计算机网络设备课件

1、,第五章 计算机 网络设备 计算机 网络技术,ADSLmodem,电信接入,交换机,主机,集线器,集线器,集线器,集线器,集线器,辽宁省第十二届教育软件大赛作品,5.1 网卡,5.1.1 网卡的功能,5.1.2 网卡的工作原理,5.1.3 网卡的类型,5.1.4 网卡的选择,5.1.5 网卡的安装,第五章,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,台式计算机使用的网卡一般是插在扩展槽上，笔记本电脑使用的网卡一般插在PCMCIA槽上，网卡提供了计算机和网络缆线之间的物理接口，具有以下功能： 1.实现局域网中传输介质的物理连接和电气连接 网卡都带有相应连接介质的连接插口，网络中的计算机就是通过网

2、卡插口的连接介质连入网络的。 2.代表着一个固定的地址 以太网拥有一个全球惟一的网卡地址，它是一个长度为位的二进制数，它为计算机提供了一个有效的地址。 3.执行网络控制命令 网卡对传送的电信号进行匹配，传输的电信号由网卡接收后要转换成计算机所要求的逻辑电平，而网卡发送时，则要转换成传输规定在介质中传送的信号电平，用光缆连接的网卡，还要进行光电转换与电光转换，以接收光纤传输的信号和发送光信号。 计算机联网后执行的各种控制命令，都是通过网卡接收和执行,PgUp,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.1.1 网卡的功能,5.1.1 网卡的功能,的，网卡接收控制命令后，便执行相应的网络操作。

3、 4.实现OSI模型中的数据链路层的功能 网卡实现OSI开放系统层模型中数据链路层的功能，主要是对传输介质内信息传送方向的控制，即信息是进行发送还是接收，若发送，便将信息打成数据包发送，若接收，则取下传送的信息包。传送时，由计算机进入网卡的数据是并行的（通过相应计算机内插槽的数据总线进入网卡），因而由网卡再将并行数据变成串行数据后，送入传输介质，并以二进制流形式进行发送。当网卡从传输介质得到串行数据时，再将其串行二进制位流变成并行数据送入计算机，在网卡进行发送和接收过程中，还要进行传输错误检测。 5.对传送和接收的数据进行缓存 网卡上带有缓存，可在高速主机并行发送和接收与传输介质中低速串行传送

4、间起缓冲作用，当接收慢速的串行数据到网卡缓冲区并装满时，再由计算机并行取走；发送时，由计算机将数据并行送入缓冲区，当装满后，再串行发送出去。 6.按照OSI协议物理层传输的接口标准，实现规定的接口功能,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,网卡随网络结构不同而不同，例如有以太网卡、令牌环网卡、ATM网卡、FDDI网卡等。组建什么类型的网络，就用什么类型的网卡，在单一结构的网络中不能混用。,5.1.1 网卡的功能,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,在网卡上有一定数目的缓存，当网上传来的数据到达本工作站时，首先被暂时存放在网卡的缓存中。而

5、CPU并不知道网卡何时从网络上收到待处理的数据，因此网卡与CPU之间必须有一种有效的联系方法，使得CPU能够知道网卡上当前有无数据需处理。一种方法是CPU周期性地不断查询网卡，这种方法的缺点是：如果周期时间太长，大量数据被放在网卡缓存得不到处理，有可能造成丢失部分数据，同时对网卡缓存容量要求较高，如果周期时间短，又会大大浪费CPU处理能力，降低CPU的实际工作效率。一些老式网卡采用这样的工作方式，目前已经很少使用了。另一种沟通CPU与网卡的方法是由网卡来通知CPU在某个时候来处理新来的数据，这也是目前较为流行的一种方法，网卡的这种工作方式被称为中断请求。CPU接收到网卡的申请后，会通知主板上的

6、直接存储器访问芯片（DMA），将数据送放入到内存中，而CPU一旦空闲便处理网卡上数据。,5.1.2 网卡的工作原理,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,1.按总线的类型分类 网卡按总线类型可分为ISA总线型网卡、PCMCIA总线型网卡、USB网络适配器。其中ISA总线型的网卡现在计算机主板不再支持。 (1)PCI总线型网卡 在服务器和台式机中的网卡一般都采用PCI总线结构。常用的32位33MHz下的PCI总线数据传输率 可达到132Mbps，而在一些服务器中 采用64MHz 的PCI总线最大数据传输 率可达257Mbps，更好地适应了计算 机高速CPU 对数据处理的需示和多媒 体应用的

7、需求。PCI总线型网卡如右图 所示。,5.1.3网卡的类型,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.1.3网卡的类型,()PCMCIA总线型网卡 PCMCIA总线是笔记本电脑 （便携式计算机）使用的总线， PCMCIA总线型网卡是专用于笔 记本电脑的一种网卡，如扑克牌 般大小，如右图所示。 ()USB网络适配器 USB是一种新型的总线技术， 由于其传输速率远远大于传统的 并行口和串行口，设备安装简单 又支持热插拔，已被广泛应用于 多种设备，网络适配器也已使用 USB技术。USB网络适器其实是 一种外置式网卡，连接在计算机的USB接口上，如上图。,PCMCIA总线型网卡,USB网络适配器

