第5章 网络互联设备

1、网络互联设备网络互联设备传输介质传输介质p双绞线p同轴电缆p光导纤维p无线传输介质 红外 篮牙 微波双绞线介绍双绞线介绍双绞线的分类双绞线的分类双绞线的结构双绞线的结构双绞线的结构双绞线的结构序号序号12345678颜色颜色 橙白橙白橙橙绿白绿白蓝蓝蓝白蓝白绿绿棕白棕白棕棕双绞线的颜色双绞线的颜色正面正面侧面侧面类别类别最大传输速度最大传输速度应应 用用1类类2Mbit/s模拟和数字语音模拟和数字语音(电话电话)通信以及低速的数据传通信以及低速的数据传输。输。2类类4Mbit/s语音、语音、ISDN和不超过的和不超过的4Mbit/s的局域网数据的局域网数据传输。传输。3类类16Mbit/s不超

2、过不超过16Mbit/s的局域网数据传输。的局域网数据传输。4类类20Mbit/s不超过不超过20Mbit/s的局域网数据传输。的局域网数据传输。5类类100Mbit/s100Mbit/s距离距离100米的局域网数据传输米的局域网数据传输。E5类类1000Mbit/s1000Mbit/s的局域网数据传输的局域网数据传输6类类2.4Gbit/s1000Mbit/s以上的的局域网数据传输。以上的的局域网数据传输。同轴电缆介绍同轴电缆介绍同轴电缆的结构同轴电缆的结构类型类型技术标准技术标准细缆细缆粗缆粗缆直径直径0.25英寸英寸0.5英寸英寸传输距离传输距离185m500m接头接头螺旋形螺旋形BNC

3、头头(端接端接)T形头形头(分接分接)AUI阻抗阻抗50 50 应用的应用的局域网类型局域网类型10Base2(细缆以太网细缆以太网)10Base5(粗缆以太网粗缆以太网)同轴电缆的技术标准同轴电缆的技术标准p光纤的结构光纤的结构p光纤的尺寸光纤的尺寸p光纤的类型光纤的类型p光纤通信系统光纤通信系统光纤的结构光纤的结构o描述光纤尺寸的参数有两个：描述光纤尺寸的参数有两个：内芯直径内芯直径和和反射层直径反射层直径，其度量单位都为，其度量单位都为微米微米(m, 1m=110-6m)。o最细的光纤其内芯直径通常只有最细的光纤其内芯直径通常只有510m，o粗一些的光纤其内芯直径为粗一些的光纤其内芯直径

4、为50100m。o局域网中最常用的光纤是局域网中最常用的光纤是62.5m/125m的的光纤，其中光纤，其中62.5m是内芯直径，而是内芯直径，而125m是反射层的直径。是反射层的直径。光纤的参数光纤的参数 光纤颜色：橙色光纤颜色：橙色 光信号不止一种波长，典型的多模光纤尺寸光信号不止一种波长，典型的多模光纤尺寸为为62.5m/125m光纤线颜色：黄色光纤线颜色：黄色 光信息只有一种波长，典型的单模光纤尺寸为光信息只有一种波长，典型的单模光纤尺寸为8m/125m光纤的分类光纤的分类无线传输介质介绍无线传输介质介绍p红外红外p篮牙篮牙p微波微波红外线红外线/ /蓝牙蓝牙红外线技术简介红外线技术简介

5、p红外线红外线(Infrared, IR)技术广泛的应用在电视技术广泛的应用在电视机和立体声系统的遥控器中，也可以做为网络机和立体声系统的遥控器中，也可以做为网络通信的介质。它通过使用位于红外频率波谱中通信的介质。它通过使用位于红外频率波谱中的锥形或者线型光束来传输数据信号。的锥形或者线型光束来传输数据信号。p红外网络需要通信的双方设备都拥有一个收红外网络需要通信的双方设备都拥有一个收发器，最好还有同步软件。传输速度发器，最好还有同步软件。传输速度4Mbit/s16Mbit/s。p红外线是一种视线技术，不能通过不透明的红外线是一种视线技术，不能通过不透明的物理物理(如墙壁如墙壁)，并且易受外界

