第四讲-联网设备..ppt

1、第四讲 联网设备,教学目的：了解和掌握常用网络互联设备的基本功能、 原理、结构及一些实际应用问题。 教学内容：（1）中继器与集线器 （2）调制解调器 （3）网卡 （4）网桥 （5）交换机 （6）路由器,一.中继器,功能：延长网络的长度 ； 原理：负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完 成信号的复制、调整和放大功能； 优点：简单，便宜； 缺点：已无用武之地； 说明：从理论上讲中继器的使用是无限的，但由于信号的延迟范围是有限的，中继器只能在规定范围内进行工作，如以太网络标准中约定：一个以太网上只允许出现5个网段，最多使用4个中继器，而且其中只有3个网段可以挂接计算机终端(543规则，时延问题）。

2、,二. 集线器 （Hub）,1 概述 （传统）集线器是中继器的一种形式，即也工作在物理层，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器； 是一标准的共享式设备，不具备信号的定向传送能力（端口数和级连都受到限制）； 其最大优点是简单，即插即用，扩展方便，主要用于小型网络；,集线器产品发展较快： (1)多网段集线器：将用户分布于多个中继网段上，以减少每个网段的信息流量负载 ，通常是有多个接口卡槽位的机箱系统； (2)交换式集线器：有一个核心交换式背板，采用一个纯粹的交换系统代替传统的共享介质中继网段； (3)网络互联集线器：交换式集线器注重端口交换，而网络互联集线器在背板的多个网段之间实际上

3、提供一些不同类型网络的集成连接。,说明： 目前，集线器和交换机之间的界限已变得模糊，集线器市场日益痿缩，不过，在特定的场合，集线器以其低延迟的特点可以用更低的投入带来更高的效率。交换机不可能完全代替集线器。 统一说法：共享式谓之集线器，交换式集线器谓之初级交换机。,2 集线器选择,以速度为标准 ： 速度10，100，1000M，主要考虑上联设备带宽，提供的连接端口数lOM的端口数不宜超过15个，lOOMbits的不宜超过25个； 应用需求：集线器不适于用来传输时间敏感性信号，如语音信号最好选择10100Mbits自适应集线器，但价格一般要比100Mbits的高 ；,以能否满足拓展为标准 ：堆叠

4、是解决单个集线器端口不足时的一种方法，但堆叠在一起的多个集线器还是工作在同一个环境下，所以堆叠的层数也不能太多 ；级连是在网络中增加用户数的另一种方法，但要求Hub必须提供可级连的端口“Uplink”或“MDI” ，否则要用交叉线连接两个集线器。此外10M最多只能四级级连，100M最多只能两级级连。,适当考虑品牌和价格 目前市面上的Hub基本由美国品牌和中国台湾品牌占据（像网卡一样），其中高档Hub主要还是由美国品牌占领，如3COM、Intel、Bay等，它们在设计上比较独特，一般几个甚至是每个端口配置一个处理器。 我国台湾地区的D-Link和Accton占有了中低端Hub的主要份额。 近来我

5、国几家公司也相继推出了集线器产品，如联想、实达、TPLink等公司分别以雄厚的实力向市场上推出了自己的产品。这些中低档产品均采用单处理器技术，价格相对略便宜些，正日益占据更大的市场份额。,3 集线器常见故障分析,匹配问题：网卡和集线器之间； 端口级连问题：UPLink 普通端口 ， 且与UPLink 端口紧靠的一个端口不能用（非两个的独立端口）；普通端口普通端口要用交叉线； 级连级数及距离问题：10M4，600米，100M2，200米。,三调制解调器,调制解调器(Modem) MOdulator/DEModulator，是在发送端通过 调制将数字信号转换为模拟信号，而在接收端通过解调再将模拟信

