网络设备与网络互联概述

第九章 网络设备与网络互联
第九章：网络设备与网络互联 / 网络互联
802.5 bridge
Router Router
802.3
Gateway FR WAN
SNA WAN
802.3
Router
Repeater 802.3
802.4
第九章：网络设备与网络互联 / 网络互联
❖网络互连所需解决的差别
❖ （1）不同的寻址方案 ❖ （2）不同的最大分组长度 ❖ （3）不同的网络访问机制 ❖ （4）不同的超时控制 ❖ （5）不同的差错恢复方法 ❖ （6）不同的状态报告方法 ❖ （7）不同的路径选择技术 ❖ （8）不同的用户访问控制 ❖ （9）不同的服务（有连接、无连接） ❖ （10）不同的管理与控制方法
源路由网桥---每个站点必须在发送之前知道往其目的地的路由 将路由得负担至于发送站点。发送站点必须确定一个路由，并
把它置于一个帧内。然后网桥依赖于帧的路由信息来发送帧。 路由指定包括：局域网号、网桥号。。。。
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 网桥
固定路由网桥
透明网桥
源路由网桥
重配置的 能力
X.25网
LAN 2
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 路由器
❖ 背板能力——路由器背板容量或总线能力 ❖ 吞吐量——指路由器包转发能力 ❖ 丢包率——在应转发的数据包中不能转发的数据包所占的
比例 ❖ 转发时延——需转发的数据包最后一bit进入路由器端口
到该数据包第一bit出现在端口连路上的时 间间隔 ❖ 路由表容量——指路由器运行中可以容纳的路由数量 ❖ 可靠性——指路由器可用性、无故障工作实践和故障恢复 时间等指标。 ❖ 路由器队列管理机制——算法好坏、QoS能力，拥塞管理
协议转换原理图
网桥
PDU
802.3
802.5
802.3
802.5
站2
用户层 LLC MAO 物理层
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 网桥
网桥的优点：
❖ 过滤通信量大 ❖ 扩大了物理范围 ❖ 可连接不同的物理层，不同的MAC子层，
不同速率的LAN ❖ 提高了可靠性
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 网桥
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 网桥
网桥内部示意图
端口管理 软件 端口1
站表 网桥协议
实体 缓存
站地址 端口 （1） 1 （2） 1 （3） 1 （4） 2 （5） 2 （6） 2
端口2
-(1)
(2)
网段A (3)
网段B
(4)
(5)
(6)
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 网桥
站点可以选择相互间 的最小费用路由
对拓扑的 要求
有些，网桥必须 无，网桥知道站点相对
被编程，但站点 其端口的动态位置，而
不知道
站点没必要知道
有些，网桥相对于路 由信息和生成树算法， 但是站点必须确定一 个到目的地路由
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 交换机
交换机：
体现了桥接的复杂交换技术，与网桥不同的是转发延迟小。
wk.baidu.com
用来连接其
分
他交换机
组
交
换
机
用来连接 计算机
1
2
端口A
端口B
5
6
交换机
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 交换机
[1.1] [1.3]
交1
换2
机 1
3
4
12 3 4
1交 2换 3机
3 4
交换机 2
交 换
机
2
[2.1]
[2.3]
的
路
由 广域网的主要问题在网络层，有一些节点交 表 换剂及链路组成。节点交换剂之行将分组存
EDIMAX BR-6524 双WAN口+4LAN口宽带Router
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 路由器
路由器的功能
（1）在网络间转发到远地网络的报文
（2）选择最合理的路由（查找、改变路由表、把大的数据包分为小包） （3）多协议路由器可以连接不同通信协议的网络段。
所谓多协议路由器，即可支持多种网络协议，连 接使用不同通信协议的网络设备；单协议路由 器，用于具有相同网络协议的网络互连。
物理层网络互连设备----中继器
❖ 中继器的功能 ❖ 中继器与集线器的联系 ❖ 中继器的分类
10Bast---T Ethernet HUB
