网络的硬件与互连设备

第六章网络的硬件与互连设备本章主要内容：网络接口卡（NIC）中继器与集线器网桥和交换机无线接入点（AccessPoint

）路由器（Router）网关12/25/202216.1传输介质

传输介质是网络中信息传输的媒体，可分为有线和无线两种。1.双绞线

双绞线是布线工程中最常用的一种传输介质，双绞线有两种：①非屏蔽双绞线（UTP）

通常分为7类，常用的有3、5、6类，技术特性如P112表5-1所示。②有屏蔽双绞线（STP）在双绞线和外层保护套中间加了一层金属屏蔽层，可以减少电磁干扰，减少辐射，防止信息被窃听，一般用于电磁干扰或辐射严重的场合。双绞线在网络上的最大长度受到限制，因此较适合在小范围的局域网中配置。12/25/202222.同轴电缆由内外导体所组成，P114图5-575Ω同轴电缆(宽带同轴电缆)____传送模拟信号。50Ω同轴电缆(基带同轴电缆)____传送数字信号。(有两类)①粗缆：网络段长度500米（应用：10BASE5）②细缆：网络段长度185米（应用：10BASE2）Note：同轴电缆现在已经基本不用了。12/25/202233.光导纤维电缆

光纤通信传送的是光信号。发送时：电光转换，接收时：光电转换。有两种光纤：单模式_____仅允许一束光通过（以激光作为光源）多模式_____允许多束光通过（以发光二级管作为光源）优点：频带宽、通信容量大。传输损耗小传输（中继）距离长（可达120km)。保密性好、抗干扰能力强。缺点：价格较贵、安装较为困难。一般用于大型局域网的主干网上。4.无线传输介质

①无线电波通信②卫星通信等12/25/20224网络的扩展与互连概述12/25/20225交换机交换机防火墙防火墙交换机主机主机路由器交换机因特网集线器企业内部网外部访问子网因特网12/25/20226网络设备在OSI体系中的位置网络设备的功能层次OSI层次地址类型设备传输层及以上应用程序进程地址（端口）网关（协议转换器）网络层网络地址（IP地址）路由器（三层交换机）数据链路层物理地址（MAC地址）网桥、交换机（网卡）物理层无中继器、集线器12/25/20227中继器（集线器）的概念结构12/25/20228网桥（交换机）的概念结构网段2网段1应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层数据链路层物理层PHYDL网桥主机2主机1PHY网络层12/25/20229路由器的概念结构应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层PHYDL互连网层路由器主机1主机2DLPHY子网1子网212/25/202210网关关的的概概念念结结构构应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层PHYDLIP应用层/传输层网关主机2主机1PHYDLIP网络1网络212/20/2022116.2网网络络接接口口卡卡(NIC)网络络接接口口卡卡（（网网卡卡））是是连连接接主主机机与与网网络络的的基基本本设设备备工作作在在数数据据链链路路层层每台台主主机机都都应应配配置置一一个个或或多多个个网网卡卡每个个网网卡卡都都有有一一个个或或多多个个网网络络接接口口连接接不不同同的的局局域域网网需需要要使使用用不不同同的的网网卡卡以太太网网卡卡令牌牌环环网网卡卡FDDI网网卡卡ATM网网卡卡12/20/202212网卡的的功能能数据缓缓存匹配主主机数数据处处理速速率与与网络络的传传输速速率封装/解封封装加上控控制字字段→→以帧帧为单单位进进行传传输→→卸下下控制制字段段介质访访问控控制CSMA/CD、TokenRing串/并并转换换将主机机的并并行数数据转转换成成串行行位流流数据编编码/解码码转换为为适合合网络络介质质传输输的信信号形形式数据发发送/接收收12/20/202213网卡的的结构构发送/接收部部件———负负责信信号的的发送送、接接收载波检检测部部件———检检测介介质上上有否否信号号发送/接收收控制制部件件及数数据缓缓冲区区编码/解码码器———将将数据据编码码转换换为传传输信信号或或反之之LAN管理理部件件主机总总线接接口部部件计算机机总线线通信线线路12/20/202214网卡地地址：：即网网卡的的物理理地址址（MAC地址址），