUB HUB HUB 冲突域 共享式网络的冲突会遍及整个网络 交换式以太网 用交换机连接的网络是交换式以太网 这种网络中 数据一般是点对点传输的 它不会占用其它站点的传输通道 所以可减少冲突的发生 Switch HUB HUB 冲突域 交换式网络可将冲突域限制在它的每个分支中 但如果有站点发送广播 则冲突仍会扩展至整个网络 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 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 2 3网络层设备 路由器三层交换机 一 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 路由器工作原理 R1的路由表 R3的路由表 二层设备与三层设备 交换机工作在数据链路层 属于第二层设备 它们处理数据时以帧为单位 并且通过MAC地址进行寻址 IP地址对它来说是不可见的 数据链路层 物理层 交换机 帧 帧 帧 路由器工作在网络层 属于第三层设备 它们处理数据时以IP数据报为单位 并且通过IP地址进行寻址 数据链路层 物理层 网络层 帧 IP数据报 IP数据报 帧 路由器收到帧后 会取出其中的IP数据报 处理后 再重新包装为帧 再传递出去 路由器和交换机的主要区别 1 路由器是通过IP地址寻址的 交换机是通过MAC地址寻址的 由于IP地址带有网络信息 而MAC地址没有 所以用路由器可进行网络间的连接 而交换机只能工作在一个网络中 2 用路由器可连接异种网络 交换机只能连接同种网络 比如 把以太网和帧中继网互联 两种网络的帧结构和帧长度是不同的 路由器可以把收到的以太网帧拆除 重新包装为帧中继网的帧再传输 3 路由器不转发广播 交换机转发广播 此功能可以把广播限定在一个网络内部 4 路由器具有一定的防火墙和安全检查功能 交换机没有 通过设置可以让路由器对某些种类的IP数据报进行限制 阻止它们的传输 5 路由器对数据的处理过程复杂 多数功能是用软件实现的 速度较慢 交换机对数据的处理简单 主要功能由硬件实现 速度很快 路由器的分类 接入级路由器 主要用于家庭或小型企业用户 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 二 三层交换机 三层交换机可工作在网络层 具有一定的路由能力 三层交换机通常用于连接多个同类子网 特别适合于那些需要划分多个子网的局域网 192 168 0 0 24 192 168 1 0 24 192 168 2 0 24 192 168 3 0 24 三层交换引入了流的概念 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 数据链路层 物理层 网络层 帧 帧 帧 帧 帧 帧 流 三层交换机不会对帧进行重新打包 所以它不能连接异种网络 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 三层交换机不会对帧进行重新打包 所以它不能连接异种网络 也没有防火墙等安全控制功能 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 2 4常用网络传输介质 传输介质又称传输媒体 是网络中连接各个通信设备的物理介质 传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类 有线传输介质包括同轴电缆 双绞线 光纤等 无线传输介质包括无线电 红外线 激光等 一 同轴电缆 同轴电缆主要用在早期的以太网中 现在已经淘汰 网络中常用的型号 RG 8 粗缆RG 58 细缆 用同轴电缆连接的网络 二 双绞线 双绞线分为屏蔽双绞线 STP 和非屏蔽双绞线 UTP 每两根具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞缠在一起形成一个线对 可以抵消彼此发生的电磁干扰 STP UTP 双绞线的连接器称为RJ 45连接器 RJ 45接头俗称水晶头 RJ 45插座称为信息模块 水晶头和信息模块也遵循EIA TIA标准 制作线缆时 双绞线和连接器应该使用相同的标准 三 光纤 光纤以激光器或发光二极管作为光源 通过玻璃纤维传输信号 一根光纤只能用于发送或用于接收 所以 通常使用两根光纤 或有两芯的光线 一根用于发送 一根用于接收 光纤分为单模光纤 多模光纤 单模光纤 线径4 10 m 以激光作光源 传输容量大 传输距离可达10km 多模光纤 线径50 75 m 以发光二极管作光源 传输距离2km以内 光纤通信系统 终端 收发器 收发器 终端 电信号 电信号 光信号 连接光纤时 需要使用光纤连接器 光缆信息插座 带光纤接口的收发器等 ST头 SC头 2 5常用以太网标准 以太网遵循IEEE802 3规范 它包括以太网 快速以太网 千兆位以太网和万兆位以太网 一 以太网 Ethernet 网络带宽为10Mbps 遵循的标准是IEEE802 3 这种网络现在已淘汰 规格有 10Base 5 粗同轴电缆以太网 10Base 2 细同轴电缆以太网 10Base T 10M的双绞线以太网 10Base F 10M的光纤以太网 它们的物理层有很大差异 但介质访问控制方法均为CSMA CD 帧格式均为IEEE802 3帧格式 10Base T 速率 10Mbit s通信介质 3 4 5类UTP网络拓扑结构 星型线缆最大长度 100m连接方式 RJ 45只使用4根线 1 2用于发送 3 6用于接收 使用的网卡 集线器 交换机是10M的 二 快速以太网 FastEthernet 网络带宽为100Mbps 遵循的标准是IEEE802 3u 规格有 100Base TX 100M的双绞线以太网 100Base T4 100M的双绞线以太网 100Base FX 100M的光纤以太网 快速以太网仍使用CSMA CD作为它们的介质访问控制方法 帧格式也保留IEEE802 3帧格式 但在线缆的要求上 编码方法等方面与以太网不同 100Base TX 带宽 100Mbps 线缆 5类UTP RJ 45接头或1类STP DB 9接头 只使用4根线 1 2用于发送 3 6用于接收 线缆最大长度 100m 互连设备 网卡 集线器 交换机等均应支持100M速率 新建的百兆以太网多采用100Base TX规范 100Base T4 带宽 100Mbps 线缆 3 4 5类UTP RJ 45接头 使用8根线 3对用于发送和接收 1对用于冲突检测 线缆最大长度 100m 互连设备 网卡 集线器 交换机等均应支持100M速率 这个规范主要用于将原有的10M以太网升级为100M以太网 它只需更换设备 不需要重新布线 100Base FX 带宽 100Mbps 线缆 多模光纤或单模光纤 使用2根线 一根用于发送 一根用于接收 线缆最大长度 多模光纤一般为2km 单模光纤一般为10km 互连设备 具有光纤接口的网卡 集线器 交换机等 均应支持100M速率 这个规范主要用于长距离的连接 三 千兆位以太网 GigabitEnthernet 网络带宽为1000Mbps 遵循的标准是IEEE802 3ab或IEEE802 3z 规格有 1000Base T 1000M的双绞线以太网 1000Base CX 1000M的屏蔽铜缆以太网 1000