网络连接设备概述

网络系统集成技术

NetworksSystemIntegrating

第二章网络连接设备概述第二章网络连接设备概述第二章网络连接设备概述实例:莆田学院中区网络拓扑图第二章网络连接设备概述实例:莆田学院北区子网拓扑图第二章网络连接设备概述本章主要内容2.1网络互联设备概述2.2物理层网络连接设备（集线器/中继器）2.3数据链路层网络连接设备（网桥）2.4网络层网络连接设备（路由器）2.5交换机（二层和三层交换机）2.6应用层网络连接设备（网关）第二章网络连接设备概述2.1网络连接设备概述计算机与计算机或工作站与服务器进行连接时，除了使用连接介质外，还需要一些中介设备。这些中介设备主要有哪些？起什么作用？这是在网络设计和实施中人们所关心的一些问题。网络互联设备通常可分为两类：网络传输介质互联设备（与用户节点连接）网络连接设备（网络内部或网络之间连接）第二章网络连接设备概述常用网络传输介质互联设备有哪些？网络线路与用户节点间的衔接设备常见有：T型连接器；屏蔽或非屏蔽双绞线连接器RJ-45；RS232接口（DB-25）；DB-15接口；VB35同步接口；调制解调器；收发器及光纤收发器终端匹配器第二章网络连接设备概述T型连接器T型连接器与BNC接插件是细同轴电缆的连接器BNC接插件T型连接器(T型头)第二章网络连接设备概述RJ-45连接器用于非屏蔽双绞线连接RJ-45接头(水晶头)第二章网络连接设备概述连接接口DB-25（RS-232）接口是目前微机与线路接口的常用方式。DB-15接口用于连接网络接口卡的AUI接口，可将信息通过收发器电缆送到收发器，然后进入主干介质。VB35同步接口用于连接远程的高速同步接口。第二章网络连接设备概述还有更更多………收发发器器用用于于粗粗同同轴轴电电缆缆与与站站点点网网卡卡间间的的连连接接。。光纤纤收收发发器器用用于于光光纤纤与与无无光光纤纤接接口口的的站站点点/网网络络设设备备之之间间的的连连接接。。调制制解解调调器器（（Modem））其其功功能能是是将将计计算算机机的的数数字字信信号号转转换换成成模模拟拟信信号号或或反反之之，，以以便便在在电电话话线线路路或或微微波波线线路路上上传传输输。。调调制制是是把把数数字字信信号号转转换换成成模模拟拟信信号号；；解解调调是是把把模模拟拟信信号号转转换换成成数数字字信信号号，，它它一一般般通通过过RS-232接接口口与与计计算算机机相相连连。。终端端匹匹配配器器（（也也称称终终端端适适配配器器））安安装装在在同同轴轴电电缆缆（（粗粗缆缆或或细细缆缆））的的两两个个端端点点上上，，它它的的作作用用是是防防止止电电缆缆无无匹匹配配电电阻阻或或阻阻抗抗不不正正确确。。无无匹匹配配电电阻阻或或阻阻抗抗不不正正确确，，则则会会引引起起信信号号波波形形反反射射，，造造成成信信号号传传输输错错误误。。第二二章章网网络络连连接接设设备备概概述述常用用网网络络连连接接设设备备有有哪哪些些?网络络内内部部或或网网络络之之间间的的连连接接设设备备。。网络络连连接接设设备备用用于于将将一一个个网网络络的的几几个个网网段段(segments））连连接接起起来来，，或或将将几几个个网网络络(LAN-LAN，，WAN-WAN，，LAN-WAN））连连接接起起来来形形成成一一个个互互联联网网络络（（interworkorinternet））。。习惯惯上上，，将将它它们们分分成成五五类类：：中中继继器器（（集集线线器器））、、网网桥桥、、交交换换机机、、路路由由器器和和网网关关。。