常用网络设备介绍

常用网络设备介绍主要内容：网络调制解调器（Modem）

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）第三层交换机2023/1/71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内部网外部访问子网因特网2023/1/72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、（网卡）2023/1/731调制解调器Modem集成了调制和解调功能的设备工作在体系结构的物理层一般是指用于电话网络的模拟调制解调器目前的调制解调器在自适应、数据压缩和网络编码调制技术等方面已非常成熟，每个话路的数据传输速率可高达56kb/s，已基本接近电话线路的最大理论速率。2023/1/74高速调制解调器V.90建议：ITU-T颁布的56kb/s调制解调器标准提高速度的关键服务提供商（ISP、联机服务商或公司局域网）与电话交换网络之间采用数字线路连接上行33.6kb/s，下行56kb/s2023/1/752网络接口卡NIC网络接口卡（网卡）是连接主机与网络的基本设备每台主机都应配置一个或多个网卡每个网卡都有一个或多个网络接口不能独立工作，必须依赖于宿主主机连接不同的局域网需要使用不同的网卡以太网卡令牌环网卡FDDI网卡ATM网卡2023/1/76网卡地址：即网卡的物理地址（MAC地址），固化在网卡硬件中（有些网卡可由用户修改）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/OBase（一般为300H）

•存储器基地址MemoryBase(一般为0C000H)

