网络的扩展与互连设备

第1页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航第5章网络的扩展与互连设备计算机网络技术基础（第三版）主编：尚晓航高等教育出版社普通高等教育“十一五”国家级规划教材第2页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航本章学习目标了解：网络互连的基本概念掌握：网络互连设备的类型、层次与使用掌握：网络接入技术的种类和概念了解：可申请的广域网通信服务的类型第3页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.1网络互连概述1.什么是网络的连接或互连？（1）网络的延伸（2）网络的分段所谓的网络分段就是将一个大的网络系统分解成几个小的局域网（即子网），然后再通过互连设备（交换机、网桥或路由器）将各个子网连接成一个整体网络。分段设计优点如下：①提高可靠性。②分散了负荷，提高了网络的性能。③提高了安全性。第4页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航2.互连网络必须要解决的问题①实现一种网络与另一种网络的互访与通信。②解决两种不同网络之间在协议方面的差异。③处理两种网络之间在传输速率方面的差别。3.网间互连设备概述“网络连接器”又称为“网间互连设备”，它可以采用硬件和软件的方法对网络的差别进行处理。第5页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航2.互连网络必须要解决的问题（1）局域网连接或延伸用的网络互连设备中继器、集线器、网桥、交换机等。（2）局域网远程连接时用的网络互连设备有调制解调器、桥式路由器、路由器远程访问服务器和网关等。第6页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.2物理层的扩展与连接设备5.2.1物理层设备和部件概述1.理论作用信号的接收、放大、整形、向所有端口转发数据的作用；2.实际应用增长传输距离、增加网络结点数目、不同介质网络的连接，以及组网。第7页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.2物理层的扩展与连接设备3.冲突域和广播域物理层设备互连的网络的各个结点都处于同一个冲突域；另外，这层设备不能隔离广播信息的传播，所以互连的网段都处于同一个广播域。4.常见设备和部件物理层的设备主要有收发器、中继器、集线器，以及接入点AP；网络部件主要有传输介质、介质连接器、各类转换部件（RJ45-AUI）等第8页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.2.2中继器和转接器1.中继器的功能中继器又称“转发器”，它实现网络在物理层上的连接。由于线路损耗的存在，在线路上传输的信号功率将会随着距离的增加而逐步衰减，衰减到一定程度时，将导致信号失真，从而发生连接错误。中继器是最简单的和最便宜的网间连接设备，如图5-1所示，中继器可以连接两个或多个网络的电缆段。中继器起到放大、整形、并且重新产生电缆上的数字信号，并按原来的方向重新发送该再生信号，第9页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航中继器（收发器）既可以用来扩展网络距离，也可以用来连接两个或多个使用不同传输介质的局域网。中继器具有接收、放大、整形和转发网络信息的作用，因此，可以降低传输线路对信号的干扰影响，起到扩充网络规模的作用。使用带有不同接口的中继器，可以连接两个不同类型的网络。第10页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航图5-1千兆以太网光纤收发器图5-2用中继器再生信号第11页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航中继器的使用规则（中继规则）在10Mb/s以太网中，这个限制规则称为5-4-3规则。此规则规定，在以太网中最多允许有5个网段、使用4个中继器，而这些网段中只有3个是可以连接客户计算机（终端）的网段，图5-3形象地说明了5-4-3规则。中继器中继器中继器中继器主干网段1文件服务器工作站主干网段5工作站工作站主干网段2工作站工作站主干网段3主干网段4工作站工作站工作站工作站图5-310Mb/s以太网的5-4-3规则第12页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航中继器的应用特点（1）优点中继器安装简单，不仅可以扩展网络的距离，还能将不同传输介质的网络连接在一起，而且是最便宜的扩展网络距离的设备。（2）缺点①有条件连接；第2~7层使用相同或兼容协议。②无网段隔离功能，多个网络连接后将增加网络的信息量，易发生阻塞。③使用中继器扩展网段距离有所限制。④中继器不能控制广播风暴。第13页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航4.使用和选择中继器时应注意的事项①网段的接口。②网段扩展的极限距离。使用中继器时，应当注意所连接的各个网段的高层（2～7层）协议应当相兼容。5.转接器由于网络的类型和介质连接器的种类繁多，因此，在实际工程中经常需要各种物理层的转换部件。如：AUI-RJ45，BNC-RJ45，ST-RJ45等不同类型的接口转换器，有时也称其为“跳线”,如，图5-4。第14页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.转接器第15页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.2.3有线和无线集线器集线器主要指共享式集线器，又被称为多端口中继器，工作在OSI模型的物理层；作用与中继器类似。1.集线器的分类（1）无线集线器-AP：参见图5-5。AP用来连接周边的无线网络终端，形成星形网络结构。