第二二章章网网络络连连接接设设备备概概述述网络络连连接接设设备备网络连接设备connectingdevices联网设备Networkingdevices网际互连设备Internetworkingdevices中继器repeater网桥bridge交换机switch路由器router网关gateway第二二章章网网络络连连接接设设备备概概述述2.2物物理理层层网网络络连连接接设设备备第二二章章网网络络连连接接设设备备概概述述物理理层层网网络络连连接接设设备备（（中中继继器器））Adevicethatextendsthedistanceasignalcantravelbyregeneratingthesignal.一种种通通过过对对信信号号进进行行再再生生处处理理以以延延长长信信号号传传输输距距离离的的设设备备.由于于存存在在损损耗耗，，信信号号在在网网络络传传输输介介质质中中有有衰衰减减和和噪噪音音，，使使有有用用的的数数据据信信号号变变得得越越来来越越弱弱，，衰衰减减到到一一定定程程度度时时将将造造成成信信号号失失真真，，因因此此会会导导致致接接收收错错误误。。因因此此为为了了保保证证有有用用数数据据的的完完整整性性，，并并在在一一定定范范围围内内传传送送，，可可用用中中继继器器把把所所接接收收到到的的弱弱信信号号分分离离，，并并再再生生放放大大以以保保持持与与原原数数据据相相同同。。第二二章章网网络络连连接接设设备备概概述述1、、中中继继器器（（repeater）局域域网网中中最最简简单单、、成成本本最最低低的的网网络络连连接接设设备备功能能：：对对弱弱信信号号进进行行再再生生和和转转发发。。中中继继器器检检测测由由某某个个端端口口接接收收的的输输入入信信号号，，将将其其恢恢复复为为原原始始的的波波形形和和振振幅幅，，然然后后以以最最小小的的延延迟迟将将这这些些经经过过重重整整（（重重定定时时和和恢恢复复））的的信信号号重重新新发发送送到到接接收收端端口口之之外外的的其其他他各各个个端端口口。。无检检错错、、纠纠错错功功能能错错误误的的数数据据经经中中继继器器后后仍仍被被复复制制到到另另一一电电缆缆段段。。用中中继继器器连连接接的的各各网网段段属属于于同同一一个个网网络络，，对对数数据据链链路路层层以以上上的的协协议议来来讲讲，，用用中中继继器器互互联联起起来来的的若若干干段段电电缆缆与与单单根根电电缆缆之之间间并并没没有有差差别别（（除除了了有有一一定定时时延延））。。用中继器器连接的的网络段段都必须须使用同同样的媒媒体访问问方法。。一般情情况下，，中继器器的两端端连接的的是相同同的媒体体，但有有的中继继器也可可以完成成不同媒媒体的转转接(如如粗、细细电缆混混接)。。中继器一一般用于于传统以以太网之之类的总总线型电电缆系统统：增加信号号传送距距离（增增加网段段）相同物理理层协议议的LAN内（（同一网网络不同同网段））的互连连第二章网网络连连接设备备概述2、集线线器（hub））Acentraldeviceinastartopologythatprovidesacommonconnectionamongthenodes.星型拓扑扑中的中中心设备备，提供供站点间间的公共共连接。。其实就是是一种多多端口中中继器，，用于星星型电缆缆系统。。中继器集线器第二章网网络连连接设备备概述集线器的的分类无源(Passive)集线线器只负责把把多段介介质连接接在一起起，不对对信号作作任何处处理，每每一种介介质段只只允许扩扩展到最最大有效效距离的的一半。。有源(Active)集线器器类似于无无源集线线器，但但它具有有对传输输信号进进行再生生和放大大从而扩扩展介质质长度的的功能。。智能(Intelligent)集集线器除具有有有源集线线器的功功能外，，还可将将网络的的部分功功能集成成到集线线器中，，如网络络管理、、选择网网络传输输线路等等。