，固化在在网卡卡硬件件中（（有些些网卡卡可由由用户户修改改）配置参参数（（跳线线设置置/软软件设设置/PnP））•中断请请求号号IRQ（（一般般为3）•I/O基地地址I/OBase（（一般般为300H））•存储器器基地地址MemoryBase(一一般为为0C000H)•全双工工/半半双工工•传输速速率（（仅10/100Mb/s双双速网网卡可可选））网卡的的配置置参数数12/20/202215网卡的的选用用考虑的的因素素包括括：LAN的类类型：：Ethernet、TokenRing、ATM、FDDILAN的速速度：：10M/100M/1000M网络接接口类类型：：AUI/BNC、、RJ-45、SC/ST主机总总线类类型：：ISA、、PCI、USB、PCMCIA应用场场合：：服务务器、、工作作站、、笔记记本其他附附加功功能：：PnP、、防病病毒、、远程程唤醒醒等12/20/2022166.3中中继器器与集集线器器1.中中继继器（（Repeater）工作作在在物物理理层层功能能：：信信号号整整形形和和放放大大，，在在网网段段之之间间复复制制比比特特流流，，P120图图5-10特点点：：不进进行行存存储储————信信号号延延迟迟小小不检检查查错错误误————会会扩扩散散错错误误不对对信信息息进进行行任任何何过过滤滤可进进行行介介质质转转换换————如如UTP转转换换为为光光纤纤用中中继继器器连连接接的的多多个个网网段段是是一一个个冲冲突突域域应用用注注意意事事项项：：应应遵遵守守以以太太网网的的5-4-3规规则则(P120图图5-11)12/20/2022172.集集线线器器（（HUB））多端端口口的的中中继继器器，，工工作作在在物物理理层层功能能：：在在网网段段之之间间复复制制比比特特流流，，信信号号整整形形和和放放大大可认认为为它它是是将将总总线线折折叠叠到到铁铁盒盒子子中中的的集集中中连连接接设设备备特点点：：具有有与与中中继继器器同同样样的的特特点点可改改变变网网络络物物理理拓拓扑扑形形式式：：总总线线连连接接→星形连接逻辑上仍是一一个总线型共共享介质网络络端口数：8，12，16，2412/20/202218独立式（Standalone）固定端口配置置，扩充时用用级连的方法法。堆叠式（Stackable）固定配置，用用堆叠方法进进行扩充———堆叠连接在在一起的HUB在逻辑相当于于一台单独的的HUB，可统一管理理。模块化（Module）又称机箱式，，由一台带有有底板、电源源的机箱和若若干块多端口口的接口卡（（线卡）组成成。可灵活按按需配置，通通过插入不同同的插卡满足足需求（如插插入交换卡、、路由卡、加加密卡等）。。集线器类型：：按结构形式式划分12/20/202219用集线器构建建的网络的特特点所有主机共享享带宽无法限制冲突突和广播适用于小型网网络12/20/202220例：用集线器器搭建简单的的网络以1台服务器器，3台PC机为例：一台HUB4块UTP接接口的网卡4台PC机8个RJ45接头（水晶晶头）若干米UTP双绞线NICHUBUTPPC机服务器12/20/2022216.4网桥桥与网络交换换机共享信道LAN的缺点冲突域中的多多个站点同时时发送会造成成冲突；网络中站点越越多，冲突现现象越严重；；具有n个站点的总带宽B的共享网络，每个站站点的平均拥拥有带宽为B/n。解决的方法提高网络传输输速度——没没有从根本上上解决问题网络分段（微微网段化）减少每个网段段中站点的数数量,使冲冲突的概率减减小实现网络分段段的设备：网网桥、交换机机、路由器12/20/202222网络分段示意意HUBHUB广播域独立的冲突域域独立的冲突域域网桥或网络交交换机交换机只能分分隔冲突域，，但不能分隔隔广播域HUB冲突域/广播播域网段2网段1总带宽:BW×2结点带宽:BW/4总带宽:BW结点带宽:BW/812/20/202223网桥存储转发设备备，工作在数据链路层，用于两个或或多个同类网网络的连接。。网桥的功能：：①过滤和转发发1210111220网桥网络A网络B接受目标地址址为11~20的分组，，并转发到网网络B接受目标地址址为0~10的分组，并并转发到网络络A……信息包中源地地址和目标地地址在同一网网络，则过滤滤。12/20/202224②学习习功能能EX:网络络B增增加了了21号站站，当当网桥桥接收收21号站站信息息时，，发现现该站站地址址在路路径表表中找找不到到，则则将其其添加加进去去，这这就是是网桥桥的学学习功功能。。