第5章 常用网络设备

教学重点和难点：交换机的工作原理路由器的工作原理集线器和交换机级联冲突域和广播域第5章常用网络设备5.1常见物理层设备

不可避免的信号衰减限制了信号的远距离传输，从而使每种传输介质都存在传输距离的限制。但是在实际组建网络的过程中，经常会碰到网络覆盖范围超越介质最大传输距离限制的情形。为了解决信号远距离传输所产生的衰减和变形问题，需要一种能在信号传输过程中对信号进行放大和整形的设备，以拓展信号的传输距离，增加网络的覆盖范围。将这种具备物理上拓展网络覆盖范围功能的设备，称为网络互连设备。在物理层通常提供两种类型的网络互连设备，即中继器（Repeater）和集线器（Hub）。失真不严重失真严重实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输入信号波形输出信号波形(失真不严重)输入信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输出信号波形(失真严重)5.1常见物理层设备5.1.1中继器中继器具有对物理信号进行放大和再生的功能，其将从输入接口接收的物理信号通过放大和整形再从输出接口输出。中继器具有典型的单进单出结构，所以当网络规模增加时，可能会需要许许多多的单进单出结构的中继器作为信号放大之用。5.1常见物理层设备5.1常见物理层设备使用中继器应遵守以下两条原则：

①是用中继器连接的以太网不能形成环形网；

②是必须遵守MAC（介质访问控制）协议的定时特性，即用中继器将电缆连接起来的段数是有限的。对于以太网，最多只能使用4个中继器，意味着只能连接5个网段，即遵守以太网的5-4-3-2-1规则。5.1常见物理层设备以太网的5-4-3-2-1规则，其中：5是指局域网最多有5个网段；4是指全信道上最多可连4个中继器；3是指其中3个网段可连网站；2是指有两个网段只能用来加长而不连任何网站，其目的是减少竞发网站的个数，而减小发生冲突的几率；1是指由此组成一个共享局域网，总站数小于1024，全长小于500m（双绞线）或2.5km（粗同轴电缆）。5.1常见物理层设备5.1常见物理层设备5.1.2集线器

集线器（Hub）在OSI（开放系统互连）参考模型中处于物理层，其实质是一个中继器，同样必须遵守MAC（介质访问控制）协议的定时特性，主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。正因为集线器只是一个信号放大和中转的设备，所以它不具备交换功能。

按供电方式不同，集线器可分为无源Hub和有源Hub。

按网关功能不同，集线器可分为无管理Hub和管理式Hub。

按端口数不同，集线器分为8口、12口、16口、24口、48口等Hub。

按适用的网络类型不同，集线器可分为以太网Hub、令牌环网Hub、FDDIHub、ATMHub。

按提供带宽不同，集线器可分为10Mbps、10/100Mbps、100Mbps、10/100/1000MbpsHub。

按照扩展方式分类，集线器有可堆叠集线器和不可堆叠集线器两种。5.1常见物理层设备5.2.1网卡

网卡是局域网中提供各种网络设备与网络通信介质相连的接口，全名是网络接口卡，也叫网络适配器，其品种和质量的好坏，直接影响网络的性能和网上所运行软件的效果。5.2数据链路层设备5.2数据链路层设备每一网卡在出厂时都被分配了一个全球惟一的地址标识，该标识被称为网卡地址或MAC地址，由于该地址是固化在网卡上的，所以又被称为物理地址或硬件地址。网卡地址由48位长度的二进制数组成。其中，前24位表示生产厂商，后24位为生产厂商所分配的产品序列号。

按照网络技术的不同可分为以太网卡、令牌环网卡、FDDI网卡等。目前以太网网卡最常见。

按照传输速率，单单以太网卡就提供了10Mbps、100Mbps、1000Mbps和10Gbps等多种速率。数据传输速率是网卡的一个重要指标。

按照总线类型分类，网卡可分为ISA总线网卡、EISA总线网卡、PCI总线网卡及其他总线网卡等。

按照所支持的传输介质，网卡可分为双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡、光纤网卡和无线网卡。5.2数据链路层设备5.2.2网桥

网桥提供了一种最简单的将局域网网段连接成可维护、高可靠性的扩展网络的方法。网桥工作在OSI模型中数据链路层的MAC子层。网桥可以将局域网分成两个或更多的网段，它通过隔离每个网段内部的数据流量，从而增加了每个结点所能使用的有效带宽。5.2数据链路层设备5.2数据链路层设备网桥主要具有如下功能：（1）在物理上扩展网络（2）数据过滤功能（3）逻辑划分网络的功能（4）数据推进功能（5）帧格式转换功能5.2数据链路层设备5.2.3交换机

以太网交换机（以下简称交换机,Switch）是工作在OSI参考模型数据链路层的设备，外表和集线器相似。它通过判断数据帧的目的MAC地址，从而将帧从合适的端口发送出去。交换机的冲突域仅局限于交换机的一个端口上。1．交换技术的基本原理