第二章网网络连连接设备备概述集线器的的缺点Hub是是一种共共享介质质的网络络设备，，本身不不能识别别目标地地址，所所以采用用广播方方式无目目的地向向所有节节点发送送信息，，由网络络站点通通过验证证数据包包头的地地址信息息来确定定是否接接收，故故其：一站发送送，全局局广播，，用户争争抢信道道，容易易引起网网络阻塞塞实际接收收只有一一站，却却向所有有站点传传送，绝绝大部分分流量无无效，传传输效率率低同一时刻刻只能进进行两个个端口之之间的数数据传输输，要么么发送，，要么接接收———半双工工，进一一步降低低传输效效率每个节点点都能侦侦听到所所发送的的数据包包，安全全性较差差第二章网网络连连接设备备概述2.3数数据链链路层网网络连接接设备第二章网网络连连接设备备概述网桥（桥桥接器,bridge）AnetworkdevicethatinterconnectstwoLANsthatusethesamelogicallinkcontrolprotocolbutmayusedifferentmediumaccesscontrolprotocols.一种网络络设备,用于于两个使使用LLC(逻逻辑链路路控制)协议相相同但MAC(媒体访访问控制制)协议议可能不不同的网网络的互互联。常用于外外网租用用电路接接入和无无线局域域网内联联。广域网接接入以太太网桥NOKIA无线网桥

E1网桥第二章网网络连连接设备备概述网桥的作作用网桥是一一个局域域网与另另一个局局域网之之间建立立连接的的桥梁。。它的作作用是扩扩展网络络和通信信手段，，在各种种传输介介质中转转发数据据信号，，扩展网网络的距距离，同同时又有有选择地地将有地地址的信信号从一一个传输输介质发发送到另另一个传传输介质质，并能能有效地地限制两两个介质质系统中中无关紧紧要的通通信。网桥可分分为本地网桥桥和远程网桥桥。本地网网桥是指指在传输输介质允允许长度度范围内内互联网网络的网网桥；远远程网桥桥是指连连接的距距离超过过网络的的常规范范围时使使用的远远程桥，，通过远远程桥互互联的局局域网将将成为城城域网或或广域网网。如果果使用远远程网桥桥，则远远程桥必必须成对对出现。。第二章网络络连接设备概概述网桥的主要功功能识别MAC地地址帧的接收、存存储与转发网桥可以把一一个物理网络络的不同网段段分成N个逻逻辑隔离的网网络，使这个个逻辑网络的的行为看起来来就像一个单单独的物理网网络一样，从从而减少冲突突，提高网络络性能。纠错（隔离错错误帧）维护硬件地址址表，并根据据这个表将帧帧传送给特定定的子网第二章网络络连接设备概概述网桥的应用和和分类应用：同协议组相同同或不同MAC协议的LAN的互连连（如以太网网与令牌环网网连接）。划分网络，减减少整个网络络数据链路层层的广播流量量（只有不同同网段的信息息才能通过网网桥）并提高高可靠性（网网桥两端形成成不同LAN，任一个出出现故障（断断线等）不会会影响另一个个）。分类：内桥（由服务务器兼任）外桥（专门计计算机）第二章网络络连接设备概概述常用桥接技术术（算法）IEEE802委员会为为网桥规定了了两种桥接技技术(算法)：透明网桥(transparentbridge）主要用于以太太网环境（（标准：IEEE802.1））源路由选择网网桥(SRB,sourceroutingbridge）主要用于令牌牌环环境（（标准：IEEE802.5））第二章网络络连接设备概概述TransparentBridge透透明网桥透明网桥具有有通过分析来来自所有连接接网络的输入入封包的源地地址来“学习习”网络的拓拓扑结构并建建立起一张自自己的路径选选择表（站表表）的功能。。它的表现和和操作对网络络主机而言是是透明的。透透明网桥处理理帧的技术原原理可以归纳纳为：广播未知帧（（不知就广播播）学习源地址（（建立MAC-端口映射射表）丢弃本网帧（（过滤功能））转发异网帧（（按MAC-端口映射表表转发）特点：使用MAC-端口口映射表缺点：不能选选择最佳路由由。