网络设备互连

第一步：背景 第一步：背景——现状及未来 现状及未来
某单位有三栋建筑： 号楼、 号楼、 号楼，每栋楼直线相距50米 某单位有三栋建筑：1号楼、2号楼、3号楼，每栋楼直线相距50米。 50 现有电脑50台 未来3 5年增加到100台左右。 100台左右 现有电脑50台，未来3~5年增加到100台左右。 50 1号楼:3层 号楼: 办公楼 20台电脑 20台电脑 2号楼:5层 号楼: 研发部(3 (3楼 研发部(3楼）、 供销部等部门 3号楼:5层 号楼: 生产车间 10台电脑 10台电脑
2.带宽估算 2.带宽估算
比较精确的带宽可以采取由点带宽到分支带宽，再到主干带宽的 比较精确的带宽可以采取由点带宽到分支带宽， 推算方法，这里采用一个简单的粗略估算方法 简单的粗略估算方法： 推算方法，这里采用一个简单的粗略估算方法：假设所有用户同 时并发，每个视频流需要占用带宽200Kbps 则主干带宽为： 200Kbps， 时并发，每个视频流需要占用带宽200Kbps，则主干带宽为： 当前需求： 200Kbps× 当前需求： 200Kbps×50≈10Mbps 未来需求： 200Kbps× 未来需求： 200Kbps×100≈20Mbps
局域网的主要技术：拓朴结构、传输介质、 知识点回顾：①局域网的主要技术：拓朴结构、传输介质、介质访问
组网的主要技术环节：
深入调查， 深入调查，了解需求 综合分析， 综合分析，确定性能 网络选型， 网络选型，设计拓朴 划分子网，分配IP地址 划分子网，分配IP地址 IP 接入Internet 接入Internet 安装、配置、 安装、配置、调试
网络互连设备
中继器和集线器
中继器又称转发器，它是扩展局域网的硬件设 备，属于物理层的中继系统。 中继器的功能是在物理层内实现透明的二进制 比特复制，补偿信号衰减。
中继器和集线器
中继器的主要功能包括： 信号恢复 隔离（隔离有故障的 媒体） 不同传输媒体连接 接口管理
中继器和集线器
集线器是一种网内连接设备，它执行信号再生、信息 包转发及其他相应功能。 集线器被连接在网络的各个节点上，当网络上的某个 节点发生故障时，能马上显示出来，并采取有效措施 保证网络正常工作。 集线器具有公共的机座/公共的电源特性，能够减少电 缆接线，操作接口一致，便于扩展等特点。 有些集线器具有智能化，集成了网络管理功能，可进 行叠堆。
内桥
由文件服务器充当网桥
外桥
由工作站充当网桥
远程桥
通过调制解调器及通信媒体
交换机和桥运行在链路层
数据链路层
1
2
3
4
或
1
2
• 每段有自己的冲突域 • 所有的段都在同一广播域
交换机
交换
缓冲区
• 每段有自己的冲突域 • 广播信息向所有段转发
交换机的三大主要功能
地址学习 数据包（帧）的接收、存储和转发 环回避免
网络互连的概述
2 网络互连的方式 LAN-LAN
互连层次 LAN-LAN网络互连发生在OSI/RM的数据链路层。 互连设备
LAN-LAN网络的互连设备是网桥、中继器或路由器。
LAN-WAN
互连层次 LAN-WAN的互连发生在网络层。 互连设备 LAN-WAN的互连设备是路由器。
网络互连的概述
WAN-WAN
MAC 地址
网桥
网桥也称桥接器，这是数据链路层上局域网之间的 互连设备。
网桥
网桥以帧为单位实现接收和转发。主要解决以 下问题：
对不同格式的帧进行分组； 利用缓冲区存储来处理的来自不同数据速率的帧， 防止阻塞和帧丢失； 区分不同的超时控制，正确确认帧传输的有效性。
网桥
网络还能进行对错误的帧进行检测和过滤。 网桥分为：内桥、外桥和远程桥等三类。
路由器
路由器是网络层的中继系统。具有很强的异种 网互连能力。 路由器的功能包括过滤、存储转发、路径选择、 流量管理、媒体转换等，即在不同的多个网络 之间存储和转发分组，实现网络层上的协议转 换。