12/20/202225用网桥桥进行行网络络互联联的优缺点点优点：：可以连连接两两个或或多个个相同同的网网络；；能够隔隔离不不需要要转发发的信信息帧帧；限制了了冲突突域的的范围围；隔离故故障。。缺点：：无法控控制广广播；；只能用用存储储转发发方式式，速速度比比较慢慢；无流量量控制制，负负载重重时会会出现现丢帧帧现象象。12/20/202226交换机机交换机机与集集线器器的异异同：：1.不不同之之处①在OSI模模型中中所处处的位位置不不同交换机机———工工作作在数数据链链路层层集线器器———工工作作在物物理层层②工作作原理理不同同集线器器———将将某某个端端口传传送来来的信信号经经放大大后传传输给给其他他所有有端口。。交换机机———通通过过检查查数据据包中中的目目标物物理地地址（（MAC））来选选择目标端端口，，为通通信双双方提提供一一条独独占的的线路路。③端口口通信信方式式不同同2.相相同之之处如：连连线方方式、、物理理拓扑扑结构构、故故障指指示等等。12/20/202227交换机机的特特点交换机机通过过内部部的交交换矩矩阵把把网络络划分分为多多个网网段———每每个端端口为为一个个冲突突域；；交换机机能够够同时时在多多对端端口间间无冲冲突地地交换换帧。。12/20/202228例：交换网网络的带宽宽若交换机每每个端口带带宽为BW，则交换机机构成的网网络网络总带宽宽＝BW×nn＝8，BW=10Mb/s时，网络络总带宽最最高可达80Mb/s；若每个交换换机端口只只连接一台台计算机，，则每台计计算机的可可用带宽为为10Mb/s。比较：10Mb/s的8口集线器器构成的网网络（连接接了8台计计算机）网络总带宽宽仍为10Mb/s；网络中每台台计算机的的带宽为1.25Mb/s。。12/20/202229交换机的三三种转发方方式存储转发（（Storeandforward）整个帧完整整接收后，，对帧进行行差错检验验，然后再再进行转发发操作。优点：进行行差错校验验，错误不不会扩散到到目的网段段。缺点：延迟迟比较大。。直通转发（Cut-through）只要收到帧帧的前6个字节（目目的MAC地址），，就开始进进行转发操操作。优点：交换换延迟小。。缺点：无法法进行差错错校验，帧帧错误会扩扩散到目的的网段。无碎片直通通转发（Fragmentfreecut-through）接收到一帧帧的前64字节后，再再进行转发发操作。小小于64字字节的帧不不转发。小于64字节的帧一一般是冲突突造成的帧帧碎片（错错误帧）优点：交换换速度较快快，并且降降低了错误误帧转发的的概率缺点：长度度大于64字节的错误误帧仍会转转发，转发发延时大于于直通转发发。12/20/202230使用网络交换换机的好处分割冲突（碰碰撞）域———减少了冲突突允许建立多个个连接——提提高了网络总总体带宽允许全双工连连接能够连接不同同速度的网段段12/20/202231网络交换机的的应用场合作为LAN核核心主干连接接设备，如网网络中心、数数据中心等；；网络通信流量量很大的应用用场合，如图图像处理、视视频流等；对网络响应速速度要求比较较高的场合。。12/20/2022326.5无线线接入点（AP）AP是位于无无线局域网拓拓扑中心位置置的无线基站站设备。AP的功能是是实现无线客客户端之间以以及无线局域域网和有线局局域网之间的的互联AP有两类通通信端口：符合IEEE802.3标准的有有线以太网端端口符合IEEE802.11标准的的WLAN端端口802.11b：无线传传输速率最高高为11Mb/s802.11g：无线传传输速率最高高为54Mb/s802.11n：无线传传输速率最高高约为300Mb/s12/20/202233AP的基本配配置天线：802.11b/g标标准的AP往往往只有1根根天线，而802.11n标准的AP则具有2根以上的天天线。有线网络接口口：包括局域网网端口和广域域网端口局域网接口类类型一般都是是以太网接口口广域网接口类类型根据所连连网络不同而而有所不同Phone/ISDN接接口：用于通通过电话线连连网以太网接口：：用于通过园园区局域网或或ADSL连连网USB端口（（某些AP配配置）连接打印机，，实现无线打打印功能连接外置硬盘盘，实现网络络存储或P2P下载功能能12/20/202234AP的工作模模式AP可支持的的组网方式包包括：基础架构模式式点对点桥接模模式点对多点桥接接模式无线中继模式式12/20/202235基础架构模式式最基本的无线线局域网构建建模式。