网络互连设备及应用技术

1、人民邮电出版社，第四章网络互联设备及应用技术，人民邮电出版社，本章学习要点：了解局域网互联的基本概念，掌握常用局域网互联设备的类型、层次和原理，掌握各层设备的功能、特点和应用，掌握集线器和交换机的区别和使用，掌握设计原则， 虚拟局域网的实现条件和划分方法1了解现场视察模型与局域网互联设备的关系，人民邮电出版社，4.1网络互联概述，4.2物理层互联设备，4.3数据链路层互联设备，4.4虚拟局域网互联设备，4.5网络层互联设备，4.6高层互联设备，4.7网络互联设备应用情况，人民邮电出版社，4.1网络互联概述， 网络互连是指不同网段、网络或子网之间通过网络连接或互连设备(中继器、网桥、路由器或网关

2、等)实现的互连。 )。其目的是实现不同网段或子网之间的数据传输、通信、交互和资源共享。人民邮电出版社，1。什么是网络的连接或互连？(1)网络的延伸；(2)网络的分段提高了可靠性。负载被分散。提高了安全性。人民邮电出版社，2。互连网络的类型(1)网络互连的应用类型局域网之间的互连局域网和广域网之间的互连局域网和因特网之间的互连(2)互连局域网的类型，人民邮电出版社，(1)同构网络(2)异构网络(异构网络)所谓的“异构网络”是指网络具有完全不同的传输特性和通信协议。目前，不同类型网络之间的连接大多是异构网络。人民邮电出版社，1。互连网络需要解决的问题互连网络时，人们必须面对以下问题：1如何物理连接

3、两个不同的网络。如何实现一个网络和另一个网络之间的互访和交流。l如何解决两个不同网络之间的协议差异。l如何处理两个网络之间的传输速率差异。人民邮电出版社，4.1.1网络互联的层次，1。网络互连的三个重要概念(1)网络的互连(2)网络的互通(3)网络的互操作性(2)网络互连设备的层次(1)网络互连设备(2)网络互连设备的层次，人民邮电出版社，4.2物理层的互连设备，4.2.1中继器，也称为中继器或收发器，工作在现场视察模型的第一层，即物理层。1.直放站的功能首先，直放站具有接收、放大、整形和转发网络信息的功能，可以起到扩大网络规模(扩大网络连接距离或工作站数量)的作用；其次，通过使用具有不同接口

4、的中继器，可以连接具有不同传输介质和不同类型的两个以太网段。人民邮电出版社，图4-2光纤收发器，图4-1带中继器的信号再现，人民邮电出版社，2。中继器使用规则(中继规则)，图4-3 5-4-3 10mb/s以太网规则，人民邮电出版社，3。直放站的应用特点(1)直放站的主要优点：直放站易于安装，可以方便地扩展网络的长度，人民邮电出版社，(2)直放站的主要缺点中继用于局域网之间的有条件连接。通常，互联网的第1层可以不同，但是第27层应该使用相同或兼容的协议。中继器可以使用不同的传输介质和物理端口连接两个网络，但使用相同的介质访问控制方法。中继器不能进行通信分段。当多个网段通过中继器相互连接时，会增

5、加网络中的信息量，容易出现拥塞。中继器无法控制广播风暴。当使用中继器来扩展网段和网络距离时，中继器的数量是有限的。人民邮电出版社，4。使用和选择中继器时的注意事项网段接口扩展的极限距离使用中继器互连网络时，应注意所连接网段的高级(27层)协议应兼容。人民邮电出版社，4.2.2以太网集线器，主要指共享集线器，工作在现场视察模型的第一层，即物理层。它也被称为多端口中继器。因为集线器和中继器以相同的方式工作，所以它们具有相同的基本功能并遵循相同的规则。1.集线器网络的拓扑2。集线器分类(1)独立共享集线器(2)堆叠集线器(3)模块化集线器，人民邮电出版社，图4-5堆叠集线器，图4-4独立以太网集线器