•全双工/半双工

•传输速率（仅10/100Mb/s双速网卡可选）网卡的配置参数2023/1/77网卡的选用考虑的因素包括：

LAN的类型：Ethernet、TokenRing、ATM、FDDILAN的速度：10M/100M/1000M、4M/16M、25M/155M

网络接口类型：AUI/BNC、RJ-45、SC/ST/MT-RJ

主机总线类型：ISA、EISA、PCI、USB、PCMCIA

应用场合：服务器、工作站、笔记本其他附加功能：PnP、防病毒、远程唤醒、链路聚合等2023/1/78以太网卡的类型分类速度接口类型介质传输速度10Mb/sBNC、AUI、RJ-45同轴电缆、双绞线100Mb/sRJ-45双绞线1Gb/sRJ-45、ST、SC、MT-RJ双绞线、多模/单模光纤10Gb/sST、SC、MT-RJ、LC多模/单模光纤总线接口ISA、PCI、PCI-E、miniPCI、miniPCI-E、PCMCIA、USB、并行接口技术体系LAN、WLAN、Bluetooth、红外协议体系Ethernet、TokenRing、FDDI、ATM2023/1/793集线器（HUB）多端口的中继器，工作在物理层功能：在网段之间复制比特流，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特点：具有与中继器同样的特点可改变网络物理拓扑形式：总线连接→星形连接逻辑上仍是一个总线型共享介质网络端口数：8，12，16，242023/1/710集线器的类类型：按速速度划分传统集线器器传输速度为为10Mb/s（10Base-T网络）快速以太网网集线器传输速度为为100Mb/s（100Base-T网络）10/100M自适应集线线器传输速度自自适应内部有两个个网段：10M和100M，集线器根根据连接速速度将主机机连接到不不同网段上上。网段之间用用交换方式式连接。保护投资，，便于升级级2022/12/2811用集线器构构建的网络络的特点所有主机共共享带宽无法限制冲冲突和广播播适用于小型型网络2022/12/2812例：：用用集集线线器器搭搭建建简简单单的的网网络络以1台服服务务器器，，3台PC机为为例例：：一台台HUB4块UTP接口口的的网网卡卡4台PC机8个RJ45接头头（（水水晶晶头头））若干NICHUBUTPPC机服务务器器2022/12/2813网络络交交换换机机网络络交交换换机机和和网网桥桥属属同同一一类类设设备备，，工工作作在在数据据链链路路层层但网网络络交交换换机机的的端端口口数数多多，，并并且且交交换换速速度度快快。。在在这这个个意意义义上上，，网网络络交交换换机机可可看看作作是是多多端端口口的的高高速速网网桥桥。。交换换机机比比网网桥桥优优越越的的地地方方：：交换换速速度度快快，，可可实实现现线线速速转转发发；；能解解决决网网络络主主干干上上的的通通信信拥拥挤挤问问题题；；端口口密密度度高高，，一一台台交交换换机机可可连连接接多多个个网网段段，，降降低低了了组组网网成成本本。。工作作原原理理与与网网桥桥类类似似：：学习习源源地地址址（构构造造转转发发表表））过滤滤本本网网段段帧帧（隔隔离离冲冲突突域域））转发发异异网网段段帧帧（交交换换））广播播未未知知帧帧（寻寻找找目目的的站站点点））2022/12/2814交换换机机的的特特点点交换换机机通通过过内内部部的的交交换换矩矩阵阵把把网网络络划划分分为为多多个个网网段段———每个个端端口口为为一一个个冲冲突突域域；；交换换机机能能够够同同时时在在多多对对端端口口间间无无冲冲突突地地交交换换帧帧。。2022/12/2815例：交交换网网络的的带宽宽若交换换机每每个端端口带带宽为为BW，则交交换机机构成成的网网络网络总总带宽宽＝＝(BW×n)/2～BW×nn＝8，BW=10Mb/s时，网网络总总带宽宽最高高可达达80Mb/s；若每个个交换换机端端口只只连接接一台台计算算机，，则每每台计计算机机的可可用带带宽为为10Mb/s。比较：：10Mb/s的8口集线线器构构成的的网络络（连连接了了8台计算算机））网络总总带宽宽仍为为10Mb/s；网络中中每台台计算算机的的带宽宽为1.25Mb/s。2022/12/2816交换机机的三三种转转发方方式存储转转发（（Storeandforward）整个帧帧完整整接收收后，，对帧帧进行行差错错检验验，然然后再再进行行转发发操作作。优点：：进行行差错错校验验，错错误不不会扩扩散到到目的的网段段。缺点：：延迟迟比较较大。。直通转发（（Cut-through）只要收收到帧帧的前前6个字节节（目目的MAC地址）），就就开始始进行行转发发操作作。优点：：交换换延迟迟小。。缺点：：无法法进行行差错错校验验，帧帧错误误会扩扩散到到目的的网段段。无碎片片直通通转发发（Fragmentfreecut-through）接收到到一帧帧的前前64字节后后，再再进行行转发发操作作。小小于64字节的的帧不不转发发。