《计算机网络技术基础 》教案21 网络互联技术（二）网络互联设备

1课题

局域网技术（二）——网络互联设备1

课时2课时(90min)

知识技能目标：

（1）掌握中继器、集线器的作用、特点与用途

（2）掌握网桥的作用、特点与类别

（3）掌握网关的作用与分类

教学目标（4）掌握二层交换机与三层交换机的作用

思政育人目标：

体会网络互联技术的发展为现实生活芍来的巨大改变，帮助学生增长知识、

丰富见识，培养学生珍惜学习时光的习惯,鼓励学生努力追求真理的科学精神，

为实现民族复兴的伟大愿望而奋斗。

教学重点：网络互联设备：中继器、集线器、网桥、网关

教学重难点

教学难点：在不同层次选择正确的网络互联设备

教学方法问答法、讨论法、讲授法

教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、APP

第1节课：考勤（2min）T可题导入（5min）一传授新知（30min）7袖互动（6min）

一评价修正（2min）

教学设计

第2节课：问题导入（5min）一传授新知（30min）一课堂互动（5min）T果堂小结

（3min）一彳5^■布置（2min）

教学过程主要教学内容及步骤设计意图

第一节课

■【教师】使用进行签到培养学生的组

考勤APP

织纪律性，掌握学

(2min)

■【学生】按照老师要求签到生的出勤情况

■【教师】引入新课

以前的课程当中我们学习到了OSI参考模型以及TCP/IP模型两

通过问题导入

种计算机网络的体系结构，上节课我们又介绍到了网络互联介质，

问题导入的方法，引导学生

（5min）我们把它们比喻为网络传输的公路，那么请大家回忆一下，这些网主动思考，激发学

络互联介质的传播距离是无限的嘛？当距离过远时我们通常采用哪生的学习兴趣

些技术手段呢？本节课我们就来重点学习网络传输的“驿站"一网

络互联设备。

■【学生】聆听、观看、思考、讨论

■【教师】通过学生的回答引入要讲的知识

■【教师】结合教材讲解网络互联设备

根据OSI参考模型的层次结构，网络互连的层次与相应的互连

设备如图所示.

