计算机网络基础 课件 项目四 网络互联设备及配置技术

项目4网络互联设备及配置技术目录4.1网络传输介质4.2物理层互联设备4.3数据链路层互联设备4.4网络层互联设备4.5其他网络设备4.1网络传输介质

网络传输介质网络传输比喻若将电脑比作货运站，数据为车，传输介质便是连通各地的公路，不可或缺。

有线传输介质同轴电缆、双绞线与光纤，为现代网络中常见有线传输之物理媒介，稳定可靠。

无线传输介质无线电波、微波及红外线，在无需实体连线情况下，实现信息空中传递，灵活便捷。4.1.1同轴电缆同轴电缆结构由中心导体、绝缘层、网状屏蔽层及外层保护套构成，依次提供信号传输、绝缘隔离、电磁屏蔽及物理防护功能。同轴电缆类型依据应用场景分为基带同轴、射频同轴及光纤复合等类型，满足数据传输、射频通信及光缆增强等不同需求。基带同轴电缆常用的一种，特征阻抗为50Ω，如RG-8、RG-58型号。宽带同轴电缆常用于视频信号传输，特征阻抗为75Ω，如RG-59型号。粗同轴电缆适用于大型局部网络，具有较长的标准距离和高可靠性，但安装较为复杂。细同轴电缆细同轴电缆，安装简易，成本低，适于以太网，射频应用广泛。外层绝缘物料网状导电体绝缘体中心导体4.1.2双绞线

双绞线基本介绍双绞线：两根绝缘铜线缠绕，互抵电磁干扰，减少信号辐射。双绞线类型及特性双绞线分屏蔽(抗干扰)和非屏蔽(成本低)两类。双绞线应用场景与安全性双绞线，通信安全的物理守护者，有效防止信号泄漏，保护信息传输。双绞线性能指标与作用双绞线，关键性能指标保障，通信系统信号传输佳选。4对双绞线漏电线4.1.3光纤

光纤基本原理与结构光纤：全反射传导光，结构含纤芯、包层、涂覆层及护套，安全高效。

光纤分类与传输模式光纤分单模、多模，单模适远程，多模适局域。

光纤在通信系统中的应用光纤：高带宽、远距离、强抗干扰，理想通信介质。

光纤在各领域的广泛应用光纤技术跨领域应用，不断创新满足多样化需求。纤芯包层涂覆层护套

4.1.4无线传输介质无线传输介质概览无线传输介质主要指的是可以通过自由空间传播信号的电磁波。以下是一些常见的无线传输介质。

无线电波与应用无线电波，空中电磁使者，承载声音与信号，广播通信导航之基。

微波、红外线与激光通信微波、红外、激光通信，各具特色，满足不同场景需求。

无线通信技术及其应用无线通信技术多样，如Wi-Fi、5G，满足不同场景需求。4.2物理层互联设备4.2.1中继器

01中继器功能放大或重建信号，确保网络信号远距离传播，工作在OSI模型物理层。02中继器类型包括Wi-Fi中继器和光纤中继器，适应不同网络环境，提升信号覆盖范围。(a)WiFi中继器(b)光纤中继器（1）中继器：中继器的作用

