常用网络设备

2020/11/12
常用网络设备
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
网络设备在OSI体系中的位置
§ 网络设备的功能层次
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中继器（集线器）的概念结构
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• 工作原理
§ 对于从端口收到的每个报文，查看其目的MAC地址，并与转发 表对照：
• 若目的MAC地址在接收端口的表项中，则丢弃报文——过滤； • 若目的MAC地址在某一端口的表项中，则把报文转发到与该端口连接的
网段——交换（转发）；
• 若目的MAC地址不在表中，则向接收端口外的其他所有端口广播该报
§ 若收到的报文的源MAC地址不在转发表中，则插入到表中。
• 每个表项的生存期都是有限的：
§ 在一段时间内未收到以同一MAC地址为源地址的报文时，该表项被 删除，以适应网络拓扑的变化。
§ 想一想：如前图，当刚打开电源时，若站点A向站点C发 送了一个报文，网桥是如何转发该报文的？
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• 转发表振荡，报文无限循环，包丢失
接口1收到 A发出的帧
B1
接口2又收到 A发出的帧
1
2
A
B
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LAN1
1
2
接口1收到 A发出的帧
B2
接口2又收到 A发出的帧
LAN2
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生成树(Spanning Tree)算法
§ 用来构造一个逻辑上的无环网络
• 实现方法：屏蔽网络中的冗余桥接口
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网卡的功能
§ 数据缓存
• 匹配主机数据处理速率与网络的传输速率
§ 封装/解封装
• 加上控制字段→以帧为单位进行传输→卸下控制字段
§ 介质访问控制
• CSMA/CD、Token Passing
§ 串/并转换
• 将主机的并行数据转换成串行位流
§ 数据编码/解码
网络 2
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8.1 调制解调器Modem
§ 集成了调制和解调功能的设备 § 工作在体系结构的物理层 § 一般是指用于电话网络的模拟调制解调器 § 目前的调制解调器在自适应、数据压缩和网
络编码调制技术等方面已非常成熟，每个话 路的数据传输速率可高达56kb/s，已基本接 近电话线路的最大理论速率。
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调制解调器技术与相关标准
§ 三种调制技术
• 振幅调制——振幅键控（ASK） • 频率调制——频移键控（FSK） • 相位调制——相移键控（PSK）
§ 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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调制解调器的技术标准
§ITU-T V系列建议
• V.21和V.23：速率300b/s到1200b/s • V.22、V.26和V.27：1200b/s到4800b/s • V.29：9600b/s • V.32、V.24、V.42：14.4Kb/s • V.34：33.6kb/s • V.90、V.92：56Kb/s
HUB
UTP
NIC
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服务器
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PC机
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8.4 网桥与网络交换机
§ 共享信道LAN的缺点
• 冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突； • 网络中站点越多，冲突现象越严重；
• 具有n个站点的总带宽B的共享网络，每个站点的平 均拥有带宽为B/n。
§ 解决的方法
• 提高网络传输速度——没有从根本上解决问题 • 网络分段（微网段化）
• 传输速度为10Mb/s（10Base-T网络）
§ 快速以太网集线器
• 传输速度为100Mb/s（100Base-T网络）
§ 10/100M自适应集线器
• 传输速度自适应
§ 内部有两个网段：10M和100M，集线器根据连接速度将主机 连接到不同网段上。
§ 网段之间用交换方式连接。
• 保护投资，便于升级
§ 计算时，通过发送和接收BPDU（Bridge Protocol Data Unit）来交换网桥信息
§ 计算过程：
1.推选根网桥——通常是标识号最小的网桥； 2.决定每个网桥的根端口——到达根网桥代价最小的端口； 3.决定指定网桥——每个网络中具有最小根路径代价的网桥； 4.决定各网络的指定端口——指定网桥与网络连接的端口； 5.把各网络的非指定端口置为阻塞状态。
• 转换为适合网络介质传输的信号形式
§ 数据发送/接收
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网卡的结构
§ 发送/接收部件——负责信号的发送、接收 § 载波检测部件——检测介质上有否信号 § 发送/接收控制部件及数据缓冲区 § 编码/解码器——将数据编码转换为传输信号或反之 § LAN管理部件 § 主机总线接口部件
计 算 机 总 线
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通 信 线 路
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网卡的配置参数
▪ 网卡地址：即网卡的物理地址（MAC地址）， 固化在网卡硬件中（有些网卡可由用户修改）
▪ 配置参数（跳线设置 / 软件设置 / PnP） •中断请求号 IRQ（一般为3） •I/O基地址 I/O Base（一般为300H） •存储器基地址 Memory Base (一般为0C000H) •全双工 / 半双工 •传输速率（仅10/100Mb/s双速网卡可选）
• 在需要进行网络管理的中大型网络系统中，一般都要 求使用智能集线器（后面将要介绍的网络交换机也需 要是智能化的）。
§非智能（普通） HUB
• 不能用网管软件进行管理的集线器。 • 小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。
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集线器的类型：按速度划分
§ 传统集线器
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假定主机当A向透主明机网B桥发将送一改个变数各据自包的，路两由个表网以桥同指时明主
