第5章 网络互连及其设备(11.19)
网络接入和互联设备
网络接入和互联设备1. 简介网络接入和互联设备是指用于连接设备与互联网的硬件和软件组件。
它们扮演着关键的角色，为用户提供可靠的互联网接入，并实现设备之间的通信和数据交换。
本文将介绍网络接入和互联设备的基本原理和常见的种类。
2. 网络接入设备2.1 调制解调器（Modem）调制解调器是用户和互联网服务提供商（ISP）之间传输数据的关键设备。
它的作用是将数字信号转换为模拟信号，以便通过电话线路或电缆线路发送和接收数据。
调制解调器可以使用多种协议，包括传统的拨号调制解调器、数字用户线（DSL）调制解调器和电缆调制解调器。
2.2 路由器（Router）路由器是一种用于连接不同网络并转发数据包的网络设备。
它可以将来自局域网（LAN）的数据发送到广域网（WAN），也可以将来自WAN的数据发送到LAN。
路由器还可以实现网络地址转换（NAT），使得多个设备可以共享一个公共IP地址。
现代路由器通常具有防火墙和无线接入点功能。
2.3 交换机（Switch）交换机是用于在局域网中连接多个设备的网络设备。
它根据MAC地址将数据包从一个端口转发到另一个端口，实现设备之间的直接通信。
交换机可以提供高带宽、低延迟的数据传输，适用于连接大量设备的局域网。
2.4 网络接口控制器（NIC）网络接口控制器，也称为网卡，是计算机连接到网络的物理接口。
它负责将数字数据转换为电信号，并通过网络电缆将数据发送出去。
网卡通常包含以太网接口，用于连接计算机与交换机或路由器。
3. 互联设备3.1 无线访问点（Wireless Access Point）无线访问点是一种用于无线网络连接的设备，它允许设备通过Wi-Fi连接到局域网或互联网。
无线访问点通常与路由器或交换机结合使用，为无线设备提供接入服务。
3.2 防火墙（Firewall）防火墙是一种用于保护网络免受未经授权访问和网络攻击的设备。
它可以根据预先定义的规则过滤和监控网络流量，阻止潜在的威胁进入网络。
网络互连设备培训
网络互连设备培训1. 简介在现代社会中，网络互连设备成为了各个行业不可或缺的一部分。
无论是公司的办公网络，还是家庭的家庭网络，都需要网络互连设备来连接各个终端设备，实现数据的传输和共享。
本文将介绍网络互连设备的基本原理和常见的设备类型，以及如何进行网络互连设备的培训。
2. 网络互连设备的基本原理网络互连设备是指用于将不同网络之间进行连接的设备。
它的基本原理是通过转发和路由数据包来实现网络之间的连接。
网络互连设备通常包括交换机、路由器和防火墙等。
交换机是网络互连设备中最常见的一种。
它通过物理地址（MAC地址）来转发数据包，将接收到的数据包发送到目标设备。
交换机通常用于构建局域网（LAN），连接局域网内的各个终端设备。
路由器是用于连接不同网络之间的设备。
它通过IP地址来转发数据包，将数据包从源网络发送到目标网络。
路由器能够识别不同的网络，并根据预设的路由表决定如何转发数据包。
路由器通常用于构建广域网（WAN）或者连接不同局域网的设备。
防火墙则用于保护网络的安全。
它可以监控网络流量，并根据预设的安全策略来过滤和阻止恶意流量。
防火墙通常位于网络入口处，作为网络的第一道防线，防止未经授权的访问。
3. 常见的网络互连设备3.1 交换机交换机是网络互连设备中最常见的一种。
它可以根据物理地址（MAC地址）来转发数据包，将接收到的数据包发送到目标设备。
交换机有不同的端口数和速度，可以根据实际需求选择合适的交换机。
3.2 路由器路由器是用于连接不同网络之间的设备。
它通过IP地址来转发数据包，将数据包从源网络发送到目标网络。
路由器通常具有多个网络接口，可以连接多个网络。
路由器可以根据预设的路由表来决定如何转发数据包。
3.3 防火墙防火墙用于保护网络的安全。
它可以监控网络流量，并根据预设的安全策略来过滤和阻止恶意流量。
防火墙通常具有多个网络接口，可以连接到不同的网络。
防火墙可以根据源IP地址、目标IP地址、端口号等信息进行流量过滤。
第五章网络互连和ip地址精品PPT课件
第二，IP地址在使用时有很大的浪费。 例：某单位申请到B类地址，B类可容纳6.5万个，该单位