8、（网卡）,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.1.3网卡的类型,.按网络类型分类 按网络类型网卡可以分为以太网卡、令牌环网卡和ATM网卡等。 .按网卡的连接头分类 网卡的连接头是为了连接线缆而设计的，它分为以下几类。 (1) BNC连接头：提供 的网络接口适用于连接非屏 蔽双绞线(UTP)连接头。 (2) RJ-45连接头，提 供的网络接口适用于连接非 屏蔽双绞线(UTP)连接头。,BNC接口BNC接口网卡,RJ-45接口 RJ-45接头网卡,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.1.3网卡的类型,(3) AUI连接头：提供 的网络接口适用于连接AU I电缆的连接头，它一

9、般用 于一些专有设备。 (4) 无线网卡：通过无线电传输网络 信号，需要专用的无线集线器设备支持。 (5) 光纤网卡：提供的网络接口适用 于连接光纤的连接头，一般仅用于服务器 和网络的中心交换机之间的连接。 早期产品中还有同时具 有BNC 连接头和 RJ-45 连接 头的，目前已经很少见到了。,AUI连接头AUI接口网卡,无线网卡,光纤网卡,BNC与RJ-45双接头网卡,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.1.3 网卡的类别,4. 按传输速率分类 网卡按传输速率（即其支持的带宽）分为10Mbps网卡、 100Mbps网卡、 1000Mbps网卡以及10100Mbps自适应网卡和10

10、/100/1000Mbs自适应网卡。目前常用的是10100Mbps自适应网卡， 1000Mbps网卡虽然价格逐渐降低，但与其配套的交换机等其他设备仍然很昂贵，所以目前使用较少。,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.1.4 网卡的选择,在组建局域网时常常把注意力集中在一些价格昂贵的网络连接设备中，而对网卡、网线等低价产中可能重视不够。而网卡作为网络的重要设备之一，其性能好坏直接影响到计算机之间数据传输能力的高低，甚至影响到计算机的稳定性与网络的稳定性，所以应特别关注网卡的选择。 (1)选择性价比高的网卡 对网卡来说，由于它属于技术含量较低的产品，名牌网卡和普通网卡在性能上一般不会相差

11、太多，一般可以选择性价比较高的产品，例如一些国产品牌的产品，不一定要用Intel、3COM等名牌产品。 (2)根据组网类型选择网卡 在选择网卡之前应明确需要组建的局域网是通过什么介质来连接的、数据传输的容量和要求等因素。根据传输介质的不同，网卡可分为双绞线网卡（RJ-45接口）、细缆网卡（BNC接口）、粗缆网卡（AUI接口）。有的网卡虽然有上述种接口，但并意味着可同时进行上述种连接，而是只能选择其中一种。现在大多数局域,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.1.4 网卡的选择,网都是使用双绞线和RJ-45接口的网卡组网。此外还要考虑局域网对数据传输的速度要求，无特别要求时可选择10/

12、100Mbps自适应网卡。 (3) 根据工作站选择合适总线类型的网卡 由于网卡是要插在计算机的扩展槽中，这就要求所购买的网卡总线类型必须与所使用的计算机的总线相符。总线的性能直接决定从服务器内在和硬盘向网卡传递信息的效率。 (4) 根据使用环境选择网卡 为了能使选择的网卡与计算机协同高效的工作，必须根据使用环境来选择合适的网卡。例如不应为一台普通的工作站选择昂贵、功能强大、速度快捷的网卡，也不应为一台服务器安装性能普通、传输速率低的网卡。还应该考虑在服务器中增插几块网卡提高系统的可靠性，实现高级容错、带宽汇集等功能。此外，如果要在笔记本电脑中安装网卡，最好选与计算机品牌一致的专用网卡。 (5)

13、根据特殊要求选择网卡 不同服务器实现的功能和要求也不是一样的，应该根据实现的,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.1.4 网卡的选择,功能和要求来选择网卡。例如，要组建的局域网如果要实现远程控制功能，就应该选择带有远程唤醒功能的网卡，这样只要在安装了一定软件（例如Magic Packet Utility ）计算机上运行启动命令就可启动指定的远程计算机。 如果网卡用笔记本电脑，还应注意选择带有低功耗功能的网卡，以节省笔记本电脑电池的电量。 目前在台式计算机中，网卡一般都集成在主板上，其性能足以满足一般的网络要求。,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.1.5 网卡的安装,在

14、计算机上安装网卡的步骤及安装视频： (1)首先关闭计算机，将计算机后方的各种插头和连线拆除，如果不熟悉这些线路的安装，应记下每条线路的安装位置与方式。 (2)将主机外壳的螺丝卸下，再将外壳拆下。 (3)确认网卡的总线接口。目前大部分网卡为PCI总线。 (4)在主板上找到相应的空闲插槽。 (5)在机壳后方对应插槽位置上将阻隔的挡板拆除。 (6)将网卡插入相应的空闲插槽中，并稍微摇晃，确保网卡与插槽接触良好。 在主板上安装网卡时，一般采用先插后半部，再压下前半部的方法；如要将网卡从主板上取下来，则操作与插网卡正好相反。 (7)旋紧螺丝，固定机壳与网卡的连接。 (8)将机壳安装好，并接好拆下的插头和

