02第二章网络互连设备

1计算机组网技术学习目标了解不同传输介质的类型和特点掌握不同的网络设备的功能和特点第二章网络互连设备2计算机组网技术2.1网络传输介质数据传输介质是指传送信息的载体通信介质分为–有线介质»双绞线、同轴电缆和光纤–无线介质»无线电波、微波和红外线等3计算机组网技术2.1.1同轴电缆4计算机组网技术粗缆–粗缆是以太网初期最流行的传输介质–粗缆很重而且不容易被弯曲，安装和维护比较困难，成本较高–IEEE把使用粗缆搭建的以太网称为10Base5»“10”代表最高传输速率为10Mbps»“Base”代表采用基带传输»“5”代表传输距离最大为500米。5计算机组网技术细缆–细缆是20世纪80年代以太网初期采用的最流行的传输介质–比粗缆轻，容易使用和安装，价格相对便宜–IEEE把使用粗缆搭建的以太网称为10Base5»“10”代表最高传输速率为10Mbps»“Base”代表采用基带传输»“2”代表传输距离最大为185米6计算机组网技术2.1.2双绞线–双绞线(TP，TwistedPair)是综合布线工程中最常用的一种传输介质–双绞线电缆由4对绝缘铜线构成，这些铜线相互绞在一起，外面包裹着一层防护套。–一般还有一根尼龙绳（抗拉纤维）用于增加双绞线电缆的抗拉强度7计算机组网技术非屏蔽双绞线–UTP，unshieldedtwistedPair–使用RJ-45水晶头作为端头–传输距离限制为100米–目前最常用的是5类（Cat5）、超5类双绞线(Cat5e)和6类(Cat6)类电缆8计算机组网技术屏蔽双绞线–STP，ShieldedTwistedPair–STP比UTP具有更好的电磁屏蔽和抗干扰性能9计算机组网技术568-A和568-B连接器标准白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕123456781234567810计算机组网技术双绞线电缆类型11计算机组网技术2.1.3光纤–光纤（OpticalFiber）即光导纤维–传输速率大于1000Mbps，是目前传输速度最快的介质–衰减要远远小于电信号的衰减，适合长距离的传输–价格比较昂贵。12计算机组网技术光纤有5个部分组成外套加强材料缓冲层纤芯覆层13计算机组网技术多模光纤单模光纤14计算机组网技术光纤接头–单模光纤最常用的接头类型为用户连接器(SC，SubscriberConnector)–多模光纤最常用的接头类型为直插式连接器(ST，StraightTip)15计算机组网技术2.1.4无线介质16计算机组网技术2.2网络适配器（网卡）网络适配器也称为网卡，网卡的基本功能是提供网络中计算机主机与网络电缆系统（通信传输系统）之间的接口，实现主机系统总线信号与网络环境的匹配和通信连接，接收主机传来的各种控制命令，并且加以解释执行。现在网卡都支持全双工模式，也称为双向同时传输。网卡插在每台工作站和服务器主机板的扩展槽里。工作站通过网卡向服务器发出请求，当服务器向工作站传送文件时，工作站也通过网卡接收响应。网卡工作在ISO/OSI参考模型的数据链路层，确切的说是数据链路层的MAC子层。17计算机组网技术网卡的作用与连接18计算机组网技术网卡的分类•根据数据位宽度的不同，网卡分为8位、16位、32位和64位。•网卡主要是以适应何种主机总线类型来分类的。当前，各种计算机提供的总线类型主要有：工业总线ISA，扩展工业总线EIAS，外围控制器接口总线PCI,微通道总线MCA等。•按数据传输速率划分，有10Mbps、100Mbps、10/100Mbps自适应网卡，以及1Gbps网卡。现在市面常见的有100M/1000M自适应网卡。•根据不同的局域网协议，网卡又分为Ethernet网卡（支持IEEE802.3系列协议）、TokenRing网卡、ARCNET网卡和FDDI网卡几种。•按有无物理上的通信线缆分类，分为有线网卡和无线网卡。19计算机组网技术网卡的选择连接性主要是根据主机的总线类型选择不同的网卡，现在一般选用PCI或者PCMCIA接口的网卡。