第五章 网络设备功能详解

1、2021-10-271page 1 网络设备网络设备本章重点：本章重点： 网络接口卡及其使用网络接口卡及其使用 集线器及其使用集线器及其使用 交换机及其使用交换机及其使用 路由器及其使用路由器及其使用 构造简单的网络构造简单的网络交换机交换机防火墙防火墙交换机主机主机WEB服务器WEB服务器路由器应用服务器应用服务器交换机因特网集线器数据库企业内部网企业内部网外部访问子网外部访问子网外界因特网外界因特网2021-10-273page 3网络设备在网络设备在OSI体系中的位置体系中的位置q网络设备的功能层次OSI层次层次地址类型地址类型设备设备传输层及以上传输层及以上应用程序进程地应用程序进程地

2、址（端口）址（端口）网关网关（协议转换器）（协议转换器）网络层网络层网络地址网络地址（IP地址）地址）路由器路由器（三层交换机）（三层交换机）数据链路层数据链路层物理地址物理地址（MAC地址）地址）网桥、交换机网桥、交换机（网卡）（网卡）物理层物理层无无中继器、集线器、中继器、集线器、（网卡）（网卡）2021-10-274page 4中继器（集线器）的概念结构中继器（集线器）的概念结构q中继器（集线器）应用层传输层互连网层数据链路层物理层应用层传输层互连网层数据链路层物理层PHY中中继继器器主机2主机1网段1网段22021-10-275page 5网桥（交换机）的概念结构网桥（交换机）的概念结

3、构q网桥（交换机）网段2网段1应用层传输层互连网层数据链路层物理层应用层传输层互连网层数据链路层物理层PHYDL网网桥桥主机2主机1PHY2021-10-276page 6路由器的概念结构路由器的概念结构q路由器应用层传输层互连网层数据链路层物理层应用层传输层互连网层数据链路层物理层PHYDL互连网层路路由由器器主机1主机2DLPHY子网1子网22021-10-277page 7网关的概念结构网关的概念结构q网关应用层传输层互连网层数据链路层物理层应用层传输层互连网层数据链路层物理层PHYDLIP应用层/传输层网网关关主机2主机1PHYDLIP网络1网络22021-10-278page 8 网

4、络接口卡网络接口卡NICq网络接口卡（网卡）是连接主机与网络的基本设网络接口卡（网卡）是连接主机与网络的基本设备备每台主机都应配置一个或多个网卡每台主机都应配置一个或多个网卡每个网卡都有一个或多个网络接口每个网卡都有一个或多个网络接口不能独立工作，必须依赖于宿主主机不能独立工作，必须依赖于宿主主机q连接不同的局域网需要使用不同的网卡连接不同的局域网需要使用不同的网卡以太网卡以太网卡令牌环网卡令牌环网卡FDDI网卡网卡ATM网卡网卡2021-10-279page 91. 网卡的功能网卡的功能q数据缓存数据缓存匹配主机数据处理速率与网络的传输速率匹配主机数据处理速率与网络的传输速率q封装封装/解封

5、装解封装加上控制字段加上控制字段以帧为单位进行传输以帧为单位进行传输卸下控制字段卸下控制字段q介质访问控制介质访问控制CSMA/CD、Token Passingq串串/并转换并转换将主机的并行数据转换成串行位流将主机的并行数据转换成串行位流q数据编码数据编码/解码解码转换为适合网络介质传输的信号形式转换为适合网络介质传输的信号形式q数据发送数据发送/接收接收2021-10-2710page 102. 网卡的结构网卡的结构 发送发送/接收部件接收部件负责信号的发送、接收负责信号的发送、接收 载波检测部件载波检测部件检测介质上有否信号检测介质上有否信号 发送发送/接收控制部件及数据缓冲区接收控制部

6、件及数据缓冲区 曼彻斯特编码曼彻斯特编码/解码器解码器对发送的数据编码，变换成适对发送的数据编码，变换成适合于在合于在LAN上传输的信号或把接收的信号解码为二进制上传输的信号或把接收的信号解码为二进制数据数据 LAN管理部件管理部件 主机总线接口部件主机总线接口部件 CPU(部分网卡有部分网卡有)增强网卡智能化，减少网络传输对增强网卡智能化，减少网络传输对 主机主机CPU的依赖，提高传输效率的依赖，提高传输效率2021-10-2711page 11 网卡地址网卡地址：即网卡的物理地址，或称为：即网卡的物理地址，或称为MAC地址，地址， 固化在网卡硬件中（有些网卡可由用户修改）固化在网卡硬件中（

