第4章 网络互联设备.ppt

1、修正机网络，保山学院修正机科学系修正机网络实验室，第4章网络相互连接设备，4.1网络相互连接的概要4.2物理层相互连接设备4.3数据链路层相互连接设备4.4网络层相互连接设备4.5应用层相互连接设备，9.1网络相互连接这些计算机网络在功能上和逻辑上都已经被称为因特网，并且构成了也被简称为因特网的大型计算机网络。 可以使用互连设备(中间设备)，如中继器、桥接器、路由器、交换机和网关将网络互连起来。4.1网络互连概要、2网络互连方式LAN-LAN LAN-wan-wan、4.1网络互连概要、LAN-LAN互连层LAN-LAN网络互连发生在OSI/RM数据链路层。 互连设备LAN-LAN网络中的互连

2、设备是桥接器、中继器或路由器。4.1网络互连概述、LAN-WAN互连层LAN-WAN互连发生在网络层。 互连设备LAN-WAN的互连设备是路由器。4.1网络互连概述、WAN-WAN互连层WAN-WAN互连发生在OSI/RM传输层及其上层。 互连设备WAN-WAN中的互连设备是网关。 4.2物理层互连设备，物理层通常提供两种网络互连设备：中继器和集线器。 1 .中继器具有对物理信号进行放大、再现的功能，对从输入接口接收的物理信号进行放大、整形，从输出接口输出。 由于中继器具有典型的单进单出结构，因此随着网络规模增加，对于信号放大而言，可能需要许多单进单出结构的中继器。 使用中继器，遵守由中继器连

3、接的以太网不能形成环形网和由中继器连接的以太网不能形成环形网两个原则另一个必须遵守MAC(mediaaccesscontrol )协议的时序特性也就是说，用中继器连接电缆的段数是有限的。4.2物理层互连设备、2、集线设备、4.2物理层互连设备、2、集线设备是通常所说的Hub并且其不同在于仅仅中继器连接两个段，并且集线设备可以提供更多的端口服务。 集线设备能够通过对工作站进行集中管理来避免在网络中发生问题的段对整个网络的正常操作产生影响。 (1)在集线器的功能性网络中，集线器是共享设备，其主要功能是再现和放大接收的信号以扩大网络上的传输距离。 根据IEEE802.3协议，集线器功能随机选择一个端

4、口上的设备，并独占整个带宽，然后与集线器上的高级设备(交换机、路由器、服务器等)进行通信。 4.2物理层互连设备、2、集线装置(2)集线装置的分类集线装置有各种分类方法。 集线装置可根据速度、配置形式、管理方式、端口数进行分类。 根据供电方式可以分为被动HUB和有源HUB。 根据网关功能，分为无管理集线器和管理式集线器。 按RJ45端口数分为8端口、12端口、16端口、24端口、48端口等多个类别。 根据适用的网络类型，可以分为以太网集线器、令牌环集线器、FDDI集线器、ATM集线器。 根据提供的带宽，能够分为10Mbps、10/100Mbps、100Mbps、10/100/1000mb PS

5、集线器。 按扩展方式分类的话，集线装置有可堆叠集线装置和不可堆叠集线装置两种。4.2物理层相互连接设备、2、集线装置(3)集线装置的端口是连接节点的端口。 集线器通常有三种类型的端口： RJ45端口、BNC端口和AUI端口。 适用于连接不同类型的电缆的网络，有些高端集线器提供光纤端口和其他类型的端口，RJ45端口连接RJ45连接器，适用于双绞线组件的网络。 平时有多少个集线器，就是有多少个RJ45端口。 通常，集线器具有“UP Link端口”，用于连接(级联)到其他集线器。4.2物理层互连设备、BNC连接器是同轴电缆用的连接器，正式名称为Bayonet Nut Connector (刺刀螺母连

6、接器)，在高级监视器、音响设备中经常用于传输音频、视频信号，4.2物理层互连器RJ45是常用的名称IEC (60)603-7也是ISO/IEC 11801国际通用综合配线标准的连接硬件的参考标准。 以太网的采用接口是RJ45，连接家庭路由器和电脑的宽带接口是RJ45 .4.2物理层接口，AUI端口是用于和太同轴电缆连接的接口，是d型15管脚令牌环和总线型网络中常见的路由器AUI接口主要用于通过以太同轴电缆为传输介质的网络连接，4.2物理层互连设备、4.3数据链路层互连设备、4.3.1桥接器为OSI模型桥接器将本地网络划分为两个或多个网络段，并隔离每个网络段中的数据通信量，从而增加每个节点可用的