第二章网络络连接设备概概述网桥的数据过过滤功能第二章网络络连接设备概概述为什么叫“透透明网桥”？？“透明网桥””又称“生成成树网桥”(spanningtreebridge)。“透透明”的含义义：装有多个个LAN的单单位在买回IEEE标准准网桥之后，，只需把连接接插头插入网网桥，就万事事大吉。不需需要改动硬件件和软件，无无需设置地址址开关，无需需装入路由表表或参数。总总之什么也不不干，只须插插入电缆就完完事，现有LAN的运行行完全不受网网桥的任何影影响。透明网桥的优优点是易于安安装，只需插插进电缆即大大功告成。但但是从另一方方面来说，这这种网桥并没没有最佳地利利用带宽。第二章网络络连接设备概概述透明网桥是如如何“自动学学习”的？透明网桥采用用的算法是““逆向学习法法”，基本思思想是利用每个MAC帧中的的源地址字段段。桥显然能能看见所连接接的任一LAN上传送的的帧。当一个个帧到达一个个特定的端口口时，查看源源地址即可知知道在哪个LAN上可访访问哪台机器器。第二章网络络连接设备概概述桥接循环———透明网桥之之大忌使用透明网桥桥必须注意不不可出现“桥桥接循环”，，即连接的任任何两个LAN间不可存存在多条网桥桥路径。否则则要么出现网网络通信失败败，要么导致致网络阻塞（（congesting）。解决桥接循环环问题采用的的方法是“生生成树算法””(STA,SpanningTreeAlgorithm)。。它将冗余的的路径设置成成阻塞状态，，提高了网络络循环连接的的可用性，同同时消除了桥桥接循环带来来的问题。第二章网络络连接设备概概述生成树算法生成树算法（（STA）和和生成树协议议（STP））是一种确保保任何两台交交换机（多口口网桥）之间间只有一条数数据路径的自自动配置算法法。此协议也也可进一步增增强为每个VLAN建立立一个生成树树。它在提供供路径冗余和和网络可扩展展性的同时，，保证网络的的无环路拓扑扑。STP允许在在两个或多个个交换机中可可以存在多条条路径，但同同一时间只有有一条路径可可以激活。其其余的路径将将被置于阻塞塞模式。如果果主路径失败败，一条备选选路径将会从从阻塞状态转转换到转发状状态从而重新新建立交换机机之间的连接接。第二章网络络连接设备概概述生成树算法的的原理生成树算法利利用了一个来来自图论的基基本结论；对对于那些由许许多节点以及及连接节点的的边组成的连连通图，存在在一棵“生成成树”，它保保证了图的连连通性，同时时又没有一个个闭合环。(a)带环图(b)对应的生成树第二章网络络连接设备概概述源路由网桥其特点是由发发送帧的源工工作站负责路路由选择，每每个源工作站站都配置一张张“路由选择择表”。源路由网桥处处理帧的技术术原理可以归归纳为：广播路由选择择帧（源站以以广播方式向向目的站发送送一个路由选选择帧，沿所所有可能的路路径传送，在在传送中，每每个路由选择择帧都记下所所经过的路径径。）接收路由选择择帧（当路由由选择帧到达达目的站后，，就沿原路径径返回源站，，带回路由信信息）生成路由选择择表（源站从从所有可能的的路径中按一一定规则———如最先发回回路由选择帧帧的路由或最最小的网络节节点数等———选择一条最最佳路由，记记入本站的路路由选择表中中）封装源路由信信息（凡从这这个源站向这这个目的站发发送的帧，其其首部都封装装有源站所确确定的路由信信息）第二章网络络连接设备概概述网桥的优缺缺点网桥属于纯纯硬件设备备，在刚刚刚启动整个个网络时，，网桥对网网络的拓扑扑一无所知知，但它却却具有基本本的MAC地址学习习功能。网网络上的每每一台计算算机都发送送过数据之之后，网桥桥就成为智智能的了———它了解解每一台计计算机在哪哪一个网段段上，从而而减少了网网络冲突发发生的概率率——减少少冲突域。。网桥不能阻阻止广播。。广播信息息的隔绝要要靠3层的的连接设备备——路由由器。