第1章网络互联设备.ppt

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1、网络设备使用与维护,张凌杰 主编 高等教育出版社,第1章 网络互联设备,1.1 网络传输介质互联设备 1.2 物理层互联设备 1.3 数据链路层互联设备 1.4 网络层互联设备 1.5 应用层互联设备 1.6 案例分析,1.1 网络传输介质互联设备,1屏蔽或非屏蔽双绞线连接器RJ-45 RJ-45非屏蔽双绞线连接器有8根连针,2千兆以太网光纤网卡 千兆以太网光纤网卡采用SC光纤接口,1.1 网络传输介质互联设备,3BNC接口,4AUI接口,1.1 网络传输介质互联设备,5RS-232（DB-25）接口 RS-232（DB-25）接口是目前微机与线路接口的常用方式。 6DB-9串口,7调制解调器

2、 调制是把数字信号转换成模拟信号；解调是把模拟信号转换成数字信号，它一般通过串口与计算机相连。,1.2 物理层互联设备,1.2.1 中继器 1.2.2 集线器,1.2.1 中继器,中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。,1.2.2 集线器,集线器（Hub）是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。,1.3 数据链路层互联设备,1.3.1 网桥 1.3.2 交换机,1.3.1 网桥,网桥（Bridge）是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于数据

3、链路层的一种设备，它的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。,1.3.2 交换机,1交换机的定义 局域网交换机拥有许多端口，每个端口有自己的专用带宽，并且可以连接不同的网段。,2交换机的特性 通过集线器共享局域网的用户不仅是共享带宽，而且是竞争带宽。 利用交换机的网络微分段技术，可以将一个大型的共享式局域网的用户分成许多独立的网段，减少竞争带宽的用户数量，增加每个用户的可用带宽，从而缓解共享网络的拥挤状况。,1.3.2 交换机,3二层交换技术 二层交换技

4、术是发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。,1.3.2 交换机,4. 转发方式 转发方式分为直通式转发、存储式转发和无碎片直通式（更高级的直通式转发），由于不同的转发方式适用于不同的网络环境，因此，应根据实际需要进行选择。,1.3.2 交换机,（1）直通式转发 直通式（Cut Through）方式在输入端口检测到一个数据包后，只检查其包头，取出目的地址，通过内部的地址表确定相应的输出端口，然后把数据包转发到输出端口。这样就完成了交换。因为它只检查数据包的包头（通常只检查14

5、个字节），所以，这种方式具有延迟时间短，交换速度快的优点。,1.3.2 交换机,（2）存储式转发 存储转发（Store and Forward）是计算机网络领域使用得最为广泛的技术之一，在这种工作方式下。交换机的控制器先缓存输入到端口的数据包，然后进行CRC校验，滤掉不正确的帧，确认包正确后，取出目的地址，通过内部的地址表确定相应的输出端口，然后把数据包转发到输出端口。,1.3.2 交换机,（3）无碎片直通式转发 无碎片直通（Fragment Free Cut Through）是介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案，它检查数据包的长度是否够64字节（512bit），如果小于64字节，说明该

6、包是碎片（即在信息发送过程中由于冲突而产生的残缺不全的帧），则丢弃该包，如果大于64字节，则发送该包。该方式的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。,1.3.2 交换机,5背板带宽 背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，也称交换总线带宽，,（1）线速的背板带宽 交换机上所有端口能提供的总带宽的计算公式为端口数相应端口速率2（全双工模式）。 如果总带宽标称背板带宽，那么在背板带宽上是线速的。 （2）包转发率（吞吐量） 包转发率的衡量标准是以单位时间内发送64字节的数据包（最小包）的个数作为计算基准的。,1

7、.3.2 交换机,实际上一个数据包的长度=8个字节的前导符 +64个字节的数据包 +12字节的帧间隙 =64+512+96=672位,千兆端口线速包转发率=1000Mbps/672=1.488095Mpps，约等于1.4881Mpps， 百兆端口线速包转发率=100Mbps/672=0.1488095Mpps，约等于0.14881Mpps。,所以包转发率的计算公式为： 包转发率=千兆端口数量1.488Mpps+百兆端口数量0.1488Mpps+其余类型端口数相应计算方法，如果这个速率能标称包转发速率，那么交换机在做交换的时候可以做到线速。,1.4 网络层互联设备,1.4.1 路由器 1.4.2