5.2数据链路层设备(1)交换数据帧

如果数据帧的目的MAC地址是广播地址或者组播地址，则向交换机所有端口转发（除数据帧来的端口）。

如果数据帧的目的地址是单播地址，但是这个地址并不在交换机的地址表中，那么也会向所有的端口转发（除数据帧来的端口）。

如果数据帧的目的地址在交换机的地址表中，那么就根据地址表转发到相应的端口。

如果数据帧的目的地址与数据帧的源地址在一个网段上，它就会丢弃这个数据帧，交换也就不会发生。5.2数据链路层设备E0：0260.8c01.1111E1：0260.8c01.3333E2：0260.8c01.2222E3：0260.8c01.4444E3：0260.8c01.6666MACaddresstableACEBDF0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.55550260.8c01.33330260.8c01.44440260.8c01.6666E0E1E2E3E45.2数据链路层设备交换地址表

端口交换帧交换直通交换无碎片直通方式存储转发交换信元交换2.交换机的三种交换技术5.2数据链路层设备3．局域网交换机的种类①从广义上来看，交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。②按照现在复杂的网络构成方式，网络交换机分为接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。③从传输介质和传输速度上看，局域网交换机分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆位以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种。④从规模应用上又有企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。

5.2数据链路层设备⑤按照OSI的参考网络模型，交换机分为第2层交换机、第3层交换机、第4层交换机等，一直到第7层交换机。⑥按照交换机的可管理性，可把交换机分为可管理型交换机和不可管理型交换机，它们的区别在于对SNMP、RMON等网管协议的支持。⑦按照交换机是否可堆叠，交换机分为可堆叠型交换机和不可堆叠型交换机两种。5.2数据链路层设备⑧按照最广泛的普通分类方法，局域网交换机分为桌面型交换机、工作组型交换机和校园网交换机3类。⑨根据交换技术的不同，有人又把交换机分为端口交换机、帧交换机和信元交换机3种。⑩从应用的角度划分，交换机分为电话交换机（PBX）和数据交换机（Switch）。当然，目前在数据上的语音传输VoIP又有人称之为“软交换机”。

5.2数据链路层设备4．交换机之间的连接(1)交换机有“UpLink（级联）”端口

交换机间的级联网线必须是直通线，不能用交叉线。(2)交换机没有“UpLink（级联）”端口

交换机间线级联网线必须是交叉线，不能是直通线。(3)堆叠5.2数据链路层设备5.3网络层设备5.3.1路由器网络层数据链路层物理层传输层网络层数据链路层物理层传输层物理层路由器数据链路层网络层目的站点源站点路由器（Router）的两个基本功能：路由选择功能和交换功能1．路由器和网桥的区别

路由器和网桥的一个重要区别是：网桥独立于高层协议，它把几个物理网络连起来后提供给用户的仍然是一个逻辑网络，用户根本不知道有网桥存在；路由器则利用互连网络协议将网络分成几个逻辑子网。路由器是面向协议的设备，能够识别网络层地址，而网桥只能识别链路层地址或称MAC地址，网桥对网络层地址视而不见。5.3网络层设备2．路由器端口F0/1S0S1218.12.255.0202.15.168.0209.152.21.05.3网络层设备路由器与网络的连接部分称为端口。B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网5.3网络层设备路由器A路由器B路由器C主机1主机2主机3主机4主机5主机19主机18主机6主机21主机20F0/1F0/0F0/0S0/0S0/1F0/0T03．路由器在网络互连中的作用（1）提供异构网络的互连5.3网络层设备（2）实现网络的逻辑划分F0/0192.168.1.1F0/1192.168.2.1T0192.168.3.1网络1:192.168.1.0主机1192.168.1.2主机3192.168.1.4主机2网络3:192.168.3.0网络3:192.168.2.0主机4192.168.2.2主机6192.168.2.4主机5主机20主机215.3网络层设备（3）实现VLAN之间的通信

路由器电子工程系汽车系教务处192.168.1.0

192.168.2.0

192.168.3.05.3网络层设备用路由器进行网络互联HUB路由器冲突域2冲突域1路由器可以隔离冲突域和广播域HUBHUB冲突域3广播域2广播域15.3网络层设备5.3.2３层交换机1．什么是3层交换

3层交换（也称多层交换技术或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第2层（数据链路层）进行操作的，而3层交换技术是在OSI网络模型中的第3层实现了数据报的高速转发。

简单地说，3层交换技术就是：2层交换技术

3层转发技术。5.3网络层设备二层交换技术三层交换技术三层转发技术2．3层交换原理5.3网络层设备一个具有3层交换功能的设备，是一个带有3层路由功能的层交换机。3．3层交换种类

纯硬件的三层交换技术纯软件的三层交换技术5.3网络层设备ASIC路由表路由表三层引擎查路由表MAC地址表端口B端口A①

②

③

④

三层交换式芯片查MAC地址5.3网络层设备CPU三层引擎查路由表MAC地址表端口B端口A①

②

③

④

路由表内存三层交换式芯片查MAC地址5.3网络层设备冲突域：在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。广播域：网络中能接收任一