网络设备与网络互联概述

第九章

网络设备与网络互联第九章

网络设备与网络互联第九章：网络设备与网络互联/网络互联FRWANSNAWAN802.5802.3802.4802.3802.3bridgeRouterRouterRouterGatewayRepeater第九章：网络设备与网络互联/网络互联网络互连所需解决的差别（1）不同的寻址方案（2）不同的最大分组长度（3）不同的网络访问机制（4）不同的超时控制（5）不同的差错恢复方法（6）不同的状态报告方法（7）不同的路径选择技术（8）不同的用户访问控制（9）不同的服务（有连接、无连接）（10）不同的管理与控制方法第九章：网络设备与网络互联/网络设备网络设备中继器/Repeater（物理层）网桥/Bridge（数链层）路由器/Router（网络层）网关/Gateway（高层/所有层）交换机/Switch（数链层）网络设备小结网络设备运行的基本流程

物理层网络互连设备----中继器中继器的功能中继器与集线器的联系中继器的分类第九章：网络设备与网络互联/网络设备/中继器10Bast---TEthernetHUB第九章：网络设备与网络互联/网络设备/中继器中继器：完成信号的复制、调整（放大）；延长网络长度在以太网中，使用中继器要注意“5—4—3—2—1”原则中接器只能在规定的范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障二口中继器（一为进口，一为出口）多口中接器（共享式的HUB）

最多有4个中继器连接5个网段，只有3个网段可以连主机，另外2个是连接段，他们共组成1个广播域。第九章：网络设备与网络互联/网络设备/中继器Repeater1Repeater2Repeater3Repeater4第九章：网络设备与网络互联/网络设备/中继器repeaterrepeaterLAN1LAN3LAN2中继器：重新产生信号，扩展局域网覆盖的距离

集线器：多端口的中继器，在以太网中，HUB被称为多址访

问单元（MAU）,各式各样的集线器可支持多种传

输介质的连接器和多种数据传输速率第九章：网络设备与网络互联/网络设备/中继器从工作原理上可分为非交换式集线器交换式集线器单网段集线器-----所有端口连接到单一的网段上。多网段集线器------将端口连接到HUB内的不同网段。静态交换集线器-----交换在多个共享网段上进行，每个网段由多个集线器端口共享。动态交换集线器-----以提供网络可用带宽为目的，动态提供多条端端并行通信。第九章：网络设备与网络互联/网络设备/中继器从机构上可分为固定式集线器----独立型集线器，端口固定，共享单一网段。堆叠式集线器----是一种通过外部电缆连接进行扩充的HUB模块式集线器----采用机箱方法，端口用过热插拔板插接从特性上可分为被动集线器----相对静止，不察错和瓶颈；数据从一口向所有端口发，星型网入门级设备（10Base2,RJ-45）主动集线器----监视数据、差错、调试时序、优化性能、诊断。智能集线器----集中管理，为不同设备提供灵活的传输速率。支持10，16和100Mbps(以太网、令牌，FDDI)第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网桥

数连层网络互连设备----网桥网桥的功能网桥的优点网桥的缺点网桥的分类网桥间比较第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网桥