7、有些网卡可由用户修改） 配置参数配置参数（跳线设置（跳线设置 / 软件设置软件设置 / PnP） 中断请求号中断请求号 IRQ（一般为（一般为3） I/O基地址基地址 I/O Base（一般为（一般为300H） 存储器基地址存储器基地址 Memory Base (一般为一般为C000H) 全双工全双工 / 半双工半双工 传输速率传输速率（仅（仅10/100Mbps双速网卡可选）双速网卡可选） 3网卡的配置参数网卡的配置参数2021-10-2712page 12 并行处理并行处理：发送：发送/接收和数据处理同步进行接收和数据处理同步进行 全双工全双工：需集线器：需集线器/交换机的支持，采用交换机

8、的支持，采用UTP和光纤和光纤 突发传输方式突发传输方式（每次传送更多的帧）：（每次传送更多的帧）：LAN误码率很低误码率很低 智能网卡智能网卡（让网卡承担更多的传输任务）（让网卡承担更多的传输任务） IEEE802.1p ：赋予数据包以优先级（需要：赋予数据包以优先级（需要OS的支持）的支持） 提高与主机的传输速度提高与主机的传输速度： 采用采用DMA传送方式，采用传送方式，采用PCI总线总线4. 提高网卡性能的技术提高网卡性能的技术2021-10-2713page 134. 网络接口卡的种类网络接口卡的种类5. 网卡的选择网卡的选择考虑的因素包括：考虑的因素包括： LAN的类型的类型：、T

9、oken Ring、ATM、FDDI LAN的速度的速度：10M/100M/1000M、4M/16M、25M/155M 网络接口类型网络接口类型：AUI/BNC、RJ-45、SC/ST/MT-RJ 主机总线类型主机总线类型：ISA、EISA、PCI、USB、PCMCIA 应用场合应用场合：服务器、工作站、笔记本：服务器、工作站、笔记本 其他附加功能其他附加功能：PnP、防病毒、远程唤醒、链路聚合等、防病毒、远程唤醒、链路聚合等2021-10-2714page 14以太网卡的类型以太网卡的类型2021-10-2715page 15三个基本概念三个基本概念q广播广播向网络上的所有设备发送数据q广播

10、域广播域网络上所有能够接收到同样广播分组的设备的集合q冲突域冲突域网络中的一部分，以网桥、交换机或者路由器为边界，在冲突域中任意两台主机同时发送数据都会产生冲突v一个广播域包含一个或多个冲突域一个广播域包含一个或多个冲突域2021-10-2716page 16 中继器与集线器中继器与集线器1. 中继器（中继器（Repeater） 工作在物理层工作在物理层 功能：信号整形和放大，在网段之间复制比特流功能：信号整形和放大，在网段之间复制比特流 特点：特点：F不进行存储不进行存储信号延迟小信号延迟小F不检查错误不检查错误会扩散错误会扩散错误F不对信息进行任何过滤不对信息进行任何过滤F可进行介质转换可

11、进行介质转换如如UTP转换为光纤转换为光纤F用中继器连接的用中继器连接的多个网段多个网段是一个冲突域是一个冲突域 应用注意事项：不能构成环、应遵守以太网的应用注意事项：不能构成环、应遵守以太网的3-4-5规则规则2021-10-2717page 172. 集线器集线器多端口的中继器，工作在物理层多端口的中继器，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可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备特点：特点：F具有与中继器同样的特点具有与中继器同样的特点 F可改变网络物理拓扑形式：总线连接可改变网络

12、物理拓扑形式：总线连接星形连接星形连接F 逻辑上仍是一个总线型共享介质网络逻辑上仍是一个总线型共享介质网络 端口数：端口数：8，12，16，242021-10-2718page 18 独立式（独立式（Stand alone） 固定端口配置，扩充时用级连的方法。固定端口配置，扩充时用级连的方法。 堆叠式（堆叠式（Stackable） 固定配置，用堆叠方法进行扩充固定配置，用堆叠方法进行扩充堆叠连接堆叠连接在一起的在一起的HUB在逻辑相当于一台单独的在逻辑相当于一台单独的HUB，可，可统一管理。统一管理。 模块化（模块化（Module） 又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和又称机箱式，由一台带

