第5章 常用网络设备张书源5.1 常见物理层设备中继器集线器一、中继器中继器用于对物理信号的再生放大。信号在传输中会发生衰减，所以每个网段有长度限制。利用中继器可延长网络距离。但中继器不能无限制地延长网络距离，在以太网中最多只能使用4个中继器，意味着只能连接5个网段。中继器的种类：粗缆中继器：连接两个粗缆网段；细缆中继器：连接两个细缆网段；双绞线中继器：即共享式集线器，具有多个端口；光纤中继器：连接两个光纤网段；混合型中继器：用于连接不同类型的媒体。中继器是扩充网络距离最简单、最廉价的方法，但当负载增加时，网络性能急剧下降，所以只有当网络负载很轻和网络延时要求不高时才使用。二、集线器(HUB)集线器（HUB）：是一种多口中继器，主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大。集线器用广播方式转发信号。当集线器收到数据时，它将数据信号进行整形放大，然后从所有处于工作状态的接口转发出去。由各接口所连接的主机自行决定是否接收。我们把通过广播技术进行转发的网络称为共享式网络。集线器的种类按接口数不同，有8口、12口、16口、24口、48口等。按网管功能不同，分为无管理式和可管理式。无管理式HUB不能进行配置，可直接使用。可管理式HUB可进行简单配置，使它能与网络环境配合得更好。按工作带宽不同，分为10Mbps、100Mbps、10/100Mbps等。10/100M自适应型有两种速率，在工作时它会用协商的方式探测网络环境，然后确定使用哪一种速率进行工作。按扩展方式不同，分为可堆叠集线器和不可堆叠集线器。集线器的特点集线器只是对信号进行再生放大，转发延迟时间短；集线器属共享型设备，各客户机共享它的传输带宽，所以随着客户机数量增多，其性能下降很快。集线器价格低廉，使用简单。多用于机器数量较少的场合。5.2 数据链路层设备网卡网桥交换机一、网卡(NIC)网卡全称是网络接口卡，又称网络适配器。是计算机与通信介质进行数据交互的中间处理部件。网卡通常插在主板的I/O插槽上，有的计算机网卡是集成在主板上。网卡的主要功能：数据的发送和接收、帧的封装与拆封、编码与解码、介质访问控制、数据缓存等。MAC地址每块网卡都有一个唯一的编号，它是生产厂家在生产时写入的，保证绝不重复，称为MAC地址。数据帧就是通过MAC地址寻访到目的主机的。MAC地址由48位二进制数组成，书写时一般用12个十六进制数书写，如：00-90-27-99-11-CCMAC地址是网络节点的物理地址，信号是通过MAC地址寻访目的站点的。站点每收到一个帧，就检查其目的地址，如果与本机不匹配，就不予理会。网卡的分类按传输速率分类：10M网卡：速率为10Mbps，用于以太网。100M网卡：用于快速以太网。10M/100M自适应网卡：具有两种速率，它采用协商方式自动检测网络，以确定当前的网络速率，把速度调整到相应位置上，这是目前应用最多的网卡。1000M网卡：用于千兆以太网。100M/1000M自适应网卡：可自动调整为100Mbps或1000Mbps。按总线类型分类：可分为ISA总线网卡、EISA总线网卡、PCI总线网卡、PCMCIA总线网卡等，其中台式机多采用PCI网卡，笔记本电脑多为PCMCIA网卡。32位PCI网卡16位和32位的笔记本电脑网卡按提供的接口种类划分：AUI（粗同轴电缆接口）、BNC（细同轴电缆接口）、RJ-45（双绞线接口）、ST或SC（光纤接口）、无线网卡。有的网卡提供两种或两种以上接口，但使用时只能使用一种接口。带RJ-45接口的网卡带BNC接口的网卡USB网卡按照使用领域分：可分为工作站网卡和服务器网卡。服务器网卡性能好，可靠性高，价格高。工作站网卡的要求低一些，价格也低得多，现在很多普通计算机都把网卡集成到主板上了。二、网桥网桥也叫桥接器，是一种存储/转发设备，工作于数据链路层。网桥多见于较早建立的网络，现在多数已经被交换机替代。网桥LANLAN多数网桥都只有两个接口。网桥的主要功能1、连接多个网段，扩展网络的距离。这项功能类似于中继器，但功能比中继器强大，扩展的网段数目不受限制。2、隔离冲突域，提高了网络的总带宽。3、数据过滤功能。它可根据帧中的MAC地址决定是否转发，杜绝了共享式网络中的那些无效转发。4、可连接速率不同的网段。