6网络的硬件与互连设备

2019/10/31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2019/10/326.1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。2019/10/332.同轴电缆由内外导体所组成，P114图5-575Ω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。2019/10/343.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2019/10/35网络的扩展与互连概述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2019/10/37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2019/10/38中继器（集线器）的概念结构应用层传输层互连网层数据链路层物理层应用层传输层互连网层数据链路层物理层PHY中继器主机2主机1网段1网段22019/10/39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2019/10/310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22019/10/311网关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PHYDLIP应用层/传输层网关主机2主机1PHYDLIP网络1网络22019/10/3126.2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•工作在数据链路层•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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2019/10/313网卡的功能数据缓存•匹配主机数据处理速率与网络的传输速率封装/解封装•加上控制字段→以帧为单位进行传输→卸下控制字段介质访问控制•CSMA/CD、TokenRing串/并转换•将主机的并行数据转换成串行位流数据编码/解码•转换为适合网络介质传输的信号形式数据发送/接收2019/10/314网卡的结构发送/接收部件——负责信号的发送、接收载波检测部件——检测介质上有否信号发送/接收控制部件及数据缓冲区编码/解码器——将数据编码转换为传输信号或反之LAN管理部件主机总线接口部件LAN管理总线接口曼彻斯特编码器曼彻斯特解码器发送控制发送器接收器载波检测微处理器接收控制计算机总线通信线路2019/10/315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2019/10/316网卡的选用考虑的因素包括：LAN的类型：Ethernet、TokenRing、ATM、FDDILAN的速度：10M/100M/1000M网络接口类型：AUI/BNC、RJ-45、SC/ST主机总线类型：ISA、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、远程唤醒等2019/10/3176.3中继器与集线器1.中继器（Repeater）工作在物理层功能：信号整形和放大，在网段之间复制比特流，P120图5-10特点：不进行存储——信号延迟小不检查错误——会扩散错误不对信息进行任何过滤可进行介质转换——如UTP转换为光纤用中继器连接的多个网段是一个冲突域应用注意事项：应遵守以太网的5-4-3规则(P120图5-11)2019/10/3182.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：8，12，16，242019/10/319独立式（Standalone）固定端口配置，扩充时用级连的方法。堆叠式（Stackable）固定配置，用堆叠方法进行扩充——堆叠连接在一起的HUB在逻辑相当于一台单独的HUB，可统一管理。模块化（Module）又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不同的插卡满足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）。集线器类型：按结构形式划分2019/10/320用集线器构建的网络的特点所有主机共享带宽无法限制冲突和广播适用于小型网络2019/10/321例：用集线器搭建简单的网络以1台服务器，3台PC机为例：•一台HUB•4块UTP接口的网卡•4台PC机•8个RJ45接头（水晶头）•若干米UTP双绞线NICHUBUTPPC机服务器2019/10/3226.4网桥与网络交换机共享信道LAN的缺点•冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突；•网络中站点越多，冲突现象越严重；•具有n个站点的总带宽B的共享网络，每个站点的平均拥有带宽为B/n。