13、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）。交换卡、路由卡、加密卡等）。集线器的类型：按结构形式划分集线器的类型：按结构形式划分2021-10-2719page 19集线器的类型：按是否可管理划分集线器的类型：按是否可管理划分q智能智能HUB允许用网管软件对其进行管理的集线器，它内部允许用网管软件对其进行管理的集线器，它内部包含有包含有CPU等智能控制部件。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，一般在需要进行

14、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）。换机也需要是智能化的）。q非智能（普通）非智能（普通） HUB不能用网管软件进行管理的集线器。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。小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。2021-10-2720page 20集线器的类型：按速度划分集线器的类型：按速度划分q传统集线器传统集线器传输速度为传输速度为10Mb/s（10Base-T网络）网络）q快速以太网集线器快速以太网集线器传输速度为传输速度为100Mb/s （100Bas

15、e-T网络）网络）q10/100M自适应集线器自适应集线器传输速度自适应传输速度自适应 内部有两个网段：内部有两个网段：10M和和100M，集线器根据连接速度将主机，集线器根据连接速度将主机连接到不同网段上。连接到不同网段上。 网段之间用交换方式连接。网段之间用交换方式连接。保护投资，便于升级保护投资，便于升级 2021-10-2721page 21以集线器为核心的网络的特点以集线器为核心的网络的特点q所有主机共享带宽所有主机共享带宽q无法限制冲突和广播无法限制冲突和广播q适用于小型网络适用于小型网络2021-10-2722page 22例：用集线器搭建简单的网络例：用集线器搭建简单的网络q以

16、以1台服务器，台服务器，3台台PC机为例：机为例：一台一台HUB4块块UTP接口的网卡接口的网卡4台台PC机机8个个RJ45接头（水晶头）接头（水晶头）若干米若干米UTP双绞线双绞线 NICHUBUTPPC机机服务器服务器2021-10-2723page 23 网桥与网络交换机网桥与网络交换机q交换技术教学片交换技术教学片q共享信道共享信道LAN的缺点的缺点冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突；冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突； 因此实际带宽为因此实际带宽为34Mb/s（或（或3040Mb/s）网络中站点越多，冲突现象越严重；网络中站点越多，冲突现象越严重；网络总带宽网络总带宽BW ，由于

17、共享信道使得每个站点的平均拥有带宽为，由于共享信道使得每个站点的平均拥有带宽为BW/n。q解决的方法解决的方法提高网络传输速度提高网络传输速度没有从根本上解决问题没有从根本上解决问题网络分段（微网段化）网络分段（微网段化） 减少每个网段中站点的数量减少每个网段中站点的数量, 使冲突的概率减小；使冲突的概率减小； 增加了网络的总体带宽。增加了网络的总体带宽。实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器 网桥和交换机可以隔离冲突域网桥和交换机可以隔离冲突域 路由器不仅可以隔离冲突域，还能隔离广播域路由器不仅可以隔离冲突域，还能隔离广播域2021-10-2724p

18、age 24网络分段示意网络分段示意HUBHUB广播域广播域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域网桥或网络交换机网桥或网络交换机v交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域HUB冲突域冲突域/广播域广播域网段网段2网段网段1总带宽总带宽: BW*2结点带宽结点带宽: BW/4总带宽总带宽: BW结点带宽结点带宽: BW/82021-10-2725page 251. 网桥网桥q存储转发设备，工作在数据链路层数据链路层q用网桥连接的多个网络对外呈现为一个单独的物理网络具有惟一的网络地址q根据路径选择方法，有两种网桥：透明网桥（Transparency

19、Bridge） 由网桥负责路由选择，网桥和路由对站点透明 以太网中最常用源选径网桥（Source Routing Bridge） 由源站点负责路由选择，网桥和路由对站点不透明网段2网段1应用层传输层互连网层数据链路层物理层应用层传输层互连网层数据链路层物理层PHYDL网网桥桥主机2主机1PHY2021-10-2726page 26透明网桥透明网桥q工作原理工作原理 网桥有网桥有寻址和路由选择寻址和路由选择能力，路由选择采用查表法：能力，路由选择采用查表法： 网桥内的网桥内的转发表转发表描述了到达每个站点的路由；描述了到达每个站点的路由； 转发表主要由转发表主要由端口号端口号和和站点站点MAC地