有1万台主机，其余：5.5万个IP地址浪费。
如何划分子网
• 根据地理分布特点划分 – 易于组网技术实现 • 楼群内采用局域网技术构成子网 • 楼群间选择合适的传输媒体和互Байду номын сангаас设备使不同子 网互连 – 节省经费
私有地址
用于企业内部网的IP地址，不会被任何
INTERNET上的路由器转发
➢10.0.0.0—10.255.255.255 A类地址
一个
➢172.16.0.0—172.31.255.255 地址
16个B类
➢192.168.0.0—192.168.255.255 256个C类地 址
IP地址的特性
• 提供全网统一、有效的地址模式
130.1.1.1
主机
主机
主机
130.1.m.11
主机
主机
130.n.*.*
主机
二、IP地址与物理地址
IP地址
首部 应用层数据 TCP报文
硬件地址
首部
数据 IP数据报
网络层及以上 使用IP地址
首部
尾部
Data link及以下 使用硬件地址
MAC帧 （1）IP地址放在IP数据报的首部（在网络层以上使用）。
Internet的网际协议IP
一、IP协议概述 IP协议是TCP/IP体系中二个中最主要的协议
之一，与IP协议配套使用的还有三个协议：
• 地址解析协议ARP(Address Resolution
Protocol)
《网络互连设备》课程标准
《网络互连设备》课程标准一、课程的性质《网络互连设备》课程是计算机网络专业的一门专业课程。
本课程的主要任务是：帮助学生理解交换机和路由器的基本工作原理，掌握交换机、路由器的常用功能和实现这些功能的配置方法，进而掌握分析和解决一般网络问题的能力，并具备合理地选择网络设备，自行组网的基本能力。
二、课程教学目标本课程的教学目标是：使学生具备安装和配置计算机网络设备所必需的基本知识和基本技能，初步形成解决实际问题的能力，为以后的学习和工作打下基础，并注意培养学生的分析、理解和综合能力以及严谨的逻辑思维，使之逐步形成辩证的思维观，加强学生的职业道德观念。
（一）、专业知识培养目标（1）了解广播风暴及其抑制、生成树协议等与网络设备配置和使用相关基本知识；（2）掌握交换机、路由器、防火墙的工作原理和作用；（3）掌握交换机、路由器、防火墙的常用功能；（二）、专业技能培养目标（1）掌握交换机、路由器、防火墙的基本配置及VLAN的配置等的操作方法；（2）掌握实现交换机、路由器、防火墙的常用功能的配置方法；（3）掌握根据网络情况合理选购网络设备的能力。
(三)、素质培养目标（1）初步具备辩证思维的能力；（2）具有热爱科学，实事求是的学风和创新意识、创新精神；具有较强的自学能力；（3）加强职业道德意识；（4）加强团队合作意识。
三、课程的课时分配以表格方式表现各章的学时分配，按照教学内容的要求，合理分配讲课、实验、的学时。
表格如下：四、教学内容与要求项目一交换机【教学内容】交换机的文件操作；Vlan的配置、生成树的配置、三层交换机的配置；【教学重点】交换机的文件操作、Vlan的配置、生成树的配置、三层交换机的配置【教学要求】了解：VLAN产生的原因与标准、VLAN的种类；冗余链路的概念、产生原因及工作原理理解：交换机的工作原理；VLAN内的通信、VLAN间的通信；冗余备份和聚合的区别；生成树协议的工作原理；三层交换机的功能，理解交换机二层与三层的区别。
网络互连设备
3.1 工作原理 (最常用2种）
字节7
1
先导字段
2或6 2或6 2 0~15000~46
4
目的地源 址地址 数据 填充字检 段查和
❖ 切入方式
帧开始标记
数据字段长度
❖ 在输入端口检测到一个数据包时，只检查其包头，取出目的地址， 并通过内部的动态查找标准换算成相应的输出端口，然后把数据包 转发到该端口，这样就完成了交换工作。
传输介质 令牌环网
❖ 网桥通过分析地址字段，以决定是否把收到的帧转发到另一 个网段上，其工作原理如图5-13所示
❖
102 数据
202 数据
102站
网桥
LAN1
202站 201站
LAN2
分类：路由选择算法--- 透明网桥和源路由网桥
（1）透明网桥 网桥中建立一张站表，包括：
