第2章 计算机网络硬件及配置

上节回顾第二章计算机网络互联设备思考你所知道的网络互连设备有哪些？内容物理层互联设备数据链路层互联设备网络层互联设备传输层以上互联设备网络基本互连设备和层次有多种类型互连设备名称互连层次基本特征网关网络层以上区分端口地址及应用信息路由器、三层交换机网络层区分IP地址网桥、交换机数据链路层区分MAC地址集线器、中继器物理层比特复制在局域网中，中继器已退出历史舞台，集线器也正在淡出，而取而代之的是交换机的兴起物理层传输介质物理层设备中继器集线器（hub）传输介质传输介质（传输媒体）分为两大类：导向传输媒体非导向传输媒体在导向传输媒体中，电磁波被导向沿着固体媒体（铜线或光纤）传播；非导向传输媒体就是指自由空间，在其中电磁波的传输常称为无线传输。一、导向传输媒体双绞线分为：•屏蔽双绞线（STP）•无屏蔽双绞线（UTP）无屏蔽双绞线的应用远比屏蔽双绞线广(1)双绞线以铝箔、金属丝网屏蔽以减少干扰和串音双绞线外没有任何附加屏蔽屏蔽双绞线(STP)、非屏蔽双绞线(UTP)铜线铜线聚氯乙烯套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP在实际应用中，非屏蔽双绞(UTP)的使用率最高，一般来说如果没有特殊的需要，在应用中所指的双绞线一般是指UPT。根据线对之间的绞合度，双绞线主要有以下几种：1、3类双绞线2、4类双绞线3、5类双绞线4、超5类双绞线5、6类双绞线6、7类双绞线•双绞线做法有两种国际标准，分别是EIA/TIA568A和EIA/TIA568B。•双绞线的两种常用的连接方法：直通线缆和交叉线缆。交叉线注意：当网线所连接的两边端口的性质相同时，用交叉线直连线交换机的UPLINK口交换机的普通口？交换机之间连接时，网线的选择：1、交换机的UpLink口连接到交换机的普通口；2、交换机的UpLink口连接到交换机的UpLink口；3、交换机的普通口连接到交换机的普通口；UpLink端口——直连线——交叉线——交叉线普通端口注意：当网线所连接的两边端口的性质相同时，用交叉线UTP连接头-RJ45网线制作标准T568A的线序为：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕T568B的线序为：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕（2）同轴电缆•基带同轴电缆•宽带同轴电缆--通常用来传输CATV有线电视模拟信号。(3)光缆高密度多芯光缆剖面结构纤芯包层外套加强芯光纤外护套加强芯光纤束光导纤维(OpticalFiber简称光缆)是光纤通信的传输媒体。光纤的传输原理是基于光的全反射原理，当光纤折射率大于包层折射率时，只要光线的入射角大于某临界值，就会产生光的全反射，通过光在光纤中的不断反射来传送调制的光信号，就可以把信息从光纤的一端传送到另一端，从而达到了传导光波的目的。折射角入射角包层（低折射率的媒体）包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯光缆的结构大致可分为缆芯（CableCore）和保护层（Sheath）两大部分光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光纤传输又分成多模传输和单模传输只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生全反射，并且可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，这种光纤就称为多模光纤（MultimodeFiber），如图输入脉冲输出脉冲多模光纤单模光纤:光纤的直径减小到只有一个波长，光纤就象一根波导，使光线沿直线传播没有反射输入脉冲输出脉冲单模光纤从传输性能上看，多模光纤传输速率低传输距离短(2km以内)，整体传输性能差，用于建筑物内或地理位置相邻的环境中。单模光纤传输频带宽、容量大、传输距离长，但需要激光源，成本较高，通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。光缆的连接方式双绞线的制作工具超五类网线RJ45水晶头双绞线的制作工具网线钳双绞线的制作工具网线测试仪微波通信直线传播，长途通信时必须建立多个中继站微波通信主要有两种方式：地面微波通信和卫星微波通信。红外线与激光通信红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空间沿直线进行传播二、非导向传输媒体网络接口卡计算机通过网卡连接到网络进行串行/并行转换。对数据进行缓存。实现以太网协议.每块网卡都有一个MAC地址中继器数据信号在数物理层传输介质中传输会出现衰减现象，因此想要让数据信号在介质中传输得更远，需要采取以下方法：改变信号源改进信号传输介质使用中继器中继器中继器ABAABB集线器集线器BA集线器BA三个基本概念广播向网络上的所有设备发送数据广播域网络上所有能够接收到同样广播分组的设备的集合冲突域网络中的一部分，以网桥、交换机或者路由器为边界，在冲突域中任意两台主机同时发送数据都会产生冲突一个广播域包含一个或多个冲突域物理层设备导致的冲突BACD文件服务器某大学有三个系，各自有一个局域网用多个集线器可连成更大的局域网三个独立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中一系三系二系主干集线器一个更大的碰撞域碰撞域42网桥可将两个或多个地址兼容的网段连接起来其特点是：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桥以太网交换机工作在全双工方式。每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。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；使用以太网交换机的网络叫做交换式以太网以太网交换机交换网络的带宽10Mb/s的8口交换机构成的网络，网络中每台计算机的带宽为10Mb/s10Mb/s的8口集线器构成的网络，网络中每台计算机的带宽为1.25Mb/s用以太网交换机扩展局域网一系三系二系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具有多种速率的接口交换机的数据传输机制•存储转发•直通转发•无碎片直通转发存储转发ABCD交换机线速转发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。∵帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为64B，∴＜64字节的帧必然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。以太网MAC帧物理层MAC层IP层目的地址源地址类型数据FCS6624字节46~1500IP数据报MAC帧以太网的MAC帧格式虚拟LAN(VLAN)优点包括限制广播，提高交换机性能简化网络管理简化网络结构，保护网络投资提高网络的数据安全性5253VLAN的一个设计实例A4B1VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2交换机交换机交换机交换机路由器工作原理路由器在网络层工作的两个过程找到分组相应的出口，这可通过查找选路表即可将分组从入口送到出口，这取决于路由器的体系结构54路由器LAN1LAN2计算机计算机计算机计算机计算机计算机56路由器外形路由器体系结构57输入端口输入端口输出端口输出端口交换结构选路处理器三种交换技术58XYZABC内存XYZABC存储器总线ABCZYX互联网络三种交换结构的比较经内存交换若内存带宽为每秒可写进或读出B个分组，则总的转发吞吐量必然小于B/2经一根总线交换总线带宽可达千兆比特/秒，则用于接入网或企业网的路由器来说，通过总线交换通常是足够的经一个互联网络交换使用一个更复杂的互联网络，具有最高的吞吐量59网关网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。大多数网关运行在OSI7层协议的顶层--应用层。网关网关例子思考题如何给寝室设计一个小型局域网？总结物理层互连设备数据链路层互连设备网络层互连设备传输层以上互连设备