第二章网网络连接设设备概述2.4网络层网络络连接设备备（路由器器）第二章网网络连接设设备概述骨干路由器器和接入路路由器第二章网网络连接设设备概述应用示例第二章网网络连接设设备概述路由器(Router)Aninternetworkingdevicethatconnectstwocomputernetworks.Itmakesuseofaninternetprotocolandassumesthatalloftheattacheddevicesonthenetworksusethesamecommunicationsarchitectureandprotocols.ArouteroperatesatOSIlayer3.Itforwardspacketsfromonenetworktoanother.用于连接两两个计算机机网络的网网络互联设设备。它使使用IP协协议，且假假定网络上上所有相连连的设备都都使用相同同的通信体体系结构和和协议。路路由器工作作在OSI模型的第第三层，其其作用是将将分组（数数据报）从从一个网络络转发到另另一个网络络。第二章网网络连接设设备概述路由器路由器（Router）用于于连接多个个逻辑上分分开的网络络。逻辑网网络是指一一个单独的的网络或一一个子网。。当数据从从一个子网网传输到另另一个子网网时，可通通过路由器器来完成。。因此，路路由器具有判断网网络地址和和选择路径径的功能，它它能在多网网络互联环环境中建立立灵活的连连接，可用用完全不同同的数据分分组和介质质访问方法法连接各种种子网。路路由器是属属于网络层层的一种互互联设备，，只接收源源站或其他他路由器的的信息，它它不关心各各子网使用用的硬件设设备，但要要求运行与与网络层协协议相一致致的软件。。路由器分本本地路由器器和远程路路由器，本本地路由器器是用来连连接网络传传输介质的的，如光纤纤、同轴电电缆和双绞绞线；远程程路由器是是用来与远远程传输介介质连接并并要求相应应的设备，，如电话线线要配调制制解调器，，无线要通通过无线接接收机和发发射机。第二章网网络连接设设备概述路由器常识识①识别IP地地址②特点：：·互连网络络之间IP数据报的的接收、存存储和转发发·路由器=CPU+内存+路路由协议+（安全防防火墙）③应用·不同网络络间信息的的传送（只只送往已知知网络，不不知就丢弃弃）·内外网隔隔离④分类·专用路由由器·普通计算算机作路由由器（配备备Windows2000等）Cisco公司是世世界上最著著名的路由由器制造商商。第二章网网络连接设设备概述Router:GatewayinInternet路由器在因因特网界也也被称为““网关”（（gateway））。其任务务是管理子子网之间或或子网到因因特网之间间所进行的的网络通信信。客户机机上一般须须设置一个个默认网关关的IP地地址，这样样当一台主主机准备向向另一台主主机发送消消息时，源源主机在IP数据包包中加入了了其自身的的地址以及及目标主机机的地址。。当主机准准备向不在在本地网上上的另一台台主机（根根据目标网网络和子网网地址确定定）发送数数据报时———主机将将检查目标标主机的网网络ID，，并把它与与本地路由由表相比较较——主机机就把数据据报转发给给它的默认认路由器（（默认网关关），然后后由该路由由器负责将将数据报发发送到不同同的网络或或另一台路路由器，直直到该数据据报到达最最终目的地地。如果没没指明默认认网关，通通信将被限限制在该台台主机所在在的本地网网络上。具有路由功功能的三层层交换机也也可以承担担“网关””职能。第二章网网络连接设设备概述路由器和网网桥的区别别如果网桥不不知道下一一个合适的的目标地址址，它们就就将帧送到到除接收端端口之外的的所有活动动端口（这这个过程叫叫做所谓““flooding”——泛泛滥），而而如果路由由器不知道道通往某个个目标地址址的路由，，它们就丢丢弃数据包包并向源站站点发回一一个出错信信息。