信号放大中继器可以接收弱信号，放大它们后重新发送，以延长信号的传输距离。

延长传输距离中继器增强信号，延长网络传输距离。

扩大网络覆盖范围通过使用中继器，可以将网络信号扩展到原本无法到达的区域。中继器的分类（2）中继器：中继器的分类

中继器分类：数字、模拟、光纤，分别放大数字、模拟信号和光信号。

（3）中继器：中继器的特点信号重建中继器不仅可以放大信号，还可以重建信号，以确保信号在传输过程中的完整性。

单向传输一些中继器是单向的，只能在一个方向上放大信号。

带宽限制中继器不会增加网络的带宽，它只是放大现有的信号。

延迟使用中继器可能会引入一定的信号延迟。

（4）中继器：中继器的特点冲突域在以太网中，中继器扩展了冲突域，这意味着如果在一个端口上检测到冲突，那么整个网络都会受到影响。

限制连接的节点数根据网络标准，如以太网，每个冲突域中可连接的设备数量是有限制的。

网络层不可知中继器：信号放大器，不处理网络层，被交换机、路由器取代，特定场景仍重要。4.2.2集线器集线器功能集线器作为网络设备，连接多台终端，构建局域网，工作在物理层。集线器示意图图4-8展示了网络集线器外观与端口，直观说明其连接特性。01（1）集线器：集线器的作用多端口连接集线器提供了多个端口，允许将多个终端设备（如计算机、打印机等）连接到一个网络中。02信号再生集线器接收从一个端口进入的信号，再生并广播到所有其他端口，以确保信号在传输过程中的完整性。

（2）集线器：集线器的分类

被动集线器也称为非管理型集线器，没有任何智能功能，只简单地广播信号到所有端口。

主动集线器也称为管理型集线器，具有一些额外的功能，如端口监控、链路检测等。

可堆叠集线器可以将多个集线器堆叠在一起，通过一个单元进行管理，从而扩展端口数量。

（3）集线器：集线器的特点广播通信集线器：共享介质设备，广播信号至所有端口，形成单一冲突域与广播域。

半双工操作集线器支持半双工通信，这意味着在任何给定时间，一个端口要么发送数据，要么接收数据，但不能同时进行。

冲突域集线器扩展了冲突域，这意味着如果在一个端口上检测到冲突，那么整个网络都会受到影响。

简单性集线器设计操作简单，适用于小型网络，已被交换机等先进设备部分取代。4.3数据链路层互联设备4.3.1网桥

网桥功能连接不同网段，基于MAC地址过滤与转发数据帧，实现通信。网桥位置如图4-9所示，部署于网络中，工作在OSI模型第二层，数据链路层。（1）网桥：网桥的作用分割网络网桥可以分割一个大型网络为多个较小的网段，从而减少每个网段内的通信量，提高网络性能。过滤流量网桥通过学习和记忆每个端口的MAC地址，可以过滤不必要的流量，只转发目标地址所在的网段。扩展网络网桥可以连接不同的网段，如以太网和令牌环网，从而扩展网络的覆盖范围。（2）网桥：网桥的分类网桥的分类网桥分本地与远程，本地连接网段，远程跨网连接。

（3）网桥：网桥的特点01学习MAC地址网桥可以自动学习网络中设备的MAC地址，并建立一个MAC地址表，用于转发帧。

02过滤帧网桥只转发那些目标地址不在源地址所在网段的帧，从而减少不必要的网络流量。

03分割冲突域每个网桥端口代表一个独立的冲突域，这意味着一个端口上的冲突不会影响其他端口。

04保持广播域网桥不会分割广播域，这意味着广播帧会被转发到所有端口。

05半双工和全双工操作网桥可以支持半双工和全双工通信，这取决于它的配置和网络互联设备的支持。

06透明操作网桥，虽被交换机取代，但在特定场景仍具价值。4.3.2交换机

（1）交换机的概念交换机：局域网核心设备，数据链路层工作，依据MAC地址转发数据帧。数据帧转发（2）交换机：交换机的作用交换机精确定向转发数据帧，提升网络效率与带宽利用率。网络分段通过将一个大的网络分成多个小的网段，交换机可以减少网络拥塞，提高网络的性能和安全性。提供多个连接端口交换机通常具有多个端口，可以连接多台计算机和其他网络设备，如打印机、服务器等。支持全双工通信交换机允许端口之间进行全双工通信，这意味着数据可以同时在不同方向上传输，从而提高通信效率。网络管理交换机具网络管理功能，支持VLAN划分、端口镜像与流量控制，便于监控与管理。