适用场合：无线客户端连连接有线网络络便携式无线客客户端移动漫漫游家庭、办公室室12/20/202236点对点点桥接接模式式这种模模式多多用于于两个个局域域网距距离并并不很很远，，但由由于中中间的的地带带有阻阻碍，，不方方便布布线连连接的的场合合。连接范范围约约300米米，采采用定定向天天线后后可将将距离离扩展展到上上千米米12/20/202237点对多多点桥桥接模模式能够实实现多多个分分散的的远程程网络络的互互联。。中心AP发发送，，远程程AP接收收用于多多个建建筑物物的局局域网网之间间的互互联中心AP要使用用全向天天线，远远程AP要使用用定向天天线12/20/202238无线中继继模式利用AP作为无无线中继继器，延延伸无线线网络的的覆盖范范围。又称为无无线分布布式系统统（WDS）适用于需需要无线线互连的的两个局局域网距距离过远远或中间间有障碍碍物阻挡挡的场合合。注意：并并不是所所有的AP都支支持无线线中继模模式12/20/2022396.6路路由器器（Router）工作在OSI第第三层（（网络层层）。功能：在网络之之间转发发网络分分组；为网络分分组寻找找最佳传传输路径径；实现子网网隔离，，限制广广播风暴暴。目的地址址无法识识别时，，路由器器将其丢丢弃，而而不是广广播。提供逻辑辑地址，，以识别别互联网网上的主主机；提供广域域网服务务。应用：把把LAN连入广广域网或或作为广广域网的的核心连连接设备备。用路由器器进行网网络互联联的特点点：用路由器器连接起起来的若若干个网网络，它它们仍是是各自独独立的。。要想从从一个网网络访问问用路由由器连接接起来的的另一个个网络中中的站点点，必须须指定该该站点的的逻辑地地址（IP地址），，通过广广播是无无法与之之进行通通信的。。12/20/202240用路由器器进行网网络互联联HUB路由器冲突域2冲突域1路由器可可以隔离离冲突域域和广播播域HUBHUB冲突域3广播域2广播域112/20/202241路由表路由器如如何确定定最佳路路由？———路由表（RoutingTable）路由表是是保存到到达其他他网络的的路由信信息的数数据库包含目的的网络地地址（号号）、传传输路径径、传输输开销等等根据目的的网络地地址查找找路由表表并确定定分组转转发路径径的过程程称为路由选择择（Routing）。。路由表的的信息随随网络拓拓扑的变变化而变变化———建立、、更新路路由表的的算法称称为路由算法法（RoutingAlgorithm））：网络中的的每个路路由器都都会根据据路由算算法定时时地或在在网络拓拓扑发生生变化时时更新其其路由表表；静态路由由：由网网络管理理员预先先手工设设置路由由信息；；动态路由由：由路路由器在在运行时时动态地地建立与与更新。。自动学习习、记忆忆网络的的变化并并根据路路由算法法重新计计算路由由的协议议称为路由选择择协议（RoutingProtocol）。。12/20/202242路由器的的分类和和应用接入路由由器EX：二二级交换换网通过过有线宽宽带路由由器接入入Internet，，P140图5-27中间节点点路由器器EX：互互连多个个不同网网络或子子网的中中间节点点路由器器，P141图图5-2812/20/202243路由器组组网的优优缺点优点限制了冲冲突域；；可以用于于LAN或WAN的的环境；；可以连接接不同介介质的网网络和不不同体系系结构的的网络；；可以为分分组确定定传输的的最佳路路径；可以过滤滤广播信信息。缺点昂贵；必须用于于可路由由协议网网络；配置复杂杂。12/20/202244无线路由器器是将AP和和路由器功功能结合在在一起的网网络设备。。特别适合于于家庭或小小型办公室室环境的组组网，使多多台计算机机共享一条条宽带连接接。常见无线路路由器的基基本配置为为：支持IEEE802.11b/g无无线接口；；1个10/100MWAN接口，4个10/100MLAN接口；支持CSMA/CA、CSMA/CD、TCP/IP、、DHCP、ICMP、NAT、PPPoE等等协议；支持VPN、QoS、内置防防火墙；支持64/128/152位位WEP、、WPA、、IEEE802.1X、、TKIP、AES等加密与与安全机制制；支持远程和和Web管管理。