利用存储转发功能，它可以把速率不同的网段连接起来。三、交换机(Switch)交换机工作在数据链路层，它可为用户提供点对点的传输服务。有效地提高了网络的传输性能。工作方法：当交换机收到数据时，它会检查它的目的地址，然后把数据从目的主机所在的接口转发出去。我们把通过交换技术进行转发的网络称为交换式网络。交换机的工作原理MAC地址表：记录各接口所接的工作站的MAC地址。MAC地址接口号A1B1C2D2E2F3G3交换地址表的构建过程：自学习过程交换机收到一个数据帧时，先在地址表中检查源地址，如果没有，则把它记录在地址表中。再检查目的地址，如果有，则转发或丢弃，如果没有，则广播到所有接口。所以地址表是交换机通过自学习方法逐渐建立起来的。只要一个工作站发送过数据，它所对应的接口就会被记录下来，供今后转发时使用。交换机的转发规则：如果数据帧的目的地址是广播地址或多播地址，则向除数据帧的来源接口外的所有接口转发该帧。如果数据帧的目的地址是单播地址，但不在交换机的地址对照表中，也向除数据帧的来源接口外的所有接口转发该帧。如果数据帧的目的地址存在交换机的地址对照表中，则向相应接口转发该帧。如果数据帧的目的地址与源地址在同一个接口上，则丢弃该帧。例：当依次出现如下各种传输时，交换机如何处理？MAC地址接口号D2B11、A向D发送帧2、C向D发送帧3、D向F发送帧4、A向B发送帧此时的地址表内容是怎样的？地址表的维护：地址表的维护由交换机自动进行，交换机会定期扫描地址表，发现在一定时间内（默认为300秒）没有出现的MAC地址，就把它从地址表中删除。这样即便发生了工作站的移动、拆除等问题，交换机始终能把握网络最新的拓扑结构。地址表的容量：用可存储的MAC地址数表示。地址表存储在交换机的缓存之中，通常可存储1024个以上的MAC地址，如果网络规模很大，选购交换机时应注意一下它可存储的MAC地址数。3种交换技术(1)端口交换技术这是通过在插槽中插入交换模块的方法进行交换配置的，可见于早期的交换设备，现在已不使用。(2)帧交换技术这是当前最主要的交换技术，它以帧为单位进行自动交换。(3)信元交换这是ATM网使用的交换技术，它以固定长度的信元进行自动交换。由于信元很小，只有53个字节，交换效率很高。常用交换方式在帧交换技术中，有3种常用交换方式。直通式：（Cut Through）当输入接口检测到一个数据帧时，就检查帧头，根据帧内的目的地址把数据帧发送到相应接口。优点：交换速度快，延迟非常小。缺点：不提供错误检测服务，有可能将出错的数据帧转发出去。不提供缓存，不能将速率不同的接口直接接通，容易丢帧。存储转发式：（Store and Forward）这种方式先将数据帧完整的接收下来，检查帧是否正确，再根据目的地址转发到指定接口。优点：提供错误检测，改善了网络性能。支持速度不同的接口的转发服务，使交换机可以连接速度不同的网段。缺点：传输延时较大，需要较大的缓存容量。无碎片直通式：（Fragment Free）它检查数据帧的长度是否够64个字节，若小于64字节，说明是碎片，进行丢弃，若大于64字节，则转发该帧。利用这种方式可避免碎片的转发，提高了网络效率。目前，低端交换机一般采用无碎片直通式；高端交换机通常支持几种交换方式，用户通过配置选择合适的交换方式。交换机的种类根据采用的技术分类：分为以太网交换机、ATM交换机、FDDI交换机等。其中以太网交换机又可按速度分为10兆以太网交换机、百兆以太网交换机、千兆以太网交换机、万兆以太网交换机等。10M以太网交换机100M以太网交换机千兆以太网交换机万兆以太网交换机ATM交换机FDDI交换机根据交换机的结构分类：分为固定接口交换机和模块化交换机。固定接口交换机提供数量和类型固定的接口，多用于网络的中低层。模块化交换机可通过安装不同的模块改变交换机的接口数量、接口类型。多用于网络的核心层，这样当网络发生变化时，无需重新购置交换机。固定接口交换机模块化交换机07.10.15 05本 (21)(3)按网管功能划分分为可管理式和不可管理式。不可管理式交换机不需要进行配置，可直接使用。可管理式交换机可进行配置，能实现较复杂的功能。核心层汇聚层接入层接入层多采用不可管理式。汇聚层可根据需要选择。核心层一般使用较高端的三层交换机。