《计算机网络导论》第三章

第三章网络硬件,中继器集线器网卡交换机路由器网关调制解调器,网络互连物理层的互连设备数据链路层的互连设备网络层的互连设备高层的互连设备,网络硬件,网络互连（联）就是指不同网段、网络或子网之间通过网络的连接或互连设备（中继器、网桥、路由器或网关等）实现各个网络段或子网间的互相连接，其目的在于实现各个网段或子网之间的数据传输、通信、交互与资源共享。,网络互连概述,网络设备的功能层次,网络设备在OSI体系中的位置,3.1网络接口卡(NIC)3.1.1组成和功能基本组成主控芯片、数据泵、LED状态指示灯、BootROM芯片插槽2.功能（1）数据的封装与解封，信号的发送与接收（2）介质访问控制的协议的实现（3）串/并行转换（4）编码/译码3.工作原理,网卡地址：即网卡的物理地址，或称为MAC地址，固化在网卡硬件中（有些网卡可由用户修改）配置参数（跳线设置/软件设置/PnP）中断请求号IRQI/O基地址I/OBase存储器基地址MemoryBase全双工/半双工传输速率,网卡的配置参数,3.1.2类型按连接的传输介质分类AUI(10M)、BNC-T(10M)、RJ-45(10M,100M,10/100M)、光纤接口、无线2.按照总线类型分类ISA、PCI、PCMCIA、USB等,（1）ISA网卡（工业标准体系结构）ISA接口的网卡有两种：8位ISA网卡和16位ISA网卡。8位ISA网卡目前已被淘汰，市场上常见的是16位ISA接口的10M网卡，它的惟一好处就是价格低廉，如比较有名的NE2000等，适合于一些如网吧等要求不高的场合使用。,（2）PCI网卡PCI网卡的理论带宽为133M。PCI网卡又可分为10MPCI网卡和10/100MPCI自适应网卡两种类型。10MPCI网卡价格较便宜，被低端用户广泛采用；而10/100MPCI自适应网卡作为当今的主流产品，可根据需要自动识别连接网络设备的工作频率，自动工作于10M或100M的网络带宽下。PCI总线网卡的另一好处是比ISA网卡的系统资源占用率要低得多。,（3）PCMCIA网卡通常，台式机和服务器等用的网卡均不支持PCMCIA标准，PCMCIA是专门用在笔记本或PDA、数码相机等便携设备上的一种接口规范（总线结构）。也就是笔记本网卡通常都支持PCMCIA规范，(PCMCIA是英文“PERSONALCOMPUTERMEMORYCARDINTERNATIONALASSOCIATION”的缩写)PCMCIA总线分为两类，一类为16位的PCMCIA，另一类为32位的CardBus。,（4）USB网卡USB接口网卡，主要是为了满足没有内置网卡的笔记本用户。它通过主板上的USB接口引出来的。,3.1.3安装与配置安装,2.驱动程序的安装驱动程序是一个能让计算机与系统中的硬件设备通话的程序。在【控制面板】窗口中，鼠标双击【添加新硬件】图标，系统会运行“添加新硬件”的向导程序指导我们一步步地安装网卡驱动程序。如何确定网卡是否成功地安装:在【控制面板】窗口中，鼠标双击【系统】图标，进入【系统属性】窗口.3.查看网卡占用的资源,设备管理器窗口,网卡属性,3.2集线器3.2.1概述,多端口的中继器，工作在物理层功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备特点：具有与中继器同样的特点可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接逻辑上仍是一个总线型共享介质网络端口数：8，12，16，24作用：双向转发、接收信号、复制放大信号、广播信号,3.2.2分类按带宽分类10Mbps、100Mbps、10/100Mbps2.按是否可进行网络管理划分网管型允许用网管软件对其进行管理的集线器，它内部包含有CPU等智能控制部件。在需要进行网络管理的中大型网络系统中，一般都要求使用智能集线器（后面将要介绍的网络交换机也需要是智能化的）。非网管型不能用网管软件进行管理的集线器。小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。,独立式（Standalone）固定端口配置，扩充时用级连的方法。堆叠式（Stackable）固定配置，用堆叠方法进行扩充堆叠连接在一起的HUB在逻辑相当于一台单独的HUB，可统一管理。模块化（Module）又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不同的插卡满足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）。,3.按照结构划分,3.2.3集线器的连接1.与计算机的连接直通双绞线（=100m）连接普通端口2.集线器与集线器的连接1）细缆连接2）级联（双绞线连接段的距离不能超过100m）使用级联端口（直通双绞线连级联端口和一普通端口）使用普通端口（交叉线连接）3）堆叠专用堆叠端口连接（堆叠连线不超过1m）,使用级联端口实现级联,使用普通端口实现级联,3.3交换机3.3.1概述传统交换机：数据链路层外观与集线器相似一个端口一个分段，每个端口均有自己的带宽，传输速率比较高通过内部交换矩阵实现多个信道同时传输信息,堆叠式交换机,独立交换机,千兆以太网模块化交换机,交换机转发过程：交换机的一个端口收到一个数据帧时，首先检查该数据帧的目的MAC地址在MAC地址表(CAM)对应的端口，如果目的端口与源端口不为同一个端口，则把帧从目的端口转发出去，同时更新MAC地址表中源端口与源MAC的对应关系；如果目的端口与源端口相同，则丢弃该帧。,交换机通过内部的交换矩阵把网络划分为多个网段每个端口为一个冲突域；交换机能够同时在多对端口间无冲突地交换帧。,交换机的特点,若交换机每个端口带宽为BW，则交换机构成的网络网络总带宽(BW*n)/2BW*nn8，BW=10Mb/s时，网络总带宽最高可达80Mb/s；连接到交换机端口上的每台计算机的带宽为10Mb/s。