解决的方法•提高网络传输速度——没有从根本上解决问题•网络分段（微网段化）减少每个网段中站点的数量,使冲突的概率减小实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器2019/10/323网络分段示意HUBHUB广播域独立的冲突域独立的冲突域网桥或网络交换机交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域HUB冲突域/广播域网段2网段1总带宽:BW×2结点带宽:BW/4总带宽:BW结点带宽:BW/82019/10/324网桥存储转发设备，工作在数据链路层，用于两个或多个同类网络的连接。网桥的功能：①过滤和转发1210111220网桥网络A网络B接受目标地址为11~20的分组，并转发到网络B接受目标地址为0~10的分组，并转发到网络A……信息包中源地址和目标地址在同一网络，则过滤。2019/10/325②学习功能EX:网络B增加了21号站，当网桥接收21号站信息时，发现该站地址在路径表中找不到，则将其添加进去，这就是网桥的学习功能。2019/10/326用网桥进行网络互联的优缺点优点：•可以连接两个或多个相同的网络；•能够隔离不需要转发的信息帧；•限制了冲突域的范围；•隔离故障。缺点：•无法控制广播；•只能用存储转发方式，速度比较慢；•无流量控制，负载重时会出现丢帧现象。2019/10/327交换机交换机与集线器的异同：1.不同之处①在OSI模型中所处的位置不同交换机——工作在数据链路层集线器——工作在物理层②工作原理不同集线器——将某个端口传送来的信号经放大后传输给其他所有端口。交换机——通过检查数据包中的目标物理地址（MAC）来选择目标端口，为通信双方提供一条独占的线路。③端口通信方式不同2.相同之处如：连线方式、物理拓扑结构、故障指示等。2019/10/328交换机的特点交换机通过内部的交换矩阵把网络划分为多个网段——每个端口为一个冲突域；交换机能够同时在多对端口间无冲突地交换帧。2019/10/329例：交换网络的带宽若交换机每个端口带宽为BW，则交换机构成的网络网络总带宽＝BW×n•n＝8，BW=10Mb/s时，网络总带宽最高可达80Mb/s；•若每个交换机端口只连接一台计算机，则每台计算机的可用带宽为10Mb/s。比较：•10Mb/s的8口集线器构成的网络（连接了8台计算机）网络总带宽仍为10Mb/s；网络中每台计算机的带宽为1.25Mb/s。2019/10/330交换机的三种转发方式存储转发（Storeandforward）•整个帧完整接收后，对帧进行差错检验，然后再进行转发操作。•优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段。•缺点：延迟比较大。直通转发（Cut-through）•只要收到帧的前6个字节（目的MAC地址），就开始进行转发操作。•优点：交换延迟小。•缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段。无碎片直通转发（Fragmentfreecut-through）•接收到一帧的前64字节后，再进行转发操作。小于64字节的帧不转发。小于64字节的帧一般是冲突造成的帧碎片（错误帧）•优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率•缺点：长度大于64字节的错误帧仍会转发，转发延时大于直通转发。2019/10/331使用网络交换机的好处分割冲突（碰撞）域——减少了冲突允许建立多个连接——提高了网络总体带宽允许全双工连接能够连接不同速度的网段2019/10/332网络交换机的应用场合作为LAN核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等；网络通信流量很大的应用场合，如图像处理、视频流等；对网络响应速度要求比较高的场合。2019/10/3336.5无线接入点（AP）AP是位于无线局域网拓扑中心位置的无线基站设备。AP的功能是实现无线客户端之间以及无线局域网和有线局域网之间的互联AP有两类通信端口：•符合IEEE802.3标准的有线以太网端口•符合IEEE802.11标准的WLAN端口802.11b：无线传输速率最高为11Mb/s802.11g：无线传输速率最高为54Mb/s802.11n：无线传输速率最高约为300Mb/s2019/10/334AP的基本配置天线：802.11b/g标准的AP往往只有1根天线，而802.11n标准的AP则具有2根以上的天线。有线网络接口：包括局域网端口和广域网端口•局域网接口类型一般都是以太网接口•广域网接口类型根据所连网络不同而有所不同Phone/ISDN接口：用于通过电话线连网以太网接口：用于通过园区局域网或ADSL连网USB端口（某些AP配置）•连接打印机，实现无线打印功能•连接外置硬盘，实现网络存储或P2P下载功能2019/10/335AP的工作模式AP可支持的组网方式包括：•基础架构模式•点对点桥接模式•点对多点桥接模式•无线中继模式2019/10/336基础架构模式最基本的无线局域网构建模式。适用场合：•无线客户端连接有线网络•便携式无线客户端移动漫游•家庭、办公室2019/10/337点对点桥接模式这种模式多用于两个局域网距离并不很远，但由于中间的地带有阻碍，不方便布线连接的场合。•连接范围约300米，采用定向天线后可将距离扩展到上千米2019/10/338点对多点桥接模式能够实现多个分