网络的扩展与互连技术.ppt

1、第6章 网络的扩展与互连技术,6.1网络的扩展与互连概述 6.2局域网的扩展与互连设备 6.3网络的远程连接与Internet 6.4广域网组网技术,6.1网络的扩展与互连概述,6.1.1网间互连的基本概念 6.1.2网间互设备概述,6.1.1网间互连的基本概念,1.什么是网络的连接或互连？ 2.互连网络的类型 3.互连网络必须要解决的问题,1.什么是网络的连接或互连？,网络的延伸：通过网络连接设备对信号进行重生和放大达到更大的传输距离。 网络的分段：将一个大的网络系统分成几个小的子网（LAN），再通过互连设备（switch、router）将各个子网连接成一个整体网络 网络分段的优点： 提高可

2、靠性 分散了负荷 提高了安全性,2.互连网络的类型,同构网（homogeneous net) 具有相同特性和性质的网络，即具有相同的通信协议，呈现给接入网络设备的界面也相同，一般由同一厂商提供的单一类型网络。 异构网（heterogeneous net) 具有完会不同的传输性质和通信协议。 根据互连网络的差异，分为以下几种类型： 同构局域网之间的互连 异构局域网之间的互连 局域网与Internet之间的互连 多个远程局域网之间互连为广域网,3.互连网络必须要解决的问题,如何在物理上把两种不同的网络连接起来 如何实现一种网络与另一种网络的互访与通信 如何解决两种不同网络之间在协议方面的差异 如何

3、处理两种网络之间在传输速率方面的差别,6.1.2网间互设备概述,网间互连设备的功能： 进行协议转换、进行数据格式转换、进行数率转换 局域网连接或延伸时常用的网络互连设备： 中继器、集线器、网桥、交换机 局域网远程连接时常用的网络互连设备： 调制解调器、桥式路由器、路由器、网关,6.2局域网的扩展与互连设备,6.2.1 中继器 6.2.2 以太网集线器 6.2.3 网桥 6.2.4 以太网交换机,6.2.1 中继器,1.中继器的功能 2.中继器使用规则 3.中继器的应用特点 4.使用和选择中继器时应注意的事项,1.中继器的功能,中继器(Repeater)最简单的互连设备。它工作在OSI模型的物理

4、层，用于扩展LAN网段的长度，延伸信号传输的范围，例如可加大线缆的传输距离。 中继器可以连接不同类型的线缆。 中继器的工作就是重发bit，将所收到的bit信号进行再生和还原并传给每个与之相连的网段。中断器是一个没有鉴别能力的设备，它会精确的再生所收到的bit信号包括错误信息，而且再生后传给每个与之相连网段而不管目的计算机是否在该网段上。但是，中继器的速度很快且时延很小。,2.中继器使用规则,通常在一个网络中，最多可以分为5个网段 其中用4个中继器连接 只允许在其中3个网段包含计算机或设备，其他2个网段只能用于延长传输距离。,3.中继器的应用特点,优点： 安装简单、轻易扩展网络的长度、使用方便、

5、价格相对低廉 缺点： 不能连接使用不同访问控制机制的网络 不能提供网段间的隔离功能 同时使用中继器扩展网段数目和网络距离有限 不能控制广播风暴,4.使用和选择中继器时应注意的事项,选择适宜的网络接口 网络扩展的极限距离 使用中继器时，应当注意所连接的各个网段的高层（27层）协议应当相兼容,6.2.2 以太网集线器,1.集线器的分类 2.集线器的应用特点 3.集线器使用时应注意的因素,1.集线器的分类,集线器订指共享式集线器,工作在OSI模型的物理层，作用类似中继器，又叫多端口中继器。 分类： 单个共享式集线器 堆又叠式集线器,2.集线器的功能,集线器(Hub)其实是一个具有多个端口的中继器。它

6、可以集中网络连接，可以重发bit信号。 最常用的集线器是连接以太网中计算机的集线器，线缆从单个节点的NIC连接到中心集线器。一般824个端口。 其他类型的集线器包括用于令牌环网络的多站接入单元(MAU/MSAU)等。,3.集线器使用时应注意的因素,必须遵循5-4-3规则 在物理层以上使用相同或兼容协议 注意网络使用的传输介质 集线器中的各节点平均点用带宽，如果节点数大多，导致网络性能下降 集线器的类型,6.2.3 网桥,1.网桥的定义 2.网桥的理论功能 3.网桥在实际中的作用与设计要点 4.网桥的分类 5.网桥的安装 6.网桥的应用特点,1.网桥的定义,网桥(Bridge)工作在OSI模型的

