基本网络设备的管理PPT课件

1 第3章基本网络设备的管理 集线器交换机路由器 2 3 2 1集线器基础知识 1 集线器的结构集线器 HUB 是对网络进行集中管理的最小单元 集线器最初的功能就是把所有的节点都集中在以它为中心的节点上 集线器是一个共享设备 其实质上就是中继器的一种 3 2集线器 3 2 集线器的分类按功能上分 HUB可分为以下5种类型1 基本型HUB2 智能型HUB IntelligentHUB 3 模块化HUB4 堆叠式HUB5 交换式集线器 SwitchHUB 4 3 2 2集线器的工作原理集线器位于OSI RM参考模型的物理层和数据链路层的MAC 介质访问控制 子层 物理层定义了电气信号 符号 线的状态和时钟要求以及数据编码和数据传输用的连接器 因为集线器只对信号进行整形 放大后再重发 不进行编码 所以是物理层设备 集线器采用了CSMA CD 载波监听多路访问 冲突检测 协议 CSMA CD为MAC层协议 所以集线器也含有数据链路层的内容 5 10Mbit s集线器作为一种特殊的多端口中继器 它在连网中继扩展中要遵循5 4 3规则 即一个网段最多只能分为5个子网段 一个网段最多只能有4个中继器 一个网段最多只能有3个子网段含有PC 其余2个子网段是用来延长网络作用距离的 如图所示 6 集线器的工作过程非常简单 节点发信号到线路 集线器接受该信号 因信号在电缆传输过程中有衰减 集线器将衰减的信号整形放大 最后将信号转发给其他端口 具体过程如下 1 恢复信号振幅和时序 2 接收并传输数据发送 3 监测并传播冲突监测 7 3 3 1交换机概述1 交换机基础知识交换机 Switch 是集线器的升级换代产品 广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备 3 3交换机 交换机 8 交换机拥有一条带宽很宽的背部总线和内部交换矩阵 交换机的所有端口都挂接在这条背部总线上 通过内部交换矩阵直接将数据包迅速传送到目的节点 而不是所有节点 目的MAC若不存在才广播到所有的端口 由于只是对目的地址发送数据 使用这种方式不易产生网络堵塞 同时还可以保证数据传输的安全性 使用交换机也可以把网络 分段 通过对照地址表 交换机只允许必要的网络流量通过交换机 通过交换机的过滤和转发 可以有效的隔离广播风暴 减少误包和错包的出现 避免共享冲突 9 当交换机从某一节点收到一个以太网帧后 将立即在其内存中的地址表 端口号 MAC地址 进行查找 以确认该目的MAC的网卡连接在哪一个节点上 然后将该帧转发至该节点 如果在地址表中没有找到该MAC地址 也就是说 该目的MAC地址是首次出现 交换机就将数据包广播到所有节点 拥有该MAC地址的网卡在接收到该广播帧后 将立即做出应答 从而使交换机将其节点的 MAC地址 添加到MAC地址表中 交换机中的内存毕竟有限 因此 能够记忆的MAC地址数量也是有限的 既然不能无休止地记忆所有的MAC地址 那么就必须赋予其相应的忘却机制 从而吐故纳新 事实上 工程师为交换机设定了一个自动老化时间 Auto aging 若某MAC地址在一定时间内 默认为300秒 不再出现 那么 交换机将自动把该MAC地址从地址表中清除 当下一次该MAC地址重新出现时 将会被当作新地址处理 10 2 交换机和集线器的区别交换机与集线器的区别主要体现在如下几个方面 1 在OSI RM中的工作层次不同2 交换机的数据传输方式不同3 带宽占用方式不同4 传输模式不同 11 3 3 2交换机的分类按照不同的标准 可以将交换机分为许多不同的种类 1 广义划分从广义上看 交换机分为两种 广域网交换机和局域网交换机 广域网交换机主要应用于电信领域及互联网接入等领域的广域网中 提供通信用的基础平台 这些交换机非常庞大 且功能复杂 局域网交换机则应用于局域网络 用于连接网络资源设备 如服务器 PC机及网络打印机等 局域网交换机的主要作用是进行局域网的内部数据交换 12 2 根据传输介质和传输速度划分从支持的网络技术上可分为以太网交换机 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等 3 根据结构划分从外观形态和功能实质上可分为模块式交换机和固定端口交换机 4 根据应用规模划分从应用规模上又可分为企业级交换机 部门级交换机和工作组级交换机等 5 根据交换机工作的协议层划分根据工作的协议层交换机可分第二层交换机 第三层交换机和第四层交换机 13 交换机的三种交换方式 1 直通式 CutThrough 2 存储转发 Store Forward 3 碎片隔离 FragmentFree 交换机的配置交换机的详细配置过程比较复杂 而且具体的配置方法会因不同品牌 不同系列的交换机而有所不同1 本地配置方式2 远程配置方式 14 3 4 1路由器概述1 路由器的功能路由器的使命是为不同的网络类型 不同地理位置或不同网段的源节点和目的节点之间提供最优化的互通手段 路由就是指通过相互联接的网络把信息从源节点移动到目标节点的活动 3 4路由器 15 2 路由器的网络应用机理路由器的一个作用是连通不同的网络 另一个作用是选择信息传送的线路 从过滤网络流量的角度来看 路由器的作用与交换机和网桥非常相似 但是与工作在网络物理层 从物理上划分网段的交换机不同 路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分 路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径 并将该数据有效地传送到目的站点 16 3 静态路由表由系统管理员事先设置好固定的路径表称之为静态 static 路径表 一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的 它不会随未来网络结构的改变而改变 4 动态路径表动态 Dynamic 路径表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路径表 路由器根据路由选择协议 RoutingProtocol 提供的功能 自动学习和记忆网络运行情况 在需要时自动计算数据传输的最佳路径 17 3 4 2路由器的分类及特点1 接入路由器接入路由器连接家庭或ISP内的小型企业客户 2 