13-14计算机网络互连设备

网络互联设备主要内容一、中继器二、集线器三、网桥四、交换机五、路由器主要介质传输距离在IEEE802.3标准中，几种主要介质传输距离设计规格如下表所示：•介质标准标准距离设计最大距离•双绞线10BASE－T100米150米•细同轴电缆10BASE－2185米300米•粗同轴电缆10BASE－5500米800米•光纤10BASE－F2000米4000米1.中继器（Repeater）扩展局域网•中继器：是将两个网段连接起来的设备或节点。转发器又称最简单的中继器设备（中继器又称转发器）。•工作在OSI的物理层。中继器中继器的作用若局域网的跨越距离过长，使得信号会衰减，从而导致接收设备无法正确识别信号。此时，应加接中继器，以加强信号，实现波形修整、放大、中继转发数据信息功能。作用：扩展网络连接距离和扩充工作站数量的作用。像个加油站。•中继器连接局域网中的不同网段，能够连接不同类型的介质，例如连接细以太网和粗以太网电缆。•中继器不能连接不同的介质访问类型，如令牌网和以太网连接。•作为以太网的联网设备，中继器只适用一个小的地理区域相对小型局域网使用。例如一座办公楼中的几层当中。中继器分为直接放大式和信号再生式两种：–直接放大式只是一个简单的放大器，噪音也将一同传递到下一网段。–信号再生式同时具有信号再生功能，其可对信号进行整形后传到下一网段。中继器只负责将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，并不管信号中是否有错误或不适于传输的信号。中继器注意事项•中继器不对信号进行滤波和解释。•注意：1、不要形成环路；2、不要无限制地连接中继器。以太网最多可用4个中继器。如以太网常常利用中继器扩展总线的电缆长度，标准细缆以太网的每段长度最大185米，最多可有5段，因此增加中继器后，最大网络电缆长度则可提高到925米。二、集线器(HUB)1、集线器及工作原理2、集线器分类3、局域网集线器的选择•集线器（HUB）可以称为多端口的中继器。•集线器实质上是中继器,主要功能就是将其接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。•集线器工作在物理层.2.集线器集线器(HUB)•使用多个集线器可连成更大的局域网集线器扩展局域网一组二组三组集线器集线器集线器集线器主干集线器2．集线器分类结合技术和应用两个方面，可对Hub进行如下的分类。(1）HUB按照对输入信号的处理方式上，可以分为无源HUB有源HUB智能HUB（2）按连接速率分。如10M、100M、10/100M自适应HUB等等（3）按端口数目分。（4）按结构和功能分类，HUB集线器可分为未管理的集线器、堆叠式集线器和底盘集线器三类。但Hub也可以集中其中的多个特点，如“8口10/100Mbps自适应智能型Hub”、“24口100Mbps可堆叠式Hub”等。•优点–扩大了局域网覆盖的地理范围。•缺点–任一时刻，只能有一个站点在发送数据。所以，集线器扩展局域网碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。–如果使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。3.集线器优缺点4．局域网集线器的选择•选择方法（1）以速度为标准。上联设备的带宽、提供的连接端口数、应用需求。（2）以能否满足拓展为标准。堆叠、级联。（3）以是否提供网管功能为标准。（4）以外型尺寸为参考。（5）适当考虑品牌和价格。三、网桥(Bridge)•网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理。它工作于数据链路层，不但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。•网桥可以是专门硬件设备，也可以由计算机加装的网桥软件来实现，•网桥（Bridge）像一个聪明的中继器。中继器从一个网络电缆里接收信号，放大它们，将其送入下一个电缆。相比较而言，网桥对从关卡上传下来的信息更敏锐一些。网桥是一种对帧进行转发的技术，根据MAC分区块，可隔离碰撞。网桥将网络的多个网段在数据链路层连接起来。端口1网桥的内部结构站表端口管理软件网桥协议实体端口1端口2缓存①②③网段B网段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口网桥网桥④⑤⑥端口2(1)接收帧(2)缓存(3)查表(4)丢弃发往同LAN的帧；否则转发到相应端口网桥工作原理•网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口网桥的作用•局域网上的信息往往是局部的，通常网内的通信远远多于网间的通信。•如果把一个局域网分成两个局域网，则每个网段的利用率将会提高一倍。•因此，可以用网桥来连接这两个网段。网桥三、网桥•网桥的特性：•工作在数据链路层•是一种存储转发设备•支持任何网络层和高层协议•根据MAC地址过滤数据•不能隔离广播信息1、存储转发增加了时延。2、对广播信息不能识别，也不能过滤。容易产生A网络广播给B网络工作站数据，又被重新广播回A网络的情况，这种往返广播，使网上出现大量冗余信息，最终形成广播风暴。网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网。使用网桥带来的缺点•集线器、中继器工作在物理层，只是进行信号的放大，转发。网桥工作在数据链路层，能识别数据帧，转发数据帧。•集线器或中继器会把不正确的帧传送到另一个网段，而网桥将会丢弃不正确的帧。•网桥可以把故障控制到一个网段内。•集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。网桥和集线器、中继器不同四、交换机(Switch)1．交换机及工作原理2．交换机分类3．交换机与集线器的区别4．交换机与网桥的区别•交换式集线器常称为以太网交换机(switch)•交换机概念的提出：1、集线器共享介质传输，造成整个网络传输效率低下。一个结点发出的数据，所有其它结点都可以接收到，数据不安全。2、交换机可以解决上述问题，与集线器不同，交换机只将收到的数据包根据目的地址发到相应的端口，而集线器则是将数据转发到所有端口。