7、数据链路层，可以用于连接具有不同物理层的网络，如连接使用同轴电缆和UTP的网络。网桥是一种数据帧存储转发设备，它通过缓存、过滤、学习、转发和扩散等功能来完成操作。,2.网桥的工作原理,缓存：网桥首先会对收到的数据帧进行缓存并处理 过滤：判断入帧的目标节点是否位于发送这个帧的网段中，如 果是，网桥就不把帧转发到网桥的其他端口 转发：如果帧的目标节点位于另一个网络，网桥就将帧发往正确的网段 学习：每当帧经过网桥时，网桥首先在网桥表中查找帧的源MAC地址，如果该地址不在网桥表中，则将有该MAC地址及其所对应的网桥端口信息加入 扩散：如果在表中找不到目标地址，则按扩散的办法将该数据发送给与该网桥连接的

8、除发送该数据的网段外的所有网段,3.网桥在实际中的作用与设计要点,网络分段 网桥常用来分割负载过重的网络，以均衡负载，增加网的交率 延伸网络的距离 使用中继器的网络仍受到最距离的限制，使用网桥则可以延伸网络，扩展网络的物理尺寸 网桥可以连接两个物理层或数据链路层不同的网络 网桥可以连接使用不同传输介质，或使用不同介质访问控制协议，但高层相兼容的网络 网桥的设计要点 分析网络服务的访问量，确定网桥的最佳位置,4.网桥的分类,透明网桥:所有的路由判决全部由网桥自己确定 转换网换:转换网桥是透明网桥的一种特殊形式。它在物理层和数据链路层使用不同协议的LAN提供网络连接服务 封装网桥:与转换网桥不同，

9、封装网桥是将接收的帧置于FDDI骨干网使用的信封内 源路由选择网桥:源路由选择网桥主要用于互连令牌环网 ,源路由选择网桥要求信息源(不是网桥本身)提供传递帧到终点所需的路由信息,5.网桥的安装,内部网桥的安装 在服务器安装多块网卡 每块网卡与一个独立的子网相连 经相应的软件设置 外部网桥的安装 生成网桥软件 配置网桥软件 硬件安装,6.网桥的应用特点,优点： 对不需要传递的数据进行过滤来实现对网络间的通信分段 可以连接多个相同网络、传输介质不同网络、介质访问控制方式不同但高层协议兼容的网络 过滤不必要传播的信息，改善网络的整体性能 缺点： 要求37层，采用相同或相兼容的协议 网桥处理接收数据，

10、会降低网络性能 不能避免广播风暴 不能对网络进行分析，实现传输数据的最佳路径 不能备用通道,6.2.4 以太网交换机,以太网交换机的功能 以太网交换机与集线器的异同 有关交换机的概念 按照工作方式选择交换机 按照应用规模选择交换机 选择交换机的要点 局域网交换机的主要指标 使用以太网交换机的优点 以太网交换机在实际中的作用,以太网交换机的功能,交换机(Switch)其实是更先进的网桥，它除了具备网桥的所有功能外，还通过在节点或虚电路间创建临时逻辑连接，使得整个网络的带宽得到最大化的利用。 通过交换机连接的网段内的每个节点，都可以使用网络上的全部带宽来进行通信，而不是各个节点共享带宽,以太网交换

11、机工作机制,交换机的地址学习,以太网交换机通过内部的MAC地址表做出转发/过滤的决定 MAC地址表存放在交换机的RAM中 初始的MAC地址表为空,交换机的地址学习,交换机的接口收到数据帧后，查找MAC地址表，如没有相应的表项，交换机 将该数据帧泛洪（flood）到所有其它的接口上 通过读取帧中的源MAC地址，交换机将端口及其连接的主机映射起来，放入 MAC地址表,交换机的地址学习,如果交换机连接的所有主机都发送过数据帧，就可以建立起一个完 整的MAC地址表，交换机将据此做出转发/过滤的决定 MAC地址表是动态变化的，如果在一定时间内某一主机没有新的数 据帧发送，则相应的表项将被清除,交换机的转

12、发与过滤,如果数据帧的目的MAC地址在MAC地址表中有相应的表项，则交换机将该数据帧 直接发往对应的接口，从而保证其它接口上的主机不会收到无关的数据帧 广播帧和组播帧仍将被泛洪（flood）到除接收接口以外的所有其它接口,2.以太网交换机与集线器的异同,不同之处 相同之处 连线方式、物理拓扑、故障指示、组网功能、网卡、传输介质、速度先择,3.有关交换机的概念,交换机端口类型的划分 交换机端口参数和类型 背板带宽 MAC地址与支持MAC地址的数量 可堆叠性 局域网交换机的类型,交换机端口类型的划分,按应用连接性质划分：专用端口、共享端口 接端口的带宽划分：10Mb/s、 10/ 100Mb/s自

