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网络工程设计与应用第3章计算机网络设备清华大学出版社ISBN978-7-302-26755-3网络工程设计与应用3.1传输介质和连接器•3.1.1传输介质•3.1.2连接器•3.1.3直通线、交叉线和全反线网络工程设计与应用3.1.1传输介质•传输介质有两大类：–有线传输介质和无线传输介质•有线传输介质有：–双绞线；同轴电缆；光缆。•常用的无线传输介质有：–无线电；红外线；微波；激光。网络工程设计与应用UTP-5非屏蔽双绞线•非屏蔽双绞线（UTP）集中多对双绞线，外面包一层塑料增强保护层形成•价格便宜、安装方便。其特性阻抗为100Ω•双绞线施工用到的组网工具有：–压线钳、打线器、电缆测试仪等网络工程设计与应用光纤•光纤的纤芯采用高纯度的二氧化硅，并掺有少量的掺杂剂，以提高纤芯的光折射率•光传输工作原理是：光纤通过特定角度射入光纤的光来工作•光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信方式，起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机网络工程设计与应用光纤技术性能参数网络工程设计与应用3.1.2连接器•连接器用于实现网络节点设备之间的连接，连接器的位置在连接线的两端。–以端节点与访问节点之间的连接器为例–一般把端节点一侧的设备称为数据终端设备（DTE）–访问节点一侧的设备称为数据电路端接设备（DCE）–DTE为插头（针），DEC为插座（孔）•连接器的机械尺寸和线序的排列是有规则的，属于物理层协议网络工程设计与应用RJ45连接器的线序排列•遵循EIA/TIA568A和EIA/TIA568B标准•标准规定的线序必须严格遵守，UTP-5使用时选择橙和绿两个线对，原因有两个–一是开放性要求，二是每根线的材质不一样网络工程设计与应用光纤有3种连接器•光纤的连接是一种对接耦合式连接–1、ST型连接器–2、SC型连接器–3、FC型连接器网络工程设计与应用网络中常用的连接器和接口名称网络工程设计与应用3.1.3直通线、交叉线和全反线•直通线用于异种设备之间的连接•交叉线用于同种设备之间的连接•全反线计算机连接网络设备的控制口网络工程设计与应用3.2网络适配器•3.2.1网络适配器的用途•3.2.2网络适配器的连接网络工程设计与应用3.2.1网络适配器的用途•网络适配器也称为网卡•提供网络中计算机主机与网络传输系统之间的网络接口•按有无物理上的通信线缆分类，分为有线网卡和无线网卡网络工程设计与应用3.2.2网络适配器的连接•从CPU的观点来看，网卡同任何I/O控制器设备是一样的•可以把网络环境看成是计算机的外部设备，网卡就是I/O适配器网络工程设计与应用3.3调制解调器•3.3.1调制解调器的作用•3.3.2Modem的标准和分类•3.3.3Modem的基本功能网络工程设计与应用3.3.1调制解调器的作用•调制解调器(Modem)属于DCE，是一种信号变换设备•调制解调器是属于通信子网的设备，但是位置通常在用户一侧•调制解调器用来把计算机设备输出的数字信号变换成模拟信号网络工程设计与应用3.3.2Modem的标准和分类•Modem的调制方式和数据传输率的标准由国际电信联盟(ITU)制订•Modem的主要分类方法有：–1、按通信设备–2、按数据传输方式–3、按通信方式(数据传输方向)–4、按照Modem支持的物理接口–5、按Modem安装的位置网络工程设计与应用3.3.3Modem的基本功能•1、提供双向同时通信方式；•2、自动拨号和应答，安全可靠回呼；•3、自动线路质量检测、自动协商速率；•4、自动呼叫监视、呼叫等待和自动重拨；•5、支持常用的文件传输协议；•6、具有存储电话号码、自动故障诊断、声光指示等；•7、支持与HayesAT命令集兼容，可以进行编程控制；•8、可用于普通电话线路或专线；•9、具有差错控制、数据压缩和传真功能。