03.认识和使用网络设备及绘制网络拓扑图

课题3认识和使用网络设备及绘制网络拓扑图教学目标能力目标•能够辨别各种网络设备•能够根据实际需求选购网络设备•能够使用visio绘制企业网络拓扑结构图知识目标•了解主要的网络设备及功能•理解网络设备工作层次•了解主流产品的型号、性能、参数•掌握主要网络产品的应用•掌握中小型企业网络结构的分析和绘制3主要内容认识网络设备•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绘制企业网络拓扑结构图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企业内部网外部访问子网因特网网络设备在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）中继器（集线器）的概念结构应用层传输层互连网层数据链路层物理层应用层传输层互连网层数据链路层物理层PHY中继器主机2主机1网段1网段2网桥（交换机）的概念结构网段2网段1应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层数据链路层物理层PHYDL网桥主机2主机1PHY网络层路由器的概念结构应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层PHYDL互连网层路由器主机1主机2DLPHY子网1子网2网关的概念结构应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层PHYDLIP应用层/传输层网关主机2主机1PHYDLIP网络1网络21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。调制解调器技术与相关标准三种调制技术•振幅调制——振幅键控（ASK）•频率调制——频移键控（FSK）•相位调制——相移键控（PSK）实际应用中，往往采用以上三种基本调制方式的组合来达到更高的调制效率高速调制解调器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）RAS2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网卡网卡的功能数据缓存•匹配主机数据处理速率与网络的传输速率封装/解封装•加上控制字段→以帧为单位进行传输→卸下控制字段介质访问控制•CSMA/CD、TokenPassing串/并转换•将主机的并行数据转换成串行位流数据编码/解码•转换为适合网络介质传输的信号形式数据发送/接收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、ATM3中继器与集线器1.中继器（Repeater）工作在物理层功能：信号整形和放大，在网段之间复制比特流特点：不进行存储——信号延迟小不检查错误——会扩散错误不对信息进行任何过滤可进行介质转换——如UTP转换为光纤用中继器连接的多个网段是一个冲突域应用注意事项：不能构成环、应遵守以太网的3-4-5规则192.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：8，12，16，24独立式（Standalone）固定端口配置，扩充时用级连的方法。堆叠式（Stackable）固定配置，用堆叠方法进行扩充——堆叠连接在一起的HUB在逻辑相当于一台单独的HUB，可统一管理。模块化（Module）又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不同的插卡满足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）。集线器类型：按结构形式划分集线器的类型：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4网桥与网络交换机共享信道LAN的缺点•冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突；•网络中站点越多，冲突现象越严重；•具有n个站点的总带宽B的共享网络，每个站点的平均拥有带宽为B/n。解决的方法•提高网络传输速度——没有从根本上解决问题•网络分段（微网段化）减少每个网段中站点的数量,使冲突的概率减小实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器网络分段示意HUBHUB广播域独立的冲突域独立的冲突域网桥或网络交换机交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域HUB冲突域/广播域网段2网段1总带宽:BW×2结点带宽:BW/4总带宽:BW结点带宽:BW/8网桥存储转发设备，工作在数据链路层用网桥连接的多个网络对外呈现为一个单独的物理网络•具有唯一的网络地址根据路径选择方法，有两种网桥：•透明网桥（TransparencyBridge）由网桥负责路由选择，网桥和路由对站点透明以太网中最常用•源选径网桥（SourceRoutingBridge）由源站点负责路由选择，网桥和路由对站点不透明透明网桥工作原理•网桥有寻址和路由选择能力，路由选择采用查表法：网桥内的转发表描述了到达每个站点的路由；转发表主要由端口号和站点MAC地址组成。•工作原理对于从端口收到的每个报文，查看其目的MAC地址，并与转发表对照：•若目的MAC地址在接收端口的表项中，则丢弃报文——过滤；•若目的MAC地址在某一端口的表项中，则把报文转发到与该端口连接的网段——交换（转发）；•若目的MAC地址不在表中，则向接收端口外的其他所有端口广播该报文——广播。透明网桥工作原理归纳为：基于转发表的过滤、转发和广播。转发表C网桥转发的例子：A→B，A→CBA源选径网桥源路由选择原理•由源站点负责路由选择；•源站点通过发送探测帧来发现路由；•探测帧将沿每一条可能的路径扩散传播；•每一个源选径网桥都会将路由信息插入探测帧的头部。•探测帧到达目的站点时，目的站点把探测帧中的路由信息作为响应返回；•源站点把收到的第一个响应帧中的路由信息作为到达目的站点的最佳路由。路由信息形式：LAN，网桥，LAN，网桥，……形式的编号序列。透明网桥和源选径网桥的比较比较项目透明网桥源选径网桥服务类型无连接面向连接透明性完全透明不透明配置、管理自动配置，容易管理人工配置最佳路由不一定最优优化路由的确定逆向学习探测帧故障处理及拓扑变化网桥负责主机负责复杂性及开销网桥负担主机负担用网桥进行网络互联的优缺点优点：•可实现不同类型的LAN互联；•能够隔离错误帧，不会使错误扩散；•限制了冲突域的范围；•隔离故障。缺点：•无法控制广播；•只能用存储转发方式，速度比较慢；•无流量控制，负载重时会出现丢帧现象。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）CISCO交换机系列Catalyst4XXXNew灵活性Catalyst29xxNewEnhancedCatalyst1900/2820Catalyst6XXXNewCatalyst85XXNewCatalyst5XXXNewL3SupCatalyst35xxNewCatalyst1900Catalyst28202912-XL2924-XL2924C-XL2912MF-XL2924M-XLAllPortsSupport802.1Q&ISLTrunkingCatalyst2900-XLUnitPriceCatalyst3512XLGBICCatalyst3508GXLCatalyst3500XLCatalyst3524XL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。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。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