OSI七层模型OSI七层模型网络互连设备

—

应用层应用层网关

—

表小层表示层网关

—

会话层会话层网关

—

传输层传输层网关

网络层-------------网络层路由号、三层交换机

—

数据链路层数据链路层交换机、网桥

—

物理层物理层中维器、集线器

一、中继器、集线器

物理层与物理层之间的互连属于同一个局域网内的计算机之间通过教师的讲

的互连，可以通过中继器和集线器实现。解和演示需助学

生掌握双绞线的

1.中继器

组成结构与传输

中继器又称为转发器，是最简单的网络互连设备。

特性、掌握双绞线

的分类与特点以

及掌握同轴电缆

的分类与特点

(1)工作原理

中继器执行物理层协议，实现电气信号的"接收一放大一整形

一发送”。

中箧。

主机B主机C

(2)用途

中继器常用于在两个网络节点的物理层之间按比特位双向传递

物理信号，完成信号的复制、调整和放大功能，以扩大数据的传输

(3)特性

①中继器的两端连接的只是网段，而不是子网。

②不能用于隔离网段之间的不必要的流量。

③不能互连不同类型的网络。

④在放大了网络上有用信息的同时，也放大了有害的噪声。

(4)参数

支持ICOMbps、155Mbps、1000Mbps以太网，可广泛应用

于局域网、广域网的互连及数据通信领域。

A【教师】提出问题，课堂互动

思考：搜索光纤中继器的应用案例，并简单描述。

计【学生】聆听、思考、回答问题

(5)"5-4-3"规则

①通常在一个网络中,最多可以分为5个网段

②其中用4个中继器连接

③只允许在其中3个网段包含计算机或设备其他2个网段

只能用于延长传输距离。

(6)类型

①双口中继器②多口中继器③多路复用器

@模块转发器⑤缓冲转发器

思考：分析中继器的优缺点。

｝【学生】聆听、思考、回答问题

2.集线器

集线器，俗称HUB,是一种具有多个转发端口的特殊中继器。

(1)主要功能

对接收到的信号进行再生、整形、放大，以扩大网络的传输距

离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

(2)优点：某条线路产生故障时并不影响其也线路的工作。

(3)缺点：①网络的安全性和可靠性低②端口带宽低

(4)联网示意图

(5)用途：主要用于共享网络的组建，是解决从服务器直接到

桌面最经济的方案。

*【教师】提出问题，课堂互动

思考：对比中继器与集线器说明不同之处。

＞【学生】聆听、思考、回答问题

二、网桥和二层交换机

1.网桥

网桥也叫桥接器，是连接两个或多个在数据链路层以上具有相

同或兼容协议的局域网的一种存储一转发设备。网桥在局域网互连

中，起到数据接收、地址过滤(不传输本网段内的信息)与数据转

发的作用。

(I)网桥的功能和特点

①能将一个较大的局域网分割为多个较小的局域网，进而分

隔较小局域网之间的广播通信量，有利于提高互连网络的性能与安

全性。

②网桥能将两个以上相距较远的局域网互连成一个大的逻

辑局域网，使局域网上的所有用户都可以访问服务器，扩大网络的

范围。

③网桥可以互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介

质或不同传输速率的网络，但这两个网络在数据链路层以上应采用

相同或相兼容的协议。

④网桥以"存储一转发”的方式实现互连网络之间的通信。

(2)网桥的分类

根据网桥工作原理的不同，可以将网桥分为透明网桥和源路由

网桥：

①透明网桥

是指网桥对于通信双方完全是透明的。在透明网桥中，所有的

路由选择全部有网桥自己确定，局域网上各节点不负责路由选择。

数据处理方式：采用"学习、泛洪、过滤、转发和老化”的方

式处理数据帧。(详见教材)

②源路由网桥

路由选择由发送帧的源节点负责，即源路路由网桥要求信息源

(不是网桥本身)提供传递帧到终点所需的路由信息。

工作原理：源节点在发送帧时，需要将详细的路由信息放在帧

的首部，网桥只需要根据数据帧中的路由信息进行存储和转发即可。

应用：源路由网桥在理论上可用于连接任何类型的局域网，但

主要用于互连令牌环网。

(3)网桥的局限性

(1)网桥互连的多个网络要求在数据链路层以上的各层采用相

同或相兼容的办议。

(2)网桥要处理接收到的数据信息，需要先存储，再查找MAC

地址与端口的对应记录表，因此增加了时延及数据的传输时间，降

低了网络性能。

(3)网桥不能对广播分组进行过滤，因此对于避免广播风暴，

网桥无能为力。

传输的最佳路由。

★【教师】提出问题，课堂互动

思考：网桥在实际应用中需要注意哪些问题。

计【学生】聆听、思考、回答问题

2.二层交换巩

二层交换机工作于OSI参考模型的第二层，其本质是网桥,所

以又可以称为多端口网桥。

(1)特性

①工作在数据链路层,是基于MAC地址的找表、转发。

②具有帧转发、帧过滤和生成树算法功能.