小于64字节的的帧一一般是是冲突突造成成的帧帧碎片片（错错误帧帧）优点：：交换换速度度较快快，并并且降降低了了错误误帧转转发的的概率率缺点：：长度度大于于64字节的的错误误帧仍仍会转转发，，转发发延时时大于于直通通转发发。2022/12/2817使用网网络交交换机机的好好处分割冲冲突（（碰撞撞）域域——减少了了冲突突允许建建立多多个连连接——提高了了网络络总体体带宽宽减少了了每个个网段段中的的站点点数——提高了了站点点平均均拥有有带宽宽允许全全双工工连接接——提高带带宽、、消除除冲突突能够连连接不不同速速度的的网段段2022/12/2818网络络交交换换机机的的应应用用场场合合作为为LAN核心心主主干干连连接接设设备备，，如如网网络络中中心心、、数数据据中中心心等等；；网络络通通信信流流量量很很大大的的应应用用场场合合，，如如图图像像处处理理、、视视频频流流等等；；对网网络络响响应应速速度度要要求求比比较较高高的的场场合合。。2022/12/2819以网桥/交换机为为核心的的网络的的特点每个网段段独享带带宽最佳可达达到每台台主机独独享带宽宽可以限制制冲突，，但不能能限制广广播有可能产产生广播播风暴适用于小小型部门门级网络络到大型型园区网网络大型网络络中需解解决广播播问题2022/12/2820虚拟局域域网（VLAN）VLAN是一种网网络构造造和用户户的组织织形式：：通过交换换机（或或路由器器）划分分；由网段和和站点构构成的逻逻辑工作作组。用交换机机划分的的若干个个VLAN在逻辑上上完全独独立（可可看成是是分离的的物理网网络），，广播帧帧不会跨跨越逻辑辑网络边边界。VLAN能够限制制广播域域的范围围——抑制广播播帧的泛泛滥。VLAN可跨越交交换机。。同一VLAN中的成员员不受物物理位置置的限制制，可以以像处于于同一个个局域网网中那样样互相访访问。2022/12/2821VLAN示意图图2022/12/2822VLAN能够隔离离（限制制）广播播域VLAN划分前，，整个网网络都在在一个广广播域中中2022/12/2823VLAN划分后，网络络被分割成几几个较小的广广播域2022/12/2824VLAN的优点提高管理效率率站点的物理位位置改变无需需重新布线和和配置用户性质改改变后很容容易通过软软件将其从从一个VLAN划分到另一一个VLAN控制广播数数据增强了网络络的安全性性实现虚拟工工作组用户的工作作地点不必必在同一个个物理地点点可在企业内内建立灵活活的、动态态化的组织织结构2022/12/2825VLAN划分的方法法基于端口（（静态划分分）根据端口号号划分VLAN基于MAC地址（动态态划分）根据用户计计算机的MAC地址划分VLAN基于网络地地址或网络络协议类型型（动态））根据用户计计算机的IP地址划分VLAN2022/12/2826主干(Trunk)主干用于实实现跨交换换机的VLAN，它是指交交换机之间间用于传输输多个VLAN信息的链路路主干上传输输的数据包包加上特殊殊标签（通通常是802.1q和Cisco的ISL等）——称为贴标签签（Tagging）2022/12/2827VLAN间通通信信不同同VLAN间的的计计算算机机即即使使连连在在同同一一台台交交换换机机上上也也不不能能互互相相通通信信VLAN间通通信信只只能能通通过过第第三三层层设设备备实实现现路由由器器三层层交交换换机机2022/12/28288.5无无线线接接入入点点（（AP））AP是位位于于无无线线局局域域网网拓拓扑扑中中心心位位置置的的无无线线基基站站设设备备。。AP的功功能能是是实实现现无无线线客客户户端端之之间间以以及及无无线线局局域域网网和和有有线线局局域域网网之之间间的的互互联联AP有两两类类通通信信端端口口：：符合合IEEE802.3标准准的的有有线线以以太太网网端端口口符合合IEEE802.11标准准的的WLAN端口口802.11b：无无线线传传输输速速率率最最高高为为11Mb/s802.11g：无线线传输输速率率最高高为54Mb/s802.11n：无线线传输输速率率最高高约为为300Mb/s2022/12/28298.6路由器器（Router）工作在在OSI第三层层（网网络层层）。。功能：：在网络络之间间转发发网络络分组组；为网络络分组组寻找找最佳佳传输输路径径；实现子子网隔隔离，，限制制广播播风暴暴。目的地地址无无法识识别时时，路路由器器将其其丢弃弃，而而不是是广播播。提供逻逻辑地地址，，以识识别互互联网网上的的主机机；提供广广域网网服务务。应用：：把LAN连入广广域网网或作作为广广域网网的核核心连连接设设备。。用路由由器进进行网网络互互联的的特点点：用路由由器连连接起起来的的若干干个网网络，，它们们仍是是各自自独立立的。。要想想从一一个网网络访访问用用路由由器连连接起起来的的另一一个网网络中中的站站点，，必须须指定定该站站点的的逻辑辑地址址（IP地址）），通通过广广播是是无法法与之之进行行通信信的。。2022/12/2830用路由由器进进行网网络互互联