❖ 端口号指示将帧发往目的地址应从哪个端口发送出去 （或发往相连的哪个网络）；
4 中继器
❖ 中继器的主要作用是将收到的信号重新整理，使其 恢复原来的波形和强度，然后继续传下去，这样信 号可传得更远。
以太网
中继器
以太网
特点
中继器连接的网段仍然属于一个网络系统 不能无限制的延长网络的距离 最多5个中继网段、4 个中继器 根据连接的介质不同，可分为：
粗缆中继器 细缆中继器 双绞线中继器 光纤中继器 混合中继器
❖ LAN类型用于标识MAC标准，以便确定是否需要进行协 议转换；
❖ 登记时间用于记录帧的到达时间，以便在站表中保留网 络拓扑的最新状态信息。
❖ 当一个网桥刚连接到局域网上时，其站表是空的。 ❖ 网桥便采用“洪泛法”（扩散法）。网桥在转发的过程 中，将帧的源.2 交换机分类
1.速度：10M、100M、1G 2.场合：桌面交换机、工作组交换
第五章网络互联设备
39
交换机
40
交换机与集线器的区别
共享式HUB
It’s for c
It’s for c
e
It’s for c It’s for c It’s for c
a
d
b
c
41
I’know who is c 交换式HUB
A
网3
网1 网2
11 51 E
21 D5 1
B
31
网4
41
网5
51
61
41 6 1 网6
F
C
“4”表示“从本路由 器到网 4”
“”表示“直接交付” “1”表示“距离是 1”
路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表
11 21 31
A
网3
网1 网2
11 51 E
21 D5 1
B
31
网4
41
(2)根据工作方式的不同，HUB可 分为共享式HUB 、堆叠共享式HUB以 及切换式HUB三大类。
22
5.2 集线器
3 集线器的扩展 a.集线器的堆叠(Stack)
集线器的堆叠是指将若干集线器 以特殊电缆通过特殊的端口连接起， 堆叠后的集线器从网络拓扑中可视为 一个集线器，也可作为一个集线器来 管理，如图所示。
下图是路由器功能的典型例子 54
主机 H1 IP1
查找路由表
硬件地址 路由器 R1
查找路由表
路由器 R2
HA1 局域网 HA3
HA4 局域网 HA5
HA6
主机 H2 IP2
局域网 HA2
计算机网络互连设备概述
计算机网络互连设备概述1. 引言计算机网络互连设备是指用于互联网互联的各种硬件设备，包括路由器、交换机、防火墙等。
这些设备起到了连接各个计算机和网络的作用，使得信息可以在各个节点之间传递和交换。
本文将对计算机网络互连设备进行概述，介绍其基本概念、分类和功能。
2. 基本概念2.1 路由器路由器是计算机网络中用于转发数据包的设备。
它基于网络层的IP协议，根据不同的目的地址将数据包从一个网络转发到另一个网络，实现了不同网络之间的互连。
路由器具有路由表和转发表，可以根据路由信息进行数据包的选择性发送和转发。
2.2 交换机交换机是计算机网络中用于转发数据帧的设备。
它基于数据链路层的MAC地址来转发数据帧，可以实现多个计算机之间的高速通信。
交换机具有端口和交换表，可以在不同端口之间根据MAC地址进行数据帧的交换。
2.3 防火墙防火墙是计算机网络中用于保护网络安全的设备。
它可以根据一定的安全策略，过滤和监控网络流量，防止非法入侵和数据泄露。
防火墙可以设置访问控制列表、地址转换和虚拟专用网络等安全功能，提高网络的安全性。
3. 分类3.1 按功能分类根据设备的功能不同，计算机网络互连设备可以分为核心设备和边缘设备。
•核心设备主要包括路由器和交换机，用于实现网络的核心功能，如数据路由和数据转发。
•边缘设备主要包括防火墙、网关和代理服务器，用于实现网络与外部网络的接口和连接，保护网络安全。
3.2 按网络拓扑分类根据网络的拓扑结构不同，计算机网络互连设备可以分为星形网络、总线网络和环形网络等。
•星形网络的互连设备一般是交换机，每个计算机都连接到一个交换机上，实现了点对点的通信。
•总线网络的互连设备一般是集线器，所有计算机都连接到一个集线器上，实现了广播式的通信。
•环形网络的互连设备一般是路由器，每个路由器都连接到两个邻近的路由器上，实现了环形的通信。