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 中继器
中继器：完成信号的复制、调整（放大）；延长网络长度
二口中继器（一为进口，一为出口） 多口中接器（共享式的HUB）
路由器的硬件组成： 处理器、内存、I/O插座、管理控制接口、电源
ASYNC1-8 Ether SERIAL-0 SERIAL-1 CONSOLE AXU POWER
拨号服务器
以太网接口 接集M（广域网）
接PC串口 远程调试用
电源
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 路由器
路由器软件 1.路由器软件运行在UNIX操作系统上 2.路由器软件运行在嵌入式操作系统上 3.路由器软件本身就是操作系统（为提高软件效率）
有同样内容的服务器以相同的IP地址接入四层交换 机，所以可称为Web交换机。
路由器——只处理网络层地址，称为一种三层网络设备
二层交换机、路由器——其分析的是单域分类 三层交换机、四层交换机——其分析的是多域分类
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 路由器
路由器（Router）
路由器的功能 路由器的性能 路由器的优缺点 路由其硬件组成 路由器软件组成与软件实现 路由器选购要点 路由器的分类 路由器与交换机的区别
三种交换技术 分组交换机 （图示路由表） 交换机分类 交换机与路由器的区别
CNSH800 8口 10/100M 自适应交换机
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 /交换机
交换机的三种交换技术
端口交换（模块交换、端口组交换）：
工作在物理层，连接多条以太网段。
帧交换 直接交换 存储-转发交换
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 路由器
A机
TCP IP
LLC MAC 物理层
Router 1
IP
LLC X.25-3 MAC X.25-2 物理 X.25-1
Router 2
IP
X.25-3 LLC X.25-2 MAC X.25-1 物理
B机
TCP IP
LLC MAC 物理层
LAN 1
控制能力
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 路由器
路由器的优点 适用于大规模的网络 复杂的网络拓扑结构负载共享和最优路径 能更好地处理多媒体信息 安全性能高 隔离不需要的通信量 节省局域网的频宽，减少主机负担
路由器的缺点 它不支持非路由协议 安装复杂 价格高
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 路由器
储-转发功能。
局域网的主要问题在数据链路层，少量在物理层。
目的站 [1,1] [1,3] [3,2] [3,3] [2,1] [2,2]
[ 3.2]
[3.3]
下一站 交1 交1 交3 交3 本交 本交
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 交换机
交换机的分类
二层交换机——解析MAC地址，在表中找到该地址对应的端口 三层交换机——解析MAC地址，IP地址，也称为路由表交换机 四层交换机——解析MAC地址，IP地址，TCP端口号。可将多台存
网桥的缺点：
❖ 查表存储转发，增加时延 ❖ 在MAC子层没有流量控制功能 ❖ 不同的MAC子层用桥连，修改帧的某段内容耗费时间 ❖ 只适合用户不多时，否则会产生广播风暴
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 网桥
网桥的分类 简单网桥（固定网桥）---是最原始的和最便宜的网桥类型。
一个网桥连接两个网段，并包含一个站点的地址表（操作员手 工操作）加入新站点，地址表要更改；删除某一站点，新出 现的无 效地址要清除。配置简单便宜，但安装和维护耗费时间。
主动集线器----监视数据、差错、调试时序、优化性能、诊断。 智能集线器----集中管理，为不同设备提供灵活的传输速率。
支持10，16和100Mbps(以太网、令牌，FDDI)
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 网桥
数连层网络互连设备----网桥
❖ 网桥的功能 ❖ 网桥的优点 ❖ 网桥的缺点 ❖ 网桥的分类 ❖ 网桥间比较
有 由 新限信编，息程通对获过网得用桥路 重 高 的，位网置的桥信维护息关于站点
高，每个站点必须在 发送之前知道往其目 的地路由确定
站点的责任 无，仅发送帧 无，仅发送帧
有
网桥的要求 路由表
路由表生成、修改并执 依据路由来广播转发 行生成树算法的能力 帧，执行算法