6、，人民邮电出版社，3。集线器的应用特点(1)优点L集线器可以扩大网络的规模，即扩展网络的距离和距离L集线器安装极其简单，几乎不需要配置。集线器可以不同地连接多个物理层；但是更高层(第27层)的协议是相同或兼容的。人民邮电出版社，(2)缺点L枢纽限制了介质的极限距离，例如10BASET中的100米。l集线器没有数据过滤功能，它将接收到的数据发送到所有端口。因此，使用中继器连接多个网络后，会增加网络信息量，容易出现拥塞。低速以太网应遵循“5-4-3”规则。集线器互连网络中的许多节点共享网络集线器的带宽，因此当节点数量过大时，冲突增加，网络性能急剧下降。l集线器将广播信息转发到所有端口，因此它无法控

7、制广播风暴。人民邮电出版社，4。使用集线器中继规则时应注意的因素条件网络接口传输速率共享带宽人民邮电出版社4.3数据链路层互连设备网络中的数据链路层互连设备主要指基于网络物理地址的过滤和网络分段。该层设备具有物理层和数据链路层功能，可用于局域网的扩展和扩展节点；它还可以用来将过载的网络分成更小的网段，以提高网络性能和安全性。人民邮电出版社，4.3.1桥，1。网桥的定义网桥用于在数据链路层上连接两个或多个具有相同或兼容协议的网络互连设备。通常，网桥由软件和硬件组成，它在现场视察模型的第二层工作。网桥是一种基于物理地址过滤、存储和转发数据帧的互连设备。通过过滤网络上的数据帧，可以实现网络分段，提高

8、网络性能。它可以实现基于端口媒体访问控制地址的过滤和分段。人民邮电出版社，2。网桥的理论功能(1)站表、站地址和端口时间(2)自学习功能和站表管理(3)过滤和转发功能，人民邮电出版社，图4-6连接两个局域网的网桥，人民邮电出版社，3。桥梁的实用功能和设计要点(1)网络分段(2)延伸网络距离(3)桥梁互联网络条件(4)桥梁设计要点，人民邮电出版社，4。桥梁分类(1)根据桥梁硬件的位置进行分类(2)根据桥梁分布的地理范围进行分类5。桥梁的应用特点，人民邮电出版社，(1)优势一个桥梁可以互连两个或多个网络。也就是说，网桥可以连接和使用不同的传输媒体和不同的媒体访问控制方法；然而，高层(第37层)协议

9、是相同的或兼容的。由于网桥的过滤性能，不必要的传输和错误信息帧被隔离。当网络出现故障时，它通常只影响出现故障的网段。因此，桥梁的使用也可以提高可靠性。(2)缺点，人民邮电出版社，通过网桥互连的多个网络要求在“数据链路层”(第37层)之上的所有层采用相同或兼容的协议。网桥需要处理接收到的数据信息，首先需要存储这些信息，然后查找站表。因此，这将花费时间，增加延迟和数据传输时间，并降低网络性能。网桥不能过滤广播数据包，它传输所有的广播信息，所以它不能做任何事情来避免广播风暴。一般来说，网桥比中继器更贵，因为它们比中继器更智能。当网桥将两个或多个局域网互连成一个大型网络时，它会分解网络流量并提高整体效

10、率。然而，网桥不具备路径选择能力，在传输数据时，网桥无法分析网络以实现最佳路由。人民邮电出版社，4.3.2第二层以太网交换机，交换机和交换集线器都称为交换机。它也是在现场视察模型的第二层工作的设备。目前，交换机正在迅速取代共享集线器，成为构建和升级以太网局域网的首选设备。1.以太网交换机与集线器的异同以太网交换机不仅包含集线器的所有功能，还具有自动寻址、交换和处理的功能。人民邮电出版社，(1)现场视察模式的差异，不同的工作原理，不同的网络工作模式和冲突范围，不同的节点享受的带宽，不同的端口通信模式，不同的逻辑拓扑，不同的集线器。网络的逻辑拓扑是总线型的；由交换机组成的网络的逻辑拓扑是星形的。(