13、适应、10/100/1000Mb/s自适应 自适应：端口能自动检测连接网络设备的带宽，并做相应的传输数率调整。 按交换机端口的数据量划分：8口、16口、24口、48口交换机等,交换机端口参数和类型,端口密度： 高速端口： 管理端口： 其他端口：,背板带宽,交换机的背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，也叫交换带宽，一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。 一般来讲，计算方法如下:1）线速的背板带宽考察交换机上所有端口能提供的总带宽。计算公式为端口数相应端口速率 2（全双工模式）如果总带宽标称背板

14、带宽，那么在背板带宽上是线速的。2）第二层包转发线速第二层包转发率=千兆端口数量1.488Mpps+百兆端口数量 0.1488Mpps+其余类型端口数相应计算方法，如果这个速率能标称二层包转发速率，那么交换机在做第二层交换的时候可以做到线速。3）第三层包转发线速第三层包转发率=千兆端口数量1.488Mpps+百兆端口数量 0.1488Mpps+其余类型端口数*相应计算方法，如果这个速率能标称三层包转发速率，那么交换机在做第三层交换的时候可以做到线速。,1.488Mpps是怎么得到的呢?,包转发线速的衡量标准是以单位时间内发送64byte的数据包（最小包）的个数作为计算基准的。对于千兆以太网来说

15、，计算方法如下：1，000，000，000bps/8bit/（64812）byte=1,488,095pps 说明：当以太网帧为64byte时，需考虑8byte的帧头和12byte的帧间隙的固定开销。故一个线速的千兆以太网端口在转发64byte包时的包转发率为1.488Mpps。快速以太网的线速端口包转发率正好为千兆以太网的十分之一，为148.8kpps。对于万兆以太网，一个线速端口的包转发率为14.88Mpps。对于千兆以太网，一个线速端口的包转发率为1.488Mpps。对于快速以太网，一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps。对于OC12的POS端口，一个线速端口的包转发率为1.17M

16、pps。对于OC48的POS端口，一个线速端口的包转发率为468MppS。 所以说，如果能满足上面三个条件，那么我们就说这款交换机真正做到了线性无阻塞,MAC地址与支持MAC地址的数量,MAC地址：MAC地址位于数据链路层，且该地址是惟一的，被生产厂商烧制在网卡的硬件电路上。 MAC地址的作用：惟一的标识网络设备，控制对网络的访问，实现网络间的连接。 MAC地址的组成：由12位16进制数组，使用48个二进制数表，前24位标识生产厂商，后24位是网卡序列号。在WIN2000中可以通过ipconfig /all命令查看。 MAC地址的数量：交换机具有记录MAC地址的功能，一般标识为2K、4K、8K

17、，2K表示2X1024，表示能够支持2024个MAC地址,可堆叠性,交换机堆叠是通过厂家提供的一条专用连接电缆，从一台交换机的“UP”堆叠端口直接连接到另一台交换机的“DOWN”堆叠端口。以实现单台交换机端口数的扩充。一般交换机能够堆叠49台。 多个交换机堆叠时，其中存在一个可管理交换机，利用可管理交换机可对此可堆叠式交换机中的其他“独立型交换机”进行管理，增加带宽,局域网交换机的类型,按照使用的网络技术划分：以太网交换机、快速以太网交换机、令牌环交换机、FDDI交换机、FDDI以太网交换机、ATM交换机 按照交换机的应用规模划分：桌面交换机、工作组交换机、部门级交换机、企业级交换机,4.按照

18、工作方式选择交换机,直通传送 存储转发 无碎片直通传送 3种交换技术方式的应用比较,直通传送,采用直通交换方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于它只检查数据包的包头（通常只检查14个字节），不需要存储，所以切入方式具有延迟小，交换速度快的优点（所谓延迟（Latency）是指数据包进入一个网络设备到离开该设备所花的时间）。,存储转发,存储转发（Store and Forward）是计算机网络

