网络互联设备-PowerPoint演示文稿

第7章网络互联设备第7章网络互联设备7.1中继器和集线器7.2网络适配器——网卡7.3调制解调器7.4网桥7.5交换机7.6路由器7.7网关7.8防火墙小结习题与思考第7章网络互联设备7.1中继器和集线器7.1.1中继器中继器(RP，Repeater)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。中继器是最简单的网络互联设备，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，以此来延伸网络的长度。它在OSI参考模型中的位置如图7.1所示。第7章网络互联设备应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层局域网1物理层中继器应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层局域网2图7.1OSI上的中继器第7章网络互联设备由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。以太网络标准中就约定一个以太网上只允许出现5个网段，最多使用4个中继器，而且其中只有3个网段可以挂接计算机终端。第7章网络互联设备中继器是一个用来扩展局域网的硬件设备。它把两段局域网连接起来，并把一段局域网上的电信号增强后传输到另一段上。中继器对它所连接的局域网是不可见的(透明)。中继器能持续检测电缆中模拟信号的设备。当中继器检测到一根电缆中有信号传来时，它便转发一个放大的信号到另一根电缆。第7章网络互联设备中继器是一种放大模拟或数字信号的网络连接设备。由于信号在传输过程中有衰减，因此，必须对其放大以使其传输得更远一些。这就是中继器完成的功能。中继器属于OSI模型中的物理层，因而没有必要解释它所传输的信号。例如，它们不能降低所传输的信号的质量，也不能提高所传输的信号的质量，更不能纠正错误信号。它们只是转发信号，但同时它们也转发了信号的噪声，从这个意义上讲，它们不是智能设备。第7章网络互联设备中继器不仅功能有限，而且作用范围也有限。一个中继器只包含一个输入端口和一个输出端口，所以它就只能接收和转发数据流。此外，中继器只适用于总线拓扑结构的网络(总线型网络)。使用中继器的好处是扩展网络的成本较低廉。例如，假设你需要把位于某一地域的一个以太网络连接到另外的一个以太网上，最近的数据接口在200 m开外，网络采用的是10Base2以太网，而这种网络的线缆的最大传输距离是185 m。在这种情况下，利用一个中继器，最大传输距离就可以再增加185 m，从而把一个以太网连接到另外一个以太网。但要注意，仍然存在总的最大传输距离。因为整个网络传输距离不能超过1000 m，所以扩展线缆的传输距离时，不能依次级联5个以上的中继器。图7.2给出了使用中继器连接的示意图。第7章网络互联设备图7.2中继器连接两个以太网第7章网络互联设备7.1.2集线器集线器(HUB)是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。集线器产品发展较快，局域网集线器通常分为五种不同的类型，它将对LAN交换机技术的发展产生直接影响。1.单中继网段集线器在硬件平台中，第一类集线器是一种简单中继LAN网段，最好的例子是叠加式以太网集线器或令牌环网多站访问部件(MAU)。某些厂商试图在可管理集线器和不可管理集线器之间划一条界限，以便进行硬件分类。这里忽略了网络硬件本身的核心特性，即它实现什么功能，而不是如何简易地配置它。第7章网络互联设备2.多网段集线器多网段集线器是从第一类集线器直接派生而来的，采用集线器背板，这种集线器带有多个中继网段。多网段集线器通常是有多个接口卡槽位的机箱系统。但是，一些非模块化叠加式集线器现在也支持多个中继网段。