第4章网络互联设备.ppt

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1、计算机网络计算机网络第第4 4章章 网络互联设备网络互联设备v 4.1 网络互连的概述v 4.2 物理层互联设备v 4.3 数据链路层互联设备v 4.4 网络层互联设备v 4.5 应用层互联设备9.1 9.1 网络互连的概述网络互连的概述 1、互联网的概念 计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连而成，即从功能上和逻辑上看，这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，称为互连网络互连网络（Internetwork），也简称为互联网。将网络互相连接起来要使用一些互连设备（中间设备），常用的网络互连设备有中继器、网桥、路由器、交换机和网关等。4.1 4.1 网络互连的概述网络互连的概述2 网络互

2、连的方式 LAN-LAN LAN-WAN WAN-WAN4.1 4.1 网络互连的概述网络互连的概述v LAN-LAN 互连层次 LAN-LAN网络互连发生在OSI/RM的数据链路层。互连设备 LAN-LAN网络的互连设备是网桥、中继器或路由器。4.1 4.1 网络互连的概述网络互连的概述v LAN-WAN 互连层次 LAN-WAN的互连发生在网络层。互连设备 LAN-WAN的互连设备是路由器。4.1 4.1 网络互连的概述网络互连的概述v WAN-WAN 互连层次 WAN-WAN互连发生在OSI/RM的传输层及其上层。互连设备 WAN-WAN的互连设备是网关。4.2 4.2 物理层互联设备物

3、理层互联设备v 在物理层通常提供两种类型的网络互连设备，即中继器(repeater)和集线器(hub)。v 1.1.中继器中继器 中继器具有对物理信号进行放大和再生的功能，其将从输入接口接收的物理信号通过放大和整形再从输出接口输出。中继器具有典型的单进单出结构，所以当网络规模增加时，可能会需要许许多多的单进单出结构的中继器作为信号放大之用。使用中继器应遵守以下两条原则：一是用中继器连接的以太网不能形成环型网；另一个必须遵守MAC（介质访问控制）协议的定时特性，即用中继器将电缆连接起来的段数是有限的。4.2 4.2 物理层互联设备物理层互联设备2 2、集线器、集线器4.2 4.2 物理层互联设备

4、物理层互联设备v 2 2、集线器、集线器 集线器就是通常所说的Hub，就是一种多端口中继器，其区别仅在于中继器只是连接两个网段，而集线器能够提供更多的端口服务。集线器通过对工作站进行集中管理，能够避免网络中出现问题的区段对整个网络正常运行的影响。（1）集线器的功能 在网络中，集线器是一个共享设备，主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。依据IEEE802.3协议，集线器功能是随机选出某一端口的设备，并让它独占全部带宽，与集线器的上联设备（交换机、路由器或服务器等）进行通信。4.2 4.2 物理层互联设备物理层互联设备v 2 2、集线器、集线器（2）集线器的分类 集线器有很多

5、种分类方法。集线器可以按速度、配置形式、管理方式和端口数不同进行分类。按供电方式可分为无源HUB和有源HUB。按网关功能可分为无管理HUB和管理式HUB。按RJ45端口数来分有8口、12口、16口、24口、48口等几类。按适用的网络类型可分为以太网Hub、令牌环网Hub、FDDI Hub、ATM Hub。按提供带宽可分为10Mbps、10/100Mbps、100Mbps、10/100/1000Mbps Hub。按照扩展方式分类，集线器有可堆叠集线器和不可堆叠集线器两种。4.2 4.2 物理层互联设备物理层互联设备v 2 2、集线器、集线器（3）集线器的端口 端口是所连接结点的端口。集线器通常都

6、提供三种类型的端口，即RJ45端口、BNC端口和AUI端口。以适用于连接不同类型电缆所构建的网络，一些高档集线器还提供光纤端口和其他类型的端口，RJ45端口可用于连接RJ45 接头，适用于由双绞线构件的网络，这种端口是最常见的。平常所说的多少口集线器，就是指的具有多少RJ45端口。一般地，集线器有一个“UP Link端口”，用于与其它集线器的连接（级联）。4.2 4.2 物理层互联设备物理层互联设备v BNC接头，是一种用于同轴电缆的连接器，全称是Bayonet Nut Connector（刺刀螺母连接器），在高档的监视器、音响设备中经常用来传送音频、视频信号4.2 4.2 物理层互联设备物理

7、层互联设备v RJ45是一个常用名称，指的是由IEC(60)603-7标准化，使用由国际性的接插件标准定义的8个位置(8针)的模块化插孔或者插头。IEC(60)603-7也是ISO/IEC 11801国际通用综合布线标准的连接硬件的参考标准。v 以太网ETHERNET的采用接口的就是RJ45,还有连接家用路由器和电脑宽带接口的都是RJ45.4.2 4.2 物理层互联设备物理层互联设备v AUIAUI端口端口是用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种D型15针接口，这在令牌环网或总线型网络中是一种比较常见的端口之一。路由器AUI接口主要是用粗同轴电缆作为传输介质的网络进行连接用的 4.2 4.2 物

8、理层互联设备物理层互联设备4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备v 4.3.1 4.3.1 网桥网桥 网桥工作在OSI模型中数据链路层的MAC子层。网桥可以将局域网分成两个或更多的网段，它通过隔离每个网段内部的数据流量，从而增加了每个节点所能使用的有效带宽。网桥的重要功能是不受介质访问子层中冲突域的限制而扩展网长，对于众多的共享LAN可以隔离LAN段，为每一个LAN段提供相同的带宽，这就等于扩大了总带宽，既可使各个LAN段内部信息包、冲突包都不会广播到另一个LAN段，明显地提高了利用效率。同时网桥又具有存储、转发、过滤功能，使应当发送到另一个LAN的信息正确转发。4.3 4.3