19、领域使用得最为广泛的技术之一，以太网交换机的控制器先将输入端口到来的数据包缓存起来，先检查数据包是否正确，并过滤掉冲突包错误。确定包正确后，取出目的地址，通过查找表找到想要发送的输出端口地址，然后将该包发送出去。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，并且能支持不同速度的输入输出端口间的交换，可有效地改善网络性能。它的另一优点就是这种交换方式支持不同速度端口间的转换，保持高速端口和低速端口间协同工作。实现的办法是将10Mbps低速包存储起来，再通过100Mbps速率转发到端口上。,无碎片直通传送,这是介于直通式和存储转发式之间的一种解

20、决方案。它在转发前先检查数据包的长度是否够64个字节（512 bit），如果小于64字节，说明是假包（或称残帧），则丢弃该包；如果大于64字节，则发送该包。该方式的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢，但由于能够避免残帧的转发，所以被广泛应用于低档交换机中。,3种交换技术方式的应用比较,直通方式是3种中最快的一种方式，但不进行过滤处理，误码率比较量，有于交换网络的外围连接。 存储转发具有最高的交换质量，但速度最慢，适用于网络主干的连接。 无碎片真通方式是前两种的综合。,5.按照应用规模选择交换机,桌面型交换机 工作组交换机 部门交换机 校园网（骨干）交换机 企业交换机,6.选择交换机的要

21、点,按“应用规模”选择 从“技术角度”进行选择,按“应用规模”选择,支持500个信息点以上大型企业，应当选择“企业级交换机”或“骨干级交换机” 支持300500个信息点的大中型企业，应当选择“部门级交换机” 支持100300个信息点的中小型企业，应当选择“工作组级交换机” 支持10100个信息点的小型企业，应当选择“工作组级交换机”或“桌面交换机”,从“技术角度”进行选择,工作方式类型：存储转发、直通、无碎片直通 端口传输模式：全双式、半双工 提供网管功能 提供虚拟以太网的管理功能 提供多模块和多类型端口的支持 吞吐量 延时多少 单/多MAC地址,7.局域网交换机的主要指标,端口的数量 端口的

22、类型 数据交换速度 系统的扩充能力 交换能力 是否具有路由选择功能 是否具有热插拔或热切换功能 是否具有容错能力 是否具有网络管理能力 是否具有VLAN功能,8.使用以太网交换机的优点,可用带宽增加 交换速度快，传输时间延迟大大降低 管理和维护简单 扩展和兼容性好 具有高带宽专用端口,9.以太网交换机在实际中的作用,第二层交换机在实际中的主要作用 作为核心设备，连接工作节点和网络设备 连接不同传输介质，或使用不同介质访问控制方式，但高层协议相兼容的网络 划分子网 增加网络传输带宽 降低网络传输延迟 进行网络管理 第三层及三层以上交换机在实际中的作用 支持多种协议、多种媒体 网络管理功能 交换功

23、能,6.3网络的远程连接与Internet,6.3.1 调制解调器 6.3.2 路由器 6.3.3 网关 6.3.4 网络连接设备的应用场合,6.3.1 调制解调器,1.调制解调器的作用 调制解调器是调制器解调制器的简称。它安装在电脑和电话系统之间，使电脑可以通过电话线与另一台电脑进行信息交换。 电话线路是传输声音信号的，而电脑发送的是数字信号，要使数字信号能够通过电话线路传输，必须使用一种叫作调制解调器的设备。调制解调器的作用就是进行数字信号和声音信号的转换。 调制解调器从电脑接收到数字信号后，将它们转换成声音信号，然后通过电话系统传输出去；在接收端，另一个调制解调器将这些声音信号转换成数字

24、信号，即进行解调，再发送给电脑。这样，通过电话线就把两台电脑连接起来了。,2.调制解调器的选择,款式 内置式 外置式 PCMAIA（卡式）调制解调器 主反内置调制解调器 速率（56Kb/s）,6.3.2 路由器,1.路由器的基本概念 2.路由器的工作原理 3.路由器具有的基本功能 4.路由器的分类 5.路由器的应用特点 6.路由器在实际网络连接中的作用,1.路由器的基本概念,(1).路由器的基本概念 路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。 (2).路由表 路由器的主要工作就是为经过路

25、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。由此可见，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传输路径的相关数据路由表（Routing Table），供路由选择时使用。打个比方，路由表就像我们平时使用的地图一样，标识着各种路线，路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。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。,路由表的分类,静态路由表 由系统管理员事先设置好固定的路由表称之为静态（static）路由表，一般是在系统安装时就根据网络的

