网络互连设备

5.3网络互联网设备本节内容物理层互联设备

数据链路层互联设备

网络层互联设备

应用层互联设备

物理层互联设备-中继器中继器（RPrepeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度中继器也可以完成不同媒体的转接工作中继器的特性中继器仅作用于物理层。放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信由于中继器工作在物理层，在网络之间实现的是物理层连接，因此中继器只能连接相同的局域网。中继器可以连接相同或不同传输媒体中继器将多个独立的物理网连接起来，组成一个大的物理网络，扩大了局域网的物理范围。中继器的使用中继器是扩充网络距离的最简单、最廉价的方法，但当负载增加时，性能急剧下降，所以只有网络负载很轻和要求不严格的条件下才能使用。注意：（1）中继器主要用于网络段间的延伸，用中继器连接的以太网不能形成回路。（2）必须遵守MAC（介质访问控制）协议的定时特性，即不能用集中器将电缆无限的连接起来。物理层互联设备-集线器集线器（Hub）工作于OSI参考模型的第一层物理层，以广播模式工作。集线器内部采用了电器互连结构，可连接多个用户结点，且每个结点都通过一条专用电缆和集线器连接，所以从某种意义上讲，可以将集线器看作是多端口的中继器。主要用于共享网络。如下图所示。集线器集线器的分类和特点

1)根据速度的不同，目前市面上用于小型局域网的HUB可分为10Mb/s、100Mb/s和10/100Mb/s自适应三个类型。

传输的内容不涉及语音、图像，传输量相对较小时选择10Mb/s。传输量相对较大时，且涉及多媒体的应用，应选择100Mb/s或10/100Mb/s自适应集线器2)根据工作方式的不同，HUB可分为共享式HUB、堆叠共享式HUB以及切换式HUB三大类。

共享式Hub提供了所有连接点的站点间共享一个最大频宽。共享式Hub不过滤或重新生成信号，所有与之相连的站点必须以同一速度工作（10Mbps或100Mbps）。所以共享式Hub比切换式Hub价格便宜。

集线器的分类和特点堆叠共享式Hub堆叠共享式Hub是共享式Hub中的一种，当它们级连在一起时，可看作是网中的一个大Hub。当6个8口的Hub级连在一起时，可以看作是1个48口的Hub。切换式Hub

一个切换式Hub重新生成每一个信号并在发送前过滤每一个包，而且只将其发送到目的地址。切换式Hub可以使10Mbps和100Mbps的站点用于同一网段中。用户数目的扩展堆叠堆叠是解决单个集线器端口不足的一种方法，但堆叠的层数不能太多；可堆叠层数越多，说明集线器的稳定性越高，但用户实际可享有的带宽就越小。级联级联是在网络中增加用户数的另一种方法，但使用时有条件限制，即Hub必须提供可联级的端口，此端口上常标有“Uplink”或“MDI”的字样，与其他的Hub进行级联。如果没有提供专门的端口而必须级联时，连接两个集线器的双绞线在制作时必须进行错线（即使用交叉线连接）。优点集线器可扩充网络的规模，即延伸网络的距离和增加网络的节点数目。集线器安装极为简单，几乎不需要配置。缺点集线器限制了介质的极限距离。集线器没有数据过滤的功能。集线器使用数量的限制。集线器互连网络中的多个节点共享网络集线器的带宽。集线器不能控制广播风暴。集线器Hub的品牌和价格目前提供集中器产品的公司也有多家，如Bay

Network、

Cabletron、

Chipcom、3Com、LANnet以及D-

Link

等。数据链路层互联设备-网桥

网桥（Bridge）是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于数据链路层的一种设备，它的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。

在数据链路层扩展局域网是使用网桥。网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口。在数据链路层扩展局域网网桥的内部结构站表接口管理软件网桥协议实体缓存接口1接口2①②③网段B网段A1112①③⑤2②④⑥2站地址接口网桥网桥④⑤⑥接口1接口212网桥的功能缓存：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的除发送该数据的网段外的所有网段。网桥的功能学习：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数据帧要去往的目标MAC地址使用的网桥端口MACA端口3MACB端口2MACC端口1过滤通信量。扩大了物理范围。提高了可靠性。(故障只影响个别网段)可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网。使用网桥带来的好处网桥的分类

（1）按网桥硬件所处的位置分类网桥按照其硬件所处的位置可以分为内部网桥和外部网桥两种。在服务器内部安装、使用两块网卡加上相应的软件就可以组成内部网桥；而外部网桥一般为专用的硬件设备。（2）按网桥分布的地理范围分类网桥按照分布的地理范围，可以分为近程网桥和远程网桥

交换机(Switch)：是更先进的网桥,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进行通信，而不是各个节点共享带宽。网络层互联设备交换机交换机交换机的工作原理