直接交付和间接交付
A 间接交付 间接交付 间接交付 直接交付 C
直接交付
B
直接交付不需要使用路由器 但间接交付就必须使用路由器
首选方案： 100BASE 以太网
第四步
拓朴结构和媒体选择
考虑到传输实时音频、视频的需求， 考虑到传输实时音频、视频的需求，若采用一级交换机的星 形结构，则中心节点负荷过重， 采用多级交换机的 形结构，则中心节点负荷过重，拟采用多级交换机的树形拓 朴结构。 朴结构。 根据电脑的分布情况，网络中心选择放在 号楼三楼 号楼三楼。 根据电脑的分布情况，网络中心选择放在2号楼三楼。
现有20台电脑未来3 现有20台电脑未来3 20台电脑未来 ~ 5年增加到70左右 年增加到70 70左右
第二步：需求分析及带宽估算 第二步：
1.总体需求 1.总体需求
共享软、硬件资源。 共享软、硬件资源。 在局域网内实现实时音频、视频服务， 在局域网内实现实时音频、视频服务，研发部内部能够互 相传输CAD图片。 CAD图片 相传输CAD图片。 每间办公室、每个车间都有一个信息点。 每间办公室、每个车间都有一个信息点。 实现Internet的接入和网上信息发布。 实现Internet的接入和网上信息发布。 Internet的接入和网上信息发布
中继器的使用限制
事实上，并不能利用任意多个中继器将任意多个网段互 连起来。IEEE802.3规定，最多只能用4个中继器来连接 5段同轴电缆的网段，以保证信号质量和传输速率。
集线器运行在物理层
物理层
A
B
C
D
• 所有设备在同一冲突域 • 所有设备在同一广播域 • 所有设备共享相同的带宽
集线器：同一个冲突域
首选方案： 以太网技术。 首选方案： 以太网技术。
以太网的选型
10BASE以太网，10Mbps，技术简单，设备便宜，基本满足当 以太网， 以太网 ，技术简单，设备便宜， 前需求。 前需求。 100BASE以太网， 100Mbps，技术成熟，设备价格适中，能满 以太网， 以太网 ，技术成熟，设备价格适中， 足当前和未来一段时期的发展需求。 足当前和未来一段时期的发展需求。 1Gbps以太网，技术成熟，设备较贵，大大超出需求。 以太网，技术成熟，设备较贵，大大超出需求。 以太网
典型的路由器的结构
路由选择处理机 3——网络层 2——数据链路层 1——物理层
输入端口 1 2 … 输入端口 1 2 3 3 分组处理 转发表 3 路由选择协议 路由表 输出端口 2 … 输出端口 3 2 1 1
路由 选择
分组 转发
交换结构
“转发”和“路由选择”的区别
“ 转发 ” (forwarding) 就是路由器根据转发表将用户的 转发” (forwarding)就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。 数据报从合适的端口转发出去。 “路由选择 ”(routing) 则是按照分布式算法， 根据从各 路由选择”(routing)则是按照分布式算法， 相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况， 相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变 所选择的路由。 所选择的路由。 路由表是根据路由选择算法得出的。 路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表 得出的。 得出的。 在讨论路由选择的原理时， 在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表 的区别. 的区别.