15、连线。 安装网卡后，一般还必须安装驱动程序网卡才能工作。,点击左侧“习题”按扭或点击此处进入练习题,5.2集线器,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.2.1 集线器的功能,5.2.2 集线器的分类,5.2.3 集线器的选择,5.2.4 集线器的连接,5.2.1集线器的功能,集线器(HUB)是一种连接多个用户节点的设备，每个经集线器连接的节点都需要一条专用电缆，典型的集线器如图5-5所示。集线器内部采用电气互连的结构，从某种意义上可以将集线器看做是多端口中继器。集线器工作于OSI模型中的物理层。在共享式以太网连接中，最简单的连接方式就是采用同轴电缆（最常用的是细缆）的连接方式。在这种

16、连接方式中，每台计算机安装一块带有BNC接口的网卡，在BNC口上通过T型头分别连接在两根细缆的一端，就像在通过一段段电线把一个个电灯泡连接起来一样，通过细缆把计算机连接在网络上。细缆网络最大的弊病就是T型连接头容易接触不良，并且引起全网瘫痪，就好比一段电线接触不良则所有的灯泡都不亮。而集线器相当于把整个细缆和T型头装到一个机箱里（当然，要通过许多电路实现稳定性和信号处理），然后把T型头中连接计算机的部分通过双绞线延长，最长可达100m。集线器作为网络网络传输介质间的中心节点，它克服了,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,集线器,5.2.1集线器的功能,介质线路单一的缺陷，当网络系统中的

17、某条线路或节点出现故障时，不会影响网上其他节点的正常工作。细缆网和集线器一样，都是单一网段的共享介质以太网，其数据传输控制方式都是采用CSMA/CD方式，也就是说，集线器上所有的商品共享同一个带宽，在任何时候集线器所有端口出现的电信号都是相同的，就好象接在一段电线上的多个电话机，某一时刻说话的只能有一个人。连接到集线器的节点发送信号时，首先通过与集线器相连接的电缆将信号送到集线器，集线器将这个信号进行放大，重新定时，然后发送到所有节点；最后，信号以达目标节点，目标节点将发给它的信号收下。集线器连接网络如右图所示。,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.2.2集线器的分类,集线器发展迅

18、速，分类方法有多种：1.按端口数量分类集线器端口数量有5口、8口、12口、16口、24口、48口等，最常用的是24口集线器。2.按带宽分类根据带宽的不同，可将集线器分为10Mbps、100 Mbps、10/100 Mbps自适应，1000 Mbps和100/1000 Mbps自适应集线器等。自适应集线器又称为“双速”集线器，其中内置了两条总线，分别工作在两种速率下。(1) 10Mbps集线器10Mbps集线器的各个端口共享10Mbps带宽，只支持10Mbps或10/100Mbps网卡自适应网卡(2) 100Mbps集线器100Mbps集线器的各个端口共享100Mbps带宽，只支持100Mbps

19、网卡或10/100Mbps自适应网卡。(1) 10/100Mbps自适应集线器这种集线器具有内置的10/100Mbps交换功能，每一个RJ-45,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.2.2集线器的分类,端口均支持10/100Mbps自动检测，能将网络的10Mbps和100Mbps网段连接，从而实现以太网和快速以太网用户互相通信。无需任何软件设置，无需重新对集线器连线即可归地从以太网迁移到快速以太网。(4) 1000Mbps集线器1000Mbps集线器的各个端口共享1000Mbps带宽，只支持1000Mbps网卡或100/1000Mbps自适应网卡。3.按管理分性分类按可管理性的不同

20、，集线器可分为不可管理集线器（俗称亚集线器）和可管理集线器（也称智能集线器）。不可网管集线器只起信号放大和再生作用，无法对网络进行性能优化，而可网管集线器带有一个管理模块，支持SNMP网络管理协议，可以向网络管理软件报告集线器运行状态，也可以接受网络管理软件的指令，打开或关闭某些端口，或自动屏蔽有故障的端口。目前大部分集线器为可网管集线器。4.按扩展能力分类按照扩展能力，可划分为独立集线器、堆叠集线器等。,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.2.2集线器的分类,(1) 独立集线器独立集线器本身没有进一步扩展的能力，它只能通过级联（两台集线器各拿出一个端口通过级联线连接）的方式扩展端

21、口数量，级联还可以扩展网络距离。这种集线器一般用于连接工作组计算机，向上级连接到网络交换机。独立集线器具有价格低、网络管理方便、容易查找故障等优点，主要用于构建小型局域网。(2)堆叠式集线器堆叠式集线器带有堆叠接口，通过专用电缆可以将两个以上的集线器堆叠成为一个逻辑的集线器来使用和管理，目的是增加端口。 堆叠式集线器与级联式集线器的不同在于：堆叠式集线器不占用自身的端口，是两台集线器背板的直接连接，而级联式集线器占用自身的端口，效率上级联式集线器低于堆叠式集线器。,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.2.3 集线器选择,选择集线器一般要考虑以下几个方面。(1) 速率：主要应考虑上传