20计算机组网技术网卡的参数配置①网卡的物理地址网卡地址也称为MAC（MediumAccessControl）地址或物理地址全球唯一，是48位二进制数，一般永12位16进制数表示。可以用ipconfig命令查看网卡的物理地址。②中断号计算机主机与外部设备通信的方法有4种：无条件传送；查询；中断和直接内存访问DMA。网卡采用中断方式工作③输入/输出地址范围④双向同时传输目前的网卡均支持双向同时传输21计算机组网技术网卡的参数图示【开始】│【设置】│【控制面板】│【系统】│【设备管理】│【网络适配器】│【属性】│【资源】22计算机组网技术2.3.1中继器（Repeater）•中继器用于同种局域网络的互连，是在物理层次上实现互连的网络互连设备，用于扩展网段的距离。电信号强度在电缆中传送时随电缆长度增加而递减，这种现象叫衰减，对长距离传输有影响。•中继器常用来将几个网段连接起来，通过中继器将信号放大，然后在另一个网段上继续传输。•中继器同样工作在ISO/OSI参考模型的物理层。2.3集线器（HUB）和中继器（Repeater）23计算机组网技术中继器具有以下特点⑴中继器可以重发信号，这样可以扩展网段的距离。⑵中继器主要用在同种LAN互连中，如IEEE802.3LAN和Ethernet网。⑶中继器工作在网络体系结构模型的最低层物理层。⑷由中继器连接起来的各网段必须采用同样的信道访问协议，例如CSMA/CD协议。⑸由中继器连接的网段构成一个更大的网段，并且有着相同的网络地址，属于一个冲突域。⑹网段上的每一个节点都有自己的地址。⑺中继器以与它相连的网络同样的速度发送数据。24计算机组网技术2.3.2集线器（HUB）•集线器又称为HUB，实质上为多端口的中继器•在使用时，可以把集线器连接的网络看成一个共享式总线，在集线器的内部，各端口之间相互连在一起的。•集线器可分为独立式、叠加式、智能模块化，有8端口、16端口、24端口多种规格•集线器支持的数据传输率为10Mbps或100Mbps。•HUB工作在ISO/OSI参考模型的物理层。25计算机组网技术集线器–集线器具有多个端口–每个端口通过RJ-45接头与网卡连接，将主机连接到网络–集线器是物理层的设备，也称为多端口中继器（MultiportRepeater）–使用集线器组成的10Based-T网络采用的是CSMA/CD的介质访问控制方法，是一个逻辑总线型，物理星型的拓扑26计算机组网技术2.4.1网桥•网桥是一种在数据链路层实现局域网络互连的存储转发设备。•局域网络结构上的差异体现在介质访问协议MAC上，因而网桥被广泛用于异种局域网的互连。网桥工作在ISO/OSI参考模型的数据链路层。•网桥从一个网段接收完整的数据帧，进行必要的比较和验证，然后决定是丢弃还是发送给另外一个网段。•转发前网桥可以在数据帧之前增加或删除某一些字段，但不进行路由选择。•因此，网桥具有隔离网段的功能，在网络上适当地使用网桥可以起到调整网络的负载。2.4网桥（Bridge）和交换机（Switch）27计算机组网技术网桥的的工作原理网桥按工作原理分为两类：1一类为透明网桥，也叫生成树桥，由各个网桥自己来决定路径选择。透明桥采用逆向学习的方法获得路径信息，每个网桥都有一张路径表，表中记录端口和网络地址的对照信息。2另一类称为源选路径桥，由源端主机决定帧传输要经过的路径，在初始由源端主机发出传向各个目的站点的查询帧，途径的每个网桥转发该帧，查询帧到达目的站点后，再返回源端，返回时，途径的网桥将它们自己的标识记录在应答帧中，这样可以从不同的返回路径中找到一条最佳的路径。28计算机组网技术网桥的问题•网桥对接收的帧要先存储和查找站表，决定是否转发，增加了时延；•网桥在MAC子层并没有流量控制功能；•网桥连接只能适用通信量不是很大的应用；•若同时有大量的向其他网段转发的通信量，容易形成广播风暴。29计算机组网技术•交换就是转接。