网桥的功能—可以应用在使用相同协议的网段之间源地址跟踪———将源地址记录到站表中帧的转发和过滤（图示）生成树的演绎协议转换（图示）分帧重组————FDDI（4500bit）-->802.3(1518bit)网桥的管理第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网桥网桥内部示意图端口1端口2缓存端口管理网桥协议软件实体站表-(1)(2)(4)(5)(6)(3)网段A网段B站地址端口（1）1（2）1（3）1（4）2（5）2（6）2第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网桥避免广播风暴，要求网桥执行生成树算法（SpanningTreeAlgorithm）开始选择一个网桥作为根网桥，既具有最低ID的那个网桥，通过现在规定的时间间隔发送一系列的网桥协议数据单元的特殊帧，然后以最短路径为依据，找到树上的每一个节点。在这个集合中不存在回路，即在任何两站只见只有一条通路。第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网桥解决办法：停用某些网桥来淘汰循环，不从物理上拆除连接，但是可以阻止它们转发帧。实际上它们被用作在别的网桥失效的情况下的备份.LAN1LAN2Frame4132第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网桥协议转换原理图用户层LLCMAO物理层用户层LLCMAO物理层站1站2PDU802.3802.5802.3802.5网桥第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网桥网桥的优点：过滤通信量大扩大了物理范围可连接不同的物理层，不同的MAC子层，不同速率的LAN提高了可靠性第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网桥网桥的缺点：查表存储转发，增加时延在MAC子层没有流量控制功能不同的MAC子层用桥连，修改帧的某段内容耗费时间只适合用户不多时，否则会产生广播风暴第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网桥网桥的分类简单网桥（固定网桥）---是最原始的和最便宜的网桥类型。 一个网桥连接两个网段，并包含一个站点的地址表（操作员手工操作）加入新站点，地址表要更改；删除某一站点，新出现的无效地址要清除。配置简单便宜，但安装和维护耗费时间。学习网桥（透明网桥）--在执行网桥功能的时候，自己建立站点地址表 首次安装表示空的，通过由每个站点所发送的第一个包，网桥可得知该站点所属的网段，若目标地址是它所不认识的，就将这包广播到所有网段中，最后，他获得了一个完整的站点地址和各自所属网段的表，这个表将保存在它的内存中，还可以不断作自我更新。源路由网桥---每个站点必须在发送之前知道往其目的地的路由 将路由得负担至于发送站点。发送站点必须确定一个路由，并把它置于一个帧内。然后网桥依赖于帧的路由信息来发送帧。 路由指定包括：局域网号、网桥号。。。。第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网桥固定路由网桥透明网桥源路由网桥重配置的能力有限，通过用路由信息对网桥重新编程获得高，网桥维护关于站点的位置的信息高，每个站点必须在发送之前知道往其目的地路由确定站点的责任无，仅发送帧无，仅发送帧有网桥的要求路由表路由表生成、修改并执行生成树算法的能力依据路由来广播转发帧，执行算法使用的路由由设计者决定总是沿着生成树，但不必是最小费用站点可以选择相互间的最小费用路由对拓扑的要求有些，网桥必须被编程，但站点不知道无，网桥知道站点相对其端口的动态位置，而站点没必要知道有些，网桥相对于路由信息和生成树算法，但是站点必须确定一个到目的地路由第九章：网络设备与网络互联/网络设备/交换机CNSH8008口10/100M自适应交换机

交换机：

体现了桥接的复杂交换技术，与网桥不同的是转发延迟小。

三种交换技术分组交换机

（图示路由表）交换机分类交换机与路由器的区别第九章：网络设备与网络互联/网络设备/交换机交换机的三种交换技术 端口交换（模块交换、端口组交换）：

工作在物理层，连接多条以太网段。帧交换直接交换 存储-转发交换信元交换：

以ATM技术为代表，交换长度固定（53Byte）便与硬件实现。允许多个虚拟连接。第九章：网络设备与网络互联/网络设备/交换机分组交换机

用于组网的基本电子交换机，因为能把完整的分组（packet）从一条连接到另一条连接而被称为分组交换机。在概念意义上，每个包交换机多是一台小型计算机，具有处理器、存储器以及发送和接受的I/O设备，现在的分组交换机有专用的硬件组成分组交换机用来连接其他交换机用来连接计算机1265交换机端口A端口B第九章：网络设备与网络互联/网络设备/交换机交换机2交换机1交换机3[1.1][1.3][2.1][2.3][3.2][3.3]123412341234目的站下一站[1,1]交1[1,3]交1[3,2]交3[3,3]交3[2,1]本交[2,2]本交交换机2的路由表广域网的主要问题在网络层，有一些节点交换剂及链路组成。节点交换剂之行将分组存储-转发功能。局域网的主要问题在数据链路层，少量在物理层。第九章：网络设备与网络互联/网络设备/交换机交换机的分类二层交换机——解析MAC地址，在表中找到该地址对应的端口三层交换机——解析MAC地址，IP地址，也称为路由表交换机四层交换机——解析MAC地址，IP地址，TCP端口号。可将多台存有同样内容的服务器以相同的IP地址接入四层交换机，所以可称为Web交换机。路由器——只处理网络层地址，称为一种三层网络设备

二层交换机、路由器——其分析的是单域分类三层交换机、四层交换机——其分析的是多域分类第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器路由器（Router）路由器的功能路由器的性能路由器的优缺点路由其硬件组成路由器软件组成与软件实现路由器选购要点路由器的分类路由器与交换机的区别EDIMAXBR-6524双WAN口+4LAN口宽带Router第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器路由器的功能（1）在网络间转发到远地网络的报文（2）选择最合理的路由（查找、改变路由表、把大的数据包分为小包）（3）多协议路由器可以连接不同通信协议的网络段。所谓多协议路由器，即可支持多种网络协议，连接使用不同通信协议的网络设备；单协议路由器，用于具有相同网络协议的网络互连。第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器TCPIPLLCMAC物理层TCPIPLLCMAC物理层