多网段集线器的主要技术优点是可以将用户分布于多个中继网段上，以减少每个网段的信息流量负载，网段之间的信息流量一般要求独立的网桥或路由器。第7章网络互联设备3.端口交换式集线器端口交换式集线器是在多网段集线器基础上将用户端口和多个背板网段之间的连接过程自动化，并通过增加端口交换矩阵(PSM)来实现的。PSM提供一种自动工具，用于将任何外来用户端口连接到集线器背板上的任何中继网段上。这一技术的关键是“矩阵”，一个矩阵交换机是一种电缆交换机，它不能自动操作，要求用户介入。它不能代替网桥或路由器，并不提供不同LAN网段之间的连接性，其主要优点就是实现移动、增加和修改的自动化。第7章网络互联设备4.网络互联集线器端口交换式集线器注重端口交换，而网络互联集线器在背板的多个网段之间实际上提供一些类型的集成连接。这可以通过一台综合网桥、路由器或LAN交换机来完成。目前，这类集线器通常都采用机箱形式。第7章网络互联设备5.交换式集线器目前，集线器和交换机之间的界限已变得模糊。交换式集线器有一个核心交换式背板，采用一个纯粹的交换系统代替传统的共享介质中继网段。此类产品已经上市，并且混合的(中继/交换)集线器很可能在以后几年控制这一市场。第7章网络互联设备7.1.3集线器的选择集线器(HUB)是对网络进行集中管理的重要工具，像树的主干一样，它是各分枝的汇集点。HUB是一个共享设备，其实质是一个中继器。在网络中，集线器主要用于共享网络的建设，是解决从服务器直接到桌面的最佳、最经济的方案。在交换式网络中，HUB直接与交换机相连，将交换机端口的数据送到桌面。使用HUB组网灵活，它处于网络的一个星型节点，对节点相连的工作站进行集中管理，不让出问题的工作站影响到整个网络的正常运行。由于HUB在网络中的重要作用，因此对于它的选型也是非常重要的。下面我们对此作一剖析。第7章网络互联设备1)以带宽为选择标准根据带宽的不同，目前市面上用于局域网(一般是指小型局域网)的HUB可分为10MB、100MB和10/100MB自适应三种。在规模较大的网络中，还使用1000MB和100/1000MB自适应两种。第7章网络互联设备2)是否满足拓展需求每一个单独的HUB根据端口数目的多少一般分为8口、16口和24口几种。当一个集线器提供的端口不够时，一般有以下两种拓展用户数目的方法：(1)堆叠。堆叠是解决单个集线器端口不足时的一种方法，但是因为堆叠在一起的多个集线器还是工作在同一环境下，所以堆叠的层数也不能太多。然而，市面上许多集线器以其堆叠层数比其他品牌的多而作为自己的卖点，如果遇到这种情况，要分类对待：一方面可堆叠层数越多，一般说明集线器的稳定性越高；另一方面，可堆叠层数越多，每个用户实际可享有的带宽则越小。第7章网络互联设备(2)级联。级联是在网络中增加用户数的另一种方法，但是此项功能的使用一般是有条件的，即HUB必须提供可级联的端口，此端口上常标有“Uplink”或“MDI”字样，用此端口与其他的HUB进行级联。如果没有提供专门的端口，当要进行级联时，连接两个集线器的双绞线在制作时必须要进行错线。第7章网络互联设备3)是否支持网管功能根据对HUB管理方式的不同可分为DampHUB(亚集线器)和IntelligentHUB(智能集线器)两种。IntelligentHUB改进了普通HUB的缺点，增加了网络的交换功能，具有网络管理和自动检测网络端口速度的能力(类似于交换机)。而DampHUB只起到简单的信号放大和再生的作用，无法对网络性能进行优化。早期使用的共享式HUB一般为非智能型的，而现在流行的100MBHUB和10/100MB自适应HUB多为智能型的。非智能型的HUB不能用于对等网络，而且所组成的网络中必须要有一台服务器。但需要指出的是，尽管同样是对网管模块的管理(SNMP)提供支持，但不同厂商的模块是不能混合使用的。同时，同一厂商的不同产品的模块也是不同的。