HUB路由器器冲突域域2冲突域域1路由器器可以以隔离离冲突突域和和广播播域

HUB

HUB冲突域域3广播域域2广播域域12022/12/2831路由表表路由器器如何何确定定最佳佳路由由？——路由表表（RoutingTable）路由表表是保保存到到达其其他网网络的的路由由信息息的数数据库库包含目目的网网络地地址（（号））、传传输路路径、、传输输开销销等根据目目的网网络地地址查查找路路由表表并确确定分分组转转发路路径的的过程程称为为路由选选择（Routing）。路由表表的信信息随随网络络拓扑扑的变变化而而变化化——建立、、更新新路由由表的的算法法称为为路由算算法（RoutingAlgorithm）：网络中中的每每个路路由器器都会会根据据路由由算法法定时时地或或在网网络拓拓扑发发生变变化时时更新新其路路由表表；静态路路由：：由网网络管管理员员预先先手工工设置置路由由信息息；动态路路由：：由路路由器器在运运行时时动态态地建建立与与更新新。自动学学习、、记忆忆网络络的变变化并并根据据路由由算法法重新新计算算路由由的协协议称称为路由选选择协协议（RoutingProtocol）。2022/12/2832路由表的的例子2.0AB2022/12/2833路由表的的基本内内容172.16.2.0172.16.1.0172.16.4.0AB路由器A的路由表表.3.1.2.3目的网络地址路径（下一结点）路径成本/开销172.16.1.0直接交付0172.16.2.0直接交付0172.16.4.0172.16.2.21路径：用用下一路路由器对对应端口口的IP地址来表表示。路径成本本/开销：用用线路速速度、距距离或跨跨越的路路由器的的个数（（步跳数数）、成成本、线线路可靠靠性等表表示。（（大多数数情况下下用步跳跳数来表表示）2022/12/2834路由表的的基本内内容（续续）注意：路路由器是是根据网网络号来来转发IP数据包的的，所以以路由表表中存放放的是目目的网络络号，而而不是目目的主机机号。类比：邮邮政局在在城市间间转发信信件依据据的是城城市名而而不是收收信人姓姓名。这样做的的优点是是路由表表小（网网络的数数目要比比主机少少的多）），节省省路由器器的存储储空间，，路由表表的路由由更新速速度快。。2022/12/2835路由器的的路由选选择过程程也采用存存储转发发的方法法：接收并缓缓存IP数据分组组；提取分组组中的目目的主机机的IP地址；计算目的的主机所所在的网网络地址址；用目的网网络地址址查找路路由表决决定转发发路径：：如果目的的网络地地址就是是与输入入接口连连接的网网络，则则丢弃；；如果目的的网络地地址就是是与输出出接口连连接的网网络，则则直接递递交；如果找到到匹配项项，则通通过对应应接口转转发出去去；如果有默默认路径径，则通通过与默默认路径径对应的的接口转转发出去去；未查到，，丢弃该该分组。。比较：交换机也也用查表表的方法法决定转转发路径径，但该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。2022/12/2836路由器的的结构路由处理理器CPU、RAM、IOS路由表协议软件件网络接口口（LAN、WAN、CONSOLE）输入接口口，输出出接口交换结构构（SwitchingFabric）2022/12/2837路由器的网网络接口LAN接口：一个个或多个EthernetWAN接口：一个个或多个Sync/AsyncSerial拨号类接口口：BRI，PRI等控制台CONSOLE2022/12/2838内部结构2022/12/2839三种交换结结构（存储器））（总线）（交叉开关关）2022/12/2840输入端口数据链路层层:如以太网等等物理层:位的接收分散化的交交换:给定数据报报目的地址址,在路由表中中查找输出出端口目标:以线速实现现输入端口口处理排队:若数据报到到达太快，，来不及处处理时2022/12/2841输出出端端口口对来来自自于于交交换换引引擎擎的的分分组组进进行行缓缓冲冲(Buffering)根据据调调度度规规则则从从数数据据报报队队列列中中选选择择数数据据报报，，重重新新封封装装后后发发送送出出去去。。2022/12/2842输出出端端口口缓缓冲冲当来来自自于于交交换换引引擎擎的的数数据据报报太太多多以以至至于于来来不不及及发发送送时时就就需需要要进进行行缓缓冲冲处处理理。。否否则则输输出出端端口口缓缓冲冲溢溢出出会会引引起起排排队队延延迟迟和和分分组组丢丢失失（（如如下下图图右右））!2022/12/2843路由由器器组组网网的的优优缺缺点点优点点限制制了了冲冲突突域域；；可以以用用于于LAN或WAN的环环境境；；可以以连连接接不不同同介介质质的的网网络络和和不不同同体体系系结结构构的的网网络络；；可以以为为分分组组确确定定传传输输的的最最佳佳路路径径；；可以以过过滤滤广广播播信信息息。。缺点点昂贵贵；；必须须用用于于可可路路由由协协议议网网络络；；配置置复复杂杂；；处理理速速度度比比桥桥接接器器慢慢。。2022/12/2844无线路由器是将AP和路由器功能能结合在一起起的网络设备备。特别适合于家家庭或小型办办公室环境的的组网，使多多台计算机共共享一条宽带带连接。常见无线路由由器的基本配配置为：支持IEEE802.11b/g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等协议；支持VPN、QoS、内置防火墙墙；支持64/128/152位WEP、WPA、IEEE802.1X、TKIP、AES等加密与安全全机制；支持远程和Web管理。2022/12/2845使用无无线路路由器器组建建家庭庭网络络2022/12/28468.7第第三层层交换换机可以看看成是是结合合了路路由器器功能能的交交换机机。但只具具有基基本路路由功功能第三层层交换换机利利用网网络层层协议议中的的包头头信息息来增增强第第二层层交换换功能能，在在源IP地址和和目的的IP地址之之间建建立基基于数数据链链路层层的高高速交交换式式虚拟拟连接接。具有第第三层层交换换功能能的设设备包包括第第三层层交换换机和和某些些带有有第三三层交交换功功能的的路由由器。。