12/20/202245使用无线路路由器组建建家庭网络络12/20/2022466.7网网关1.网关的的基本概念念异种局域网网相连局域网和广广域网相连连局域网连到到某一远程程主机网关除了具具有路由器器的全部功功能外，还还要承担异异种网之间间不同协议议的转换。。2.网关的的类型和应应用①按照网关关可以转换换的协议数数量分类双边协议网网关多边协议网网关②按照网关关的应用类类型分类P14412/20/2022476.8网网络互连一.网间间互连的基基本概念局域网与局局域网互连连局域网与计计算机主机机局域网与广广域网互连连1.什么是是网络的连连接或互连连①网络的延延伸局域网的最最大距离都都有限制：：10BASET100m10BASE2185m如实际网网络要超超过这个个距离，，就需用用网络连连接设备备来延伸伸网络。。12/20/202248②网络的的分段将一个大大的网络络系统分分解成几几个小的的局域网网（子网网），然然后再通通过互连连设备（（交换机机、网桥桥、路由由器）将将各个子子网连接接成一个个整体网网络，这这就是网网络的分分段设计计。其优优点如下下：提高了可可靠性分散了负负载提高了安安全性2.互连连网络的的类型①同构网网———它们们具有相相同的网网络操作作系统②异构网网———它们们具有不不同的网网络操作作系统二.网网络连接接设备的的应用场场合P147图5-3012/20/202249本章小结结各种网络络设备实实现的功功能层次次网络接口口卡中继器和和集线器器网桥和交交换机无线访问问点路由器各种网络络设备之之间的区区别12/20/2022509、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Tuesday,December20,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。01:28:3101:28:3101:2812/20/20221:28:31AM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2201:28:3101:28Dec-2220-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。01:28:3101:28:3101:28Tuesday,December20,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2201:28:3101:28:31December20,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。20十十二二月月20221:28:31上上午午01:28:3112月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月221:28上上午午12月月-2201:28December20,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/201:28:3101:28:3120December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。1:28:31上上午1:28上上午01:28:3112月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Tuesday,December20,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。01:28:3101:28:3101:2812/20/20221:28:31AM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2201:28:3101:28Dec-2220-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。01:28:3101:28:3101:28Tuesday,December20,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2201:28:3101:28:31December20,202214、意志坚强强的人能把