第三章计算机通信网

计算机网络设备主要内容3.1集线器的使用及选型3.2交换机的使用及选型3.3路由器的使用及选型3.4其他网络硬件设备选型及维护3.5网络传输介质的选择3.1集线器的使用及选型1.集线器（Hub）及其作用：集线器(HUB)是计算机网络中连接多个计算机或其他设备的连接设备。集线器基本上是一个共享设备，其实质是一个中继器，主要提供信号放大和中转的功能，它把一个端口接收的全部信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号加强后重新发出，一些集线器则排列信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。2．集线器的工作原理集线器不能够识别源地址和目的地址，没有地址过滤功能采用广播方式，即从一个端口接收数据，向除入口之外的所有端口广播。多站点共享总线，共处于一个冲突域中任意时刻只能有一个站点发送数据，其他站点只能接收总线带宽被多个站点均分。3.集线器的分类1）按端口数量来分：8口、16口和24口等2）按带宽划分：10Mbps、100Mbps、10／100Mbps自适应Hub3）按照配置的形式分：独立型、模块化和堆叠式（1）级联定义：是指采用普通的网线连接两台集线器。连接方法：1.利用集线器提供的科技连端口连接；2.直接连接两台集线器的普通端口；一般应用于工作组级网络；优点：连接简单、不需要设备（2）堆叠定义：是指使用专门的堆叠线缆连接两台集线器；优点：1.具备良好的可扩展性；2.堆叠的多个集线器中只需要一个具有管理功能；4.级联和堆叠作用是一种以星型拓扑结构将通信线路集中在一起的设备相当于总线工作在物理层，是局域网中应用最广的连接设备3.集线器的选择⑴以外形尺寸为选择依据如果计算机网络内的用户比较少，被动无源集线器就比较适合。它们一般都有八个RJ-45口。如果准备将网络设备置于机柜中，需要选购几何尺寸符合机架标准的集线器。它们符合19英寸的工业规范，可以轻松地安装在机柜中，现在该类集线器以12口和24口的设备为主流。用户可依据自己站点数的不同选择不同端口数的集线器。⑵以带宽为选择依据集线器带宽的选择，主要决定于三个因素。①上连设备带宽：如果上连设备允许100M带宽，可购买100M集线器；否则10M集线器是理想的选择。②站点数：由于连在集线器上的所有工作站均争用同一个上行总线，处于同一冲突域内，所以站点数目太多，会形成广播风暴。通常，10M冲突域内的站点不宜超过25个，100M冲突域内的站点不宜超过35个，如果有超出的趋势或已经超出，这种情况下应使用交换机来代替集线器。③应用需求：一般来说，传输量相对较小时，带宽选10M就够了。如果传输量较大，且站点数比较多时应当选择100M。另外，有一双速集线器能自动在10/100M间切换。⑶以是否可管理为选择依据由于集线器最初是较低端的产品，且不可管理。随着技术的发展，部分集线器可通过增加网管模块实现对集线器的简单管理提供对SNMP支持。⑷按照扩展方式选择如果觉得端口不够，可以通过堆叠和级联两种扩展方式来增加端口数。①堆叠。在冲突域内的站点数不宜太多，堆叠层数也不能太多。一般可堆叠的层数越多，说明集线器的稳定性越高。②级联。现行集线器有两种级联方式：若集线器本身带级联口，则两个集线器间用直通双绞线连接；若集线器上无级联口，可用交叉双绞线连接两集线器的任意两个端口。3.2交换机的使用及选型交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制。另外，交换机还具备对虚拟局域网(VLAN)的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。1.交换机的作用⑴端口带宽的独享集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有二个端口传送数据，其他端口只能等待。而交换机最显著的特点在于端口带宽的独享。在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都是一个独立的冲突域，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是100Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×100Mbps＝200Mbps，而使用100Mbps的共享式集线器时，一个集线器的总流通量也不会超出100Mbps。⑵识别MAC地址，并完成封装转发数据包交换机可以识别MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。⑶网络分段使用带VLAN功能的交换机可以把网络“分段”，通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，分割通信量，使前往给定网段的某主机的数据包不至于传播到另一个网段上。这样可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。2.交换机的分类⑴从广义上来看，交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如计算机及网络打印机等。⑵从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。⑶从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不是完全一致的，一般来讲，企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式(插槽数较少)，也可以是固定配置式，而工作组级交换机为固定配置式(功能较为简单)。⑷从应用的规模来看，作为骨干交换机时，支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。