2022年网络设备基础知识课件

1、网络设备基础知识主要内容物理层设备与冲突域数据链路层设备与广播域网络层设备物理层设备与冲突域中继器集线器冲突域中继器由于在网络中存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。为解决这一问题中继器。中继器(Repeater)是最简单的互连设备。它工作在OSI模型的物理层，用于扩展LAN网段的长度，延伸信号传输的范围，完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，并保持与原数据相同。中继器的功能中继器的工作就是重发数据位，将所收到的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信号，包括错误信息，而且

2、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。因此中继器不关心数据的格式和含义，它只负责复制和增强通过物理介质传输的表示“1”和“0”的信号。使用限制中继器不仅功能有限，而且作用范围也有限。一个中继器只包含有一个输入端口和一个输出端口，所以它就只能接收和转发数据流。此外，中继器只适用于总线拓扑结构的网络（总线形网络）。使用中继器的好处是扩展网络的成本较低廉。5-4-3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。 例如，假设你需要把位于学校图书馆的一台个人计算机连接上网络。最近的数据接口在2

3、00米开外。网络采用的是10Base2（Thinnet, 细同轴电缆）以太网，而这种网络的线缆的最大传输距离是185米。在这种情况下，利用一个中继器，最大传输距离就可以再增加185米。网络连接一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。应用场合中继器适用于较小地理范围内的相对较小的局域网（少于100个节点），如一栋办公楼。由于中继器不能隔断局域网网段间的通信，所有的数据都能双向通过中继器（不能过滤任何数据），所以不能用它连接负载沉重的局域网。总结中继器可以将局域网的一个网段和另一个网段相连，而且可以连接不同类型的介质，如10Base2与10Base5。

4、由于中继器只是一种信号放大设备，它不能连接两种不同的介质访问类型，如令牌环网和以太网。中继器只是一种物理层设备，它不能识别数据桢的格式和内容，也不能将一种数据链路报头类型转换成另外一种形式。集线器集线器(Hub) 是一个具有多个端口的中继器。它有一个端口与主干网相连，并有多个端口连接一组工作站。在以太网中，集线器通常是支持星形或混合形拓扑结构的。在星形结构的网络中，集线器被称为多址访问单元（MAU）。功能集线器的基本功能是信息分发，它把一个端口接收的所有信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号重新生成，一些集线器整理信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。具有多个10Base-F

5、接口的集线器就象是使用镜子来把光线分到各个端口。集线器能够支持各种不同的传输介质和数据传输速率。有些集线器还支持多种传输介质的连接器和多种数据传输速率。数据端口：供线缆接头插入其中以使工作站或其他设备与集线器互连。采用的接口类型（例如RJ - 45与BNC）是由所采用的网络技术来决定的。数据端口通常是4 2 4 个。上行链接端口：它被用来与另一个集线器连接以构成菊花链或层次结构，上行链接端口可以被看作另外一种端口，但它只能用于集线器之间的连接。管理控制台端口：它被用来连接控制台（例如一台便携式电脑）。通过它可以查看集线器的管理信息，如负载或冲突次数。由于不是所有的集线器都提供管理信息，因而并不

6、是每一种集线器都具有管理控制台端口。主干网端口：它被用来与网络的主干网连接。对1 0 B a s e T 网络，这种连接通常是采用短的细同轴电缆。应用在设计网络时，集线器的位置是可以不同的，但最简单的结构就是使用一组独立式集线器与其他的网络设备连接，如交换机和路由器。大多数网络都是使用几台集线器分别服务于不同的工作组，这样就可以把可能出现的问题分散到了多个节点，也可以减少切换次数和管理数据的工作量。总结集线器的特性包括灵活性、高速连接、集中式网络管理、可扩展性、带宽优化及可靠性等。集线器可以以不同的形式、规模和价格提供执行特性来满足几乎所有的网络集成的需要。在物理层，集线器是简单的多端口中继器

7、。但是，也可以将其他的网络互联模块集成进集线器中，包括网桥和广域网端口等。集线器通常通过一个上行连接端口相互连接，使用该端口的时候通常要禁止一个常规端口。进一步体会中继器和集线器计算机1与计算机4的通信过程？计算机1的网卡将信息通过双绞线送到集线器上，集线器将信息进行广播，将信息同时发送给8个端口，当8个端口上的计算机接收到这条广播消息后，会对信息进行检查，如果发现该消息是给自己的，则接收，否则不予理睬；由于该信息是计算机1发给计算机4的，因此最终计算机4接收该消息，而其他计算机不接收该消息。冲突域所谓冲突，就是在总线上同时有多个机器在传送数据，从而造成数据包的碰撞。当某个区域中的一台设备发送

8、了单播数据之后，如果这个区域中的其他设备不论是否是数据包的接收者，都可以收到这个单播数据，则这个区域就被称为冲突域。简单地说，一个冲突域由所有能够看到同一个冲突或者被该冲突涉及的设备组成。数据链路层设备与广播域网桥交换机广播域网桥网桥这种设备看上去有点像中继器。它具有单个的输入端口和输出端口。它与中继器的不同之处就在于它能够解析它收发的数据。网桥属于OSI模型的数据链路层；网桥能够解析它所接受的帧，并能指导如何把数据传送到目的地。特别是它能够读取目标地址信息（MAC），并决定是否向网络的其他段转发（重发）数据包，而且，如果数据包的目标地址与源地址位于同一段，就可以把它过滤掉。当节点通过网桥传输