网络工程设计与应用3.4网桥•3.4.1网桥的功用•3.4.2网桥的工作原理网络工程设计与应用3.4.1网桥的功用•网桥是在数据链路层实现网络互连的网络互连设备•网桥被广泛用于异种局域网的互连•网桥的特点是：–具有过滤功能，减少网络拥塞–网桥扩展了LAN的有效长度–防止错误扩散，网桥隔断了某些潜在的网络故障网络工程设计与应用3.4.2网桥的工作原理•网桥具有自学习功能，网桥采用逆向学习的方法获得路径信息•透明网桥能够一边转发帧，一边通过学习建立起端口和网络地址的对照表•网桥的操作过程是：–侦听每个端口上是否有帧到达；–保存到达帧的源MAC地址以及接收它的端口号到站表缓冲区；–查看接收到的每个帧的目的MAC地址，若站缓冲区中无此地址，广播MAC地址，转发该帧到所有其它端口，若站缓冲区中存在该MAC地址，则转发到相应端口，若源MAC地址和目的MAC地址所对应的端口相同，则将该帧丢弃网络工程设计与应用3.5路由器•3.5.1路由器的作用•3.5.2路由器的结构•3.5.3路由器的工作原理网络工程设计与应用3.5.1路由器的作用•路由器(Router)是在网络层实现互连的网络设备•路由器通过IP分组中的IP地址标识，查找路由表中的表项，确定如何转发IP分组网络工程设计与应用3.5.2路由器的结构•路由器由输入端口、交换结构、选路处理器（路由选择模块）、输出端口组成•路由器的交换结构有三种交换方式：–1、经内存交换、2、经一根总线交换、3、经一个互联网络交换网络工程设计与应用3.5.3路由器的工作原理•路由器可以根据网络层的协议类型、网络号、主机的网络地址、子网掩码、高层协议的类型等来监控、拦截和过滤信息•路由器通过IP地址和子网掩码的组合区分各个子网•路由器还有流量控制能力，可以采用优化的路由算法均衡网络负载•路由器也需要操作系统才能进行网络系统配置–路由器的主要技术指标–路由器类型指标–路由器的性能指标网络工程设计与应用3.6交换机•3.6.1交换机概述•3.6.2交换机的工作原理•3.6.3交换机的工作方式•3.6.4交换机的分类•3.6.5以太网交换机•3.6.6交换机的级联和堆叠•3.6.7多层交换的概念•3.6.8局域网采用三层交换技术•3.6.9三层交换与传统路由器的比较网络工程设计与应用3.6.1交换机概述•交换机（switch）是一个多端口的网桥，交换机是一种组网设备网络工程设计与应用交换机的重要特性•交换机的重要特性主要包括：–1、MAC地址表的大小；–2、端口的自适应能力；–3、模块的热插拔；–4、端口限速；–5、背板总线带宽；–6、转发速率；–7、端口聚合。网络工程设计与应用3.6.2交换机的工作原理•交换机从源端口读取帧，依据帧的目的MAC地址，通过MAC地址（转发）表，将帧交换到目的端口•交换机采用“逆向学习”获得地址表的信息网络工程设计与应用3.6.3交换机的工作方式•交换机的交换方式有三种：–存储转发；–直通；–碎片丢弃网络工程设计与应用3.6.4交换机的分类•根据物理结构可分为：–独立式；–堆叠式；–模块化网络工程设计与应用3.6.5以太网交换机•以太网交换机用来构建以太网•以太网交换机依据在组网中位置和作用的不同，分为–核心层交换机、汇聚层交换机和接入层交换机–管理接口用于对交换机进行配置和控制管理–交换机支持VLAN，初始时，交换机的所有端口均属于VLAN1网络工程设计与应用3.6.7多层交换的概念•一个想法是使交换机既保持交换的高性能，又具有路由能力，这种思想导致了三层路由交换机的出现•三层交换机能够实现路由器的全部功能，是Intranet的主要组网设备网络工程设计与应用3.6.8局域网采用三层交换技术•局域网采用的三层交换技术主要有两种：–下一跳解析协议；NetFlow交换网络工程设计与应用•其原理是：假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。网络工程设计与应用3.6.9三层交换与传统路由器的比较网络工程设计与应用3.7网络服务器主机•3.7.1服务器主机基本概念•3.7.2服务器主机和集群技术网络工程设计与应用3.7.1服务器主机基本概念•服务器是软件的概念•人们通常讲的服务器其实是装有服务器软件的主机•服务器的类型可以依据4方面进行划分•可靠性通常采用冗余技术，冗余技术是一种部件级的“热备概念”网络工程设计与应用3.7.2服务器主机和集群技术•刀片式服务器是一种高可用、高密度的低成本服务器平台，适合集群计算环境•每个刀片就是一块系统主板，刀片单元包含：–CPU、硬盘、内存、网络接口等器件，•机箱为多个刀片单元提供共享的基础设施（如背板、电源等）•服务器主机均采用SMP（对称式多处理器）技术–SMP指在一台计算机上汇集多个CPU，各CPU之间共享内存系统及系统总线•服务器集群技术的主要特点