11、2)相似性，人民邮电出版社，(2)广播域和冲突域的概念在选择网络互联设备时，广播域(范围)和冲突域(范围)是两个重要的概念。广播域冲突域，人民邮电出版社，3。关于交换机的基本概念(1)交换机端口参数和类型单/多媒体访问控制地址：端口密度：高速端口：管理端口：其他连接端口：(2)背板带宽：(3)媒体访问控制地址和支持的媒体访问控制地址数量。媒体访问控制地址数量(4)交换机类型，人民邮电出版社，图4-9堆叠交换机，图4-7独立交换机，图4-8千兆以太网模块化交换机，人民邮电出版社，3。选择开关的要点选择开关时，可以从三个方面进行选择：“技术角度”、“适用范围”和“品牌角度”。(1)根据“应用规模”

12、进行选择(2)从“技术角度”进行选择(3)支持的媒体访问控制地址数量4。局域网交换机主要指标，人民邮电出版社，4.4 VLAN，4 . 4 . 1 VLAN概况1。VLAN的基本概念(1)什么是VLAN？(1)1996年3月发布的VLAN IEEE 802.1Q标准所使用的技术标准是VLAN的标准。(2)VLAN的分类和技术基础(3)VLAN的应用场合(2)建立VLAN的技术条件(1)硬件条件(2)软件条件，人民邮电出版社，3)VLAN的功能特点一组站不局限于某个物理网络或范围，VLAN成员站和用户可以位于一个城市的不同物理区域，甚至不同的国家。因此，它们之间的通信完全不受物理位置的限制，就好

13、像它们位于同一个局域网中一样。人民邮电出版社，(1)使用VLAN技术有以下优点：简化网络管理，保护原有投资，控制广播风暴，提高网络整体安全性，(2)使用VLAN技术的缺点在一些VLAN技术中，初始配置过于复杂。当使用按局域网交换机端口划分VLAN成员的方法时，当用户从一个交换机端口移动到另一个时，网络管理员必须重新配置VLAN成员。需要全职网络管理员和必要的专业技术支持。，人民邮电出版社，4 . 4 . 2 VLAN实施的基本原则，1。兼容性，2。尽可能使用支持VLAN的开关。尽可能采用树形拓扑结构。根据需要选择VLAN技术，人民邮电出版社，4 . 1 . 3 VLAN分部基本方法，1。VLA

14、N基于交换机的端口划分，图4-10 VLAN图由端口划分，人民邮电出版社，(1)虚拟网络成员技术分类为端口划分第一代端口VLAN技术第二代端口VLAN技术，人民邮电出版社，(2)VLAN基于交换机的端口划分技术特点优势：劣势：人民邮电出版社，图4-11 VLAN图由MAC地址，2。VLAN基于媒体访问控制地址的划分，人民邮电出版社，3。基于网络层地址4的VLAN划分。VLAN分部基于网络层协议，人民邮电出版社，4.5网络层互连设备，在OSI模型网络层工作的互连设备主要包括路由器和第3层交换机。4.5.1路由器可以定义为一种网络互连设备，用于连接两个或多个复杂网络，具有路由功能，网络层使用可路由

15、协议，工作在现场视察参考模型的第三层。路由器的基本概念(1)路由器的基本概念(2)路由器的工作原理和基本功能(2)路由器的路由选择(3)路由器与网桥或第2层交换机的区别(4)路由器在局域网中的典型应用，人民邮电出版社，5)路由器的分类(6)路由器的应用特点路由器最重要的功能是选择合适的路由并引导网络。7.路由器在实际网络连接中的作用(1)扩展距离(2)通过路由器将局域网连接到互联网(3)多个局域网的远程连接(8)在小型企业网络中使用调制解调器和路由器的方案，人民邮电出版社，图4-14，使用路由器连接远程局域网或访问互联网，人民邮电出版社，4.5.2第3层交换机，1。第三层交换机的概念第三层交换机工作在现场视察参考模型的第三层，因此它不仅具有第二层的功能，还具有第三层的“路由”(routing)功能，其功能主要由硬件实现。2.第3层交换机和路由器3之间的连接和区别。第3层交换机和路由器的应用示例路由器和第3层交换机的典型应用如图4-15所示。当在局域网中连接子网时，第3层交换机是推荐的选择，而当通过广域网连接远程子网或互联网时，路由器是最佳选择。人民邮电出版社，图4-15路由器和第三层交换机的典型应用，人民邮电出版社，4.6高层互联设备，1。网关的定义