20、址地址组成。组成。工作原理工作原理 对于从端口收到的每个报文，查看其目的MAC地址，并与转发表对照：若目的若目的MAC地址在接收端口的表项中，则丢弃报文地址在接收端口的表项中，则丢弃报文过滤过滤；若目的若目的MAC地址在某一端口的表项中，则把报文转发到与该端口连接的地址在某一端口的表项中，则把报文转发到与该端口连接的网段网段交换（转发）交换（转发）；若目的若目的MAC地址不在表中，则向接收端口外的其他所有端口地址不在表中，则向接收端口外的其他所有端口广播该报广播该报文文广播广播。v透明网桥工作原理归纳为：基于转发表的过滤、转发和广播。透明网桥工作原理归纳为：基于转发表的过滤、转发和广播。202

21、1-10-2727page 27转发表转发表C网桥转发的例子：网桥转发的例子：AB， ACBA2021-10-2728page 28转发表的转发表的建立建立q刚加电时转发表为空；刚加电时转发表为空；q在转发过程中在转发过程中逆向自学习逆向自学习路由；路由；逆向学习逆向学习检查收到的报文的源检查收到的报文的源MACMAC地址：地址： 若收到的报文的源若收到的报文的源MACMAC地址不在转发表中，则插入到表中。地址不在转发表中，则插入到表中。每个表项的生存期都是有限的：每个表项的生存期都是有限的： 在一段时间内未收到以同一在一段时间内未收到以同一MACMAC地址为源地址的报文时，该表项被删地址为源

22、地址的报文时，该表项被删除，以适应网络拓扑的变化。除，以适应网络拓扑的变化。q想一想：如前图，当刚打开电源时，若站点想一想：如前图，当刚打开电源时，若站点A向站点向站点C发发送了一个报文，网桥是如何转发该报文的？送了一个报文，网桥是如何转发该报文的？2021-10-2729page 29透明网桥需要解决的问题透明网桥需要解决的问题q循环连接，造成：转发表振荡，报文无限循环，包丢失LAN1LAN2B1B2AB1212接口接口2又收到又收到A发出的帧发出的帧接口接口1收到收到A发出的帧发出的帧接口接口1收到收到A发出的帧发出的帧接口接口2又收到又收到A发出的帧发出的帧假定主机A向主机B发送一个数据

23、包，两个网桥同时接收到这个数据包，并且都正确地知道主机A位于LAN1中 。但是不幸的是，在主机B同时收到两份一样的主机A的数据包后，两个网桥又一次从它们对LAN2的端口上接收到主机A的数据包，于是它们又认为主机A位于LAN2中 。发往主机B的数据包会被两个网桥无休止地转发，这样会占用所有可能获取的网络带宽，导致网络阻塞。当透明网桥将改变各自的路由表以指明主机A在LAN2中时，恰巧主机B向主机A发送数据包，两个网桥接收到此数据包后，会将其丢弃，因为它们的转发表中指明主机A位于LAN2中。这样发给主机A的数据将会丢失。2021-10-2730page 30生成树生成树(Spanning tree)

24、算法算法q用来构造一个逻辑上的无环网络实现方法：屏蔽网络中的冗余桥接口q计算时，通过发送和接收BPDU（Bridge Protocol Data Unit）来交换网桥信息q计算过程：1.推选根网桥通常是标识号最小的网桥；2.决定每个网桥的根端口到达根网桥代价最小的端口；3.决定指定网桥每个网络中具有最小根路径代价的网桥；4.决定各网络的指定端口指定网桥与网络连接的端口；5.把各网络的非指定端口置为阻塞状态。当网络拓扑发生改变时，所有网桥将重新计算生成树。2021-10-2731page 31源选径网桥源选径网桥q源路由选择原理源路由选择原理由源站点负责路由选择；由源站点负责路由选择；源站点通过

25、发送探测帧来发现路由；源站点通过发送探测帧来发现路由；探测帧将沿每一条可能的路径扩散传播；探测帧将沿每一条可能的路径扩散传播；每一个源选径网桥都会将路由信息插入探测帧的头部。每一个源选径网桥都会将路由信息插入探测帧的头部。探测帧到达目的站点时，目的站点把探测帧中的路由信息作为响探测帧到达目的站点时，目的站点把探测帧中的路由信息作为响应返回；应返回；源站点把收到的第一个响应帧中的路由信息作为到达目的站点的源站点把收到的第一个响应帧中的路由信息作为到达目的站点的最佳路由。最佳路由。q路由信息形式：路由信息形式：LAN，网桥，网桥，LAN，网桥，网桥， 形式的编号形式的编号序列。序列。 2021-1