（3）交换机：交换机的工作原理MAC地址学习交换机通过学习源MAC地址与端口关联，建立MAC地址表。

数据帧转发交换机通过检查MAC地址，实现数据帧的直接转发或泛洪广播。

更新MAC地址表交换机动态更新MAC地址表，通过监听网络数据帧学习变化。

过滤和安全性交换机还可以基于源和目的MAC地址提供一定程度的流量过滤，这有助于提高网络的安全性和性能。（4）交换机：交换机的分类按照传输介质分类以太网、光纤、无线，三种交换机覆盖有线无线传输需求。按照规模和性能分类桌面、工作组、核心交换机，从小家到大企，网络需求全覆盖。按照管理方式分类交换机按管理方式分：非管理型、管理型、智能型，功能逐级增强。按照架构分类单层交换机按MAC转发，多层交换机还支持IP路由。按照应用场景分类交换机按场景分：桌面、核心、边缘，提升网络性能与可靠性。4.3.3交换机的基本配置基本设置配置网络基础：设主机名、密码，建用户，配IP。接口配置配置接口，设置链路类型与VLAN分配。VLAN配置创建VLAN并分配接口，设置访问模式，指定VLAN编号。保存配置保存配置：save。监控和故障排除使用display命令监控交换机状态与配置，包括接口、VLAN及当前配置。退出配置模式输入quit命令退出当前模式，直到返回用户执行模式。

4.3.4VLAN的概念VLAN概念VLAN通过逻辑划分局域网设备形成独立网段，实现物理网络上的多逻辑网络构建，增强网络灵活性与管理效率。

主要特点支持跨物理位置的逻辑分组，简化广播域控制，便于实施基于端口的访问策略，提升网络资源分配的精细化程度。

逻辑分组VLAN允许将同一物理网络内的设备按照功能、部门、应用或其他标准逻辑分组，而不受其物理位置的限制。

广播域隔离VLAN隔离广播域，限制广播流量，提高网络性能。

4.3.4VLAN的概念提高安全性VLAN提升网络安全性，限制未经授权用户访问。

灵活性和可扩展性VLAN允许网络管理员在不改变物理拓扑的情况下，通过软件配置来调整和扩展网络。

改善网络性能通过减小广播域的大小，可以减少网络拥塞，提高网络性能。

4.3.4VLAN的基本配置VLAN配置基础在具备VLAN功能的交换机上，配置过程主要包括创建VLAN、将端口分配给VLAN、设置VLAN间路由等步骤，具体命令依据设备型号和厂商而异。

通用配置流程尽管各品牌交换机存在差异，但基本步骤相似，涉及定义VLAN名称、ID，关联端口，以及启用VLAN通信功能，需参照特定设备手册以确保准确执行。

4.3.5VLAN的基本配置创建VLAN创建VLAN：设置ID，命名，完成配置。

将端口分配给VLAN配置交换机端口至VLAN，涉及设置接入模式并指定VLAN。

配置Trunk端口配置中继端口实现多VLAN数据传输。

配置VLAN路由配置VLAN间路由，需在三层交换机或路由器上设置。

保存配置确保保存配置，防重启后配置丢失，使用Switch#writememory。4.3.5VLAN的基本配置：注意事项

配置VLAN前的检查在配置VLAN之前，请确保交换机支持VLAN功能。

VLANID的范围与特殊VLANVLANID范围1-4094，VLAN1常为默认。

中继端口的配置要点配置中继端口需匹配模式，VTP域和VLAN修剪同步。

网络中多交换机的VLAN配置如果网络中有多个交换机，则需要确保它们都配置了正确的VLAN，以便正确地传输数据。

调整配置以适应不同品牌交换机调整命令，适配不同品牌交换机，如Cisco、华为、H3C等。4.4网络层互联设备4.4.1路由器

（1）路由器的概念路由器自动选择最佳路径，连接并转发数据于多网络间。路由器的主要作用是实现网络数据包的转发，从而将数据从一个网络传输到另一个网络（2）路由器：路由器的作用