（2）有线集线器的分类集线器和交换机的外型十分相似，按外型可以分为：独立式集线器、堆叠式集线器和模块式集线器3种，参见图5-6、图5-7和图5-8；按照速率可以分为：10Mb/s、100Mb/s和1000Mb/s。第16页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航1.集线器的分类（按外形）第17页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航集线器的应用特点（1）优点①集线器可延伸网络的距离和增加网络的结点数目。②集线器安装极为简单，几乎不需要配置。③集线器可以连接多个物理层不同；但高层（2～7层）协议相同或兼容的网络。（2）缺点①集线器限制了介质的极限距离。②集线器没有数据过滤的功能，不能进行通信分段。③集线器使用数量有限制。④结点数目过多时，冲突增加，网络性能急剧下降。第18页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.使用集线器时应注意的因素①在物理层以上使用相同或兼容协议。②应注意网络所使用的传输介质。③集线器专指共享式的集线器。④突破集线器级联数量的限制：集中增加的结点很多时，使用堆叠或模块式设备可以突破级联设备数量的限制。第19页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.3数据链路层的扩展与连接设备5.3.1数据链路层设备概述数据链路层设备的主要部件有有线和无线网卡；主要互联设备有网桥、交换机和无线网桥。1.理论作用依据转发表中的数据进行过滤和筛选，最终依所选的端口转发数据帧。这层设备允许不同端口间的并发通信；因此，可以增加冲突域的数量。第20页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.3数据链路层的扩展与连接设备2.实际作用网桥和交换机都是一个软件和硬件的综合系统。交换机又被称为“多端口网桥”。这层设备在实际中的作用主要有3点：第一，组网，由于连接各种计算机和结点设备；第二，通过学习、过滤功能来自动维护交换机的“转发表”；第三，依据自动生成的“转发表”转发数据帧。第21页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航冲突域和广播域（数据链路层设备）数据链路层设备经常用于互连使用相同网络号的IP子网。交换机和网桥都是端口冲突和传播所有广播信息的设备；因此，网桥和第2层交换机互连的网络处于多个冲突域和同一个广播域。不能控制广播风暴；但具有VLAN功能的交换机除外。第22页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.3.2网桥（bridge）1.网桥的定义一般是指用来连接两个或多个在数据链路层以上具有相同或兼容协议的网络互连设备。网桥一般由软件和硬件组成，它工作在OSI模型的第二层。2.网桥的理论功能（1）过滤和转发（2）学习功能网桥可以自动学习和生成由端口号和MAC地址组成的站表。第23页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航图5-9近程网桥；图5-10远程网桥第24页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.网桥应用与设计要点（1）网络分段（2）延伸网络的距离（3）网桥可以连接物理层或数据链路层不同的网络（4）网桥的设计点①网桥最简单的使用形式如图5-9所示。②在使用网桥时，一定要注意它在网络中的位置，即8/2规则。网桥设计在最佳位置时，能够阻挡80%的通信量进入分段后的其他网络段。第25页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航3.网桥应用与设计要点4.网桥的分类（1）按网桥硬件所处的位置分类（2）按网桥分布的地理范围分类图5-11一对网桥连接两个远程局域网第26页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.3.3以太网交换机1.以太网交换机与集线器的异同以太网交换机除了包括集线器的所有特性外，还具有自动寻址、交换和处理等功能。（1）不同之处：OSI模型中所处位置不同。1）工作原理不同2）网络工作方式不同3）带宽不同4）端口通信模式和速率不同5）冲突域数目不同第27页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航5.3.3以太网交换机（2）相同之处交换机和集线器只是在工作方式上不同，而在其他方面则完全一致，例如：连线方式、物理拓扑结构、故障指示、组网功能，以及网卡、传输介质和速度选择等。交换机与集线器互联的网络都不能隔离广播信息，因此，所有结点都处于同一广播域。第28页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航有关交换机的基本概念（1）交换机端口类型与参数①单/多MAC地址。②专用端口和共享端口。③端口密度。④高速端口。⑤管理端口。⑥其他连接端口。第29页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航有关交换机的基本概念（2）背板带宽：交换机的“背板带宽”又称“背板吞吐量”类似于电脑主板上的总线，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。（3）MAC地址与支持MAC地址的数量①MAC地址的作用。②MAC地址的组成：由12位16进制数（0−F）表示，共用48个二进制位；其中的前24位标识网卡的生产厂商，后24位是网卡的序列号。第30页2019/10/4，第5章网络的扩展与互连设备，计算机网络技术基础（第3版）主编：尚晓航交换机的分类（1）按照外型分类（2）按照网络技术进行的交换机分类（3）按照应用规模选择交换机交换机按照其所适应的网络规模，由小到大依次为：桌面交换机、工作组交换机、骨干（部门）交换机和企业交换机。三级交换式网络的应用结构如图5-12所示：第31页2019/10/4，第