使用的路由
由设计者决定
总是沿着生成树，但不 必是最小费用
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 中继器
从机构上可分为
固定式集线器----独立型集线器，端口固定，共享单一网段。 堆叠式集线器----是一种通过外部电缆连接进行扩充的HUB 模块式集线器----采用机箱方法，端口用过热插拔板插接
从特性上可分为
被动集线器----相对静止，不察错和瓶颈；数据从一口向所有 端口发，星型网入门级设备（10Base2,RJ-45）
学习网桥（透明网桥）--在执行网桥功能的时候，自己建立站点地址表 首次安装表示空的，通过由每个站点所发送的第一个包，网桥
可得知该站点所属的网段，若目标地址是它所不认识的，就将这包广 播到所有网段中，最后，他获得了一个完整的站点地址和各自所属网 段的表，这个表将保存在它的内存中，还可以不断作自我更新。
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 中继器
repeater
repeater
LAN 3
LAN 1
LAN 2
中继器：重新产生信号，扩展局域网覆盖的距离 集线器：多端口的中继器，在以太网中，HUB被称为多址访
问单元（MAU）,各式各样的集线器可支持多种传 输介质的连接器和多种数据传输速率
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 中继器
从工作原理上可分为
非交换式集线器 单网段集线器-----所有端口连接到单一的网段上。 多网段集线器------将端口连接到HUB内的不同网段。
交换式集线器 静态交换集线器-----交换在多个共享网段上进行，每个 网段由多个集线器端口共享。 动态交换集线器-----以提供网络可用带宽为目的，动态 提供多条端端并行通信。
信元交换：
以ATM技术为代表，交换长度固定（53Byte）便与硬件实 现。允许多个虚拟连接。
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 /交换机
分组交换机
用于组网的基本电子交换机，因为能把完整的分组（packet）从一条连接到另 一条连接而被称为分组交换机。在概念意义上，每个包交换机多是一台小型计算机， 具有处理器、存储器以及发送和接受的I/O设备，现在的分组交换机有专用的硬件组 成
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 网桥
网桥的功能—可以应用在使用相同协议的网段之间
❖ 源地址跟踪———将源地址记录到站表中 ❖帧的转发和过滤 （图示） ❖ 生成树的演绎 ❖ 协议转换（图示） ❖分帧重组————FDDI（4500bit）--> 802.3 (1518bit) ❖ 网桥的管理
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备
中继器 / Repeater （物理层）
网
网桥 / Bridge（数链层）
络
交换机 / Switch（数链层）
设
备
路由器 / Router（网络层）
网关 / Gateway（高层/所有层）
网络设备小结
网络设备运行的基本流程
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 中继器
避免广播风暴，要求网桥执行生成树算法 （Spanning Tree Algorithm）开始选择一个网桥作为根网桥， 既具有最低ID的那个网桥，通过现在规定的时间 间隔发送一系列的网桥协议数据单元的特殊帧， 然后以最短路径为依据，找到树上的每一个节点。 在这个集合中不存在回路，即在任何两站只见只 有一条通路。
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 网桥
Frame
2
1
LAN 1
4 LAN 2
3
解决办法：停用某些网桥来淘汰循环，不从物理上拆除连接， 但是可以阻止它们转发帧。实际上它们被用作在别 的网桥失效的情况下的备份.
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 网桥
站1
用户层 LLC MAO 物理层
在以太网中，使用中继器要注意“5—4—3—2—1”原 则
中接器只能在规定的范围内进行有效的工作，否则会引 起网络故障
第九章：网络设备与网络互联 / 网络设备 / 中继器
Repeater 2
Repeater 3
Repeater 1
Repeater 4
最多有 4 个中继器连接 5 个网段，只有 3 个网段可以 连主机，另外 2 个是连接段，他们共组成 1 个广播域。