26、0-2732page 32透明网桥和源选径网桥的比较透明网桥和源选径网桥的比较透明网桥源选径网桥服务类型无连接面向连接透明性完全透明不透明配置、管理自动配置，容易管理人工配置最佳路由不一定最优优化路由的确定逆向学习探测帧故障处理及拓扑变化网桥负责主机负责复杂性及开销网桥负担主机负担2021-10-2733page 33网桥的网桥的优缺点优缺点q优点：优点：可实现不同类型的可实现不同类型的LAN互连；互连；能够隔离错误帧，不会使错误扩散；能够隔离错误帧，不会使错误扩散；限制了冲突域的范围；限制了冲突域的范围；隔离故障。隔离故障。q缺点：缺点：无法控制广播；无法控制广播；只能用存储转发方式，速度比

27、较慢；只能用存储转发方式，速度比较慢；无流量控制，负载重时会出现丢帧现象。无流量控制，负载重时会出现丢帧现象。2021-10-2734page 342. 网络交换机网络交换机q网络交换机和网桥属同一类设备，工作在网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链路层数据链路层上。上。但网络交换机的端口数多，并且交换速度快。在这个意但网络交换机的端口数多，并且交换速度快。在这个意义上，网络交换机可看作是多端口的高速网桥。义上，网络交换机可看作是多端口的高速网桥。q交换机比网桥优越的地方：交换机比网桥优越的地方：交换速度快，可实现线速转发；交换速度快，可实现线速转发；能解决网络主干上的通信拥挤问题；能解决

28、网络主干上的通信拥挤问题；端口密度高，一台交换机可连接多个网段，降低了组网成本。端口密度高，一台交换机可连接多个网段，降低了组网成本。q工作原理与网桥类似：工作原理与网桥类似：学习源地址学习源地址（构造转发表）（构造转发表）过滤本网段帧过滤本网段帧（隔离冲突域）（隔离冲突域）转发异网段帧转发异网段帧（交换）（交换）广播未知帧广播未知帧（寻找目的站点）（寻找目的站点）2021-10-2735page 35交换机的特点交换机的特点q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；q交换机能够同时在多对端口间无冲突地交换帧。2021-10-2736page 36例：交换网络的带宽例

29、：交换网络的带宽q若交换机每个端口带宽为若交换机每个端口带宽为BW，则交换机构成的网络，则交换机构成的网络 网络总带宽网络总带宽 (BW*n)/2 BW*nn8，BW=10Mb/s时，网络总带宽最高可达时，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连接到交换机端口上的每台计算机的带宽为10Mb/s 。q比较：比较：10Mb/s 的的8口集线器构成的网络（连接了口集线器构成的网络（连接了8台计算机）台计算机）网络总带宽仍为网络总带宽仍为10Mb/s ；网络中每台计算机的带宽为网络中每台计算机的带宽为1.25Mb/s。 2021-10-2737page 37交换机的三种

30、转发方式交换机的三种转发方式q存储转发（存储转发（Store and forward）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。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。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。缺点：延迟比较大。q直通转发（直通转发（Cut-through）只要收到帧的前只要收到帧的前6个字节（目的个字节（目的MAC地址），就开始进行转发操作。地址），就开始进行转发操作。优点：交换延迟小。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。缺点：无法进行差错校验，帧错误会

31、扩散到目的网段。q无碎片直通转发（无碎片直通转发（Fragment free cut-through）接收到一帧的前接收到一帧的前64字节后，再进行转发操作。小于字节后，再进行转发操作。小于64字节的帧不转发。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字节的帧必字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧）。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。字节的错误帧仍会转发，转发

32、延时大于直通转发。2021-10-2738page 38使用网络交换机的好处使用网络交换机的好处q分割冲突（碰撞）域分割冲突（碰撞）域减少了冲突；减少了冲突；q允许建立多个连接允许建立多个连接提高了网络总体带提高了网络总体带宽；宽；q减少每个网段中的站点数减少每个网段中的站点数提高了站点提高了站点平均拥有带宽；平均拥有带宽；q允许全双工连接允许全双工连接提高带宽；提高带宽；q能够连接不同速度的网段。能够连接不同速度的网段。2021-10-2739page 39网络交换机应用中的问题网络交换机应用中的问题q主干主干/服务器连接服务器连接增加增加1-2个高速端口个高速端口(Big Pipe)。缓解