22、设备的数据传输速率。例如，如果上传设备的数据传输速率为100Mbps，则最好选择100Mbps集线器。(2) 端口数：根据网络中的计算机数量选择(3) 可扩展性：如果需要连接的计算机数量较多，或者希望将来能够进行网络扩展，则在选择集线器时应考虑它是否支持堆叠或级联。(4) 是否内置模块：如果集线器中内置了交换模块，则可用作小型局域网的主干设备，而没有内置交换模块的集线器一般处于局域网的边缘。(5) 是否提供网管功能：部分集线器可通过增加网管实现对自身的简单管理。需要注意不同厂商的模块不混用，甚至同一厂商的不同产品的模块也不同。(6) 外形尺寸：如果系统比较简单，没有楼宇级别综合布线，局域网内的

23、用户比较,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.2.3集线器的选择,少，可不考虑集线器的外形尺寸，但如果已经完成了综合布线并购置了机柜，则需要选择尺寸机架标准的集线器。,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.2.4集线器的连接,1.集线器常见端口接入设备最重要的是它的接口技术，不同的接口应用于不同的应用环境，不同的应用又对应于相应的接口，不仅集线器如此，包括后面将要讲到的交换机、路由器等都是这样。集线器通常都提供三种类型的端口，即RJ-45端口、BNC端口和AUI端口，以适用于连接不同类型电缆构建的网络。一些高档集线器还提供有光纤端口和其他类型的端口。(1) RJ-45端口

24、RJ-45 端口可用于连接 RJ-45 接头，适用于由双绞线构建的网络，这种端口是最常见的，一般来说以太网集线器都会提供这种端口。平常所讲的多少口集线器，就是指的具有多少个 RJ-45 端口利用集线器的RJ-45端口即可直接连接计算机、网络打印机等终端设备，也可以与其他交换机、集线器等集线设备和路由器进行连接。(2) BNC端口BNC端口就是用于与细同轴电缆连接的端口，它一般是通过,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,集线器的RJ-45接口,5.2.4集线器的连接,BNC-T 型接头进行连接的。大多数 10Mbps 集线器都拥有一个BNC 端口。当集线器同时拥有BNC 和 RJ-45

25、端口时，由于即可通过RJ-45端口与双较线连接，又可通过BNC 端口与细同轴电缆网络连接，因此 ，可实现双绞线和细同轴电缆两个采用不同传输介质的网络之间的连接。这种双接口的特性可用来兼容原有的细同轴电缆网络（10Base-2）。同样，如果两个网络之间的距离大于100M,使用双绞线不能实现两个网络之间的连接时，这时也可以通过集线器的BNC端口利用细同轴电缆传输将两个网络连接起来，而这两个网络仍可以采用双绞线这种廉价、常见的传输价质。(3) AUI端口 AUI端口可用于连接粗同轴电缆的AUI接头，因此这种用于与粗同轴电缆网络的连接。(4) 集线器堆叠端口 只有堆叠式集线器才有这种端口，它的作用是用

26、来连接两个堆叠式集线器的。一般来说一个堆叠式中同时具有两个外观类似的端口：一个标注为“UP”,另一个标注为“DOWN”,在连接时是用,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,集线器的AUI端口,集线器,5.2.4集线器的连接,电缆从一个集线器的“UP”端口连接到另一个堆叠式集线器的“DOWN”端口上，端口示意图如下所示。,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.2.4集线器连接,2.集线器的堆叠和级联集线器的装相对简单，尤其是不可网管集线器，只要将其固定在配线柜并插上电源线即可。需要连接哪根双绞线，就把哪根双绞线的RJ-45头插头插入集线器端口即可。为了使集线器满足节点数较多的网络

27、对端口的数量要求，可以使用多个集线器，这些集线器采用堆叠或级联方式来进行连接。(1) 集线器的堆叠堆叠方式是指将若干集线器用电缆通过堆叠端口连接起来，以实现单台集线器端口数的扩充，要注意只有堆叠端式集线器才有这种端口，一个堆叠式集线器中一般同时具有“UP”和“DOWN”堆叠端口。集线器的堆叠是通过厂家提供的一条专用连接电缆，从一台“UP”堆叠端口直接连接到另一台集线器的“DOWN”堆叠端口。堆叠中的所有集线器可视为一个整体的集线器来进行管理，也就是是说，这些集线器从拓扑结构上可视为一个集线器。这种集线器的连接通常不会占用集线器上原有的普通端口，而且在这种堆叠,第五章,计算机 网络设备,计算机

28、网络技术,5.2.4集线器连接,端口中具有智能识别性能，所以堆叠在一起的集线器可以当作一台集线器来统一管理。集线器堆叠技术采用了专门的管理模块堆叠连接电缆，能够在集线器之间建立一条较宽的宽带链路。堆叠集线器的堆叠连接如右图。(2) 级联级联是另一种集线器端口扩展方式，它是指使用集线器普通的或特定的端口来进行集线器间的连接的。所谓普通端口就是通过集线器的某一个常用端口（例如RJ-45端口）进行连接，而所谓特殊端口就是集线器为级联专门设计的一种“级联端口”，一般都标有“UPLink”字样。因为有两种级联方式，所以事实上所有的集线器都能够进行级联，至少可以通过普通端口进行。使用UPLink端口级联大