6、号转换为数字信号的一种装置。,1 分类,外置式Modem： 置于机箱外，通过串行通迅口与主机连接，最大的特点是方便灵巧、易于安装，Modem上有状态指示灯，便于监视Modem的工作状况，但是价格相对来说要贵一些；,内置式Modem 体积较小，安装在机箱内部，直接插在扩展槽上，不需要额外的电源和电缆，节省空间和费用，不过要对中断和COM口进行设置，安装较为繁琐；,PCMCIA插卡式Modem 主要用于笔记本电脑，体积小、省电，插于笔记本电脑的PCMCIA插槽； 机架式Modem 一组Modem集中于一个箱体或外壳里，共用一个电源，广泛应用于Internet/Intranrt、电信局、校园网、金融

7、机构等网络的中心机房； Fax/Modem 传真调制解调器 拥有Modem和传真机的两个功能，市面上大部分的Modem产品都有这两个功能。一个好的Fax/Modem可以自动区分是语音电话、传真电话还是数据。 注意与网卡接口的区别（大小不一样）,2 通信协议,通信协议是定义数据流及其使用方式的一组规则； 通信线路两端的调制解调器必须拥有相同的协议才能彼 此通信，同时，两边的速率也必须相同。 目前通用的56Kbps数据传输标准是ITU指定的V.90协议。 Modem的协议，都是装载在BIOS中的，通过刷新BIOS中 的内容能实现有限的升级； Zmodem是调制解调器之间数据传输的一种协议，它是 最

8、通用的，并且拥有速率与纠错能力的最佳组合，另外 还有Xmodem和Ymodem。,3. AT命令,由Hayes公司发明，现在已成为事实上的标准并被所有调制解调器制造商采用的一个调制解调器命令语言。因每条命令以字母“AT”开头而得名， AT后跟字母和数字表明具体的功能， 如“ATDT”是拨号命令，其它命令有“初始化调制解调器”、“控制扬声器音量”、“规定调制解调器启动应答的振铃次数“、”选择错误校正的格式”等等，不同牌号调制解调器的AT命令并不完全相同。,4 专线/拨号,拨号上网：通过电话线来连线，上网时必须先拨电话到ISP，IP地址不固定。 专线：指的是普通的两根无源(或有源)电线。“拨号”是

9、想上网时才上网，“专线”则是二十四小时都挂在网上。在专线上没有拨号音，因而需专门硬件支持。常见的调制解调器都支持拨号线，而不一定支持专线。,5 拨号追赶专线连接速度,拨号问题：经常断线，没有声音或者等待的时间很长。 删除掉不使用的协议：拨号一般只需协议，其余协议都可删除，这样不但能提高机器启动速度，还可以提高拨号的成功率。 删除VPN：系统虚拟专用网络适配器VPN一般是为访问企业网而设计的，对于一般用户没有什么实用价值。,关闭侦错模式：在“附加设置”文本框中键入“%C0”以关闭Modem的侦错模式，提高其速度。 设置合理的端口参数值：如将Parity（奇偶校验）设为None，“波特率”等参数设

10、为最大，使用硬件流控等。 关闭安全检查设置项 调整线路状态：强制Modem在载波暂时丢失时保持一定时间的的连接状态,四网卡,1 概述 网卡是局域网中最基本、必备的部件，又名网络接口卡NICNetwork Interface Card； 有10M、10100M自适应以及千兆用于高速服务器； 目前市场上的主流网卡是PCI接口的网卡 ； 插口类型分为RJ45水晶口、BNC细缆口、AUI三类； 服务器专用网卡（如支持千兆光纤接口）、笔记本专用网卡、USB接口网卡； 常见网卡品牌有： 3COM INTEL D-Link 神州数码 爱国者 联想。,2 网卡常见故障排除,驱动程序安装的问题：网络适配器前有一