交换机之间的连接1、交换机的堆叠适用于可堆叠的交换机。可堆叠的交换机在背板上有堆叠接口。连接时，需要用专用的堆叠电缆进行连接。2、交换机的级联(1)带UpLink口的交换机UplinkUplink直通线Uplink直通线级联口的带宽比普通口的带宽高。级联时通常用直通线把下级交换机的UpLink口连接在上级交换机的普通口上。(2)没有UpLink口的交换机交叉线交叉线级联时用交叉线把交换机的普通口连接在一起。这种连接性能较差。堆叠与级联的区别：堆叠主要用于扩展接口的数量，堆叠后的交换机可当作一台交换机使用和管理，等同于一台设备。级联主要用于远距离的连接，级联的交换机应看作为多台设备，可分别使用和管理。5.3 网络层设备路由器三层交换机5.3.1 路由器路由器是一种连接多个网络的设备，它工作在OSI模型的第三层（网络层）。路由器主要用于网络和网络的连接。网络1网络2路由器的主要应用一、构建点对点网络中的网络通道广播网络广播网络点对点网络从这个角度来看，广域网主要是由路由器构成的。二、把局域网连接到广域网服务器核心交换机防火墙路由器汇聚层交换机接入层交换机Internet光纤网络中心三、其它用途1、连接异种网络路由器可以把数据包拆开，重新打包后再传输。这样可以让使用不同协议的网络之间互相通信。2、过滤广播信息路由器不转发广播信息，这样可以使广播限定在一个网络内部。3、通过设定隔离和安全参数，禁止某些数据的传输。4、网络地址翻译(NAT)：把一个IP地址翻译为另一个IP地址。路由器与交换机的主要区别：1、交换机属于第二层设备（数据链路层），路由器属于第三层设备（网络层）。2、交换机的功能主要由硬件实现，帧的处理简单，转发速度快；路由器的大部分功能由软件实现，处理复杂，速度较慢。3、交换机可以转发广播信号；路由器不转发广播信号，广播信号不会扩散到其它网络中。4、交换机不能连接异种网络，路由器可以连接结构与协议完全不同的异种网络。5、路由器具有一定的防火墙和安全检查功能；交换机没有。路由器工作原理n1n2n3n4n5R1R2R3R4R1的路由表：目的网络下一跳n1R1n2R2n3R3n4R3n5R3R3的路由表：目的网络下一跳n1R1n2R2n3R3n4R4n5R4路由器的分类v接入级路由器：主要用于家庭或小型企业用户。用于将家庭或企业的小型局域网接入到ISP的网络中。v企业级路由器：用于将规模较大的局域网接入Internet。它支持多种协议，有多种接口，还有防火墙的功能。v骨干级路由器：用于大型网络的互联。具有高速率和高可靠性，具有热备份、双电源、双数据通道等安全性保障。5.3.2 三层交换机 三层交换机是具有第三层(网络层)功能的交换机。网络层数据链路层物理层数据报数据报数据报对于一组来源相同，目的地也相同的数据流，起始的数据报通过第三层功能选择转发路径，其后的数据报都通过二层交换转发，这样可加快数据流的转发速度。三层交换机与路由器的区别三层交换机不是路由器与交换机的简单叠加。它的第三层功能只限于简单的路径选择功能，没有其它第三层功能。三层交换机转发速度比路由器快，价格比路由器低，但功能没有路由器强大。三层交换机不能连接结构不同的异种网，也没有防火墙等安全控制功能。三层交换机的用途三层交换机主要用于局域网内部的各个子网间的连接。子网1子网2子网3Internet小结中继器：用于延长网络的距离。集线器（HUB）：可构建共享式局域网。HUBHUB信息以广播的方式在网络中传播。网卡（NIC）：用于把计算机与通信介质连接起来。网卡连接的是数字信道，具有包装/解封数据帧、编码/解码、发送/接收等功能。帧每块网卡中有一个MAC地址，帧是通过MAC地址寻访到指定主机的。调制解调器（Modem）：用于把计算机和模拟信道连接起来。数字信号模拟信号调制解调器多用于宽带网络的接入。交换机（Switch）：用于构建交换式局域网。交换式局域网可以用点到点或广播方式传播数据。交换机利用MAC地址表决定转发的方向。路由器（Router）：用于实现网络和网络的连接。LANLANWAN广域网是由路由器搭建起来的网络，局域网可通过路由器接入广域网。三层交换机（Switch）：用于在局域网中划分子网。子网1子网2子网3Internet每个子网相当于一个对等网，子网内部各主机可彼此共享资源，子网之间不能直接共享。