网络互联路由器，连接局域网与广域网，实现网络通信与数据交换。

数据处理路由器功能提升数据传输安全与效率，如分组过滤和防火墙保护网络。

网络管理路由器管理网络，确保稳定运行，涵盖配置、性能、容错及流量控制。

路由选择路由器智能选择最佳路径，确保数据高效传输。

负载均衡高级路由器动态分配流量，平衡负载，提升网络传输效率。

（3）路由器：路由器的工作原理

路由选择机制路由器通过分析数据包目标IP地址，依据路由表选择最优传输路径，确保信息高效准确送达目的地。

网络层功能工作于OSI第三层，基于IP地址实现跨网络通信，通过数据包转发策略保障传输可靠性与稳定性。

接收数据包当路由器从一个接口收到数据包时，它会检查数据包的目标IP地址。

识别目标地址路由器从数据包中提取出目标IP地址及子网掩码，计算出目标网络地址。

（4）路由器：路由器的工作原理查找路由表路由器用路由表存储网络地址与路径信息，由RIP、OSPF、BGP等协议生成。

转发数据包路由器依据路由表转发数据包，未匹配时启用默认路由。

路由表的形成路由表由直连网络、静态配置和动态学习三方式形成，支持路由器核心功能。

4.2.2路由器的基本配置：路由器的端口01Console端口Console端口：用于本地配置路由器，需通过专用连线与电脑串口连接。

02AUX端口辅助端口，主要用于远程配置，也可用于拔号连接，还可通过收发器与MODEM进行连接。

03RJ-45端口以太网端口。大多为10/100Mbit/s自适应的。

04SC端口光纤端口，用于与光纤的连接。

05Serial端口常用于广域网接入，如帧中继、DDN专线等，也可通过V.35线缆进行路由器之间的连接。

06BRI端口ISDN的基本速率端口，用于ISDN广域网接入，采用RJ-45标准。4.2.2路由器的基本配置：路由器的配置模式用户模式输入口令后，进入路由器用户模式，系统提示符为Router>。特权模式输入"enable"及口令，达特权模式，提示符变Router#。全局配置模式"全局配置模式下，用户可修改路由器设置，通过输入'configureterminal'进入配置模式。"端口配置模式配置路由器端口，如ethernet0/1，需进入端口配置模式。Router(config)#Router#Router>用户模式exitenable特权模式exitconfigterminnal全局配置模式interface…line各种配置模式

4.2.2路由器的基本配置：步骤1，路由器命令行操作模式的进入：

步骤2，设置路由器的名称：

4.2.2路由器的基本配置：步骤3，配置路由器的IP地址和子网掩码：

步骤4，配置路由器串口的时钟和IP地址：

4.2.2路由器的基本配置：步骤5，设置路由器控制台登录密码：

步骤6，设置路由器远程登录密码：

4.2.2路由器的基本配置：步骤7，设置路由器特权模式密码：

步骤8，查看路由器的系统和配置信息：014.2.3静态路由协议静态路由定义由管理员手动配置路由路径，无需网络变化时自动更新，适用于拓扑稳定的简单结构。02动态路由对比区别于自动调整的动态协议，静态路由依赖人工维护，减少资源消耗但灵活性不足。03维护特点路由表信息固定，需管理员手动修正，适合小型网络环境，保障传输路径稳定性。04静态路由的优点静态路由：安全、省带宽，配置灵活，适固定网络结构。05静态路由的缺点静态路由：缺乏灵活性，变更需手动调整；管理维护难，配置工作量大。06静态路由的应用场景静态路由适用于小型网络或高安全需求场景，管理简单，条目建议5条以内。4.2.4静态路由的配置：配置命令配置静态路由至特定网络配置静态路由：目的网段、子网掩码、下一跳IP/本地接口。配置静态路由配置静态路由至20.1.1.0/24，下一跳1.1.1.1或限定F0/1口转发。删除已配置的静态路由使用"noiproute"命令可删除指定静态路由，如20.1.1.0/24。静态路由的配置：配置步骤步骤1，配置路由器的名称、端口IP和时钟频率：Router#conftRouter(config)#hostnameR1 //配置路由器R1的名称

R1(config)#intserial0/0/0 //进入连接的串口（实验中的端口号可能不同）

R1(config-if)#clockrate64000R1(config-if)#ipaddress2.2.2.1255.255.255.0 //为S0/0/0端口设置IPR1(config-if)#noshutdownR1(config-if)#exitR1(config)#intf0/0R1(config-if)#ipaddress10.1.1.254255.255.255.0R1(config-if)#noshutdownR1(config-if)#exit步骤2，配置路由器R2的名称、接口IP：Router#conftRouter(config)#hostnameR2 //配置路由器R2的名称