11、个黄色的“！”先删除，刷新后重新安装网卡，并为该网卡正确安装和配置网络协议（安装成功标志是有网络连接，重装系统后常出现问题）； 网卡的软故障：主要包括网卡被误禁用、驱动程序未（正确）安装、网卡与系统中其他设备在中断或I/O地址上有冲突、网卡所设中断与自身中断不同、网络协议未安装以及病毒影响等； 网卡被禁用：网络适配器前有一个红色的叉号点击相应的网络适配器，右键弹出菜单，选启用；,中断冲突：网络适配器前有一个黄色的“！”修改网卡属性，把“资源”中的“使用自动设置”去掉，然后手动设置IRQ； 如IRQ已满，须禁止一个设备，一般可禁止掉COM2； 病毒问题：某些病毒如RED CODE、NIMADA等

12、，除了使计算机运行变慢，还可以阻塞网络，造成网卡故障的假象。 硬故障：就是指网卡的硬件本身是坏的，可用清洗法、换槽法、排他法。,说明： 网卡、MODEM和鼠标等经常会发生IRQ冲突； 调换板卡的插槽有时能让原本显示冲突的配件“和睦相处”。 把安装完成再停用，不能留下一个未知设备，因为它依然会占用资源。 Windows2000和XP一类操作系统，会自作聪明地把所有能识别到的设备装上自带的驱动，停用和卸载都很困难，加一个较“迟钝”的Windows98，有时能按自己实际的需要来加载必要的驱动，选择想用的设备。,3 网络诊断方法,Ping （回放地址）测试协议安装的正确性。 Ping

13、 本机数字地址（如0）测试协议地址配置的正确性，如有无重号等。 Ping网关（如）测试网卡的正确性等（即本网络内连接运行的正确性）。 Ping 域名地址测试DNS服务器配置的正确性。,五网桥,网桥根据MAC地址（物理地址）来转发帧，可以看作一个“低层的路由器” ； 网桥通常用于联接数量不多的、同一类型的网段，使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信号至另一网段；,2 分类,透明网桥： 不需要改动硬件和软件，无需装入路由表或参数，只须插入电缆即可。采用的是逆向学习法（接收端口就是发送端口）和生成树算法。 源路由选择网桥：其核心思想是假定每个帧的

14、发送者（源站）都知道到接收者应走的路径源站将目的地址的高位设置成1作为标记，并在帧头加进此帧应走的实际路径。采用的是发现帧和最佳路由算法。 说明：这里的透明性是指网上站点对所经过的网桥的认知性，两种网桥都是即插即用的,3 例：Windows XP软网桥功能的实现？,目的： 用Windows XP网桥功能连接两个不同的网段（但为同类型）： 与(两个内部网） 步骤： （1）安装双网卡，TCP/IP的配置分别为： IP： 掩码： 网关： IP： 掩码： 网关

15、：,（2）启动Windows XP网桥 启动两网卡对应的两个本地连接的网桥功能：右键， “新建网桥（Create Bridge）”； （3）设置各网段内主机的网关 将网段内的主机网关一律设为 将 网段内的主机网关一律设为； （4）测试 从网段内任一台电脑Ping 网段内任一台电脑，通则示成功。,六交换机,局域网交换机起源于集线器（Hub）和网桥等广泛应用的网络通信基础设备，但它在引进数据包交换技术后，在性能和功能上有了很大的发展，集线器和网桥等设备正在被交换机

16、所取代。,1 交换机与集线器的区别,集线器：工作机理是广播（broadcast），而且一次只能处理一个信包，在多个端口同时出现信包的时候就出现碰撞，信包按照串行进行处理，不适合用于较大的网络主干中； 交换机：低端的二层交换机，基于MAC地址进行定向交换（查表）。而且Switch内部转发信包的背板带宽也远大于端口带宽，因此信包处于并行状态，效率较高，可以满足大型网络环境大量数据并行处理的要求。,2 交换机的VLAN （虚拟局域网）功能,VLAN：根据实际应用需求，将一局域网逻辑地划分成不同的网段虚拟局域网其与物理上形成的LAN有着相同的属性，IEEE802.1Q是VLAN标准。 技术优点：VLA