企业级路由器企业或校园级路由器连接许多终端系统 其主要目标是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连 并且进一步要求支持不同的服务质量 3 骨干级路由器骨干级路由器实现企业级网络的互联 对它的要求是速度和可靠性 而代价则处于次要地位 18 3 4 3路由器的工作原理路由器识别不同网络的方法是通过识别不同网络的网络ID号进行的 所以为了保证路由成功 每个网络都必须有一个唯一的网络编号 路由器要识别另一个网络 首先要识别的就是对方网络的路由器IP地址的网络ID 看是不是与目的节点地址中的网络ID号相一致 如果一致就向这个网络的路由器发送 接收网络的路由器在接收到源网络发来的报文后 根据报文中所包括的目的节点IP地址中的主机ID号来识别是发给哪一个节点的 然后再直接发送 19 当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时 它将直接把IP分组送到网络上 对方就能收到 而要送给不同IP子网上的主机时 它要选择一个能到达目的子网上的路由器 把IP分组送给该路由器 由路由器负责把IP分组送到目的地 如果没有找到这样的路由器 主机就把IP分组送给一个称为 缺省网关 defaultgateway 的路由器上 路由器转发IP分组时 只根据IP分组目的IP地址的网络号部分 选择合适的端口 把IP分组送出去 同主机一样 路由器也要判定端口所接的是否是目的子网 如果是 就直接把分组通过端口送到网络上 否则 也要选择下一个路由器来传送分组 20 路由动作包括两项基本内容 寻径和转发 寻径即判定到达目的地的最佳路径 由路由选择算法来实现 转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组 路由器首先在路由表中查找 判明是否知道如何将分组发送到下一个站点 路由器或主机 如果路由器不知道如何发送分组 通常将该分组丢弃 否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个站点 如果目的网络直接与路由器相连 路由器就把分组直接送到相应的端口上 这就是路由转发协议 routedprotocol 21 3 4 4路由算法与路由协议1 理想的路由算法一个理想的路由算法应具有以下的一些特点 1 算法必须是正确的 这点不需要做更多的解释 2 算法在计算上应简单 3 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化 4 算法应具有稳定性 5 算法应是公平的 6 算法应是最佳的 一个实际的路由选择算法 应尽可能接近于理想的算法 在不同的应用条件下 对以上提出的六个方面也可有不同的侧重 22 路由选择还与流量控制有关 一个网络的主要性能指标就是吞吐量 这是服务的数量 和平均时延 这是服务的质量 网络的平均时延总是随网络的通信量而增大 但良好的路由选择可以使网络的时延对吞吐量的曲线改善 路由选择对网络性能的影响 23 3 内部网关协议和外部网关协议根据是否在一个自治域内部使用 动态路由协议分为内部网关协议 IGP interiorgatewayprotocol 和外部网关协议 EGP exteriorgatewayprotocol 内部网关协议RIP RoutingInformationProtocol 内部网关协议OSPF OpenShortestPathFirst 外部网关协议BGP BorderGatewayProtocol 24 1内部网关协议RIP RoutingInformationProtocol 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是一种基于向量距离的路由选择协议 RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录 25 路由表的建立示例 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 26 2内部网关协议OSPF OpenShortestPathFirst OSPF协议的基本特点是分布式的链路状态协议 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 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 27 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32bit的区域标识符 用点分十进制表示 区域不能太大 在一个区域内的路由器最好不超过200个 28 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 29 OSPF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 R9 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 网8 网6 网3 网2 网1 网7 区域0 0 0 2 网4 网5 R8 30 3外部网关协议BGP BGP是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议 BGP的较新版本是1995年发表的BGP 4 BGP的第4个版本 因特网的规模太大 使得自治系统之间路由选择非常困难 对于自治系统之间的路由选择 要寻找最佳路由是很不现实的 自治系统之间的路由选择必须考虑有关策略 因此 边界网关协议BGP只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由 不能兜圈子 而并非要寻找一条最佳路由 31 BGP发言人 每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的 BGP发言人 一般说来 两个BGP发言人都是通过一个共享网络连接在一起的 而BGP发言人往往就是BGP边界路由器 但也可以不是BGP边界路由器 32 BGP交换路由信息 一个BGP发言人与其他自治系统中的BGP发言人要交换路由信息 就要先建立TCP连接 然后在此连接上