6、光线干扰。，并且易受外界光线干扰。p安装便捷安装便捷p使用灵活使用灵活p经济节约经济节约p 易于扩展易于扩展 第五章 网络互连与网络连接设备1 网络互连层次网络互连层次2 网络互连的类型网络互连的类型网络互连层次 OSIOSI七层参考模型使网络互连层次变得七层参考模型使网络互连层次变得简洁和规范。根据网络互连设备工作的层次简洁和规范。根据网络互连设备工作的层次及其所支持的协议，网络互连设备通常可以及其所支持的协议，网络互连设备通常可以分为分为4 4种：种： （1 1）集线器）集线器 （2 2）交换机）交换机 （3 3）路由器）路由器 （4 4）网关）网关应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层

7、物理层应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层网关路由器交换机集线器四种网络互连设备网络互连的类型o从覆盖范围讲，计算机网络分为广域网、城从覆盖范围讲，计算机网络分为广域网、城域网与局域网三类。从这一角度对网络互连域网与局域网三类。从这一角度对网络互连进行分类，网络互连主要有以下几种类型：进行分类，网络互连主要有以下几种类型：o局域网局域网互连o局域网广域网互连o局域网广域网局域网互连广域网广域网互连。o局域网局域网局域网互连一般解决一个组织机构内部或一个局域网互连一般解决一个组织机构内部或一个小区域内相邻的几个楼群之间的通信，大多采用集线器小区域内相邻的几个楼群之间的通信，大多采用集线

8、器和交换机就足够了。和交换机就足够了。o局域网局域网广域网的互连由于协议差异较大，一般多采用广域网的互连由于协议差异较大，一般多采用路由器。路由器可以连接以太网、令牌环网、路由器。路由器可以连接以太网、令牌环网、FDDIFDDI等局等局域网和域网和X.25X.25、帧中继等广域网。在局域网、帧中继等广域网。在局域网广域网的互广域网的互连中，如果是协议差别太大的高层系统，一般要采用特连中，如果是协议差别太大的高层系统，一般要采用特定的网关。定的网关。o广域网广域网广域网的互连起来，须采用路由器或网关。广域网的互连起来，须采用路由器或网关。o说明说明：当然，这种使用的划分也不是绝对的，如在局域当然

9、，这种使用的划分也不是绝对的，如在局域网网局域网互连中，有时为了起到信息的隔离作用，也局域网互连中，有时为了起到信息的隔离作用，也采用路由器作为互连设备采用路由器作为互连设备。（1）LAN-LANLAN互连又分为同种LAN互连和异种LAN互连。常用设备有中继器和网桥,LAN互连如图所示。（2）LAN-WAN 用来连接的设备是路由器或网关，具体如图所示。用来连接的设备是路由器或网关，具体如图所示。（3）LAN-WAN-LAN这是将两个分布在不同地理位置的这是将两个分布在不同地理位置的LANLAN通过通过WANWAN实现互连，连接设备主要实现互连，连接设备主要有路由器和网关，具体如图所示。有路由器

10、和网关，具体如图所示。（4）WAN-WAN 通过路由器和网关将两个或多个广域网互连起来，可以使分别连通过路由器和网关将两个或多个广域网互连起来，可以使分别连入各个广域网的主机资源能够实现共享。如图所示。入各个广域网的主机资源能够实现共享。如图所示。网卡 计算机与外界局域网的连接是通过在主机箱内插入一块网络接口板（或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡）来实现计算机和网络电缆之间的物理连接，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输。 网卡的功能与分类 1、网卡的功能 网卡能够完成物理层和数据链路层的大部分功能，包括网卡与网络电缆的物理连接、介质访问控制（如实现CS

11、MA/CD协议）、数据帧的拆装、帧的发送与接收、错误校验、数据信号的编/解码（如曼彻斯特代码的转换）以及数据的串行/并行转换等功能。随着集成度的不断提高，网卡上的芯片个数在不断减少。网卡的功能大同小异，其主要功能有以下3个。数据的封装与解封：发送时将网络层传递的数据加上首部和尾部，组成以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交网络层。链路管理：主要是实现CSMA/CD协议。编码与译码：一般使用曼彻斯特编码与译码。2、网卡的分类 网卡按照不同的标准，可以作不同的分类。最常见的是按传输速率、总线接口分类。 （1）按传输速率分类。 按传输速率可分为10 Mbit/s、100 Mbit/s

