网络互联设备

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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 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 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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中继器(REPEATER)
n 中继器是为了解决电缆长度问题而用的。它 可以将传送信号放大,从而使它在网络上传 输的更远。
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
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n 用路由器进行网络互联的特点:
n 用路由器连接起来的若干个网络,它们仍是各自 独立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来 的另一个网络中的站点,必须指定该站点的逻辑 地址(IP地址),通过广播是无法与之进行通信 的。
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用路由器进行网络互联
路由器可以隔离冲突域和广播域
路由器
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:
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 特点:
n 不进行存储——信号延迟小 n 不检查错误——会扩散错误 n 不对信息进行任何过滤 n 可进行介质转换——如UTP(非屏蔽双绞线)转
换为光纤
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集线器(HUB)
n “Hub”是“中心”的意思,集线器的主要功能是对 接收到的信号进行整形放大,以扩大网络的传输距 离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。
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 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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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 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
n 交换速度快,可实现线速转发; n 能解决网络主干上的通信拥挤问题; n 端口密度高,一台交换机可连接多个网段,降低了组
网成本。
n 工作原理与网桥类似:
n 学习源地址(构造转发表) n 过滤本网段帧(隔离冲突域) n 转发异网段帧(交换) n 广播未知帧(寻找目的站点)
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交换机的三种转发方式
n 应用层 网关、防火墙
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网卡(Network Interface Card )
n 网络接口卡(网卡)是连接主机与网络的基本设备
n 每台主机都应配置一个或多个网卡 n 每个网卡都有一个或多个网络接口 n 不能独立工作,必须依赖于宿主主机 n 用来定义网络设备的位置
n MAC地址
n 每个网卡芯片都会烧录一个全球唯一的MAC地址 n Media Access Control,介质访问控制
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
n 端口数:8,12,16,24
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集线器类型:按结构形式划分
▪ 独立式(Stand alone)
固定端口配置,扩充时用级连的方法。
▪ 堆叠式(Stackable)
固定配置,用堆叠方法进行扩充——堆叠连接 在一起的HUB在逻辑相当于一台单独的HUB,可 统一管理。
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;
▪ 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 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。
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网桥的内部结构
网桥
站表
端口管 网桥协 理软件 议实体
端口1
缓存
1
站地址 端口 MAC1 1 MAC2 1 MAC3 1 MAC4 2 MAC5 2 MAC6 2
端口2
2
网段A
1
2
网段B
MAC1 MAC2 MAC3
(A) (B) (C)
MAC4 MAC5 MAC6
(X) (Y) (Z)
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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。
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。
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 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
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。
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2020/12/13
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学习重点
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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企业内部网


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
均拥有带宽为B/n。
n 解决的方法
n 提高网络传输速度——没有从根பைடு நூலகம்上解决问题 n 网络分段(微网段化)
n 减少每个网段中站点的数量, 使冲突的概率减小
n 实现网络分段的设备:网桥、交换机、路由器
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冲突域、广播域
n 冲突域:
连接在同一导线上的所有工作站的集合,或者说 是同一物理网段上所有节点的集合或以太网上竞争 同一带宽的节点集合。
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:
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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 )
HUB 冲突域1
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
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

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
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