33、主干。缓解主干/服务器连接的瓶颈问题。服务器连接的瓶颈问题。q自动协商：自动协商：速度自动协商：速度自动协商：10/100Mbps自适应交换机。自适应交换机。半双工半双工/全双工自动协商。全双工自动协商。q流量控制流量控制背压技术（背压技术（Back Pressure）缓冲区大小有限，为防止溢出（帧丢失），快满时向信息到达端缓冲区大小有限，为防止溢出（帧丢失），快满时向信息到达端口发送拥塞信号，造成冲突的假象，使发送站点停止发送。口发送拥塞信号，造成冲突的假象，使发送站点停止发送。q根据错误帧出现概率自动在存储转发方式和直通转发方根据错误帧出现概率自动在存储转发方式和直通转发方式之间进行切换。

34、式之间进行切换。2021-10-2740page 40网络交换机的应用场合网络交换机的应用场合q作为作为LAN核心主干连接设备，如网络中心、核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等；数据中心等；q网络通信流量很大的应用场合，如图像处网络通信流量很大的应用场合，如图像处理、视频流等；理、视频流等；q对网络响应速度要求比较高的场合。对网络响应速度要求比较高的场合。2021-10-2741page 41以网桥以网桥/交换机为核心的网络的特点交换机为核心的网络的特点q每个网段独享带宽每个网段独享带宽最佳可达到每台主机独享带宽q可以限制冲突，但不能限制广播可以限制冲突，但不能限制广播有可能产生广播风暴q

35、适用于小型网络到大型园区网络适用于小型网络到大型园区网络大型网络中需解决广播问题2021-10-2742page 4210Mb/s UTP100Mb/s UTP （连接校园网）（连接校园网）1000Mb/s Fiber100Mb/s UTP交大计教中心（东区）网络结构示意图交大计教中心（东区）网络结构示意图二级交换机二级交换机千兆主干交换机千兆主干交换机服务器服务器HUB机房计算机机房计算机校园网校园网2021-10-2743page 43虚拟局域网（虚拟局域网（VLAN）q是一种网络构造和用户的组织形式：是一种网络构造和用户的组织形式：通过交换机（或路由器）划分；通过交换机（或路由器）划分；

36、由网段和站点构成的逻辑工作组。由网段和站点构成的逻辑工作组。q用交换机划分的若干个用交换机划分的若干个VLAN在逻辑上完全独立（可看在逻辑上完全独立（可看作是分离的物理网络），广播帧不会越过逻辑网络边界，作是分离的物理网络），广播帧不会越过逻辑网络边界，即：即：VLAN限制了广播域的范围。限制了广播域的范围。qVLAN可跨越交换机。可跨越交换机。q同一同一VLAN中的成员不受物理位置的限制而像处于同一中的成员不受物理位置的限制而像处于同一个局域网中那样互相访问。个局域网中那样互相访问。2021-10-2744page 44VLAN示意示意2021-10-2745page 45VLAN能够隔离（

37、限制）广播域能够隔离（限制）广播域qVLAN划分前，整个网络都在一个广播域中2021-10-2746page 46VLAN能够隔离（限制）广播域能够隔离（限制）广播域qVLAN划分后，网络被分割成几个较小的广播域2021-10-2747page 47VLAN的优点的优点q提高管理效率站点的物理位置改变无需重新布线和配置用户性质改变后很容易通过软件将其从一个VLAN划分到另一个VLANq控制广播数据q增强了网络的安全性q实现虚拟工作组用户的工作地点不必在同一个物理地点可在企业内建立灵活的、动态化的组织结构2021-10-2748page 48VLAN划分的方法划分的方法q基于端口（静态划分）根据

38、端口号划分VLANq基于MAC地址（动态划分）根据用户计算机的MAC地址划分VLANq基于网络地址或网络协议类型（动态）根据用户计算机的IP地址划分VLAN2021-10-2749page 49主干主干(Trunk)的概念的概念q主干用于实现跨交换机的VLAN，它是指交换机之间用于传输多个VLAN信息的链路q主干上传输的数据包加上特殊标签（通常是802.1q和Cisco的ISL等）称为贴标签（Tagging）2021-10-2750page 50VLAN的的Tagging操作操作2021-10-2751page 51VLAN间通信间通信q不同VLAN间的计算机即使连在同一台交换机上也不能互相通