4. 功能4.1 数据交换计算机网络互连设备可以实现数据的交换和转发。
网络互连的层次和各层次连接使用的设备
网络互连的层次和各层次连接使用的设备网络互联是指：网络在物理上的连接,两个网络之间至少有一条在物理上连接的线路,它为两个网络的数据交换提供了物资基础和可能性,但并不能保证两个网络一定能够进行数据交换,这要取决于两个网络的通信协议是不是相互兼容。
网络互连的层次有：物理层、数据链路层、网络层、传输层及其以上高层。
网络互连的设备主要有：集线器，中继器，交换机，网桥，路由器等。
1.路由器（Router）：是用于连接多个逻辑上分开的网络，它能将不同网络之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。
逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网。
当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。
因此，路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。
路由器是属于网络应用层的一种互联设备，只接收源站或其他路由器的信息，提供网络间的分组转发功能，它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。
2．网关（Gatewa y）：是连接两个协议差别很大的计算机网络时使用的设备（通常由软件实现）。
它可以将具有不同体系结构的计算机网络连接在一起。
网关是网络连接设备的重要组成部分，它不仅具有路由的功能，而且能在两个不同的协议集之间进行转换，从而使不同的网络之间进行互联。
3.集线器（HUB）：属于数据通信系统中的基础设备，它和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。
它被广泛应用到各种场合。
集线器工作在局域网(LAN)环境，像网卡一样，应用于OSI参考模型第一层，因此又被称为物理层设备。
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20G背板，16Mpps 包转发能 力，4/8 I/O槽，支持 POS/GE/FE/ATM/E1等接口 16G背板，9.6Mpps 包转发
ZXR10-T16C
能力，2/4 I/O槽，支持 GE/FE/ATM/E1等接口
ZXR10-GAR
全线覆盖CISCO26/36/72系 列,8 I/O槽，支持 GE/FE/E1/V.35/语音等接口
5.3.1 路由器工作原理 路由器又称为选径器，是网络层互连设备。 路由器连接的物理网络可以是同类网络，也可以是异类 网。它比网桥具有更好的隔离能力、更强的流量控制能力、 更好的安全性等特点。 路由器 交换机 DDN专线 Internet 交换式LAN通过 HUB 路由器接入Internet ： 路由器的背板 （具体型号 可能有所差异）
13
路由器系列21世纪计算机基础教育系列教材
性能指标
ZXR10-T128
市场定位 运营商市场，主要应用于运营商的骨干网络、城域网、 运营商企业管理和支撑，如DCN等，以及其他业务网络如 IDC等等
128G背板，96 Mpps 包转发 能力， 16 I/O槽，支持 POS2.5G/GE/FE/ATM等接口
3
21世纪计算机基础教育系列教材
5.1 互连网络的基本概念
5.1.1 网络互连的类型 5.1.2 网络互连的层次
4
21世纪计算机基础教育系列教材
5.1.1 网络互连的类型
• • • •
根据应用场合，按地理覆盖范围对网络进行分 类，计算机网络互连有以下四种型式： 局域网与局域网互联，即LAN-LAN； 局域网与广域网互联，即LAN-WAN； 广域网与广域网互联，即WAN-WAN； 局域网通过广域网互连，即LAN-WAN-LAN。
23
21世纪计算机基础教育系列教材
5.3.2
静态路由配置
静态路由的配臵
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21世纪计算机基础教育系列教材
