计算机网络原理11-网络设备.ppt

1、2020/10/11,page 1,第11章 网络设备,本章重点 网络接口卡及其使用 集线器及其使用 交换机及其使用 路由器及其使用 构造简单的网络,2020/10/11,page 2,11.1 网络接口卡NIC,1. 组成（p262图） 发送/接收部件负责信号的发送、接收 载波检测检测介质上有否信号 发送/接收控制部件及缓冲区 曼彻斯特编码/译码器对发送/接收的数据编码/译码，变换成适合于在LAN上传输的信号 网络控制部件控制网卡各部件的协调运行 CPU(部分网卡有)增强网卡智能化，减少网络传输对主机CPU的依赖，提高传输效率,2020/10/11,page 3,2网卡的使用 网卡地址：即网

2、卡的物理地址或称为MAC地址， 固化在网卡硬件中 配置参数（跳线设置 / 软件设置 / PnP） 中断请求号 IRQ（一般为3） I/O基地址 I/O Base（一般为300H） 存储器基地址 Memory Base (一般为C000H) 全双工 / 半双工 传输速率（仅10/100Mbps双速网卡可选）,2020/10/11,page 4,3. 提高网卡性能 并行处理：发送/接收和数据处理同步进行 全双工：需集线器/交换机的支持 突发传输方式（每次传送更多的帧） 智能网卡（让网卡承担更多的传输任务） 提高与主机的传输速度： 与主机的存储器传输数据时采用DMA传送方式 总线采用传输速度较快的P

3、CI总线,2020/10/11,page 5,4. 网络接口卡的种类,2020/10/11,page 6,11.2 网络集线器HUB,多端口的中继器，属于物理层设备 功能：在网段之间拷贝比特流，信号整形和放大 可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备 可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接 端口数：常见的有8，12，16，24口,2020/10/11,page 7,三种结构： 独立式（Stand alone）： 固定端口配置，扩充时用级连的方法 堆叠式（Stackable）： 固定配置，用堆叠方法进行扩充堆叠连接在一起的HUB在逻辑相当于一台单独的HUB，可统一管理 模块化（Module

4、）： 又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不同的插卡满足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）,2020/10/11,page 8,智能集线器和非智能（普通）集线器 允许用网管系统对其进行管理的集线器称为智能HUB，它内部包含有CPU等智能控制部件。 不能用网管系统进行管理的集线器称为非智能HUB。 在需要进行网络管理的中大型网络系统中，一般都要求使用智能集线器（后面将要介绍的网络交换机也需要是智能化的）。 小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。,2020/10/11,page 9,NIC,HUB,UTP,PC机,用集线器搭建简单

5、的网络,服务器,以1台服务器，3台PC机为例： 一台HUB 4块UTP接口的网卡 4台PC机 8个RJ45接头（水晶头） 若干米UTP双绞线,2020/10/11,page 10,11.3 网络交换机Switch,共享信道LAN的缺点： 多个站点同时发送会造成冲突； 网络中站点越多，冲突现象越严重； 每个站点的平均拥有带宽为W/n； 解决的方法： 网段分割(微网段化)减少每个网段中站点的数量 网段分割后网络总体带宽增加,2020/10/11,page 11,网络分段,MAC广播域,独立的冲突域,独立的冲突域,网桥或网络交换机,交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域,2020/10/11,pag

6、e 12,实现网段分割的设备网络交换机 网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链路层上。但网络交换机的端口数多，并且速度快。在这个意义上，网络交换机又称为多端口的高速网桥。 工作原理（参见第4章） 构造：端口-地址表、端口缓冲器、交换矩阵 学习源地址（构造端口-地址表） 过滤本网段帧（隔离冲突域） 转发异网段帧（交换） 广播未知帧（寻找目的站点）,2020/10/11,page 13,三种转发方式 存储转发（Store and forward） 整个帧完整接收并存储到缓冲区，对整个帧进行差错检验，然后再查表找出目的端口并转发 优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段 缺点：交换延迟比较大