29、多数集线器都会带有“UPLink”端口的集线器。当使用,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,集线器的堆叠连接示意图,5.2.4集线器连接,集线器提供的用于上行连接的UPLink端口时，通常可利用直通的双绞线将该端口连接至其他集线器上除UPLink端口外的任意端口。如图下所示。,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,集线器的级联连接示意图,Uplink端口,5.2.4集线器连接,使用普通端口级联集线器间除了可以使用上面介绍的专用级联端口(UPLink）进行级联外，还可以通过集线器的普通端口进行级联，不过要注意的是这时要用交错连线方式制作连接线，连接方式如右图所示。一般来说，堆叠方式

30、实现起来比较困难，投资较大，而且集线器间的距离也受到很大限制。而级联方式相对来说实现起来比较容易，价格也比较便宜，在距离上也有很大余地，可以达到单段双绞线网段的最大距离100m，实现起来比较灵活。但是方式在性能方面远比级联方式更具优势，而且堆叠方式也可以实现多台集线器统一管理。集线器间的级联除了能增加集线器的端口数量外，还有一个重要的作用就是增大局域网的范围（同时也扩展了集线器的端口数）,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,普通端口,连接线,普通端口,使用普通端口级联连接示意图,5.2.4集线器连接,非屏蔽双绞线所能允许的最长传输距离为100m，也就是说，网络范围为以集线器为中心的10

31、0m内，这对于一个大型的网络来说是远远不够的。当计算机与集线器的距离超时100m时，就可以通过在线路的中间加上一个集线器的方法来实现距离的扩展，只需要计算机到集线器以及集线器到集线器的距离均在100m以内。虽然集线器级联方式有专用UPLink 端口方式和普通端口方式两种，但最好选用UPLink 端口方式，因为这种连接方式可以最大限度的保证下一个集线器的带宽和信号强度，而采用普通端口进行扩展时信号衰减严重，而且带宽受网络影响较大，在有多级级联的网络中尤其要重视这一点。,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,点击左侧“习题”按扭或点击此处进入练习题,5.3交换机,第五章,计算机 网络设备,计

32、算机 网络技术,5.3.1 网桥的作用与交换机的出现,5.3.2 三种交换技术员,5.3.3 局域网交换机的种类,5.3.4 局域网交换机的选择,5.3.5 交换机应用中几个值得注意问题,5.3.1网桥的作用与交换机的出现,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,网桥（Bridge）也称桥接器，是 连接两个局域网的存储转发设备，用 它可以完成具有相同或相似体系结构 网络的连接。网桥是数据链路层的连 接设备，是为各种局域网存储转发数 据而设计的，它对节点用户是透明的 ，节点在其报文通过网桥时，并不知道网桥的存在。相对于集线器而言，网桥是比较复杂的网络设备，两个网段分别连接到网桥的两个端口时，

33、各网段中，只有标明了发送给另一个网段的信号，才会通过网桥。后来，出现了多口网桥（例如世纪年代初采用较多的美国Starbridge 8口智能网桥产品），每一个端口可以连接一个网段。如果把集线器比喻成一根电线上串起来的多个电话机-同一时刻只能有一个人说话；多口网桥就好像把多部电话连接到电信局-任何两部电话只要对方有空，就能够通信。因此，以10Mbps设备为例，集线器是共享10Mbps带宽，而多口网桥的每一个端口都独享10Mbps带宽。,网桥,5.3.1网桥的作用与交换机的出现,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,多口网桥虽然很好，但由于网桥技术比较比较复杂，多口网桥造价很高。1993年，局

34、域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换技术的热潮，网桥很快便失去了市场竞争力。其实，交换技术是在各端口之间实现的简化的、低成本的桥接技术。交换技术允许 共享型和专用型的局域网进行带宽调整，以减轻局域网这间信息流通出现的瓶颈问题。现在已有以太网、快速以太网和ATM技术的交换产品。交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发，而这咱转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与多口网桥不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。 类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高

35、的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点扩充、移动和网络变化的操作。,5.3.2三种交换技术,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,1. 端口交换 端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器一般机箱较大，机箱内有一个主处理板（即背板），机箱前面有若干插槽，每个插槽可以插入若干不同类型和数量端口的模块。背板通常划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域）。不用网桥或路由器连接，网络之间是互不相通的。模块插入后通常被分配到

36、某个背板的网段上。端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。 .帧交换 帧交换是目前应用最为广泛的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异，但对网络帧的处理方式一般有以下几种： (1) 直通交换对于每一个要发送的帧，交换机只读出前14B(目的地址)，便将网络帧传送到相应的端口上。 (2) 存储转发首先完整的接收发送帧，并先进行差错检测，,5.3.2三种交换技术,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,如果接收帧是正确的，则根据帧目的地址确定输出端口号，再转发出去。 前一种

37、方法的交换速度非常快，但缺乏对网络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全性，同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。 3.信元交换 ATM采用对网络帧进行分解，将帧分解成固定长度53B的信元，由于长度固定，因而便于用硬件实现，处理速度快，同时能够完成高级控制功能，例如优先级控制。ATM采用专用的非差别连接、并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但并不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还允许在源节点和目标节点之间建立多个虚拟链接，以保障足够的带宽和容错能力。ATM的带宽可以达到25Mbps、155Mbps、622Mbpsa甚至数Gbps的传输能力。,5.