12、、10/100 Mbit/s自适应以及1000 Mbit/s网卡。（3）按总线插口类型分类。 一般百兆以下网卡采用PCI总线网卡，吉比特网卡采用PCI-X总线网卡。 USB网卡一般是外置式的，具有支持热插拔和不占用计算机扩展槽的优点，安装更为方便。PCMCIA接口网卡用于笔记本电脑 。在无线网络中，计算机使用的是无线网卡 p中继器中继器(Repeater)最简单的互连设备。它工作在最简单的互连设备。它工作在OSI模型的模型的物理层物理层，用于扩展，用于扩展LAN网段的长度，延伸信号网段的长度，延伸信号传输的范围，例如可加大线缆的传输距离。传输的范围，例如可加大线缆的传输距离。p中继器可以连接不

13、同类型的线缆。中继器可以连接不同类型的线缆。1、重发、重发bit信号，再生，放大、还原信号，再生，放大、还原2、没有鉴别能力、没有鉴别能力3、不考虑终端设备、不考虑终端设备4、速度快、时延很小、速度快、时延很小 通常在一个网络中，最多可以分为通常在一个网络中，最多可以分为5个网段个网段其中用其中用4个中继器个中继器连接连接只允许在其中只允许在其中3个网段包含计算机或设备个网段包含计算机或设备，其他，其他2个网段只能用于延长传输距离。个网段只能用于延长传输距离。集线器 集线器集线器(Hub)(Hub)是局域网中重要的部件之一，其实是局域网中重要的部件之一，其实质是一个多端口的中继器。中继器通常带

14、有两个端口质是一个多端口的中继器。中继器通常带有两个端口, ,用于连接一对同轴电缆，而随着双绞线以太网的出用于连接一对同轴电缆，而随着双绞线以太网的出现现, ,中继器被做成具有多个端口的装置，用在星型布中继器被做成具有多个端口的装置，用在星型布线系统中线系统中, ,并称其为集线器。并称其为集线器。1放大和整形功能放大和整形功能2检测冲突功能检测冲突功能3端口扩展功能端口扩展功能4数据转发功能数据转发功能5 5介质互连功能介质互连功能 在使用在使用10Base-T10Base-T的以太网协议组网时，集线器的作用的以太网协议组网时，集线器的作用就显得十分重要，它主要有以下就显得十分重要，它主要有以

15、下5 5个方面的功能。个方面的功能。 端口端口1 端口端口2 端口端口3 端口端口4 端口端口5 端口端口6 端口端口7 端口端口8主机主机B B主机主机A A集线器集线器 集线器作为以太网的中心连接设备时，所有结点通过非集线器作为以太网的中心连接设备时，所有结点通过非屏蔽双绞线与集线器连接。在物理结构是星型结构，在逻辑屏蔽双绞线与集线器连接。在物理结构是星型结构，在逻辑上仍然是总线型结构，并且在上仍然是总线型结构，并且在MACMAC层仍然使用层仍然使用CSMA/CDCSMA/CD介质访介质访问控制方法。集线器的基本结构如图所示。问控制方法。集线器的基本结构如图所示。 集线器属于纯硬件网络底层

16、设备，不具有“记忆”和“学习”的能力。它发送数据时没有针对性，采用广播方式发送。也就是说当它要向某端口发送数据时，不是直接把数据发送到目的端口，而是把数据包发送到集线器所有端口 。p网桥的功能网桥的功能p网桥的工作原理网桥的工作原理p交换机的功能交换机的功能p交换机与集线器的区别交换机与集线器的区别p交换机的类型交换机的类型网桥网桥(Bridge)工作在工作在OSI模型的数据链路层，可以模型的数据链路层，可以用于连接具有不同物理层的网络，如连接使用同用于连接具有不同物理层的网络，如连接使用同轴电缆和轴电缆和UTP的网络。的网络。网桥是一种数据帧存储转发设备，它通过缓存、网桥是一种数据帧存储转发

17、设备，它通过缓存、过滤、学习、转发和扩散等功能来完成操作。过滤、学习、转发和扩散等功能来完成操作。 p 网桥首先会对收到的数据帧进行缓存并网桥首先会对收到的数据帧进行缓存并处理处理p 判断入帧的目标节点是否位于发送这个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帧的网段中，如果是，网桥就不把帧转发到网桥的其他端口他端口p 如果帧的目标节点位于另一个网络，网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桥就将帧发往正确的网段扩散：扩散：如果在表中找不到目标地址，则按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除扩散的办法将该数