9、数据链路层互联设备数据链路层互联设备v 网桥功能网桥功能(1)物理上扩展网络一个网桥可以连接多个网络，同时一个网络又可以使用多个网桥与其他网络互连。(2)数据过滤功能4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备v(3)逻辑划分网络的功能 通过对帧的过滤，网桥实现了物理网络内部通信的相互隔离，源和目标在同一物理网段中的数据帧由于网桥的数据过滤作用是不会被转发或渗透到其他网段中的。v(4)数据推进功能(动画)网桥根据数据过滤的结果实现数据帧的转发。v(5)帧格式转换功能 当数据帧通过网桥到达另一个执行不同局域网协议的LAN 时，网桥还能够对帧格式进行转换处理。4.3.2 4.3.2 交换机

10、交换机 随着局域网对容量和性能方面需求的增高，1993年，局域网交换设备出现。1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。1.1.交换技术的基本原理交换技术的基本原理 局域网交换技术是OSI参考模型中的第二层数据链路层（Data-Link Layer）上的技术，所谓“交换”实际上就是指转发数据帧（frame）。在数据通信中，所有的交换设备（即交换机）执行两个基本的操作：交换数据帧，将从输入介质上收到的数据帧转发至相应的输出介质；维护交换操作，构造和维护交换地址表。4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备 1.1.交换技术的基本原理交

11、换技术的基本原理 交换机根据数据帧的MAC（Media Access Control）地址（即物理地址）进行数据帧的转发操作。遵循以下规则：如果数据帧的目的MAC地址是广播地址或者组播地址，则向交换机所有端口转发（除数据帧来的端口）。如果数据帧的目的地址是单播地址，但是这个地址并不在交换机的地址表中，那么也会向所有的端口转发（除数据帧来的端口）。如果数据帧的目的地址在交换机的地址表中，那么就根据地址表转发到相应的端口。如果数据帧的目的地址与数据帧的源地址在一个网段上，它就会丢弃这个数据帧，交换也就不会发生。4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备数据帧交换过程4.3 4.3 数据链

12、路层互联设备数据链路层互联设备以下图为例，学习具体的数据帧交换过程。当主机D发送广播帧时，交换机从E3端口接收到目的地址为ffff.ffff.ffff的数据帧，则向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧。数据帧交换过程4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备数据帧交换过程4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备 当主机D与E主机通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.5555的数据帧，查找地址表后发现0260.8c01.5555并不在表中，因此交换机仍然向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧。当主机D与主机F通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为

13、0260.8c01.6666的数据帧，查找地址表后发现0260.8c01.6666也位于E3端口，即与源地址处于同一个网段，所以交换机不会转发该数据帧，而是直接丢弃。数据帧交换过程4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备 当主机D与主机A通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.1111的数据帧，查找地址表后发现0260.8c01.1111位于E0端口，所以交换机将数据帧转发至E0端口，这样主机A即可收到该数据帧。数据帧交换过程4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备数据帧交换过程 如果在主机D与主机A通信的同时，主机B也正在向主机C发送数据，交换机同

14、样会把主机B发送的数据帧转发到连接主机C的E2端口。这时E1和E2之间，以及E3和E0之间，通过交换机内部的硬件交换电路，建立了两条链路，这两条链路上的数据通信互不影响。因此网络亦不会产生冲突。4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备 所以，主机D和主机A之间的通信独享一条链路，主机C和主机B之间也独享一条链路。而这样的链路仅在通信双方有需求时才会建立，一旦数据传输完毕，相应的链路也随之拆除。这就是交换机主要的特点。数据帧交换过程4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备v 2 2、交换机的转发方式、交换机的转发方式 转发的三种方式：直通式、存储转发、无碎片直通式 直通式

15、：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。存储-转发方式 是指在交换机接收到数据帧时，先存储在一个共享缓冲区中，然后进行过滤（滤掉不健全的帧和有冲突的帧）和差错校验处理，最后再将数据按目的地址发送到指定的端口。无碎片直通方式 无碎片直通方式先存储接收到的数据帧的部分字节（前64个字节），然后进行差错检验，如果有错，立即滤除，并要求对方重发此帧，否则认为该帧健全，并马上转发出去。“碎片”是指当信息发送中突然发生冲突时，因为双方立即停止发送数据帧而在网络中产生的残缺不全的帧。碎片是无用的信息，必须将

16、其滤除。4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备v 3 3局域网交换机与集线器的区别局域网交换机与集线器的区别 集线器存在的主要问题是其所有用户共享带宽，每个用户的可用带宽随接入用户数的增加而减少。当通信比较繁忙时，多个用户可能同时争用信道，而信道在某一时刻只允许一个用户占用，故大量的用户经常处于侦听等待状态，这样会严重影响数据传输效率。交换机则为每个用户提供专用的信息通道，除多个源端口企图同时将信息发往同一个目标端口的情况外，各个源端口与其目标端口之间均可同时进行通信而不会发生冲突，从而可以提高数据的传输效率。总结：集线器使用户共享带宽，交换机使用户独享带宽4.3 4.3 数据链路层互联设备数据链路层互联设备v 4.4.交换机的主要参数交换机的主要参数（1）转发方式。转发方式分为直通式转发（现为准直通式转发）和存储式转发两种。（2）转发速率。转发速率是交换机的重要参数，该参数从根本上决定了交换机的速率。目前，最流行的交换机为线速交换机。（3）管理功能。交换机的管理功能（management）指标主要是指交换机的可控性以及用户对交换机的可视程度如何。（4）MAC地址数量。不