38、3.3局域网交换机的种类,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,1. 按传输介质和传输速率划分 按照传输介质和传输速率，交换机可分为以太网交换机、千兆交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种。 2按应用领域划分 交换机按照应用领域，可分为工作组计算机、部门交换机和企业交换机。 (1) 工作组交换机：最 常见的一种交换机，主要用 于办公室、小型机房、多媒 体制作中心、网站管理中心 和业务收集较为集中的业务 部门等。在传输速率上，工 作组交换机大部分都提供多 个具有10/100Mbps 自适应 能力的端口。,工作组交换机,5.3.3局域网交换机的种类,第五章,计算机 网络设备

39、,计算机 网络技术,(2) 部门交换机：常用 来扩充设备，在工作组交换 机不能满足需求时可直接考 虑用部六级交换机。虽然部 门级交换机只有较少端口， 但却支持较多的MAC地址， 并具有良好的扩充能力，端口的传输速率基本上为100Mbps。 (3)企业级交换机：仅用 于大型网络，且一般作为网 络的骨干交换机。企业交换 机通常具有快速数据交换能 力和全双工能力，可提供容 错等智能特性，还支持链路 汇聚及第三层交换中的虚拟局域网（VLAN）等功能。,部门级交换机,企业级交换机,5.3.4局域网交换机的选择,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,局域网交换机是组成网络系统的核心设备。作为局域网的

40、主要连接设备，以太网交换机成为应用普及最快的网络设备之一。随着交换技术的不断发展，交换机的价格急剧下降。集线器和网桥等设备将逐渐被交换机代替。 对用户而言，局域网交换机最主要的指标是端口数量的配置、数据交换能力、包交换速度等因素。在选择交换机时要注意以下事项： (1) 外形尺寸 如果网络较大，或已完成楼宇级的综合布线，要求网络设备在机架上集中管理，则应选择机架式交换机；否则可选择固定配置式交换机，它具有更高的性价比。 (2) 可管理性 对局域网交换机来说，特别是一些型交换机，在运行和管理方面所作出的代价远远超过购买费用。基于这方面考虑，交换机的可管理性（流量控制、带宽分配以及配置和操作的难易程

41、度）成为评定交换机的一个重要因素。,5.3.4局域网交换机的选择,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,(3) 端口带宽及类型 选择交换机的类型，首先根据组网带宽需要决定，再从交换机端口带宽设计方面考虑。从端口带宽的配置看，目前主要有以下3类。 n10Mbps+m100Mbps低速端口专用型。这种配置的交换机严格限制了网络的升级，无法实现高端多媒体网络，国内外厂商已基本停止生产。 n10Mbps/100Mbps端口自适应型。这种交换机是目前市场上的主流产品，它有自动协商功能，能够检测出其下传 设备的带宽是10Mbps还是100Mbps，是全双工还是半双工。 n1000Mbps+m100M

42、bps高速端口专用型。这种交换机是当前高速网络和光纤网络接入方案中的重要设备，可解决网络服务器之间的瓶颈问题，但价格远远高于前两种产品。 此外，还要考虑系统的扩展能力、主干线连接手段、交换机总交换能力、路由选择能力、 热切换能力、容错能力、与现有设备兼容等。,5.3.5交换机应用中几个注意的问题,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,1.交换机网络中的瓶颈问题 交换机本身的处理速度可以达到很高，用户往往迷信厂商宣传的Gbps级的高速背板。其实是一种误解，连接入网的工作站或服务器使用的网络是以太网，它遵循CSMA/CD介质访问规则。在当前的客户/服务器模式的网络中多台工作站会同时访问服务器

43、，因此非常容易形成服务器瓶劲。有的厂商已经考虑到这一点，在交换机中设计了一个或多个高速端口，方便用户连接服务器或高速主干网。用户也可以通过设计多台服务器（进行业务划分）或追加多个网卡来消除瓶颈。 2.网络中的广播帧 目前广泛使用的网络操作系统有Windows 2000等，而网络服务器是通过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。这类局域网中广播包的存在会大大降低交换机的效率，这时可以利用交换机的虚拟网功能（并非每种交换机都支持虚拟网）将广播包限制在一定范围内。 每台交换机的端口都支持一定数目的MAC地址，这样交换机能够“记忆”住该端口一级连接站点的情况，不同交换机的端口,5.3.5交换机应用中几个

44、注意的问题,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,支持MAC数也不一样，用户使用时一定要注意交换机的端口的连接端点数。如果超过交换机规定MAC数，交换机收到一个网络帧时，只要其目的站的MAC地址不存在于该交换机端口的MAC地址表中，那么该帧会以广播方式发向交换机的每个端口。 3.虚拟网的划分 虚拟网是交换机的重要功能。虚拟网是在交换式局域网的基础上，结合网络软件建立起的一个可跨接不同物理局域网、不同类型网段的各站点的逻辑局域网，也称虚拟工作组。虚拟网在逻辑上等价于广播域，更具体地说，可以将虚拟网类比成一组最终用户的集合，这些用户可以处在不同的物理局域网上，但它们之间可以像在同一个局域网上

