网络设备介绍(课件)（PPT55页)

2019/10/41常用网络设备介绍主要内容：•网络调制解调器（Modem）•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）•第三层交换机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内部网外部访问子网因特网2019/10/43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、（网卡）2019/10/441调制解调器Modem集成了调制和解调功能的设备工作在体系结构的物理层一般是指用于电话网络的模拟调制解调器目前的调制解调器在自适应、数据压缩和网络编码调制技术等方面已非常成熟，每个话路的数据传输速率可高达56kb/s，已基本接近电话线路的最大理论速率。2019/10/45高速调制解调器V.90建议：ITU-T颁布的56kb/s调制解调器标准提高速度的关键•服务提供商（ISP、联机服务商或公司局域网）与电话交换网络之间采用数字线路连接上行33.6kb/s，下行56kb/sV.34MODEMISP电话交换网络(数字信道)D/A转换A/D转换A/D转换D/A转换用户V.34Modem下行数据流上行数据流量化噪声数字信号数字信号数字信号数字信号模拟信号D/A和A/D模拟信号D/A和A/D用户环路用户环路量化噪声本地局交换机本地局交换机V.90ModemISP电话交换网络(数字信道)D/A转换A/D转换用户下行数据流上行数据流量化噪声数字信号数字信号数字信号数字信号D/A和A/D模拟信号用户环路本地局交换机本地局交换机用户环路（全数字线路）RAS2019/10/462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•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•不能独立工作，必须依赖于宿主主机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2019/10/47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2019/10/48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、4M/16M、25M/155M网络接口类型：AUI/BNC、RJ-45、SC/ST/MT-RJ主机总线类型：ISA、EISA、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、链路聚合等2019/10/49以太网卡的类型分类速度接口类型介质传输速度10Mb/sBNC、AUI、RJ-45同轴电缆、双绞线100Mb/sRJ-45双绞线1Gb/sRJ-45、ST、SC、MT-RJ双绞线、多模/单模光纤10Gb/sST、SC、MT-RJ、LC多模/单模光纤总线接口ISA、PCI、PCI-E、miniPCI、miniPCI-E、PCMCIA、USB、并行接口技术体系LAN、WLAN、Bluetooth、红外协议体系Ethernet、TokenRing、FDDI、ATM2019/10/4103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：8，12，16，242019/10/411集线器的类型：按速度划分传统集线器•传输速度为10Mb/s（10Base-T网络）快速以太网集线器•传输速度为100Mb/s（100Base-T网络）10/100M自适应集线器•传输速度自适应内部有两个网段：10M和100M，集线器根据连接速度将主机连接到不同网段上。网段之间用交换方式连接。•保护投资，便于升级2019/10/412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2019/10/413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2019/10/414网络交换机网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链路层但网络交换机的端口数多，并且交换速度快。在这个意义上，网络交换机可看作是多端口的高速网桥。交换机比网桥优越的地方：•交换速度快，可实现线速转发；•能解决网络主干上的通信拥挤问题；•端口密度高，一台交换机可连接多个网段，降低了组网成本。工作原理与网桥类似：•学习源地址（构造转发表）•过滤本网段帧（隔离冲突域）•转发异网段帧（交换）•广播未知帧（寻找目的站点）2019/10/415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。2019/10/416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)/2～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。2019/10/417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。2019/10/418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减少了每个网段中的站点数——提高了站点平均拥有带宽允许全双工连接——提高带宽、消除冲突能够连接不同速度的网段2019/10/419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。2019/10/420以网桥/交换机为核心的网络的特点每个网段独享带宽•最佳可达到每台主机独享带宽可以限制冲突，但不能限制广播•有可能产生广播风暴适用于小型部门级网络到大型园区网络•大型网络中需解决广播问题2019/10/421虚拟局域网（VLAN）VLAN是一种网络构造和用户的组织形式：•通过交换机（或路由器）划分；•由网段和站点构成的逻辑工作组。用交换机划分的若干个VLAN在逻辑上完全独立（可看成是分离的物理网络），广播帧不会跨越逻辑网络边界。•VLAN能够限制广播域的范围——抑制广播帧的泛滥。VLAN可跨越交换机。同一VLAN中的成员不受物理位置的限制，可以像处于同一个局域网中那样互相访问。2019/10/422VLAN示意图2019/10/423VLAN能够隔离（限制）广播域VLAN划分前，整个网络都在一个广播域中2019/10/424VLAN划分后，网络被分割成几个较小的广播域2019/10/425VLAN的优点提高管理效率•站点的物理位置改变无需重新布线和配置•用户性质改变后很容易通过软件将其从一个VLAN划分到另一个VLAN控制广播数据增强了网络的安全性实现虚拟工作组•用户的工作地点不必在同一个物理地点•可在企业内建立灵活的、动态化的组织结构2019/10/426VLAN划分的方法基于端口（静态划分）•根据端口号划分VLAN基于MAC地址（动态划分）•根据用户计算机的MAC地址划分VLAN基于网络地址或网络协议类型（动态）•根据用户计算机的IP地址划分VLAN2019/10/427主干(Trunk)主干用于实现跨交换机的VLAN，它是指交换机之间用于传输多个VLAN信息的链路主干上传输的数据包加上特殊标签（通常是802.1q和Cisco的ISL等）——称为贴标签（Tagging）2019/10/428VLAN间通信不同VLAN间的计算机即使连在同一台交换机上也不能互相通信VLAN间通信只能通过第三层设备实现•路由器•三层交换机2019/10/4298.5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/s2019/10/4308.6路由器（Router）工作在OSI第三层（网络层）。功能：•在网络之间转发网络分组；•为网络分组寻找最佳传输路径；•实现子网隔离，限制广播风暴。目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播。•提供逻辑地址，以识别互联网上的主机；•提供广域网服务。应用：把LAN连入广域网或作为广域网的核心连接设备。用路由器进行网络互联的特点：用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一个网络中的站点，必须指定该站点的逻辑地址（IP地址），通过广播是无法与之进行通信的。2019/10/431用路由器进行网络互联HUB路由器冲突域2冲突域1路由器可以隔离冲突域和广播域HUBHUB冲突域3广播域2广播域12019/10/432路由表路由器如何确定最佳路由？——路由表（RoutingTable）路由表是保存到达其他网络的路由信息的数据库•包含目的网络地址（号）、传输路径、传输开销等根据目的网络地址查找路由表并确定分组转发路径的过程称为路由选择（Routing）。路由表的信息随网络拓扑的变化而变化——建立、更新路由表的算法称为路由算法（RoutingAlgorithm）：•网络中的每个路由器都会根据路由算法定时地或在网络拓扑发生变化时更新其路由表；•静态路由：由网络管理员预先手工设置路由信息；•动态路由：由路由器在运行时动态地建立与更新。自动学习、记忆网络的变化并根据路由算法重新计算路由的协议称为路由选择协议（RoutingProtocol）。2019/10/433路由表的例子2.0AB2019/10/434路由表的基本内容172.16.2.0172.16.1.0172.16.4.0AB路由器A的路由表.3.1.2.3目的网络地址路径（下一结点）路径成本/开销172.16.1.0直接交付0172.16.2.0直接交付0172.16.4.0172.16.2.21路径：用下一路由器对应端口的IP地址来表示。路径成本/开销：用线路速度、距离或跨越的路由器的个数（步跳数）、成本、线路可靠性