(2)功能

①物理编址②构建网络拓扑结构③错误校验

④传输数据帧序列⑤流量控制

3.交换机与集线器的区别

(1)工作层次不同：集线器属于0S1参考模型的物理层设备，

而交换机属于数据链路层设备。

(2)工作方式不同：集线器采用的是广播模式，容易产生广

播风暴；而交换机工作时，只有发出请求的端口和目的端口之间进

行通信，并不会影响其他端口，这种方式隔离了冲突域，有效抑制

了广播风暴的产生。

(3)端口带宽使用方式不同：集线器的所有端口共享带宽，

在同一时刻只能有两个端口传送数据；而交换机的每个端口独享自

己的固定带宽，既可以工作在半双工模式下，也可以工作在全双工

模式下。

■【学生】聆听、思考、记忆

■【教师】提出问题，要求学生讨论并回答问题

通过练W题巩

课堂互动思考交换机与集线器的区别。固所学知识，加深

(6min)对知识点的理解

■【学生】思考、讨论、回答问题

评价修正通过形成性检

(2min)■【教师】点评学生的回答，并总结、巩固知识点测进行强化诉正

第二节课

■【教师】引入新课

OSI七层模型OSI七层模型网络互连设备

应用层—应用信网关

表示层—表示层网关

会话层—会话层网关

—

传摘层传输层网关

—

网络层网络层踣由■、三层交M通过问题导入

-------------------

问题导入数据及路层数据健路层交换机、网桥的方法，引导学生

物理层—物理层

(5min)中健•、集线・主动思考，激发学

在上节课中我们主要学习了物理层的网络互联设备中继器和生的学习兴趣

集线器，以及数据链路层的网络互联设备交换机和网桥，在讲解

本次课程我们将继续学习网络层的互联设备一路由器以及三层交

换机，学习之前请同学们回忆一下：

思考：物理层、数据链路层的网络互联设备的优缺点

■【学生】聆听、思考、回答问题

■【教师】结合教材讲解路由器和三层交换机

一、路由器

1.定义

路庄器(router)是一种连接多个相同或不同类型网络的网络

互连设备,它具有按某种准则自动选择一条到达目的子网的最佳传

输路线的能力，用来连接两个及以上复杂网络。

结合教材讲解

传授新知帮助学生掌握路

(30min)由器与三层交换

2.路由器的组成(以QuidwayR2621路由器为例)

机的相关内容

路由器由硬件和软件组成。硬件主要由中央处理器、内存、接

口、控制端口等物理硬件和电路组成。

(1)硬件组成

从硬件的角度看，路由器是一台连接两个或多个网络的专用计

算机，它是用于在与它相连接的各个网络之间传送数据的专用的高

性能计算机。

•FLASH存储器(负责保存OS的映像和路由器的微码)；

•NVRAM存储器(保存配置文件)；

•ROM存储器(加载OS)；

•接口(完成路由器与其它设备的数据交换1

(2)软件

主要由路由器的IOS操作系统和各种网络运行参数所组成。

•BOOTROM(主要功能是路由器加电后完成有关初始化

工作，并向内存中加入操作系统代码)；

•VRP(通用路由平台)

(3)典型的路由器结构

图0数字表示相应层次路由选择处理机

的构件：|路由选择协议|

3—网络层路由

「路赢I

2—依据链跖层选择

1——物理层

■入端口哈出端口

+今回^^.

分蛆处理

笈发表I分组

♦入端口・出端口转发

+*交换结构

■HZhCEHZ］一

★【教师】提出问题，课堂互动

思考：简述路由器的作用。

计【学生】聆听、思考、回答问题

3.路由器的功能

路由器的作用就是完成这些子网之间的数据传送，它从一个子

网接收输入的分组，然后向另一个子网转发。

(1)路由选择：路由是指路由器接收到数据时，选择最佳

路径将数据穿过网络传递到目标地址的行为。

(2)连接网络：路由器既可以将不同类型的网络连接起来，又

可以将局域网连接到InternAt.

(3)划分子网：路由器可以从逻辑上把网络划分成多个子网段，

对数据转发实施控制。

(4)隔离广播：自动过滤网络广播，避免"广播风暴"。

4.路由器的工作原理

(1)路由表

路由表是工作在网络层实现子网之间数据转发的核心组件。

①格式

•目的地址和掩码：整个表的关键字，指出目的网络地址。

•转发地址：下一跳路由器的地址，转发地址字段可能是连

接到网络的接口地址。

•接口：指出数据转发所使用的路由器接口信息，T殳为端

口号或其他逻辑标识符。

•标识：用于说明路由的类型和情况。

H:主机路由，即该路由项指明到一台具体的主机

G:转发地址是一个有效的下一跳路由器的地址；

C:下一跳是与本站直接相连的；

S:该路由表项是静态的；

0:该路由表项是通过OSPF路由协议得到的。

R：是通过RIP协议得到

5.路由器的工作过程举例（详见教材）

在查找路由表时，要求使用最佳匹配原则。

（2）IP数据报的转发过程（案例详见教材）

IP数据报转发的过程可以总结如下：（详见教材）

①IP数据包到达网络层之后，首先根据目的IP地址得到目的

网络号，然后决定是直接交付还是转发数据包。如果网络号不匹配，

需要转发数据包，则跳到3）;