17、N有效地分割了冲突域和广播域，相对地扩大了带宽，同时增加了组网的灵活性和网络的安全性（ VLAN之间缺省是不可以互相访问的）； VLAN划分：最初的VLAN划分基于端口（Port Based ），较新的VLAN划分标准能支持MAC Based VLAN、IP Based VLAN以及Protocol Based VLAN。,3 交换机的第三层交换（智能交换路由）功能,原理：第三层交换工作在OSI七层网络模型中的第三层即网络层，是利用第三层协议中的IP包的包头信息来对后续数据业务流进行标记，具有同一标记的业务流的后续报文被交换到第二层数据链路层，从而打通源IP地址和目的IP地址之间的一条经过第二

18、层链路层通路；,三层交换与路由的最大区别：路由要对每一个数据包进行路由转发(具体就是拆帧，取出IP地址计算路由，再装帧），而三层交换只对每次通信的握手连接进行路由查找，对真正的用户数据只进行二层转发，所以速度较快。但路由器支持的网络及协议类型要比三层交换机丰富； 特点：第三层交换功能最明显的特点就是交换机提供VLAN之间的数据交换而无须再设路由器。,4 交换机基本分类,不带扩展槽固定配置式交换机 这类交换机仅支持一种类型的网络（一般是以太网），可应用于小型企业或办公室环境下的局域网，价格最便宜，应用也最广泛。 带扩展槽固定配置式交换机：是一种有固定端口数并带少量扩展槽的交换机，这种交换机在支持

19、固定端口类型网络的基础上，还可以通过扩展其他网络类型模块来支持其他类型网络。一般为中端产品。,机架式交换机 ：这是一种插槽式的交换机，这种交换机扩展性较好，可支持不同的网络类型，如以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM、令牌环及FDDI等，但价格较贵，高端交换机有不少采用机架式结构可按需购买；,5 交换机重要技术参数,转发技术（Forwarding Technologies） ：指交换机所采用的用于决定如何转发数据包的转发机制 。 直通转发技术（Cut-through）：交换机一旦解读到数据包目的地址，就开始向目的端口发送数据包； 存储转发技术（Store-and-Forward）：存储转发技

20、术要求交换机在接收到全部数据包后再决定如何转发； 碰撞逃避转发技术（Collision-avoidance）：如3Com，通过减少网络错误繁殖，在高转发速率和高正确率之间选择了一条折衷的解决办法。,2）单/多MAC地址类型（Single- versus Multi-MAC）,单MAC交换机的每个端口只有一个MAC硬件地址。单MAC交换机主要设计用于连接最终用户、网络共享资源或非桥接路由器。它们不能用于连接集线器或含有多个网络设备的网段。 多MAC交换机的每个端口捆绑有多个MAC硬件地址。多MAC交换机在每个端口有足够存储空间记忆多个硬件地址（一旦超过地址容量，交换机将丢弃其它地址数据包 ）。多

21、MAC交换机的每个端口可以看作是一个集线器。,3） 高速端口集成（High-Speed Intergration）,交换机可以提供高带宽“管道”（固定端口、或可选模块）满足交换机的交换流量与上级主干的交换需求，防止出现主干通信瓶颈。常见的高速端口有： FDDI：应用较早，范围广。但有协议转换花费。Fast Ethernet / Gigabit Ethernet：连接方便，协议转换费用少；但受到网络规模限制。 ATM：可提供高速交换端口；随着网络应用的发展，现在企业网络中越来越多在高速网络主干或边缘网络采用ATM交换技术。,4） 全双工（Full Duplex）,全双工端口可以同时发送和接收数据

22、，但这要交换机和所连接的设备都支持全双工工作方式。具有全双工功能的交换机具有以下优点： 高吞吐量（Throughput）：两倍于单工模式通信吞吐量。 避免碰撞（Collision Avoidance）：没有发送/接收碰撞。 突破长度限制（Improved Distance Limitation）：由于没有碰撞，所以不受CSMA/CD链路长度的限制。通信链路的长度限制只与物理介质有关。 现在支持全双工通信的协议有：快速以太网、千兆以太网和ATM。,5）端口带宽及类型,从端口带宽的配置看，目前市场上主要有以下三类： 第一种配置：n10Mm100M低快速端口专用型 第二种配置：n10/100Mbps