7、可用带宽。 桥接器的重要功能是通过扩展网络长度而不限制媒体接入子层的冲突域，向大量共享LAN隔离LAN段，并且为每个LAN段提供相同的带宽，这等于增加了总带宽。 此外，桥接器还具有存储、传输和过滤功能，可以正确传输应发送到其他LAN的信息。 4.3数据链路层互连设备，桥接器功能(1)物理上扩展网络1桥接器可连接到多个网络，且同时网络可使用多个桥接器与其它网络互连。 (2)数据过滤功能，4.3数据链路层互连设备，(3)逻辑上划分网络的功能通过对帧进行过滤，实现物理网络内部通信的互连，并且源和目标站在同一物理网络段中的数据(4)数据推进功能(动画)桥接器基于数据过滤的结果实现数据帧的传送。 (5)

8、当数据帧通过桥接器到达进行另一LAN协议的LAN时，桥接器还可以进行帧格式的转换处理。 4.3.2随着交换机对局域网容量和性能的需求提高，1993年出现了局域网交换设备。 1994年，国内掀起了互联网技术交换的热潮。 1 .交换技术的基本原理LAN交换技术是OSI参考模型在第二层数据链路层上的技术，“交换”实际上是传送数据帧。 在数据通信中，所有交换机设备(即交换机)都执行两个基本操作：交换数据帧，并将从输入媒体接收到的数据帧转发到相应的输出媒体，以维护交换操作，并构建和维护交换地址表。 4.3数据链路层互连设备，4.3数据链路层互连设备，1 .交换技术的基本原理交换设备根据数据帧的媒体访问控

9、制(MAC )地址(即物理地址)执行数据帧的传送操作。 如果数据帧的目标MAC地址是广播或组播地址，则必须遵守转发到交换机的所有端口(数据帧的端口除外)的规则。 如果数据帧的目标地址是单播地址，而且该地址不在交换机的地址表中，则该地址将被转发到数据帧中除端口以外的所有端口。 如果数据帧的目标地址在交换机的地址表中，则根据该地址表将其转发到相应的端口。 如果数据帧的目标地址和数据帧的源地址位于网络段上，则该数据帧将被丢弃，并且不发生交换。4.3数据链路层互连设备、数据帧交换过程、4.3数据链路层互连设备，以下图为例，学习具体的数据帧交换过程。当主机d发送了广播帧时，交换器在从E3端口接收到目的地

10、地址为ffff.ffff.ffff的数据帧时，将该数据帧传送给E0、E1、E2、E4端口。数据帧交换过程、4.3数据链路层互连设备、数据帧交换过程、4.3数据链路层互连设备、主机d与e主机通信时，交换机从E3端口接收目标地址为0260.8c01.5555的数据帧， 查找地址表时发现表中没有0260.8c01.5555，当主机d与主机f通信时，交换机从E3端口接收目的地地址为0260.8c01.6666的数据帧，在查找地址表后， 数据帧交换过程，4.3数据链路层互连设备，当主机d与主机a通信时，交换机从E3端口接收目的地地址为0260.8c01.1111的数据帧， 在查找地址表时，数据帧交换进程

11、、4.3数据链路层互连设备和数据帧交换进程发现0260.8c01.1111位于E0端口，其中，在主机d与主机a通信的同时主机b也正在向主机c发送数据的情况下此时，在E1与E2之间以及E3与E0之间，经由交换机内部的硬件交换电路建立了两个链路，这两个链路上的数据通信相互不影响。 网络也不会发生冲突。 4.3由于数据链路层互连设备，主机d与主机a之间的通信独占一个链路，主机c与主机b之间也独占一个链路。 此类链路仅在通信双方都有需求时建立，数据传输完成后，对应的链路也会被删除。 这是交换机的主要特征。数据帧交换过程、4.3数据链路层互连设备、2、交换机传输方式传输三种方式：直通式、存储传输、无片段