45、那样通信而不受物理位置的限制。在这里，网络的定义和划分与物理位置和物理连接是没有任何必然联系的。一个虚拟工作组可以跨越不同的交换平台或智能集线器，一个工作站也可以属于不同的虚拟网。网络管理员可以根据不同的需要，通过相应的网络软件灵活地建立和配置虚拟网，并为每个虚拟网分配它所需要的带宽。虚拟网简化了网络的管理，整个虚拟网的建立、修改、删除非常方便，并且由于只有位于同一虚拟子网中的用户可以,5.3.5交换机应用中几个注意的问题,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,互相通信，可以比较有效地避免“广播风暴”。 请看虚拟局域网中的广播视频 通常虚拟网的实现形式有三种： (1)静态端口分配 静态虚

46、拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口，使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性，除非网管人员重新设置。这种方法比较安全，容易配置和维护。 (2) 动态虚拟网 支持动态虚拟网的端口，借助智能管理软件自动确定它们的从属关系。端口通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议来确定虚拟网的从属关系。当一网络节点刚连接入网时，交换机端口还未分配，于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。这样网管人员配置好后，用户的计算机可以灵活地改变交换机端口，而不会改变该用户的虚拟网的从属性，而且如果网络中出现未定义的MAC地址，则可以向网管人员报警。,5.3.

47、5交换机应用中几个注意的问题,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,(3) 多虚拟网端口配置 该配置支持一个用户或一个端口可以同时访问多个虚拟网。这样可以将一台网络服务器配置成多个业务部门（每种业务设置成一个虚拟网）都可以同时访问，也可以同时访问多个虚拟网的资源，还可以让多个虚拟网间的连接只需一个路由端口即可完成。但这样会出现安全上的隐患。,点击左侧“习题”按扭或点击此处进入练习题,5.4.1 路由器,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.4.1 路由器的功能,5.4.2 路由选择,5.4.3 路由协议,5.4.4 路由器的数据转发,5.4.5 路由器的种类,5.4.6 路由器

48、的选择,5.4.1 路由器的功能,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,路由器是一种用于路由选择的专用设备，那么路由选择又是什么呢？ Internet的背后其实就是千千万万个路由器。随着网络规模的不断扩大，整个网络可能 包含成千上万台相互连接的计算机，那么选样实现这么多的设备相互通信呢？就好像不能让每一个邮局记住世界上所有城市、乡村的地址一样，不可能去让每一台计算机记住所有计算机的位置，更何况这些计算机的位置可能是动态变化的。那么如何解决这个问题呢？ 在日常生活中，通过邮局发送信件时，并不是在信封上只写上信件的目的城市或乡镇 街道的名称，而是按顺序写出省、地市、城镇、街道。例如，如果从北

49、京寄一封建到山东济南市历下区燕子山路36号，那么可能是这样的： 从北京的本地邮局将信寄出，邮局根据信封上的地址判断它下一步该往山东省发送，到了山东省再转发到济南市，然后是历下区，最后送到目的地。当然在这里仅是为说明问题而举的一个简单,5.4.1 路由器的功能,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,例子。总的来说，在日常生活中，将整个国家划分成省、直辖市、自治区，它们之间均知道对方：然后再由省下发到它下面的地市，再到县、区、街道，这样就解决了问题 根据这个思路，可将整个网络人工地分成许多互相连接的小网络，这些互相连接的小网络下还可以根据需要再分成一些子网络，整个结构如图5-14所示。,图5

50、-14分成小网络后的网络结构示意图,5.4.1 路由器的功能,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,然后，让这些小网络互相记住其他小网络的位置，而这些小网络的子网络则记住其他子网络的位置。那么由谁来“记住”呢？而且网络的整个结构会产生变化，又由谁来跟踪这些变化呢？这时就产生了一种新的网络设备，称为路由器。由于它的工作是记住和跟踪其他网络 的情况，并指示本 网络的信息如何到 达另一个网络，路 由器就是为信息寻 找到达目标节点的 工具。安装路由器 后，整个网络如图 5-15所示。 路由器的主要 功能为：路由选择、数据转发（又称为交换）和数据过滤。路由器的功能由硬件来实现，也可以由软件来实现，

51、或者是部分功能用硬件来实现，部分功能用软件来实现。 。,图5-15 在网络使用路由器结构示意图,5.4.2 路由选择,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,路由器一般有多个网络接口，包括局域网的网络接口和广域网的网络接口，每个网络接口连接不同的网络，是一个网状网的拓扑结构，这就为源主机通过网络到目的主机的数据传输提供了多条路径。路由选择就是从这些路径中寻找一条将数据包从源主机发送到目的主机的最佳传输路径的过程。 图5-16所示为路由器工作原理的一个简单例子。假设，主机A要向主机B发送数据，中间要经过多个路由器，这时有多条路径可供选择，其路径选择和数据转发的工作流程如下：,5.4.2 路由

52、选择,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,。 (1) 主机A将欲发送的数据（包括B的地址）发送给路由器1。 (2) 路由器1收到主机A的数据包以后，先从数据包中取出主机B的地址，再根据 路由表从多条路径中计算出发往主机B的最短路径，这里假设该路径为：主机A一路由器1路由器4路由器5主机B，并将数据包转发给路由器4。 (3) 路由器4重复路由器1的工作，并将数据包转发给路由器5。 (4) 路由器5取出主机B的地址，发现主机B就在该路由器所连接的网络上，就将该数据包发往主机B。 至此，主机A的数据包经一级级转发，最终发送到目的主机B。,请看路由器的路由选择的动画演示,5.4.3 路由协议,