网关
网关可以互连不同体系结构的网络，其典型 的应用包括：局域网和远程网络主机、局域 网之间互连和局域网与广域网互连。
网络互连设备
6 网络互连设备的对比 以上各种网络互连设备的对比见下表所示。
§3
网络互连实例——中小规模局域网组建
控制方式以及相关标准和协议等。 控制方式以及相关标准和协议等。 网络互连： 地址、 ②(网络互连：路由协议、IP地址、接入 网络互连 路由协议、 地址 接入Internet等。 等
中心(2 中心 网 管 机
3 ) 服 务 器
100M中心交换机 中心交换机
互连层次 WAN-WAN互连发生在OSI/RM的传输层及其上层。 互连设备 WAN-WAN的互连设备是网关。 网络互连的层次关系见下图。
§2
网络互连设备
网络互连设备根据它工作的网络层次和所支持 的协议可分为四种类型： 中继器/集线器 网桥/第二层交换机/网卡 路由器/第三层交换机 网关
§2
集线器 中继器 网卡 网桥 交换机 路由器 网关
中继器和集线器
中继器的选择
根据不同的用户需求和用途，市场上的中继器产品有多 种类型：双口中继器、多口中继器、集线器（HUB） 和多路复用器等。双口中继器是最常用的中继器，可用 于扩展两个10 BASE-2或10 BASE-5网段的同轴电缆长度。 集线器是一种多口中继器，主要用于10 BASE-T网络中 双绞线的连接。多路复用器主要用来提高物理介质的利 用率。
路由器
一个路由器要保证其连接任务就必须具有如下 功能：
路由算法 连接：利用路由器连接地理范围比较大的网络 传输控制 管理：具有一定的网络管理功能。
路由器提供远程访问服务
调制解调器 或 ISDN适配卡 适配卡 家庭办公用户
移动用户
分部 公司总部 因特网
网关
网关也称信关，这是建立在高层之上的各层 次的中继系统。这时用于高层协议置换的网 间连接器。
第三步
网络选型
网络选型的原则：技术成熟、性能满足需求并适当留有余地（ 网络选型的原则：技术成熟、性能满足需求并适当留有余地（通常 冗余30~50%）、价格适中。 ）、价格适中。 冗余 ）、价格适中 可选择的组网技术有： 可选择的组网技术有：Ethernet、Token Ring、Token Bus、ATM等。 、 、 、 等 Token Ring、Token Bus技术近年已经逐渐退出市场，很少采用。 技术近年已经逐渐退出市场， 、 技术近年已经逐渐退出市场 很少采用。 ATM技术以交换速度快、服务质量好而著称，但技术复杂、价格 技术以交换速度快、服务质量好而著称，但技术复杂、 技术以交换速度快 昂贵，在局域网中的应用不多。 昂贵，在局域网中的应用不多。 Ethernet技术经过多年的发展，已经在传统的10M以太网的基础上 技术经过多年的发展，已经在传统的 技术经过多年的发展 以太网的基础上 开发出100M、1G、10G以太网，技术较成熟，价格适中，在局域 、 、 以太网， 开发出 以太网 技术较成熟，价格适中， 网中应用广泛。 网中应用广泛。
第十二章
本章主要内容
网络设备及互连
网络互连的概述 网络互连设备 网络互连实例
§1
网络互连的概述
1 互联网的概念 计算机网络往往由许多种不同类型的网络互 连而成，即从功能上和逻辑上看，这些计算 机网络已经组成了一个大型的计算机网络， 称为互连网络 互连网络（internetwork），也简称为 互连网络 互联网。 将网络互相连接起来要使用一些互连设备 （中间设备），常用的网络互连设备有中继 器、网桥、路由器、交换机和网关等。
不宜采用
宜采用
拓朴结构和媒体选择
楼与楼之间采用100BASE-FX单模光纤（2芯） 单模光纤（ 芯 楼与楼之间采用 单模光纤 1号楼
2号楼:网络中 号楼: 心放在3 心放在3楼 3号楼
拓朴结构和媒体选择
每栋楼采用100M交换机作为二级节点，楼内各楼层之间采用 交换机作为二级节点， 每栋楼采用 交换机作为二级节点 100BASE-TX双绞线（2对），楼层内采用 双绞线（ 对），楼层内采用 楼层内采用10M/100M自适应集线 双绞线 自适应集线 由集线器到各信息点之间采用10BASE-T双绞线。 双绞线。 器，由集线器到各信息点之间采用 双绞线 产品研发部由于对带宽有特殊需要， 产品研发部由于对带宽有特殊需要，所以在本楼层采用 研发部由于对带宽有特殊需要 10M/100M交换机。 交换机。 交换机 网络拓朴结构下图所示。 网络拓朴结构下图所示。
• 接入设备越多冲突机率越大 • 用CSMA/CD技术 技术
网卡的功能
数据的接受和发送及处理 系统的物理地址
网卡属于数据链路层
MAC子层 802.3 子层子层
# 字节 8 前导符 6 目标地址 6 源地址 2 长度 可变长 数据 4 FCS
0000.0C
IEEE 分配
xx.xxБайду номын сангаасx
厂商自己分配
Ethernet II 在这 里用 “Type”指 指 明上层协议，所 明上层协议， 以不用 802.2.