12、直通式：在输入端口检测到数据包后，检查其数据包头，取出目标地址，在内部地址表中确定相应的输出端口所谓将数据包转送到输出端口的存储-转送方式，是指交换机接收数据帧时，首先存储到共享缓冲区，然后进行过滤(过滤与不健全的帧有冲突的帧)和错误检查处理，最后将数据转送到目标地址片段无路径系统片段无路径系统首先存储接收的数据帧的部分字节(64个最高有效字节)，执行错误检查，如果有错误，立即过滤和请求对方重发该帧。 否则，这个帧是健全的，并且要立即传送的片段是在消息传输期间出现突然冲突时出现在网络中以便双方立即停止数据帧传输的残差不完整的帧。 碎片是无用的信息，需要过滤。 4.3数据链路层互连设备、3LAN

13、交换机与集线器之间存在的主要问题是所有所述用户共享带宽，并且每个用户的可用带宽随着访问用户的数量增加而减小。 通信繁忙时，多个用户可能同时竞争频道。 由于通道在某一时刻只能占用一个用户，因此很多用户经常处于等待状态，对数据传输效率产生重大影响。 除了为每个用户提供专用的信息频道并且多个源端口试图同时向同一目标端口传输信息之外，交换器还可以在每个源端口和目标端口之间同时进行通信，从而提高数据传送效率。 总结：集线装置让用户共享带宽，交换机让用户独占带宽，4.3数据链路层互连设备，4 .交换机的主要残奥仪表(1)传输方式。 传输方式有通过传输(现在是基准通过传输)和存储传输两种。 (2)传输速率。

14、 传输速率是交换机的重要残奥仪表，基本确定了交换机的速率。 现在最受欢迎的开关是线速开关。 (3)管理功能。交换机管理指标主要指交换机的可控性和用户对交换机的可见性。 (4)MAC地址数。 每个交换机可以支持的MAC地址的数量因端口而异。 (5)端口。 从端口带宽来看，现在主要包括10M、100M、1000M三种。 4.3数据链路层互连设备，5 .交换机之间连接交换机之间连接的最简单方法是使用交叉双绞线(1、2和3、6的交换)进行连接。 如果下级交换机上有Uplink端口，则可以连接到Uplink端口，通过直接连接进行连接。 一般来说，交换机之间的连接包括： (1)级联：开关可通过上行链路端口

15、实现与骨干开关的连接。 (2)虽然冗馀孤立连接：不允许以太网环境下的环路出现，但是生成树能够实现交换机之间的冗馀孤立连接以避免环路的出现。 当然，交换机必须支持生成树。 (3)可在专用堆叠线上连接堆叠：提供堆叠接口的交换机之间。 堆叠的带宽通常是交换机端口的几十倍。 4.3数据链路层互连设备、4.4网络层互连设备、路由器是互连网络中的重要设备之一，它们在OSI的第三层(即，“网络层”)运行，而路由器的最基本功能是分组转发。 在基于路由器的互连网络中，路由器检测分组，确定其中包括的目的地地址，并且如果该分组未发送给本地网络上的某个节点，则路由器转发该分组并转发至哪个目的地址(路由器还是最终目的地

16、节点) 1 )路径搜索器在网络层上实现多个网络之间的互连； 2 )路由器选择在多个网络之间的最佳路径来进行数据传输。 3 )路由器需要节点在网络层以上的各层中使用相同或兼容的协议。 4.4网络层互连设备、路由器在连接多个网络或网络段的网络设备上“翻译”不同网络或网络段之间的数据信息，“读取”彼此的数据4.4网络层互连设备、4.4网络层互连设备、路由器和交换机的区别(1)交换机在OSI层模型的第二层(即数据链路层)运行路由器在OSI层模型的第三层(即网络层)运行。 (2)交换机决定是否使用物理地址来转发数据的路由器决定是否使用第3层中的寻址方法来转发数据，并且使用IP地址而不是物理地址。 (3)传统的交换机只能分割冲突域，无法分割广播域的路由器能够分割广播域。 (4)交换机主要用于连接网络中的每个网络段，路由选择器通过端到端路由选择连接到不同的网络，以实现到互联网的连接。 4.4网络层互连设备、三层交换机是具有一些路由器功能的交换机，三层交换机最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也为此目的提供服务，可以一次路由，多次传输