交换机是一个连接设备，是在第二层实现连接。•交换机容易与电话公司的程控交换机相混淆，一般称为计算机交换机。•用集线器Hub连接的网络，可以类比日常生活交通中的平面交通，而用交换机连接的网络可以类比立体交通。•Switch工作在ISO/OSI参考模型的数据链路层。2.4.2交换机30计算机组网技术交换式网络31计算机组网技术交换机的工作原理交换机是一个多端口的网桥，每个端口都有桥接功能，它能够在任意一对端口间转发帧，交换机的每一个端口属于一个冲突域，以太网交换机按照CSMA/CD协议工作，交换机中的电路可以把任意端口的网段与别的端口的网段在数据链路层上连接起来.32计算机组网技术交换机的工作原理及内部构造33计算机组网技术交换机的交换方式以太网交换机的交换方式分为静态方式和动态方式。静态方式的特点是端口间的通道由人工事先配置，两个端口间的连接类似于硬件连接，端口按固定的连接方式交换帧。动态交换方式又分为：存储转发方式；直通方式；帧碎片丢弃方式，也称无残帧方式。34计算机组网技术交换机的功能和性能⑴端口-站地址表的大小⑵端口的自适应性⑶单位时间转发帧的能力；流量控制能力；交换机是否具备双向同时传输（全双工）能力⑷帧延时的大小⑸交换机端口对地址的支持⑹对虚拟局域网VLAN的支持35计算机组网技术交换机的主要技术参数⑴转发技术，交换机采用直通转发、存储转发和帧碎片丢弃转发技术的哪一种。⑵延时，交换机数据交换延时的时间值。延时与交换机采用的转发技术有关。⑶管理功能。⑷单/多MAC地址类型。⑸外接监视支持⑹扩展树，交换机是否提供扩展树算法或其他算法，检测并限制拓扑环。⑺全双工，也即双向同时传输。⑻高速端口集成功能，即高速上连功能。36计算机组网技术交换机的分类1交换机可以分为不同的类型，例如：以太网交换机、ATM交换机等等。2从应用规模上可以分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机。3从结构上可以分为模块式交换机和固定配置交换机。4模块式交换机又称为机箱式交换机，可以根据需要配置不同的模块，模块可以插拔，交换机上有相应的插槽，使用时将模块插入插槽中，所以具有很强的可扩展性。37计算机组网技术交换机的级联和堆叠1交换机之间的连接有级联和堆叠两种方案。2交换机的级联方法是：将一台作为主交换机，其他的交换机作为二级交换机，将交换机的某个端口与主交换机的端口连接。3要对交换机进行堆叠，需要使用支持堆叠功能的堆叠式交换机，将若干台堆叠在一起的交换机可以看作为一台具有很多端口的大型交换机。4级联在逻辑上是多个被网管的对象，而堆叠在逻辑上是一个被网管的对象。38计算机组网技术•路由器是实现异种网络连接的互连设备，工作在OSI的第三层即网络层。•路由器在转发分组时，依据的是网络层分组头部的路由信息。路由器可以根据网络层的协议类型、网络号、主机的网络地址、子网掩码、高层协议的类型等来监控、拦截和过滤信息。•路由器和网桥本身就是一台计算机。•路由器也需要操作系统才能进行网络系统配置，以及和其它路由器交换信息。•路由器是网络中进行网间连接的关键设备。2.5路由器（Router）39计算机组网技术路由器的作用路由器可以根据网络层的协议类型、网络号、主机的网络地址、子网掩码、高层协议的类型等来监控、拦截和过滤信息。路由器通过IP地址和子网掩码的组合隔离各个子网，有利于子网的划分、维护和管理。路由器还有流量控制能力，可以采用优化的路由算法均衡网络负载，减少网络拥塞的发生。路由器具有很好的隔离能力，可以避免广播风暴，也利于提高网络的安全性和保密性支持多种路由协议，如RIP、OSPF、BGP等等。40计算机组网技术通过路由器进行互联41计算机组网技术交换机与网桥、路由器的比较1交换机和网桥都是工作在第二层的网络连接设备，交换机对网络进行分段的方式和网桥相同，它实际上是一个多端口的网桥。交换机和网桥之间的主要差别体现在3个方面。2交换机运行在OSI模型的第二层(数据链路层)，路由器运行在第三