53、第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,在路由器中，路径选择是根据路由器中的路由表来进行的，每个路由器都有一个路由表，路由器选择好某种路由协议后，就按照一定的路由算法建立并维护路由表，路由表中定义了从该路由到目的主机的下一个路由器的路径。所以，路由选择是通过在当前路由器的路由表中找出对应于该数据包目的地址一下一个路由器来实现的。 路由协议是指路由选择协议，是实现选择算法的协议。网络互联中常用的路由协议有：RIP（路由选择信息协议）、OSPF（开放式最短路径优先协议）、IGRP（内部网关路由协议）等。其中，RIP是基于距离间向量的路由协议，在RIP中，路由检查从源路由器到目的路由器的每条路径

54、，并选择站点数最少的路径到达目的地。 由此可见，路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种路径的相关数据路由表，供路由选择时使用。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器,5.4.3 路由协议,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,的个数和下一个路由器名称等内容。路由表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。 (1) 静态路由表由系统管理员事先设置好固定的路由表称为静态（Static）路由表，一

55、般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定 的，它不会随未来网络结构的改变而改变。 (2) 动态路由表动态（Dynamic）路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由表。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。,5.4.4 路由器的数据转发,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,Internet用户使用的各种信息服务，其信息传送均以IP包为单位进行，IP包除了包括要传送的数据信息外，还包含要传送的目的IP地址、发送信息的源主机IP地址以及一些相关的控制信息。当一个路由器收到一个IP数

56、据包时，它将根据数据包中的目的IP地址查找路由表，根据查找的结果将此IP数据包送往对应端口。下一台IP路由器收到数据包后继续转发，直至发到目的地。 除了上述功能外，路由器的另外一个重要作用就是充当过滤器，将来自对方网络的不需要的数据阻止在网络之外，进而减少网络之间的通信量，正是由于这种过滤功能，使得网络之间阻挡某些特殊数据成为可能。 路由器的技术含量较高，比较著名的路由器生产厂家有Cisco3COM等。,5.4.5 路由器的种类,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,1. 按支持网络协议的能力 从支持网络协议能力的角度，可把路由器分为单协议路由器、多协议路由器。单协议路由器只能用于特定的

57、网络协议环境，一般商家为某种特定的网络协议相配套而开发的。多协议路由器可支持当前流行的多种网络协议，具有广泛的适应性。它能提供一种管理手段来允许/禁止某种特定的协议。 2. 按工作位置 从工作位置来考虑，路由器可分为访问(Access)路由器和边界路由器。访问路由器主要用来连接远程节点或工作组进入主干网，一般由12个LAN接口、 2 3个WAN接口和2 3种网络协议（通常包括IP协议）组成，属于传统的路由体系结构。边界路由器建立了一种新的路由体系结构，其特点是由一个中央路由器（或交换机）连接所有的外围和边界路由器。 3. 按连接规模和能力 从连接规模和能力考虑，路由器可分为区域路由器、企业路由

58、器和园区路由器等，分别适用于不同规模的网络的互联。,5.4.6 路由器的选择,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,在选择路由器时，一般需要注意以下几个方面： (1) 管理模式 即用户可以通过方式对路由器进行管理设置。路由器最基本的管理方式是利用终端（或Windows提供的超级终端）通过专用配置线连接到路由器的配置口直接进行配置，一般都是先使用这种方式对路由器进行初步设置。 (2) 多协议支持 即路由器支持哪些广域网协议。ISP(Internet接入服务提供商)利用不同的广域网技术可以为用户提供不同的广域网线路，而用户往往不能确保自己一直使用一种广域网线路和，因此在选择路由器时最好对其支

59、持的广域网协议加以注意。ISP提供的广域网线路主要有X .25 、帧中继、DDN专线、ADSL等几种，在选择路由器时最好考虑将来的实际需求。 (3) 安全性 即使用了路由器以后能否确保自己内部局域网的安全。目前许多厂家的路由器可以设置访问权限列表，从而控制可以进出路由器的数据，防止非法用户入侵，实现防火墙的功能。 (4) 地址转换功能 使用路由器对外连接时，路由器能够屏蔽内部局域网的网络地址，利用地址转换功能统一转换成ISP提供的广域网地址，这样网络上的外部,5.4.6 路由器的选择,第五章,计算机 网络设备,计算机 网络技术,用户就无法了解到本局域网的地址，进一步防止了非法用户的入侵。同时，这种方法也是实现局域网用户通过一个IP地址访问Internet的手段。,点击左侧“习题”按扭或点击此处进入练习题,5.5 其他,计算机 网络设备,计算机 网络技术,5.5.1 调制解调器,5.5.2 中继器,5.5.3 收发器,5.5.4 ISDN 终端适配器,Related Documents,5.5.1 调制解调器,计算机 网络设备,计算机 网络技术,1.调制解调器的功能 在计算机的远程通讯中，一般都是利用现有庞大而成熟的公用电话网。目前的电话入户信号基本上都是模拟信号，而计算机所处理和传输的信息都是数字信号，因此计