交换机又称为交换式集线器

,它不仅具备了集线器的功能，可以同时连接多个网络区段，但是在功能上又类似于网桥，可以对数据进行过滤，同时它还可以在多个端口间同时对话．发送和接收数据各不影响。它会记忆哪个地址接在哪个端口上，并决定将数据包送往何处，而不会送到其它不相关的端口.以太网交换机工作原理示意图三种交换技术三种交换技术知识

在这笔者对三种交换技术知识进行一个详细说明：

1)端口交换

端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域），不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。根据支持的程度，端口交换还可细分为：

·模块交换：将整个模块进行网段迁移。

端口组交换：通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。

·端口级交换：支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的，具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当，那么还可以在一定程度进行客错，但没有改变共享传输介质的特点，自而未能称之为真正的交换。

三种交换技术

2）帧交换

帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异，但对网络帧的处理方式一般有以下几种：

直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前14个字节，便将网络帧传送到相应的端口上。

三种交换技术存储转发：通过对网络帧的读取进行验错和控制。

前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全性，同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。

三种交换技术

3）信元交换

ATM技术代表了网络和通讯技术发展的未来方向，也是解决目前网络通信中众多难题的一剂“良药”，ATM采用固定长度53个字节的信元交换。由于长度固定，因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但并不会影响每个节点之间的通信能力。三种交换技术集线器与交换机的区别从OSI体系结构来看，集线器属于OSI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。这就意味着集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对数据传输中的短帧、碎片等无法有效处理，不能保证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形，而且可以过滤短帧、碎片等。集线器与交换机的区别

从工作方式来看，集线器是一种广播模式，也就是说集线器的某个端口工作的时候其他所有端口都有名收听到信息，容易产生广播风暴。当网络较大的时候网络性能会受到很大的影响，那么用什么方法避免这种现象的发生呢？交换机就能够起到这种作用，当交换相工作的时候只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，那么交换机就能够隔离冲突域和有效地抑制广播风暴的产生。集线器与交换机的区别从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其他端口只能等待；同时集线器只能工作在半双工模式下。而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时并不影响其他端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下也可以工作在全双工模式下。网络层互联设备-路由器

路由器（Router）是工作在OSI第三层（网络层）上的互连设备，如下图所示。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。因为路由器的互连功能更强，因而能获得更多的信息，为到来的数据分组找到最佳路径。路由器与网络协议有关，利用互连网络协议，可以为网络管理员提供整个网络的信息，以便管理网络。什么是路由选择一个将数据包发往某个目标网段或主机的路径就是路由的过程。用户产生的数据流比如文件，视频流，电子邮件等等应用被从一个逻辑的源转发到一个逻辑的目的地。用来表示逻辑源和逻辑目的地的是IP地址，因此我们认为路由的过程是将不同IP地址网段的IP包进行转发。那么实现这一功能的设备我们称之为路由器。172.16.1.010.1.1.0路由器的功能在网络间截获发送到远地网段的报文，起转发的作用。选择最合理的路由，引导通信。按照预定的规则把大的数据包分解成适当大小的数据包，到达目的地后再把分解的数据包包装成原有形式。多协议的路由器可以连接使用不同通信协议的网络段，作为不同通信协议网络段通信连接的平台。路由器的主要任务是把通信引导到目的地网络，然后到达特定的节点站地址。路由表的作用路由器就像网络中的向导一样，当IP包来到路由器后有一个很重要的任务就是查看该路由器是否知道这个IP数据包要去的目的地。路由器采用自动学习，依靠路由协议学习或网络管理员手动配置等方式获得IP数据包要去往的目的地信息。路由器将这些信息形成“档案”有选择的存放在路由表中，以便提供路由服务。路由表Packet路由器的优缺点

优点可以合理、智能地选择最佳路径.路由器也可以作为网桥，以处理不可路由的协议.在各个网络和不同传输介质之间提供网络互连.使用路由器可使互连网络保持自己的管理控制范围，保证网络的安全。缺点使用较多的时间进行处理，致使网络传输性能下降安装和维护困难，价格较高路由器连接网络时，需要它们在网络层以上的各层采用相兼容的协议。应用层互联设备

–网关在一个计算机网络中，当连接不同类型而协议差别又较大的网络时，则要选用网关设备。网关的功能体现在OSI模型的最高层，它将协议进行转换，将数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信。由于协议转换是一件复杂的事，一般来说，网关只进行一对一转换，或是少数几种特定应用协议的转换，网关很难实现通用的协议转换。用于网关转换的应用协议有电子邮件、文件传输和远程工作站登录等。互连设备互连层次适用场合功能优点缺点中继器物理层互连相同LAN的多个网段信号放大延长信号传输距离互连简单费用低基本无延迟互连规模