由于功能扩扩展，路由由器要求更更复杂的软软件（决定定和控制数数据包路由由的协议））以及比讨讨论网桥时时所考虑的的更广泛的的过滤数据据库。第二章网网络连接设设备概述硬件路由器器和软件路路由器路由器是网网络中的核核心设备。。硬件路由由器最典型型的就是Cisco公司的系系列路由器器。软件路路由器是新新兴的产品品，比如TinySoftware推出的WinRoutePro软软件路由器器，Vicomsoft公司司推出的InternetGateway软软件路由器器等等。硬硬件路由器器包括电源源、内部总总线、主存存、闪存、、处理器和和操作系统统等。同时时，它的内内部组件还还包括专用用网卡，用用来处理各各种各样可可能的连接接。它的网网络操作系系统（IOS）中包包含路由软软件，而软软路由器产产品则是运运行在Windows系列的的操作系统统上。在安全性方方面，如果果将软路由由器安装在在非常“干干净”的系系统上，即即系统安装装有最新的的维护程序序和安全补补丁，没有有安装其他他软件，而而且执行NAT(地址转换换)，那么，软软路由器就就能像所有有其它Cisco提提供的硬路路由器一样样安全可靠靠。第二章网网络连接设设备概述2.5交交换机（switch）CISCO6500交换机机第二章网网络连接设设备概述交换机（switch）Adeviceconnectingmultiplecommunicationlinestogether.将将多条通信信线路连接接在一起的的设备。数据链路层层（二层））或网络层层（三层））设备特点现代网络中中大量使用用交换机作作为网络互互连设备。。交换机提供供：·高速的数数据交换能能力·增加网络络带宽·低的延迟迟时间和快快速帧的传传送·在LAN中支持以以太网、快快速以太网网、ATM、令牌环网等多多种网型应用Intranet内部网络络传送控制制第二章网网络连接设设备概述交换机常识识交换机更可可以在现有有的网络上上提供固定定的带宽给给用户以确确保用户传传送数据的的质量；其其端口可以以提供不同同的传输速速度；在传传送方式上上可提供全全双工传输输，提高了了数据的传传送能力。。交换机还提提供了VLAN功能能，用于控控制广播风风暴和网络络管理。跟网桥相比比，网桥所所拥有的功功能交换机机都具备了了，但交换换机增加了了VLAN和三层交交换功能，，拥有更多多的端口（（网桥通常常只有2至至4个）和和更高带宽宽，而且可可工作在网网络层（第第三层）。。交换机最重重要的性能能指标是““背板带宽宽”（SwitchingFabric），，即一台交交换机在背背板处的最最大带宽。。背板（backplane）则指交交换机或集集线器底板板（chassis）内的总总线或交换换矩阵，所所有通过该该设备的流流量至少要要经过背板板一次。第二章网网络连接设设备概述交换机类型型第二层交换换机——多多端口网桥桥解决方法：：使用VLAN技术术（基于物物理端口或或MAC地地址，管理理不便）第三层交换换机基于硬件实实现路由功功能（路由由转发速度度和带宽于于比路由器器可高出数数十倍甚至至更多）；；支持IP（VLAN管理方方便）。第二章网网络连接设设备概述L2andL3Switches所谓“二层层交换机””，简言之之，就是它它能识别MAC层的的信息（能能够剥离并并处理包含含MAC地地址的帧信信息）；所所谓“三层层交换机””，简言之之，就是它它不仅能识识别MAC层的信息息（能够剥剥离并处理理包含MAC地址的的帧信息）），而且能能识别IP层的信息息（能将剥剥离并处理理包含IP地址的数数据报信息息）。还有有所谓“四四层交换机机”，其含含义由此类类推。第二章网网络连接设设备概述Switchvs.Router很多公司司的核心心交换机机是具有有交换机机和路由由器双重重功能的的三层千千兆位以以太网交交换机。。它们象象传统的的交