9、数据时，网桥就会根据已知的MAC地址和它们在网络中的位置建立过滤数据库（也就是转发表）。分析数据的传送过程属于A网段的节点1发送数据到属于网段B的节点6时，先将数据经集线器发送到网桥的端口A，网桥解析数据中的MAC地址信息，在过滤数据库中发现目标MAC地址对应的节点6位于另一个网段B，于是将数据通过端口B发送到网段B的集线器，最终到达节点6。如果节点1发送数据到节点3，数据同样会经集线器到达网桥的端口A，网桥根据数据的源和目标MAC地址判断出节点1和节点3同属于网段A，则网桥将该数据过滤掉，不会将数据发送到网段B。这样就隔离了网段A和网段B，减少了网段间不必要的数据通讯。网桥的功能网桥工作在O

10、SI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。 网桥的工作过程缓存：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

11、的除发送该数据的网段外的所有网段。 交换机这些年来，随着连接设备硬件技术的提高，已经很难再把集线器、交换机、路由器和网桥相互之间的界限划分得很清楚了。交换机这种设备可以把一个网络从逻辑上划分成几个较小的段。不像属于OSI模型第一层的集线器，交换机属于OSI模型的数据链路层（第二层），并且，它还能够解析出MAC地址信息。从这个意义上讲，交换机与网桥相似。但事实上，交换机相当于多个网桥。交换机交换机(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

12、进行通信，而不是各个节点共享带宽。交换机的所有端口都单独占用一指定的带宽。交换机的每一个端口都扮演一个网桥的角色，而且每一个连接到交换机上的设备都可以享有它们自己的专用信道。换言之，交换机可以把每一个共享信道分成几个信道。交换机自身也还是有缺点的。尽管它带有缓冲区来缓存输入数据并容纳突发信息，但连续大量的数据传输还是会使它不堪重负的。在这种情况下，交换机不能保证不丢失数据。从以太网的观点来看，每一个专用信道都代表了一个冲突检测域。冲突检测域是一种从逻辑或物理意义上划分的以太网网段。在一个段内，所有的设备都要检测和处理数据传输冲突（即CSMA/CD）,不同的网段有不同的数据传输冲突（CSMA/C

13、D），互不干涉。可以说，交换机每个端口都相当于一个以太网网段。交换机的转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0260.8c01.33330260.8c01.22220260.8c01.4444E0: 0260.8c01.1111E2: 0260.8c01.2222E1: 0260.8c01.3333E3: 0260.8c01.44440260.8c01.1111E0E1E2E3DCABMAC address table

14、广播域当某个区域中有一台设备发送了一个广播数据（二层地址为全1），如果这个区域中的其他设备都能收到这个广播数据，这个区域就被称为一个广播域。简单地说，一个广播域由所有能够看到相同广播数据的设备组成。一般情况下，一个广播域代表一个逻辑网段，一个路由器就构成一个广播域的边界。冲突域和广播域冲突域：所有直接连接在一起的，而且必须竞争以太网总线的节点都可以认为是处在同一个冲突域中。在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。广播域：是一个逻辑上的计算机组，该组内的所有计算机都会收到同样的广播信息。网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。冲突域：一个站点向另一个站点发出信号，能收到信号

15、的站点就构成一个冲突域。一个局域网就是一个广播域，广播域中的机器可以收到域中其他任何一台机器的广播，而不能收到域外机器的广播，域外机器也不能收到域内机器发出的广播。集线器和中继器的所有端口在同一个冲突域中，同一个广播域中。交换机所有端口处于同一个广播域中，每一个端口就是一个冲突域。网络层设备路由器三层交换机路由器路由器是一种多端口设备，它可以连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。路由器属于O S I 模型的第三层。网络层指导从一个网段到另一个网段的数据传输，也能指导从一种网络向另一种网络的数据传输。不像网桥和第二层交换机，路由器是依赖于协议的。在它们使用某种协

16、议转发数据前，它们必须要被设计或配置成能识别该协议。路由器功能路由器(Router)工作在OSI模型的网络层，因此可以连接1层和2层结构不同的网络。路由器通过在相邻的路由器节点之间进行路径选择(即路由)功能，通过最佳的路径来传送数据包。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)。数据传输过程如果工作组C 中的工作站想使用工作组A 的打印机，就要创建一个包含工作组A 中的打印机地址的连接。然后才能把数据包传送到集线器C 。当路由器C 接收到传输的数据后，在解析第三层数据时，路由器C 就会暂存这个数据包。一旦发现数据包要传向工作组A 中的打印机，路由

17、器C 就会选择最优路径把数据包传送到工作组A 中的打印机。在这个例子中，也许会把数据包直接传向路由器A 。在它转发该数据包前，路由器就增加该数据包尾部的中继次数。然后，路由器C 就把数据包转发到路由器A ，路由器A 解析出数据包的目标地址后再把它转发至集线器A 。再由集线器A 向工作组A 中的所有用户传播此次传输，直到打印机A 响应为止。工作过程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

18、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。三层交换机具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。三层交换机是指具备三层路由功能的交换机,其接口可以实现基于三层寻址的分组转发,每个三层接口都定义了一个单独的广播域。在为接口配置好IP协议（设置IP地址）后，该接口就成为连接该接口的同一个广播域内其它设备和主机的网关。数据传输过程使用IP的设备A三层交换机使用IP的设备B比如A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP请求，B返回其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常