缺省路由配臵
Internet上大约99.99%的路由器上都存在一条缺省路由！ 缺省路由并不一定都是手工配臵的静态路由，有时也可以由 动态路由协议产生。
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21世纪计算机基础教育系列教材
路由自环
典型企 业网结构
Catalyst 5000 µ Ð » Ï Á ½ » » ú
Catalyst 2900 µ Ð » Ï Á ½ » » ú
Cisco 7500 µ Ð ·É ÷ Ï Á Â Ó Æ ã ò ø ¹ Ó Í ú ú ¿ Å É ² ² Ã 1 Cisco 4000 µ Ð ·É ÷ Ï Á Â Ó Æ
产品特点 产品系列全，T64E获得国内第一张信产部 高端路由器入网证 提供各类IP网络建设的所有接口 丰富的业务功能支持：包括安全、内置BAS、 NAT等； 支持QoS、组播、MPLS及其流量工程和MPLS VPN等； 与业界主流厂家产品实现互联互通； 完善的网络管理功能
ZXR10-GER
5
21世纪计算机基础教育系列教材
5.1.2 网络互连的层次 由于计算机网络系统是分层次实现的，上层协议往往支 持多种下层协议，并且对上层协议而言，下层协议的差异性 被屏蔽起来了，似乎根本就不存在一样。因此，网络互连可 以在不同的层次上实现。根据互连设备作用在OSI的哪一层， 通常有以下几种类型：
• 第1层（物理层）：中继器（Repeater）。中继器在两个局域网电缆段之 间复制并传送二进制位信号，即复制每一个比特流； • 第2层（数据链路层）：网桥（Bridge）。网桥互连两个独立的局域网， 在局域网之间存储转发数据帧； • 第3层（网络层）：路由器（Router）。路由器在不同的逻辑子网及异构 网络之间，转发数据分组； • 第4层以上（包括：传输层、会话层、表示层和应用层）：网关(Gateway)。 应用程序网关，可以工作在传输层以上，具有协议转换功能。
ZXR10-T64E
64G背板，48 Mpps 包转发能 力， 8 I/O槽，支持 POS2.5G/GE/FE/ATM等接口
企业、校园等内部网络的传统路由器市场 ，包括：企 业网络、校园网络，及其INTERNET接入；金融、证券、保 险，政府等专用网络
ZXR10-T32E
32G背板，30Mpps 包转发能 力， 8 I/O槽，支持 POS/GE/FE/ATM/E1等接口
以 太 网 AUI 接口指示灯 同步串 行接口 指示灯 ISDN BRI 接 口 系统正常 指示灯 指示灯
以 太 网 AUI接口
12
控制口 同步串行 RJ-45) 电 源 电源线 ISDN 辅助口 开关 插口 接口 BRI接口 RJ-45)
21世纪计算机基础教育系列教材
路由器的的类型
接入路由器 接入路由器连接家庭或ISP内的小型企业客户 企业级路由器 企业或校园级路由器连接许多LAN技术系统，其主要目标 是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连。 骨干级路由器 骨干级路由器实现企业级网络的互联。对它的要求是速度 和可靠性，而代价则处于次要地位。 太比特路由器 与现有的光纤技术和DWDM技术提供的原始带宽对应的 路由器。
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21世纪计算机基础教育系列教材
路由优先级（pref，preference）
从优先级最高的协议获得的路由被优先选择加入路由表 中。数字越小越优先选用。
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21世纪计算机基础教育系列教材
路由的花费（metric） 路由的花费标识出了到达这条路由所指的目的 地址的代价，通常以下因素会影响到路由的花费值： 线路延迟、带宽、线路占有率、线路可信度、跳数、 最大传输单元等。 静态路由和直接路由的花费值为0。不同的动态 路由协议会选择以上的一种或几种因素来计算花费 值。该花费值只在同一种路由协议内有比较意义。 不同的路由协议之间的花费值没有可比性、也不存 在换算关系。