LLCX.25-3MACX.25-2物理X.25-1

X.25-3LLCX.25-2MACX.25-1物理IPIPA机B机Router1Router2LAN1LAN2X.25网第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器背板能力——路由器背板容量或总线能力吞吐量——指路由器包转发能力丢包率——在应转发的数据包中不能转发的数据包所占的比例转发时延——需转发的数据包最后一bit进入路由器端口到该数据包第一bit出现在端口连路上的时间间隔路由表容量——指路由器运行中可以容纳的路由数量可靠性——指路由器可用性、无故障工作实践和故障恢复时间等指标。路由器队列管理机制——算法好坏、QoS能力，拥塞管理控制能力第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器路由器的优点适用于大规模的网络复杂的网络拓扑结构负载共享和最优路径能更好地处理多媒体信息安全性能高隔离不需要的通信量节省局域网的频宽，减少主机负担路由器的缺点它不支持非路由协议安装复杂价格高第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器路由器的硬件组成：

处理器、内存、I/O插座、管理控制接口、电源ASYNC1-8EtherSERIAL-0SERIAL-1CONSOLEAXUPOWER拨号服务器以太网接口接集M（广域网）接PC串口远程调试用电源路由器软件1.路由器软件运行在UNIX操作系统上 2.路由器软件运行在嵌入式操作系统上3.路由器软件本身就是操作系统（为提高软件效率）路由器软件实现1.路由协议功能（RIP,OSPF,EIGRP,BGP……）2.查表转发功能（路由表含几十万条路由，在高端路由器中由ASIC芯片中硬件实现）3.管理维护功能（路由队列管理机制）第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器路由器选购要点1.路由器的性能，冗余性和稳定性2.路由器的接口种类3.路由器所支持的开放标准协议和特性4.安全性5.可管理性6.流量控制和计费7.路由器支持路由表大小，路由器体系结构第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器能力上分高端路由器中低端路由器结构上分模块化结构非模块化结构网络位置上分核心路由器接入路由器功能上分通用路由器专用路由器性能上分线速路由器非线速路由器第四代与第五代路由器第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器第四代路由器：采用了硬件转发模式，解决了带宽容量和性能不足的瓶颈问题，但是基于ASIC的硬件转发在获取高性能的同时，牺牲了业务灵活性。在设计ASIC芯片的时候，对转发流程作了大量优化。如果在IP转发中还要做一些复杂的额外处理，ASIC借无能为力了。第五代路由器：自在硬件体系结构上仍采用硬件转发模式和交换网式结构，在关键的IP转发和业务流程处理上采用了可编程的，转为IP网络设计的网络处理器技术，代替了原来的ASIC技术。通过软件来控制处理流程。对于路由表查找算法，QoS的拥塞控制算法等采用硬件协处理器来提高处理性能。实现软件业务灵活性与高性能硬件转发的结合。软交换：是一种功能实体，为下一代网络（NGN）提供具有定时性要求的呼叫控制功能，使下一代网络呼叫与控制的核心。传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，而软交换则是与业务无关的，软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制，未来的软交换是尽可能的简单的，智能控制功能尽可能的移至部的业务应用层第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器路由器与节点交换机的区别：（1）路由器是用来连接不同的网络，而节点交换机制是在一个特定的网络中工作（2）路由器是专门用来转发分组，而节点交换机还可接上许多个主机（3）路由器使用统一的IP协议，而节点交换机使用所在广域网的特定协议（4）查找路由表时，路由器根据目的站的网络号找出下一站（即下一个路由器）而节点交换机则根据目的站所接入的交换机号找出下一站即下一个节点交换机）

（图示）第九章：网络设备与网络互联/网络设备/路由器223.1.4223.1.2223.1.3223.1.2.4A123Router目的网号直/间标志R,IP地址网接口号223.1.2直接（空）1223.1.3间接223.1.2.41223.1.4间接223.1.2.41A机中的路由表第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网关网关（Gateway）：

能够连接不同网络的软件和硬件结合产品（通过重新封装信息是他被另一系统接收）可设在服务器上，或设在大型机上。速度慢，价格贵。分为面向连接的网关（用于虚电路网络的互联）和面向无连接的网关（用于数据包网络的互联）。常见的网关有：电子邮件网关—可从一种系统向别的类型系统传数据IBM主机网关—可在个人机和IBM大型机间建立、管理通信因特网网关—允许、管理LAN与Internet间的接入局域网网关—试运行不同协议的网段间通信

（图示）第九章：网络设备与网络互联/网络设备/网关GatewaySNAWAN7应用层6