39、信qVLAN间通信只能通过第三层设备实现路由器三层交换机2021-10-2752page 527.4 路由器路由器Routerq工作在工作在OSI第三层（网络层）。第三层（网络层）。q功能：功能：在网络之间转发网络分组；在网络之间转发网络分组；为网络分组寻找最佳传输路径；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。实现子网隔离，限制广播风暴。(目的地址无法识别时，路由器将其丢目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播弃，而不是广播比较网络交换机比较网络交换机)提供逻辑地址，以识别互联网上的主机；提供逻辑地址，以识别互联网上的主机；提供广域网服务。提供广域网服务。q应用：把应用：

40、把LAN连入广域网或作为广域网的核心连接设备。连入广域网或作为广域网的核心连接设备。v路由器与交换机的主要区别：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（点的逻辑地址（IP地址），通过广播是无法与之进行通信的。地址），通过广播是无法与之进行通信的。2021-10-2753page 53用路由器进行网络互联用路由器进行网络互联 HUB路由器路由器冲突域冲突域2冲突域

41、冲突域1路由器可以隔离冲突域和广播域路由器可以隔离冲突域和广播域 HUB HUB冲突域冲突域3广播域广播域2广播域广播域12021-10-2754page 54路由表q路由器如何确定最佳路由？路由表路由表（Routing Table）q路由表是保存到达其他网络的路由信息的数据库包含目的网络地址（号）、传输路径、传输开销等q根据目的网络地址查找路由表并确定分组转发路径的过程称为路由路由选择选择（Routing）。q路由表的信息随网络拓扑的变化而变化建立、更新路由表的算法称为路由算法路由算法（Routing Algorithm）：网络中的每个路由器都会根据路由算法定时地或在网络拓扑发生变化时更新其

42、路由表；静态路由：由网络管理员预先手工设置路由信息；动态路由：由路由器在运行时动态地建立与更新。q自动学习、记忆网络的变化并根据路由算法重新计算路由的协议称为路由选择协议路由选择协议（Routing Protocol）。2021-10-2755page 55路由表的例子2.0AB2021-10-2756page 56路由表的基本内容路由表的基本内容172.16.2.0172.16.1.0172.16.4.0AB路由器路由器A的路由表的路由表.3.1.2.3目的网络地址目的网络地址路径（下一结点）路径（下一结点）路径成本路径成本/开销开销172.16.1.0直接0172.16.2.0直接0172

43、.16.4.0172.16.2.21q路径路径：用下一路由器对应端口的：用下一路由器对应端口的IP地址来表示。地址来表示。q路径成本路径成本/开销开销：用线路速度、距离或跨越的路由器的个数（步跳：用线路速度、距离或跨越的路由器的个数（步跳数）、成本、线路可靠性等表示。（大多数情况下用步跳数来表示）数）、成本、线路可靠性等表示。（大多数情况下用步跳数来表示）2021-10-2757page 57路由表的基本内容（续）路由表的基本内容（续）q注意：路由器是根据网络号来转发注意：路由器是根据网络号来转发IP数据包的，所以路数据包的，所以路由表中存放的是目的网络号，而不是目的主机号。由表中存放的是目的

44、网络号，而不是目的主机号。类比：邮政局在城市间转发信件依据的是城市名。类比：邮政局在城市间转发信件依据的是城市名。q这样做的优点是路由表小（网络的数目要比主机少的这样做的优点是路由表小（网络的数目要比主机少的多），节省路由器的存储空间，路由表的路由更新速度多），节省路由器的存储空间，路由表的路由更新速度快。快。2021-10-2758page 58路由器的路由选择过程路由器的路由选择过程q也采用存储转发的方法：也采用存储转发的方法：接收并缓存接收并缓存IP数据分组；数据分组；提取分组中的目的主机的提取分组中的目的主机的IP地址；地址；计算目的主机所在的网络地址；计算目的主机所在的网络地址；用目的网络地址查找路由表决定转发路径：用目的网络地址查找路由表决定转发路径： 如果目的网络地址就是与输入接口连接的网络，则丢弃；如果目的网络地址就是与输入接口连接的网络，则丢弃； 如果目的网络地址就是与输出接口连接的网络，则直接递交；如果目的网络地址就是与输出接口连接的网络，则直接递交； 如果找到匹配项，则通过对应接口转发出去；如果找到匹配