RIP、OSPF和BGP协议，是互联网上现在大量运行的 路由协议。 RIP（Routing Information Protocol-路由信息协议）、 OSPF（Open Shortest Path First--开放式最短路优先）和 BGP（Border Gateway Protocol—边界网关协议）。 RIP、OSPF是内部网关协议（IGP，interior gateway protocol），适用于单个ISP的统一路由协议的运行，由一个 ISP运营的网络称为一个自治系统；BGP是自治系统间的路 由 协 议 ， 是 一 种 外 部 网 关 协 议 （ EGP ， exterior gateway protocol）。
6
21世纪计算机基础教育系列教材
5.2 网络互连设备
5.2.1 网桥（Bridge） 5.2.2 路由器（Router） 5.2.3 网关（Gateway）
7
21世纪计算机基础教育系列教材
5.2.1 网桥（Bridge）
网桥又称桥接器，它是一种存储转发设备，常用于互连 局域网。使用网桥连接起来的局域网从逻辑上是一个网络 。 从协议层次上看，网桥工作在OSI参考模型的第二层， 它在数据链路层对数据帧进行存储转发，实现网络互连。 近几年，由于交换技术的迅速发展，交换机的应用越来 越普遍。交换机和桥有很多共同的属性，它们都工作在数据 链路层，但也有一些不同之处。交换机比桥转发速度快，由 于交换机比网桥具有更好的性能，因此，网桥已逐渐被交换 机所取代。
17
21世纪计算机基础教育系列教材
路由器的工作原理
½ µ 101 á ã
¾ Ó Í 1 Ö ò ø C.104 Data
Â Ó Æ ·É ÷ ¾ Ó Í 2 Ö ò ø ¾ Ó Í 3 Ö ò ø
C.104
Data
½ µ 104 á ã
18
21世纪计算机基础教育系列教材
« ¾ Ü ¿ ¹ Ë ×² Ö §ú ·Ö » ¹
21世纪计算机基础教育系列教材
第5章 网络互连及
其设备
1
21世纪计算机基础教育系列教材
第5章 网络互连及其设备
5.1 5.2 5.3 5.4
互连网络的基本概念 网络互连设备 路由器工作原理与路由协议 广域网的相关技术
2
21世纪计算机基础教育系列教材
本章学习要求：
了解：网络互连类型 掌握：网络互连层次 掌握：网桥、路由器、网关等网络设备 掌握：网络互连方案设计 了解：广域接入技术 了解：路由器工作原理 掌握：静态与动态路由协议 了解：ATM技术 掌握：xDSL 接入技术
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21世纪计算机基础教育系列教材
5.2.3 网关（Gateway）
网关又称为协议转换器。它作用在OSI参考模型的4~7 层，即传输层到应用层。 网关的构成是非常复杂的。综合来说，其主要的功能 是进行报文格式转换、地址映射、网络协议转换和原语联 接转换等。有传输网关和应用程序网关两种。 网关可以是一个专用设备也可以用计算机作为硬件平 台，由软件实现网关的功能。
路由是指导IP报文发送的路径信息，路由表就是 该信息的具体表项集合。 一行为一个表项，一列 为一个特征值。有适合的 路径叫match（匹配）。
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21世纪计算机基础教育系列教材
路由表中路由的来源（proto，protocol）
链路层协议发现的路由（Direct） 开销小，配臵简单，无需人工维护，只能发现本接口 所属网络的路由 手工配臵静态路由（Static） 无开销，配臵简单，需人工维护，适合简单拓扑结构 的网络 动态路由协议发现的路由（RIP、OSPF…） 开销大，配臵复杂，无需人工维护，适合复杂拓扑结 构的网络
Cisco 2600 µ Ð ·É ÷ Ï Á Â Ó Æ
பைடு நூலகம்
Cisco 4000 µ Ð ·É ÷ Ï Á Â Ó Æ
ú ú ¿ Å É ² ² Ã 2
Catalyst 5000 µ Ð » Ï Á ½ » » ú
Catalyst 5000 µ Ð » Ï Á ½ » » ú