8、 三层交换机和四层交换机,1.4.1 路由器,1. 路由器 路由器工作在OSI模型的第三层网络层 路由器内部可以分为控制部分和数据通道部分。 2. 路由器的优缺点 （1）优点 适用于大规模的网络； 复杂的网络拓扑结构，负载共享和最优路径； 能更好地处理多媒体； 安全性高； 隔离不需要的通信量； 节省局域网的频宽； 减少主机负担。 （2）缺点 它不支持非路由协议； 安装复杂； 价格高。,1.4.1 路由器,3. 路由器的功能 （1）在网络间截获发送到远地网段的报文，起转发的作用。 （2）选择最合理的路由，引导通信。 （3）路由器在转发报文的过程中，为了便于在网络间传送报文，按照预定的规则把大的数

9、据包分解成适当大小的数据包，到达目的地后再把分解的数据包包装成原有形式。 （4）多协议的路由器可以连接使用不同通信协议的网络段，作为不同通信协议网络段通信连接的平台。 （5）路由器的主要任务是把通信引导到目的地网络，然后到达特定的节点站地址。,1.4.1 路由器,路由器的工作原理 中间节点路由器在网络中传输时，提供报文的存储和转发。同时根据当前的路由表所保持的路由信息情况，选择最好的路径传送报文。,1.4.1 路由器,4集线器、交换机与路由器的特点 （1）集线器的特点 所有端口同在一个广播域内；所有端口同在一个冲突域内； 所有端口共享带宽； 广播式转发数据。 （2）交换机的特点 交换机的所有端

10、口都在一个广播域内； 交换机每个端口带宽是独立的； 交换机每个端口都是独立的冲突域； 交换机能够识别数据链路层的控制信息。 （3）路由器的特点 路由器每个端口都是独立的广播域； 路由器每个端口都是独立的冲突域； 路由器能够识别网络层的控制信息。,1.4.2 三层交换机和四层交换机,1什么是三层交换机 三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。 三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术+三层转发技术。 三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速，

11、复杂所造成的网络瓶颈问题。,1.4.2 三层交换机和四层交换机,2. 三层交换原理 3二层交换、三层交换、四层交换与路由器技术的区别,1.4.2 三层交换机和四层交换机,4端口号 OSI模型的第四层是传输层。传输层负责端对端通信，并包括有TCP协议和UDP协议。 TCP和UDP就是负责将报文转发给适当进程。 两台主机要进行远程通信就必须定义：本地主机、本地进程、远程主机、远程进程。 要定义进程，就要定义IP地址和端口号。本地主机和远程主机是用IP地址来定义的。端口号可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议（例如HTTP、FTP等）。在TCP/IP协议栈中，端口号是065535之间的整数。,1.4

12、.2 三层交换机和四层交换机,当本地主机访问远程主机的某种网络访问时，有远程主机的IP地址和熟知端口号，本地主机的IP地址和短暂端口号，便可以进行完整的传输,1.4.2 三层交换机和四层交换机,Internet地址分配机构（IANA）将端口号划分为三个范围：熟知的、注册的和动态的（或私有的）。 （1）熟知端口号：01023，由IANA指派和控制，这些叫做熟知端口。 （2）注册端口：102449151，IANA不指派也不控制。它们只能在IANA注册以防止重复。 （3）动态端口：4915265535，既不用指派也不用注册。它们可以由任何进程来使用，是临时的端口。,1.4.2 三层交换机和四层交换机

13、,TCP的熟知端口,UDP的熟知端口,1.5 应用层互联设备,1.5.1 网关 1.5.2 防火墙,1.5.1 网关,在一个计算机网络中，当连接不同类型而协议差别有较大的网络时，则要选用网关设备。网关的功能体现在OSI模型的最高层，它将协议进行转换，将数据重新分组，以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信 。,1.5.2 防火墙,防火墙一方面阻止来自因特网的对受保护网络的未授权或未验证的访问，另一方面允许内部网络的用户对因特网进行Web访问或收发E-mail等。防火墙也可以作为一个访问因特网的权限控制关口，如允许组织内的特定的人可以访问因特网。现在的许多防火墙同时还有具有一些其他特点，如进行身份鉴别，对信息进行安全（加密）处理等等。,1.6 案例分析,二层交换机升级成三层交换机,在网络中心的核心二层交换机通过千兆光纤分别连接三个专业职能系统的二层交换机，在网络终端100M交换到桌面。如图所示，为了让三个专业职能系统互相不能访问，但它们又可以访问网络中心的各种服务器，并且又减小冲突域，防止广播风暴，提高企业网络的安全性能，请问该如何改造？,本章小结,网络互联设备是计算机网络系统中重要的不可缺少的组成部分。网络线路与用户节点具体连接时，要根据网络传输介质正确选择互联接口设备。在物理层互联设备、数据链路层互联设备、网络层互联设备、应用层互联设备中，要了解每层高备的工作原理及使用场合。,