目前，提供SNMP功能的HUB其价格还很高，一般家庭用户不适合选用。如果您使用的环境要求不是很高的话，非智能集线器完全可以满足您的需要。第7章网络互联设备4)以外形尺寸为依据集线器的选购一般是在综合布线结束，骨干设备已经定型之后。如果您的系统比较简单，没有楼宇级别的综合布线，LAN内的用户比较少，SOHO系列的HUB就比较适合您，它们一般都有8个10Base-TX口。为了能够利用多年以前敷设的介质(如粗缆、细缆)，有些集线器留出了BNC、AUI口。如果您已完成整个智能大厦的布线，准备将网络设备置于机柜中。您需要选购几何尺寸符合机架标准的集线器，它们的外观也许不如SOHO系列的集线器美观，但它符合19in的工业规范，您可以轻松地安装在机柜中。第7章网络互联设备5)根据配置形式的不同来分类根据配置形式的不同，HUB可分为独立型HUB、模块化HUB以及可堆叠式HUB三大类。(1)独立型HUB。独立型HUB是最早使用的设备，它具有低价格、容易查找故障、网络管理方便等优点，在小型的局域网中广泛使用。但这类HUB的工作性能比较一般，尤其是在速度上缺乏优势。第7章网络互联设备(2)模块化HUB。模块化HUB一般带有机架和多个卡槽，每个卡槽中可安装一块卡，每块卡的功能相当于一个独立型的HUB，多块卡通过安装在机架上的通信底板进行互连并进行相互间的通信。现在常使用的模块化HUB一般具有4～14个插槽。模块化HUB在较大的网络中便于实施对用户的集中管理，所以在大型网络中得到了广泛应用。第7章网络互联设备(3)可堆叠式HUB。可堆叠式HUB是利用高速总线将单个独立型HUB“堆叠”或短距离连接的设备，其功能相当于一个模块化HUB。一般情况下，当有多个HUB堆叠时，其中存在一个可管理HUB，利用可管理HUB可对此可堆叠式HUB中的其他独立型HUB进行管理。可堆叠式HUB可非常方便地实现对网络的扩充，是新建网络时最为理想的选择。第7章网络互联设备6)注意接口类型选用HUB时，还要注意信号输入口的接口类型，与双绞线连接时需要具有RJ-45接口；如果与细缆相连，需要具有BNC接口；与粗缆相连需要有AUI接口；当局域网长距离连接时，还需要具有与光纤连接的光纤接口。早期的10 MHUB一般具有RJ-45、BNC和AUI三种接口。100 MHUB和10/100 MHUB一般只有RJ-45接口，有些还具有光纤接口。第7章网络互联设备7)考虑品牌和价格像网卡一样，目前市面上的HUB基本上由美国产品和我国台湾的产品所占据。近来，我国大陆几家公司也相继推出了集线器产品。但直到目前为止，高档HUB主要还是由美国产品占据，如3Com、Intel等，它们在设计上比较独特，一般几个甚至每个端口配置一个处理器，当然价格比较高。我国台湾的D-LINK和ACCTON的产品占据了中低端市场上的主要份额，而大陆的一些公司如联想、实达也分别推出了自己的产品。中低档产品一般均采用单处理器技术，其外围电路的设计思想也大同小异。各个品牌在质量上差距已经不大。相对而言，我国大陆产品的价格要便宜很多。第7章网络互联设备7.1.410Base-T和100Base-T规则1.10Base-T以太网集线器规则10Mb/s集线器在连网中继扩展中要遵循10Base-T的5-4-3-2-1的黄金规则：(1)一个网段最多只能分5个子网段(每网段500m长)；(2)一个网段最多只能有4个中继器；(3)一个网段最多只能有3个子网段含有PC；(4)另两个网段除了做中继器间链路外，不能接任何节点。第7章网络互联设备以上就组成一个大型的冲突域，最大站数为1024，全网直径达2500m。图7.3展示了上述集成器的5-4-3-2-l设计规则，子网段2和子网段4是用来延长距离的。该规则只适用于10Mb/s以太网。5-4-3-2-l规则虽只是一个粗略的设计指南，但在大多数情况下非常实用。第7章网络互联设备图7.3集线器5-4-3-2-1设计规则第7章网络互联设备2.100Ba