18、据发送给与该网桥连接的除发送该数据的网段外的所有网段。发送该数据的网段外的所有网段。 每当帧经过网桥时，网桥首先在网桥表中每当帧经过网桥时，网桥首先在网桥表中查找帧的源查找帧的源MAC地址，如果该地址不在网桥表中，则将地址，如果该地址不在网桥表中，则将有该有该MAC地址及其所对应的网桥端口信息加入地址及其所对应的网桥端口信息加入数据帧要去往的目标数据帧要去往的目标MAC地址地址使用的网桥端口使用的网桥端口交换机交换机(Switch)其实是更先进的网桥，它除了具备网桥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的所有功能外，还通过在节点或虚电路间创建临时逻辑

19、连接，使得整个网络的带宽得到最大化的利用。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。上的全部带宽来进行通信，而不是各个节点共享带宽。p交换机的并行程度更高，不同于集线器的交换机的并行程度更高，不同于集线器的 共享带共享带宽。宽。p交换机的缓存能力更强交换机的缓存能力更强p交换机的智能化程度更高交换机的智能化程度更高p交换机具有支持虚拟局域网交换机具有支持虚拟局域网(VLAN)的能力的能力HUBHUBabcdeIts for cIts for cIts

20、for cIts for cIts for c共享式HUB交换机交换机abcdeIts for cIts for cIknow who is c交换式HUB交换机的分类 企业级交换机。(2)部门级交换机 。(3)工作组交换机 。(4)桌面型交换机 。路由器 路由器是网络中进行网间互连的关键设备，工作在OSI模型的第3层（网络层），主要作用是寻找Internet之间的最佳路径。路由器具有路由转发、防火墙和隔离广播的作用，路由器不会转发广播帧，路由器上的每个接口属于一个广播域，不同的接口属于不同的广播域和不同的冲突域。路由器是网络中进行网间互连的关键设备，工作在OSI模型的第3层（网络层），主要作

21、用是寻找Internet之间的最佳路径。路由器具有路由转发、防火墙和隔离广播的作用，路由器不会转发广播帧，路由器上的每个接口属于一个广播域，不同的接口属于不同的广播域和不同的冲突域。p路由器路由器(Router)工作在工作在OSI模型的网络层，模型的网络层，因此可以连接因此可以连接1层和层和2层结构不同的网络。层结构不同的网络。p路由器通过在相邻的路由器节点之间进行路路由器通过在相邻的路由器节点之间进行路径选择径选择(即路由即路由)功能，通过最佳的路径来传送功能，通过最佳的路径来传送数据包。数据包。p隔离广播，阻止广播风暴。隔离广播，阻止广播风暴。p所有通过路由器连接的网络必须使用相同的所有通

22、过路由器连接的网络必须使用相同的寻址机制寻址机制(通常使用通常使用IP地址地址)。按功能划分 。从功能上划分，可将路由器分为核心层（骨干级）路由器、分发层（企业级）路由器和访问层（接入级）路由器。与网桥和交换机使用帧中的与网桥和交换机使用帧中的MAC地址转发帧相比较地址转发帧相比较，路由器是通过数据包中的网络层地址，路由器是通过数据包中的网络层地址(如如IP地址地址)来转发数据包的，不对来转发数据包的，不对MAC地址进行操作。因此，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在用路由器连接的网络上，源节点不需要知道目的节点的节点的MAC也能够找到它。也能够找到它。与网桥和交

23、换机类似，路由器的内存中也存有一个与网桥和交换机类似，路由器的内存中也存有一个表，叫做路由表表，叫做路由表(Routing Table)，其中记录的是数，其中记录的是数据包地址据包地址(网络层地址网络层地址)和物理端口号的对应关系。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另一个网段，路由器就把包发送到与目标

24、网段相对应的物理端口上。应的物理端口上。p网关网关(Gateway)又称又称网间连接器网间连接器、协议转换器。网关、协议转换器。网关在在传输层传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。，仅用于两个高层协议不同的网络互连。 p网关（网关（Gateway）可以用于连接具有完成不同的寻址）可以用于连接具有完成不同的寻址机制、不兼容的协议、不同结构和不同数据格式的网络机制、不兼容的协议、不同结构和不同数据格式的网络。p网关从一个网络收到数据包，重新打包成目的网络能网关从一个网络收到数据包，重新打包成目的网络能接收并处理的格式。接收并处理的格式。那么网关到底是什么呢？网关实质上是一个网络