23、端口自适应型 第三种配置：n1000Mm100M高速端口专用型 6） VLAN技术支持 7） 第三层交换功能,6 交换机级连和堆叠的区别,作用相同，实现不同 作用：级连和堆叠主要目的都是增加端口数量。 实现：简单地说，级连可通过一根双绞线在任何网络设备厂家的交换机（或集线器）之间、甚至是交换机与集线器之间实现。而堆叠则属于非标准技术，只有在同一厂家的设备之间实现，且需要专用的堆叠模块和堆叠线缆。,不同需求，不同选择,如果网络距离很远，级连更好。以太网协议要求单根双绞线的最长距离不能超过100米，如果用户的某台终端到交换机（或集线器）的距离超过了这个长度，就可用级连，这样也同时增加了端口的数量。

24、通俗地讲，正如其名字一样，“堆叠”是“堆”在一起，“级连”则需要“连”，自然距离就灵活多了； 如果应用要求高性能，堆叠更好。多个设备级连会产生级连瓶颈，例如，两台百兆交换机通过双绞线级连，则它们的级连带宽仍然是百兆。而两个交换机通过堆叠连接在一起，堆叠线缆将能提供更高的背板带宽，可减少传输瓶颈。,七路由器,1 路由与桥接 路由：相对于2层的桥接/交换是高层的概念，不涉及网络的物理细节。在可路由的网络中，每台主机都有同样的网络层地址格式（如IP地址），而无论它是运行在以太网、令牌环、FDDI还是广域网可简单想象为可实现国际长途。 网桥：只能连接数据链路层相同（或类似）的网络，路由器则不同，它可以

25、连接任意两种网络，只要主机使用的是相同的网络层协议。,2 路由器的基本功能,路由器(Router)工作在OSI参考模型中的网络层，集网关、桥接、交换技术于一体，能将不同协议的网络视为子网互联，更能跨越WAN将远程LAN互联成大网。与网桥不同，路由器是面向协议的设备，能够识别网络层地址，并可以支持多种协议(TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk，其中用得最多的是TCP/IP协议)。,识别网络层地址和选择路由,又称打包：路由器收到信息包时，先将链路层所加的包头去掉，只看网络层地址，再根据路由表确定路由，执行本身的路由协议，进行安全、优先权等处理。各项处理正常则重新加上链路层包头(即打包)

26、转发。这是路由器最费时的功能。,生成和保存路由表：路由选择表是路由器的寻址依据，建立方法有静态和动态生成法两种-静态生成法是由管理员根据网络结构手工生成，存入路由器的数据库，它简单、高效、可靠；网络规模较大或网络结构更新时则采用经路由器执行相关路由协议自动生成路由表的动态生成法，动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。静态路由优先级最高，当静态路由与动态路由发生冲突时，以静态路由为准。,隔离子网连通广域网：路由器只将指定信息发往指定子网进行通信而绝不会向其他子网广播不转播广播信息，即目的地址是255的； 保证安全：隔离子网为互联网提供了基本的安全性。路由器还随时监督来自各个网站的信息

27、，进行动态过滤，只允许合法授权的客户信息通过，起到防火墙作用；,管理控制：路由器具有分类管理功能可管理的，允许管理员规定路由服务的类别及其相应参数(如线速度、线路延迟)，保证最快的传输速度。路由器还能提供路由分段服务，管理员可以将包分配到不同优先级的队列中或将一个业务中所有的包同时通过多条路径传输，以平衡负载、优化网络全局效率，这还意味着同时启动多条冗余链路，控制流量拥塞的发生。加密、压缩、容错管理也可以用路由器完成。,3 路由器性能指标,路由器类型 该表项主要比较路由器是否是模块化结构。模块化结构的路由器一般可扩展性较好，可以支持多种端口类型，例如以太网接口、快速以太网接口、高速串行口等，各