26、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。 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。 路由器通常依靠所建立及维护的路由表来决定如何转发。路由表能力是指路由表内所容纳路由表项数量的极限。,2.路由器的工作原理,与网桥和交换机使用帧中的MAC地址转发帧相比较，路由器是通过数据包中的网络层地址(如IP地址)来转发数据包的，不对MAC地址进行操作。因此，在用路由器连接的网络上，源节点不需要知道目的节点的MAC

27、也能够找到它. 与网桥和交换机类似，路由器的内存中也存有一个表，叫做路由表(Routing Table)，其中记录的是数据包地址(网络层地址)和物理端口号的对应关系。路由器根据路由表来转发数据包。如果包中的目标地址与源地址在同一个网段内，路由器就数据流限制在那个网段内，不转发数据包；如果目标地址在另一个网段，路由器就把包发送到与目标网段相对应的物理端口上。,3.路由器具有的基本功能,在多个网络和介质间提供网络互连的能力。 通过路由表和路由算法,选择最佳的路径。 分组过滤、转发和防火墙功能。 隔离广播，阻止广播风暴。 所有通过路由器连接的网络必须使用相同的寻址机制(通常使用IP地址)。 数据通道

28、功能:包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等，一般由特定的硬件来完成. 控制功能:用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。,4.路由器的分类,近程路由路和远程路由器 内部路由器和处部路由器 静态路由器和动态路由器 单协议路由器和多协议路由器,5.路由器的应用特点,优点 网络分段功能 提供可靠传输、优先服务 连接使用不同通信协议的网络 隔离广播风暴信息 缺点 使用较我的时间进行处理，致使网络的性能下降 安装和维护困难 价格较高 不支持非路由协议,6.路由器在实际网络连接中的作用,延伸距离 可将局域网连接到因特网 选择路径,6.3.3 网关,1.网关的基本概念 2.网

29、关的功能 3.网关的类型与应用,1.网关的基本概念,网关是将两个或多个使用不同协议的网络段连接在一起的软硬件，主要作用是对使用不同传输协议的网络段中的数据进行相互的翻译和转换，工作在OSI模型的高三层，即会话层、表示层、应用层，又称网间协议转换器。,2.网关的功能,具有路由器所有的功能 能够连接多个高层协议完全不同的网络,3.网关的类型与应用,按照网关可以转换的协议数量分类 单协议网关 多协议网关 按照网关的应用类型分类 局域网协议转换网关 邮件网关 支付网关 CGI通用网关接口 VOIP语音网关 安全网关 综合网关 其他流行的网关,6.4广域网组网技术,6.4.1常用的广域网资源 6.4.2

30、网络接入技术 6.4.3普通中小型局域网用户的接入技术 6.4.4大中型集团用户的接入技术,6.4.1常用的广域网资源,1.公用电话交换网(PSTN) 2.综合业务数字网(ISDN) 3.铜线数字用户线路网(xDSL) 4.公用分组交换网(X.25) 5.数字数据网(DDN) 6.帧中继网(FR) 7.光纤专线网 8.卫星通信服务网(VDSL)和微波通信网,6.4.2网络接入技术,1.什么是网络接入技术? 是指用户利用电话线或数据专线等方式,将个人或单位的计算机系统与Internet连接,进而使用其中资源;或者是使用电话线或数据专线连接两个或多个局域网,实现远程访问或通信. 2.广域网组网时应

31、当解决的重要问题 用户接入需求 选择的广域网资源 具体接入技术,需要的硬件设备 需要的软件,服务器端的软件和配置,客户端 投资和维持运行费用,6.4.3普通中小型局域网用户的接入技术,1.PSTN(电话拔号)用户接入技术 2.ISDN接入技术 3.ADSL接入技术,1.PSTN(电话拔号)用户接入技术,PSTN（Published Switched Telephone Network）技术是利用PSTN 通过调制解调器拨号实现用户接入的方式。这种接入方式是大家非常熟悉的一种接入方式，只需一个内置或外置Modem，与PC 相连或插入PC，通过本地电话网PSTN（程控电话交换网）接入Interne

32、t,可以直接拨打ISP 所提供的上网服务电话，如当地163 或169电话接入Internet。用户PC 和ISP 访问服务器之间的连接采用PPP 协议实现，用户要使用支持PPP 的通信软件来完成拨号主机与ISP 服务器之间链路的建立、认证及网络层协议选择等过程，从而成为Internet 的正式成员并访问Internet 服务。,2.ISDN接入技术,ISDN（Integrated Service Digital Network）接入技术俗称“一线通”，它采用数字传输和数字交换技术，将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在统一的数字网络中进行传输和处理。用户利用一条ISDN 用户线路，可以在上网的同时拨打