R2(config)#intserial0/0/0 //进入连接的串口R2(config-if)#ipaddress2.2.2.2255.255.255.0 //为S0/0/0端口设置IPR2(config-if)#noshutdownR2(config-if)#exitR2(config)#intf0/0R2(config-if)#ipaddress20.1.1.254255.255.255.0R2(config-if)#noshutdownR2(config-if)#exit步骤3，在R1上配置静态路由：//配置到达20.1.1.0网段的静态路由，下一跳的地址为2.2.2.2R1(config)#iproute20.1.1.0255.255.255.02.2.2.2静态路由的配置：配置步骤步骤4，在R2上配置静态路由：//配置到达10.1.1.0网段的静态路由，下一跳的地址为2.2.2.1R2(config)#iproute10.1.1.0255.255.255.02.2.2.1步骤5，查看路由表：R1#showiprouteCodes:C-connected,S-static,I-IGRP,R-RIP,M-mobile,B-BGPD-EIGRP,EX-EIGRPexternal,O-OSPF,IA-OSPFinterareaN1-OSPFNSSAexternaltype1,N2-OSPFNSSAexternaltype2E1-OSPFexternaltype1,E2-OSPFexternaltype2,E-EGPi-IS-IS,L1-IS-ISlevel-1,L2-IS-ISlevel-2,ia-IS-ISinterarea*-candidatedefault,U-per-userstaticroute,o-ODRP-periodicdownloadedstaticrouteGatewayoflastresortisnotset2.0.0.0/24issubnetted,1subnetsC2.2.2.0isdirectlyconnected,Serial0/010.0.0.0/24issubnetted,1subnetsC10.1.1.0isdirectlyconnected,FastEthernet0/020.0.0.0/24issubnetted,1subnetsS20.1.1.0[1/0]via2.2.2.2步骤6，测试网络连通性：把PC1～PC4的IP地址、子网掩码及网关按照网络拓扑图中的地址配置完成后，进行网络连通性的测试。在PC1上测试PC1和PC3的连通性：PC1>ping20.1.1.1Pinging20.1.1.1with32bytesofdata:Replyfrom20.1.1.1:bytes=32time=1msTTL=126Replyfrom20.1.1.1:bytes=32time=1msTTL=126Replyfrom20.1.1.1:bytes=32time=1msTTL=126Replyfrom20.1.1.1:bytes=32time=1msTTL=126Pingstatisticsfor20.1.1.1:Packets:Sent=4,Received=4,Lost=0(0%loss)4.5其他网络设备4.5.1网卡

网卡类型PCIE有线网卡、PCIE无线网卡、USB无线网卡、光纤网卡，覆盖有线与无线连接需求。网卡功能作为计算机与网络间桥梁，通过物理媒介发送接收数据包，工作于OSI模型物理层与数据链路层。

（1）网卡：网卡的作用数据传输网卡：数据与信号间的桥梁，连接计算机与网络。

网络连接网卡通过RJ-45或天线接口，使电脑连接有线或无线网络。

网络协议实现网卡内置协议，如以太网，高效处理通信，减负CPU。

地址识别MAC地址，网卡唯一标识，硬件固化，不可更改，用于网络设备识别。（2）网卡：网卡的分类按传输介质分类有线网卡用电缆传输，如以太网；无线网卡用无线电波，如Wi-Fi。按接口类型分类网卡按接口分：PCIe高速、USB便携、集成主板。按速度和标准分类网卡按速标分：10/100/1000M，10G及Wi-Fi多标准。按功能分类网卡按功能分：普通、管理型、光纤，满足不同网络需求。4.5.2调制解调器

调制解调器功能实现数字信号与模拟信号的转换，确保数据在电话线上传输。

调制解调器类型包括ADSL调制解调器等，图4-14展示了其外观与连接端口。