28、种类型端口的数量一般可选。价格通常比较昂贵。固定配置路由器可扩展性较差，只用于固定类型和数量的端口，一般价格比较便宜。,接口种类 常见的接口种类有：通用串行接口（通过电缆转换成RJ45 等，用于初始配置Console）、10M以太网接口、快速以太网接口、10/100自适应以太网接口、千兆以太网接口、ATM接口（155M、633M等）、令牌环接口、FDDI接口、E1/T1接口（IP电话，E1支持30路）、E3/T3接口、ISDN接口等。,用户可用槽数 该指标指模块化路由器中除CPU板、时钟板等必要系统板及/或系统板专用槽位外用户可以使用的插槽数。根据该指标以及用户板端口密度可以计算该路由器所支持

29、的最大端口数。,CPU 无论在中低端路由器还是在高端路由器中，CPU都是路由器的心脏,CPU的能力直接影响路由器的吞吐量和路由计算能力（影响网络路由收敛时间）。 通常在中低端路由器中，CPU负责交换路由信息、路由表查找以及转发数据包。 在高端路由器中， 通常包转发和查表由专用ASIC芯片完成，CPU只实现路由协议、计算路由以及分发路由表。 由于技术的发展，路由器中许多工作都可以由硬件实现（专用芯片）。,内存 路由器中可能由多种内存，例如Flash、DRAM等。内存用作存储配置、路由器操作系统、路由协议软件等内容。在中低端路由器中，路由表可能存储在内存中。通常来说路由器内存越大越好。但是与CPU

30、能力类似，内存同样不直接反映路由器性能与能力。因为高效的算法与优秀的软件可能大大节约内存。,端口密度 该指标体现路由器制作的集成度。由于路由器体积不同，该指标应当折合成机架内每英寸端口数（思科产品的最大特点是端口密度大，而国内较小）。但是出于直观和方便，通常可以使用路由器对每种端口支持的最大数量来替代。,路由协议支持 路由信息协议(RIP) 路由信息协议版本2 (RIPv2）该协议在RIP基础上增加了地址掩码、下一跳地址、可选的认证信息等内容。 开放的最短路径优先协议版本2 (OSPFv2) “中间系统中间系统”协议(ISIS) ISIS协议同样是基于链路状态的路由协议，与OSPF协议类似，可

31、用于大规模IP网作为内部网关协议。 边缘网关协议(BGP4),策略路由方式 路由器除将目的地址作为选路的依据以外，还可以根据TOS（上层服务类型）字段、源和目的端口号（高层应用协议）来为数据包选择路径。策略路由可以在一定程度上实现流量工程，使不同服务质量的流或者不同性质的数据（语音、FTP）走不同的路径（最简单的是通过端口号相区别）。 对802.1QVLAN的支持 对VPN支持 对IPv6的支持 路由器性能指标详解,4 路由器的分类,根据路由器的性能和所适应的环境，可将路由器简单分为低端、中端和高端产品： 低端路由器 主要适用在分级系统中最低一级的应用，或者中小企业的应用，产品档次应该相当于C

32、isco的2500系列，或者是模块化的路由器，比如Cisco的1600系列、1700系列、2600系列等的产品。,中端路由器 适用大中型企业和Internet服务供应商，或者分级系统中的中级系统，比如市级网点的应用，产品的档次应该相当于Cisco的模块化3600系列、4000系列等的产品，应该在Cisco7200系列以下，选用的原则也是考虑端口支持能力和包交换能力。,高端路由器 主要是应用在核心和骨干网络上的路由器，一般是提供千兆能力的产品，端口密度要求极高，产品的档次应该相当于Cisco的模块化7200系列、7500系列、12000系列的产品。选用高端路由器的时候，性能因素显得更加重要。,从结构上分，路由器可分为模块化结构与非模块化结构。通常中高端路由器为模块化结构，低端路由器为非模块化结构。 从性能上分，路由器可分为线速路由器以及非线速路由器。通常线速路由器是高