7、穿通转发（Cut-through） 因为转发仅依赖于目的地址DA，所以只要收到帧的前6个字节(DA字段)，就可查表找出目的端口并转发 优点：交换延迟小 缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段,2020/10/11,page 14,无碎片穿通（Fragment free cut-through） 以上两种方案的折衷。 接收了一帧的前64字节后，再查表找出目的端口并转发 帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为64B， 64字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧) 优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率 缺点：长度大于64字节的错误帧仍会转发，转发延时高 于直通式,2020/10

8、/11,page 15,使用网络交换机带来的好处 分割冲突（碰撞）域减少了冲突 允许建立多个连接提高了网络总体带宽 减少每个网段中的站点数提高了站点平均拥有带宽 允许全双工连接提高带宽 网络交换机在网络中的地位 作为LAN核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等 高网络通信流量的应用场合，如图像处理、视频流等 对网络响应速度要求比较高的场合,2020/10/11,page 16,提高网络交换机的性能的措施 主干/服务器连接：增加1-2个高速端口(Big Pipe)。缓解主干/服务器连接的瓶颈问题。 速度自动协商：10/100Mbps自适应交换机。根据所连接工作站网卡的速度自动调整端口的通信速率

9、。 虚拟网络VLAN：将逻辑上的一组站点划分到同一个虚拟的逻辑网络中。用交换机划分的若干个VLAN在逻辑上完全独立，广播帧不会越过逻辑网络边界。 流量控制：缓冲区大小有限，为防止溢出（帧丢失），快满时向信息到达端口发送拥塞信号，造成冲突的假象，使发送站点停止发送。背压控制（Back Pressure） 根据错误帧出现概率自动进行存储转发和直通转发的切换,2020/10/11,page 17,千兆主干交换机,服务器,校园网,10Mbps UTP,100Mbps UTP （连接校园网）,1000Mbps Fiber,100Mbps UTP,交大计教中心网络结构图,二级交换机,HUB,2020/10

10、/11,page 18,11.4 路由器Router,工作在第三层（网络层）上。 在网络之间转发网络分组。 能够提供按最佳路由转发网络分组。 实现子网隔离，限制广播风暴。(目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播比较网络交换机),用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一个网络中的站点，必须指定该站点的逻辑地址（IP地址），通过广播是无法与之进行通信的。因为路由器不会转发广播包。,2020/10/11,page 19,路由器的结构,控制部件（CPU、RAM、OS） 路由表 协议软件 网络接口（LAN、WAN、CONSOLE）,2020/10

11、/11,page 20,用路由器进行网络互联,路由器,冲突域2,冲突域1,路由器可以分隔冲突域和广播域,2020/10/11,page 21,工作原理 采用存储转发的方法： 接收并缓存IP数据分组，提取分组中的目的IP地址，然后查路由表决定转发路径。如果未查到，则丢弃该分组。 交换机也用查表的方法决定转发路径，但交换机的表是“端口-MAC地址”表，存放的是端口与目的MAC地址之间的关系，要用帧中的MAC地址查表； 而路由器中的路由表是“端口-网络地址”表，存放的是端口与目的网络地址之间的关系，故要从分组中提取IP地址，并解析出其中的网络地址部分来查表。,路由表用于存放到达其他网络的路由信息。,

12、2020/10/11,page 22,基于路由表（Routing Table）的路由选择 网络号（网络地址） 路径。用下一路由器对应端口的IP地址来表示。 例如，p287图中的路由器R4： 路径1：30.0.0.1 (R1) 路径2：20.0.0.1 (R2) 路径3：30.0.0.3 (R3) 路径4：40.0.0.3 (R5) 路径成本/开销。 P287页例子中路径成本用步跳数来表示，指出到达某一网络所跨越的路由器的个数。,2020/10/11,page 23,路由表的基本内容,目的网络,路由(下一站点),距 离,172.16.0.0,202.168.0.0,10.0.0.0,202.168.0.2,202.168.0.0,直接,172.16.0.0,10.0.0.0,A,B,路由器A的路由表,直接,.1,.1,.2,.1,0,0,1,2020/10/11,page 24,注意：路由器是根据网络号来转发IP数据包的，所以路由表中存放的是目的网络号，而不是目的主机号。 类比：邮政局在城市间转发信件依据的是