2022/12/2847第三层交换换的基本原原理两种主要类类型：网络中心交交换IBM公司的ARIS（AggregateRoute-basedIPSwitching）、Ipsilon公司的IPSwitching、Cisco公司的TagSwitching以及IETF的多协议标标记交换（（MPLS，MultiprotocolLabelSwitching）强调交换机机核心层的的速度，完完全用ASIC硬件以线速速实现路由由和交换端系统驱动动交换3COM公司的FastIP和Cabletron公司的SecureFast所采用的方方法是在第第三层路由由一次，然然后在第二二层用ASIC硬件实现端端到端的交交换2022/12/2848多协议标标签交换换（MPLS））基本思想想是给数数据包““贴”上上标签，，此标签签在交换换域的入入口结点点贴上，，在中间间交换结结点读出出，最后后在交换换域的出出口结点点删除，，路径上上的所有有交换机机都根据据标签确确定数据据包的转转发路径径。交换过程程1）标签交交换域中中的相邻邻路由器器使用路路由协议议建立目目的网络络可达性性①，，然后使使用标签签发布协协议LDP在路由器器间共享享标签信信息②②，以发发现和构构造与标标签相对对应的虚虚路径。。各路由由交换机机再根据据这些路路径构造造出分组组转发表表。2）当一个个IP数据包进进入交换换域时，，入口边边缘路由由器就给给数据包包贴上标标签，然然后根据据转发表表将数据据包发给给下一个个交换节节点③③。2022/12/28493）所有的的中间交交换节点点都按照照标签进进行转发发④。由由于标签签只具有有本地意意义，所所以每经经过一个个交换节节点，标标签就要要更换一一次。4）当IP数据包离离开交换换域时，，出口边边缘路由由器将标标签删除除，其后后按传统统方法进进行转发发⑤。2022/12/2850快速IP交换换（FastIP）基本思想是源源端主机在传传送数据前先先发送一个快快速IP连接请求，该该请求被路由由到目的主机机，目的主机机回送一个包包含其MAC地址的NHRP应答包给源端端主机。如果果源端主机和和目的端主机机存在二层交交换通路，当当NHRP应答包到达源源端主机时将将在经过的每每一个交换机机中建立目的的端主机MAC地址和端口的的映射表（捷捷径），随后后源端主机可可根据目的端端主机MAC地址直接通过过交换机中已已建立的捷径径交换数据包包，不再经过过三层路由。。交换过程1）第二层交换换引擎对进入入交换机的数数据包进行匹匹配判断。对对于一个流中中的数据包，，如果交换表表中含有与之之匹配的捷径径，则交换引引擎就通过捷捷径直接转发发该数据包；；否则将它归归为候选包，，并在交换表表中建立部分分捷径。然后后将数据包提提交给路由模模块。2022/12/28512）路由模块以以传统的方式式计算路由，，然后经第二二层交换引擎擎将数据包转转发到目的。。转发时，交交换机要重写写第二层帧的的帧头。这个个修改后的数数据包称为使使能包。交换换引擎将其转转发出去并完完成下列操作作：根据使能能包的目的MAC地址计算该数数据包应该从从哪个接口转转发；根据使使能包目的IP地址查找在上上一步中建立立的部分捷径径并将其填写写完整。该捷捷径项将包含含重写数据流流中后续包帧帧头所需的所所有信息。3）当交换机收收到同一个流流中的后续数数据包后，交交换引擎利用用数据包中的的目标IP地址查找在第第三步建立的的完整捷径。。地址匹配后后，交换引擎擎根据捷径重重写帧头信息息，然后直接接转发给目的的主机（不再再经过路由引引擎）。2022/12/2852第三层交换机机的应用代替传统路由由器作为企业业网和校园网网的核心2022/12/2853第三层交换换的优势无阻塞线速速交换和路路由极高的吞吐吐量多协议路由由支持支持多种VLAN的划分具有带宽预预留（RSVP）及具有CoS和QoS的业务量优优先级处理理，支持IEEE802.1p和DifferServ。支持访问控控制列表ACL，能够以线线速对所有有数据包进进行过滤，，提供基于于防火墙的的安全策略略。支持安全用用户认证，，配合用户户计费，增增强用户管管理。高性价比。。设备投资资低于以路路由器为核核心的骨干干网。2022/12/2854本章小结各种网络设设备实现的的功能层次次网络接口卡卡中继器和集集线器网桥和交换换机无线访问点点路由器第三层交换换机各种网络设设备之间的的区别2022/12/28559、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黄黄叶树，，灯下白白头人。。。21:04:1221:04:1221:0412/28/20229:04:12PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2221:04:1221:04Dec-2228-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。21:04:1221:04:1221:04Wednesday,December28,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2221:04:1221:04:12December28,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。28十十二二月20229:04:12下下午21:04:1212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229:04下下午午12月月-2221:04December28,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/2821:04:1321:04:1328December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。9:04:13下午午9:04下午午21:04:1312月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。21:04:1321:04:1321:0