而且，交换机可以同时连通许多对端口，使多个端口之间在同一时刻能够相互通信。网络交换机四、交换机(Switch)2．交换机及工作原理•交换机的工作原理1）交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。2）交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。3）如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪（flood）。4）广播帧和组播帧向所有的端口转发。•对于普通10Mb/s的共享式以太网，若共有N个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10Mb/s)的N分之一。•使用以太网交换机时，虽然在每个端口到主机的带宽还是10Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有N对端口的交换机的总容量为N10Mb/s。这正是交换机的最大优点。2．交换机及工作原理交换机在网络中独享带宽交换式以太网总容量为N*10Mbps，N为交换机拥有的端口对数。同一时刻可以有N对站点在传输数据。用以太网交换机扩展局域网集线器集线器集线器一系三系二系10BASE-T至因特网100Mb/s100Mb/s100Mb/s万维网服务器电子邮件服务器以太网交换机路由器3．交换机分类•从广义上来看，交换机分为：广域网交换机和局域网交换机。•从传输介质和传输速度分为：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。1、局域网交换机背板带宽大大低于广域网交换机2、广域网交换机支持路由功能3、广域网交换机内置安全机制，大大提高安全性4、广域网交换机带有计费功能5、广域网交换机可以管理多个局域网，而局域网交换机则不行•D-LinkDES-1226G•参考价格：1200元•交换机类：网管交换机•传输速率：10Mbps•传输模式：全双工/半双工自适•网络标准：IEEE802.3、IEEE•华为3ComQuidwayS1026T•参考价格：840元•交换机类：千兆以太网交换机•传输速率：10Mbps/100Mbps、•传输模式：全双工/半双工自适•网络标准：IEEE802.3、IEEE4．交换机与集线器的区别1）用集线器组成的网络称为共享式网络，用交换机组成的网络称为交换式网络。共享式网络存在的主要问题是所有用户共享带宽，每个用户的可用带宽随用户数量的增加而减少。在交换式网络中，交换机能够提供给每个用户专用的信息通道，理想情况下，每个用户都独享带宽。2）集线器只能在半双工方式下工作，而交换机同时支持半双工和全双工操作。因为集线器是共享传输介质的，这样在上行通道上集线器一次只能传输一个任务，要么是接收数据，要么是发送数据。而交换机则不一样，它是采用全双工方式来传输数据的，因此在同一时刻可以同时进行数据的接收和发送，这不但令数据的传输速度大大加快，而且在整个系统的吞吐量方面交换机比集线器至少要快一倍以上。5．交换机与网桥的区别（1）交换机工作时，实际上允许许多组端口间的通道同时工作。（2）分段能力的区别（3）传输速率的区别（4）数据帧转发方式的区别由于交换机能够支持多个端口，因此可以把网络系统划分成为更多的物理网段，这样使得整个网络系统具有更高的带宽。而网桥仅仅支持两个端口，所以，网桥划分的物理网段是相当有限的。网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整的数据帧并执行帧检测序列FCS后，才开始转发该数据帧。交换机具有存储转发和直接转发两种帧转发方式。直接转发方式在发送数据以前，不需要在接收完整个数据帧和经过32bit循环冗余校验码CRC的计算检查后的等待时间。所以，交换机的功能体现出不仅仅是一个网桥的功能，而是多个网桥功能的集合。即网桥一般分有两个端口，而交换机具有高密度的端口。五、路由器(Router)1．路由器及工作原理2．路由器的主要功能3．路由器的分类4．路由器与交换机的区别5.路由器（Router）•路由器也称作路径选择器，其功能是在多个网络和介质之间实现网络互联。•工作在网络层，具有异种网络互联的能力。路由器1．路由器及工作原理工作原理如下：（1）路由器接收来自它连接的某个网络的数据。（2）路由器检查IP报头中的目的地址。如果目的地址位于发出数据的那个网络，那么路由器就放下被认为已经达到目的地的数据。（3）如果数据要送往另一个网络，那么路由器就查询路由表，以确定数据要转发到的目的地。2．路由器的主要功能功能主要包括下面几个方面：（1）把网络分隔成多个子网。（2）隔离广播风暴。（3）路径选择。（4）连接不同协议的网络。（5）提供安全访问机制。（6）提供第三层网络服务。3．路由器的分类（1）按处理能力来划分。可将路由器分为高端路由器和中低端路由器。通常将背板交换能力大于40Gbps以上的路由器称为高端路由器，背板交换能在40Gbps以下的路由器称为中低端路由器。（2）按结构分。可将路由器分为模块化结构与非模块化结构。通常中高端路由器为模块化结构，低端路由器为非模块化结构。（3）按所处网络位置分。可分为核心路由器与接入路由器。核心路由器位于网络中心，通常使用的是高端路由器，要求快速的包交换能力与高速的网络接口，通常是模块化结构。接入路由器位于网络边缘，通常使用的是中低端路由器，要求相对低速的端口以及较强的接入控制能力。3．路由器的分类（4）按功能分。可分为通用路由器与专用路由器。一般所说的路由器为通用路由器。专用路由器通常为实现某种特定功能对路由器接口、硬件等作专门优化。（5）按性能分。可分为线速路由器以及非线速路由器。线速路由器是高端路由器，能以媒体速率转发数据包；中低端路由器是非线速路由器。目前一些新的宽带接入路由器也有线速转发能力。线速转发是路由器性能的一个重要指标。简单的说就是进来多大的流量，就出去多大的流量，不会因为设备处理能力的问题而造成吞吐量下降。•参考价格：•100元•路由器类：•宽带路由器•网络标准：•IEEE802.3•网络协议：•TCP/IP•华为3ComQuidwayAR18-22-24•参考价格：•4000元•路由器类：•宽带路由器•网络协议：•ARP，静态域名解析•固