③根据目的IP地址在路由表（转发表）中查找下一跳IP地址；

④在路由器的ARP高速缓存表中查找下一跳IP地址对应的

MAC地址，如果找到下一跳路由器的MAC地址，则将查至I」的MAC

地址填入数据帧的首部6字节（即更新链路层的数据帧）；如果

ARP高谑1存表中不存在此IP地址，则通过向当前局域网内广播一

个ARP分组来请求下一跳路由器的MACt也址。

⑤根据得到的下一跳路由器MAC地址来更新数据链路层的数

据帧，即。贞头的目的MAC地址字段；

⑥转发数据包。

计【教师】提出问题，课堂互动

｝【学生】聆听、思考、回答问题

二、三层交换机

三层交换机对数据包(或分组)的处理与传统路由器相似，它

可以实现如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由确定等

功能。

1.三层交换机的工作过程(详见教材)

三层交换技术也称为IP交换技术或高速路由技术，三层交换机

既可以完成数据交换功能，又可以完成数据路由功能。

三层路由器的工作顺序就是：数据包进来一直看路由表一变换

三层交换机最突出的地方就是：

(1)"一次路由，多次交换"；

(2)第一次路由本质上找到了IP和接口的对应关系；

(3)直接利用IP和接口的对应关系进行数据交换，省掉了查

找路由表的环节。

2.三层交换机与路由器的区别

(1)主要功能不同。路由器的主要功能是路由功能,而三层交

换机主要功能仍是数据交换。

(2)处理数据的方式不同。路由器一般由基于微处理器的软件

路由引擎执行数据包交换，采用最长匹配的方式，而三层交换机通

过硬件执行数据包交换。

(3)用途不同。在数据交换方面，三层交换机一般适用于数据

交换频繁的相同协议局域网的互连。而路由器适用于局域网与广域

网之间的连接、不同协议的网络之间的连接等。

3.三层交换机的应用

三层交换机作为核心交换设备，被广泛应用于校园网、城域教

同一个局域网中各个子网的互联以及VLAN间的路由使用三层

交换机；而局域网与公网之间的互联，则使用专业路由器。

»【教师】提出问题，课堂互动

三层交换机是否可以完全取代路由？

计【学生】聆听、思考、回答问题

■【学生】聆听、思考、记忆

■【教师】结合教材讲解网关

三、网关

1.网关的作用

(1)在互连的、不同结构的网络中的主机之间相互通信时，由

网关完成这两种网络的数据报格式的相互转换，以实现不同网络协

议的翻译和转换工作。

(2)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。

2.网关的分类

按照网关的应用功能不同，网关可分为协议网关、应用网关和

安全网关3种类型：

(1)协议网关

在多个使用不同协议及数据格式的网络间提供数据转换功能。

(2)应用网关

在使用不同数据格式的环境中进行数据翻译的专用系统。

(3)安全网关

安全网关是综合运用多种技术手段，能够对网络上的信息进行

安全过滤以及控制的安全设备的总称。

■【学生】聆听、思考、记忆

通过练习题巩

■【教师】提供练习题，并找学生进行讲解

固所学知识，加深

课堂互动

考：对知识点的理解,

(5min)

1.源主机如何知道路由器的存在？通过讲解能够帮

2.路由器收到IP数据报后如何转发？助学生强化知识

一.

点

■【学生】思考、讨论、完成练习、讲解

■【教师】简要总结本节课的要点

物理层与物理层之间的互连属于同一个局域网内的计算机之间

的互连，可以通过中继器和集线器实现。

网桥和二层交换机都是网络中数据链路层的互连设备，它们具

有物理层和数据链路层两层的功能，既可以用于局域网的延伸、节

点的扩展，也可以用于将负荷过重的网络划分为较小的网段，以达总结知识点，力口

到改善网络性能和提高网络安全性的目的。深学生熟悉中继

课堂小结器、集线器、网桥、

工作在OSI模型网络层的互连设备主要有路