网络互联设备

HUB 冲突域1
独立的冲突域
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网桥
n 网桥（Bridge）也称桥接器，是连接两个局域 网的存储转发设备，用它可以完成具有相同或 相似体系结构网络系统的连接。
n 网桥的功能：
n 网桥对所接收的信息帧只作少量的包装，而不作任 何修改。
n 网桥可以采用另外一种协议来转发信息。 n 网桥有足够大的缓冲空间，以满足高峰期的要求。 n 网桥必须具有寻址和路径选择的能力。
n 交换机能够同时在多对端口间无冲突地交换帧。
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例：交换网络的带宽
n 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 n＝8，BW=10Mb/s时，网络总带宽最高可达80Mb/s； n 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 。 n 比较：
▪ 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）。
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用集线器构建的网络的特点
n 所有主机共享带宽 n 无法限制冲突和广播 n 适用于小型网络
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例：用集线器搭建简单的网络
n 存储转发（Store and forward）
n 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。 n 优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段。 n 缺点：延迟比较大。
n 直通转发（Cut-through）
n 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。 n 优点：交换延迟小。 n 缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段。
网络设备在OSI体系中的位置
n 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
网关
址（端口） （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）
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n 物理层 中继器、集线器、调制解调器
n 无碎片直通转发（Fragment free cut-through）
n 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。
n 小于64字节的帧一般是冲突造成的帧碎片（错误帧）
n 优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率 n 缺点：长度大于64字节的错误帧仍会转发，转发延时大于直通转发。
n 最佳可达到每台主机独享带宽
n 可以限制冲突，但不能限制广播
n 有可能产生广播风暴
n 适用于小型部门级网络到大型园区网络
n 大型网络中需解决广播问题
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n 物理层 中继器、集线器、调制解调器
n 数据链路层 网卡、网桥、交换机
n 网络层 路由器、三层交换机
n 应用层 网关、防火墙
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n 网络交换机（二层交换机）是数据链路层的设备， 它能够读取数据包中的MAC地址信息并根据 MAC地址来进行交换。
n 网络交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链 路层
n 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。
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交换机的特点
n 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；
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使用网络交换机的好处
n 分割冲突（碰撞）域——减少了冲突 n 允许建立多个连接——提高了网络总体带宽 n 减少了每个网段中的站点数——提高了站点平均
拥有带宽 n 允许全双工连接——提高带宽、消除冲突 n 能够连接不同速度的网段
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以网桥/交换机为核心的网络的特点
n 每个网段独享带宽
n 10Mb/s 的8口集线器构成的网络（连接了8台计算机） n 网络总带宽仍为10Mb/s ； n 网络中每台计算机的带宽为1.25Mb/s。
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二层交换机的工作原理
n 交换机内部有一个地址表，这个地址表标明了MAC地址和 交换机端口的对应关系。
n 当交换机从某个端口收到一个数据包，它首先读取包头中的 源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个 端口上的。
提供寻址及媒体存取的控制方式，使得不同设备或网 络上的节点可以在多点的网络上通讯，而不会互相冲突。
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MAC地址
n 48比特长(6字节),16进制的数字组成. n 0-23位叫做组织唯一标志符(organizationally
unique ，是识别LAN（局域网）节点的标识. n 24-47位是由厂家自己分配。 n 在网络底层的物理传输过程中，是通过物理
n 它再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相 应的端口
n 如果表中有与这目的MAC地址对应的端口，则把数据包直接复制到 这端口上；
n 如果在表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目 的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个 端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。
路由器（Router）
n 功能：
n 在网络之间转发网络分组； n 为网络分组寻找最佳传输路径； n 实现子网隔离，限制广播风暴。
n 目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播。
n 提供逻辑地址，以识别互联网上的主机； n 提供广域网服务。
n 应用：把LAN连入广域网或作为广域网的核 心连接设备。
n 二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。
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n 二层交换机一般都含有专门用于处理数据包 转发的ASIC （Application specific Integrated Circuit）芯片，因此转发速度可 以做到非常快。
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交换机 网桥 比较
n 交换机比网桥优越的地方：
n 介质访问控制 n 串/并转换
n 将主机的并行数据转换成串行位流
n 数据编码/解码
n 转换为适合网络介质传输的信号形式
n 数据发送/接收
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网桥、交换机、路由器
n 共享信道LAN的缺点
n 冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突； n 网络中站点越多，冲突现象越严重； n 具有n个站点的总带宽B的共享网络，每个站点的平
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用网桥进行网络互联的优缺点
n 优点：
n 可实现不同类型的LAN互联； n 能够隔离错误帧，不会使错误扩散； n 限制了冲突域的范围； n 隔离故障。
n 缺点：
n 无法控制广播； n 只能用存储转发方式，速度比较慢； n 无流量控制，负载重时会出现丢帧现象。
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网络交换机（Switch ）
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2020点
n 网络设备的种类 n 网络设备所处的位置 n 网络设备的功能（作用） n 网络的工作原理（简单了解） n 网络设备的不同
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主
主
企业内部网
机
机
交 换 机 防火墙
交换机 防火墙
路由器
集线器 交 换 机
外部访问子网
交换机
因特网
因特网 网络互联设备
n 以1台服务器，3台PC机为例：
n 一台HUB n 4块网卡 n 4台PC机 n 8个RJ45接头（水晶头） n 若干米双绞线
HUB
服务器
NIC
PC机
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调制解调器
n 英文是MODEM，即 MOdulator/DEModulator(调制器/解调器)
n 一般是指用于电话网络的模拟调制解调器 n 三种调制技术
地址来识别主机的，它一般也是全球唯一的。
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如何获取本机的MAC
n 依次单击“开始”→“运行” →输入 “CMD”→输入“ipconfig/all”回车。即可看到 MAC地址。
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网卡的功能
n 数据缓存
n 匹配主机数据处理速率与网络的传输速率
n 封装/解封装
n 加上控制字段→以帧为单位进行传输→卸下控制字段
n 广播域：
接收同样广播消息的节点的集合。当这些设备中 的一个发出一个广播时，所有其他的设备都能接收 到这个广播帧。
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网络分段示意
冲突域/广播域 HUB
总带宽: BW 结点带宽: BW/8
独立的冲突域
网桥或网络交换机
网段1
网段2
HUB
广播域
HUB
❖交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域
总带宽: BW×2 结点带宽: BW/4
网桥的分类
（1）按网桥硬件所处的位置分类
内部网桥：在服务器的内部安装，使用两块网卡加上相应 的软件就可以组成内部网桥。
外部网桥：一般是专用的硬件设备。
（2）按网桥分布的地理范围分类
近程网桥：连接两个相邻的局域网段。 远程网桥：连接两个远程网段。此时，要使用两个远程网
桥，远程网桥要成对使用。
n 振幅调制——振幅键控（ASK） n 频率调制——频移键控（FSK） n 相位调制——相移键控（PSK）
n 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
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n 物理层 中继器、集线器、调制解调器
n 数据链路层 网卡、网桥、交换机
n 网络层 路由器、三层交换机
n 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