比较：10Mb/s的8口集线器构成的网络（连接了8台计算机）网络总带宽仍为10Mb/s；网络中每台计算机的带宽为1.25Mb/s。,例：交换网络的带宽,存储转发（Storeandforward）整个帧完整接收后，对帧进行差错检验，然后再进行转发操作。优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段。缺点：延迟比较大。直通转发（Cut-through）只要收到帧的前6个字节（目的MAC地址），就开始进行转发操作。优点：交换延迟小。缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段。无碎片直通转发（Fragmentfreecut-through）接收到一帧的前64字节后，再进行转发操作。小于64字节的帧不转发。帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为64B，64字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧）。优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率缺点：长度大于64字节的错误帧仍会转发，转发延时大于直通转发。,交换机的三种转发方式,分割冲突（碰撞）域减少了冲突；允许建立多个连接提高了网络总体带宽；减少每个网段中的站点数提高了站点平均拥有带宽；允许全双工连接提高带宽；能够连接不同速度的网段。,使用网络交换机的好处,作为LAN核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等；网络通信流量很大的应用场合，如图像处理、视频流等；对网络响应速度要求比较高的场合。,网络交换机的应用场合,3.3.2分类按速率分：10Mb/s、10/100Mb/s、1000Mb/s、10/100/1000Mb/s按是否具有可管理性非网管型交换机网管型交换机按是否具有可扩展性分固定端口交换机模块化交换机,3.3.3级联与堆叠交换机的级联不受品牌和型号的制约1）使用级联端口级联2）使用普通口级联2.交换机的堆叠需要专用的堆叠模块和堆叠线缆,使用普通口级联,3.借助光纤端口级联或堆叠通过GBIC（吉比特接口转换器，用于以太网和光纤系统间的接口设备，发送接收设备，两个端口）插槽可实现与服务器或高速主干网络的连接，也可用于交换机间的级联和堆叠,工作在OSI第三层（网络层）。功能：在网络之间转发网络分组和路径选择；为网络分组寻找最佳传输路径；实现子网隔离，限制广播风暴。(目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播比较网络交换机)提供逻辑地址，以识别互联网上的主机；提供广域网服务。应用：把LAN连入广域网或作为广域网的核心连接设备。,路由器与交换机的主要区别：用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一个网络中的站点，必须指定该站点的逻辑地址（IP地址），通过广播是无法与之进行通信的。,3.4路由器3.4.1概述,功能：（1）网络互联（2）分组转发工作原理通过计算路由表，为经过路由器的每一个数据帧寻找一条最佳路径，并将该数据有效的传送到目的站点。路由表：静态路由表、动态路由表,3.4.2路由器的分类1、按结构分非模块化结构路由器提供类型和数量一定的端口，可扩展性差。模块化结构路由器可扩展性好，可支持多种端口类型。2、按性能分低端固定路由器：cisco800低端可变路由器:cisco1600中端路由器:cisco3600高端路由器:cisco7500,3.4.3路由器的端口与连接1、配置端口控制台端口、辅助端口2、局域网端口以太网端口（多个）、SC端口(光纤端口)3、广域网接口异步串行口、同步串行口,1.第三层交换机的概念第三层交换机工作在OSI参考模型的第三层，因此，它除了具有第二层的功能外，还具有第三层的“选路”（路由）功能，其功能主要是由硬件实现的。2.第三层交换机与路由器的联系与区别3.第三层交换机和路由器的应用示例在连接局域网中的各个子网时，第三层交换机是推荐的选择，而在通过广域网连接远程子网或者是Internet时，路由器则是最佳的选择。,第三层交换机,路由器和第三层交换机的典型应用,1.网关的定义和基本概念（1）网关的定义网关（Gateway）就是将两个或多个在高层使用不同协议的网络段连接在一起的软硬件。它的主要作用是实现不同网络传输协议的翻译和转换工作，因此又叫做网间协议转换器。网关的硬件用来提供不同网络的接口，软件则实现不同网络协议之间的转换。,3.5高层的互连设备,2.网关的应用场合网关能够连接多个高层协议完全不同的局域网。因此，网关是连接局域网和广域网的首选设备。3.网关的类型（1）按照网关可以转换的协议数量分类（2）按照网关的应用类型分类,3.6调制解调器（modem）3.6.1概述数字信号/模拟信号的相互转化,3.6.2传统调制解调器1、分类外置式、内置式、卡式、机架型,MR：,调制解调器就绪或进行测试,TR：,信号接收正常,SD：,发送数据,RD：,接收数据,OH：,亮可以拨号灭表示停止拨号,CD：,载波检测,AA：,自动应答,HS：,高速工作状态,内置式,机架型,2、标准1）数据纠错V.422）数据压缩V.42bis、V.443）数据速率V.21、V.34、V.34annex1201H、V.90、V.92,3.6.3ADSL调制解调器1、概述xDSL（任意数字用户线路）用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造以便于承载宽带业务。HDSL、SDSL、ADSL、VDSLADSL（非对称数字用户线）在一对普通电话双绞线上提供高速数据服务。上行速率下行速率2、标准调制技术：DMT（离散