⑸从交换机工作的协议层来分有第2层交换机、第3层交换机和第4层交换机。第2层交换机依赖于链路层中的信息(如MAC地址)完成不同端口数据间的线速交换；第3层交换机具有路由功能，将IP地址信息用于网络路径选择，并实现不同网段之间的线速交换；第4层交换机则使用传输层包含在每一个IP包包头的服务进程/协议(例如HTTP是用于传输Web，FTP是用于文件传输，Telnet用于终端通信、SSL用于安全通信等)进行交换和传输处理，实现带宽分配、故障诊断和对TCP/IP应用程序数据流进行访问控制功能。3.交换机的选择交换机是组成网络系统的核心设备。对用户而言，选择交换机时应注意以下几个方面：⑴转发方式转发方式主要分为直通式转发和存储式转发，由于不同的转发方式适应于不同的网络环境，因此，应当根据自己的需要做出相应的选择。低端交换机通常只拥有一种转发模式，或是存储转发模式，或是直通转发模式，往往只有中高端产品才兼具两种转发模式，并具有智能转换功能，可根据通信状况自动切换转发模式。通常情况下，如果网络对数据的传输速率要求不是太高，可选择存储转发式交换机；如果网络对数据的传输速率要求较高，可应选择直通转发式交换机。⑵注意合适的尺寸网络建设除了功能实用外，其结构的布局合理也是大家所要考虑的问题。为此，常常使用控制柜，来对各种网络设备进行整体控制和统一管理。这样的话，我们选择的交换机在尺寸上，必须和控制柜相吻合。为此，最好应该选择符合机架标准的19英寸机架式交换机。该类交换机符合统一的工业规范，可以轻松地安装在机柜中，便于堆叠、级联、管理和维护。如果没有上述需求，桌面型的交换机具有更高的性能价格比。⑶交换的速度要快交换机传输速度的选择，要根据不同用户不同的通信要求来选择。现在一般的网络都是10M以太网，再考虑到升级换代的需要，10M/100M自适应交换机就成为网络交换机的主流，甚至可以成为网络的标准交换设备。但随着通信要求的不断提高，数据传输流量的不断增大，现在又已经有了100M的交换机，还有1000M交换机甚至10000M交换机了。但是不同交换速度的交换机，在价格上表现的差距也是很大的，我们完全没有必要脱离实际数据传输信息量，而去片面追求交换机的高速交换性能。如果组建的网络规模较小，只要选择10M/100M自适应交换机就可以了，因为这种类型的交换机价格不是太高，而且性能、速度等各方面都可以满足需求。⑷端口数要够将来升级用现在网络对通信的要求越来越高，网络扩容的速度也是越来越快，因此我们最好在选购交换机时，要考虑到足够的扩展性，来选择适当的端口数目。现在市场上常见的交换机端口数有8、12、16、24、48等几种，而且不同的端口数在价格上也有一定的差别，如果从节约成本的角度来看，选择合适端口数的交换机也是一个不可忽视的环节。⑸根据使用要求选择合适的品牌就要根据各个用户的实际经济承受能力了，因为好的品牌的交换机在价格上可能要比普通品牌交换机要高出几个价位，好的品牌应该是大型网络中骨干交换机的首选。如果只是部门级或者工作组级计算机网络使用，建议选择价格实惠的普通品牌交换机。⑹管理控制功能由于交换机属于较为昂贵的设备，即使投资不能一次到位，也尽量做到三年内不落伍，这就要求我们在选择交换机时，也要把交换机的管理控制技术考虑在内。交换机的管理控制技术主要表现在交换机是否能够支持智能化管理技术，因为有了这种技术，网络管理员就可以减轻网络管理的维护工作量了；其次表现在交换机是否能支持多种信息流，现在一些新型交换机可以支持第三层的IP/IPX路由功能，有了这种功能，我们可以在必要时使用交换机来实现路由器的相关功能；再有，有效的缓冲技术也是人们在选购交换机时考虑的要点，大的缓冲区可以应付网络各种突发性数据流量增加的需求，从而避免在网络访问高峰期间出现网络瓶颈或者导致网络堵塞甚至瘫痪。此外良好的可伸缩性以及可扩展性技术也是大家应该考虑的，因为从长远的角度来看，这些技术直接关系或者影响到交换机的升级换代。⑺MAC地址数不同交换机每个端口所能够支持的MAC数量不同。有些交换机的每个端口只支持一个MAC地址，称之为单MAC交换机。单MAC交换机主要用于连接最终用户(即计算机或服务器)、网络共享资源(如磁盘阵列、网络打印机等)或路由器，不能用于连接集线器或含有多个网络设备的网段。有些交换机的每个端口则可记忆多个MAC地址，称之为多MAC交换机。在该类交换机的每个端口，都有足够内存(Buffer)记忆多个MAC地址，从而“记住”该端口连接站点的情况，因此，适用于作为网络主干并连接集线器。由于Buffer容量的大小限制了这个交换机所能够提供的交换地址容量，所以，当该端口所容纳的计算机数量超过了地址容量时，目的站的MAC地址将很可能并没有保存在该交换机端口的MAC地址表中，那么，该帧即将以广播方式发向交换机的每个端口。当这种情况频频发生时，将在很大程度上影响网络中数据的传输效率。在中型网络中，由于网络中计算机和网络设备的数量有限，所以，交换机只要能够记忆1024个MAC地址基本上就可以了，而一般的交换机通常都能做到这一点。⑻扩展树当一个交换机有两个或两个以上的端口与其他交换机相连时，由于会产生冗余回路，从而产生“拓扑环”问题(TopologyLoops)。即当某个网段的数据包通过某台交换机传输到另一个网段，而返回的数据包通过另一台交换机返回源地址的现象。一般情况，交换机采用扩展树(SpanningTree，也称生成树)协议算法让网络中的每一个桥接设备相互知道，以自动防止“拓扑环”现象的发生。交换机通过将检测到的“拓扑环”中的某个端口断开，达到消除“拓扑环”的目的，维持网络中的拓扑树的完整性。在网络设计中，“拓扑环”常被推荐用于关键数据链路的冗余备份链路选择。所以，带有扩展树协议支持的交换机可以用于连接网络中关键资源的交换冗余。骨干交换机和中心交换机必须支持扩展树，否则，将无法搭建具有冗余机制的网络拓扑。⑼背板带宽由于所有端口间的通信都需要通过背板完成，所有背板所能够提供的带宽就成为端口间并发通信时的瓶颈。带宽越大，能够给各通信端口提供的可用带宽越大，数据交换