§ 循环透连接明，网造桥成：需要解决的问题 接L一L认AA收样为NN12到的主中的这主机端机 送 会 机 将个机A口位A数 将 A会数A。上在 位于的据据 其 丢但接数LL于发 网 用 导包是包 丢 失AA收据LN，不往 桥 所 致N， 弃 。A到2包2并幸主 无 有 网N中两 ，主中后且的2机 休 可 络个 因机，时 中都是B止 能 阻网 为A两。， 。正，的的地 获 塞桥它个确恰这在数数转取。网接们地主巧样据据桥发的收的知机主发包包又，网道到转B，机给会一同这络主此发于B主次被时机样带向数表是机从收两A会宽它主据中它位A到个占，们的机包指们于两又数A后明对份发据，主
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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集线器的类型：按是否可管理划分
§智能HUB
• 允许用网管软件对其进行管理的集线器，它内部包含 有CPU等智能控制部件。
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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。
▪ 模块化（Module）
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网桥（交换机）的概念结构
主机1 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
网桥 DL
PHY PHY
主机2 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
网段1
网段2
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路由器的概念结构
主机 1 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
路由器 互连网层 DL DL PHY PHY
文——广播。
❖透明网桥工作原理归纳为：基于转发表的过滤、转发和广播。
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网桥转发的例子：A→B，A→C
转发表
A B
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C
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转发表的建立
§ 刚加电时转发表为空；
§ 在转发过程中逆向自学习路由；
• 逆向学习——检查收到的报文的源MAC地址：
§ 由网桥负责路由选择，网桥和路由对站点透明 § 以太网中最常用
• 源选径网桥（Source Routing Bridge）
§ 由源站点负责路由选择，网桥和路由对站点不透明
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透明网桥
§ 工作原理
• 网桥有寻址和路由选择能力，路由选择采用查表法：
§ 网桥内的转发表描述了到达每个站点的路由； § 转发表主要由端口号和站点MAC地址组成。
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用集线器构建的网络的特点
§ 所有主机共享带宽 § 无法限制冲突和广播 § 适用于小型网络
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例：用集线器搭建简单的网络
§ 以1台服务器，3台PC机为例：
• 一台HUB • 4块UTP接口的网卡 • 4台PC机 • 8个RJ45接头（水晶头） • 若干米UTP双绞线
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8.2 网络接口卡NIC
§ 网络接口卡（网卡）是连接主机与网络的基本设备
• 每台主机都应配置一个或多个网卡 • 每个网卡都有一个或多个网络接口 • 不能独立工作，必须依赖于宿主主机
§ 连接不同的局域网需要使用不同的网卡
• 以太网卡 • 令牌环网卡 • FDDI网卡 • ATM网卡
主机 2 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
子网 1
子网 2
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网关的概念结构
主机 1 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
网关
应用层 / 传输层
IP IP DL DL PHY PHY
主机 2 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
网络 1
总带宽: BW×2 结点带宽: BW/4
独立的冲突域
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网桥
§ 存储转发设备，工作在数据链路层 § 用网桥连接的多个网络对外呈现为一个单独的物理
网络
• 具有唯一的网络地址
§ 根据路径选择方法，有两种网桥：
• 透明网桥（Transparency Bridge）
§ 减少每个网段中站点的数量, 使冲突的概率减小
§ 实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器
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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
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网卡的选用
考虑的因素包括：
▪ LAN的类型：Ethernet、Token Ring、ATM、FDDI ▪ LAN的速度：10M/100M/1000M、4M/16M、25M/155M ▪ 网络接口类型：AUI/BNC、RJ-45、SC/ST/MT-RJ ▪ 主机总线类型：ISA、EISA、PCI、USB、PCMCIA ▪ 应用场合：服务器、工作站、笔记本 ▪ 其他附加功能：PnP、防病毒、远程唤醒、链路聚合等
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2. 集线器（HUB）
§ 多端口的中继器，工作在物理层 § 功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大 § 可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备 § 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 § 端口数：8，12，16，24
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常用网络设备
常用网络设备
§ 本章主要内容：
• 网络设备概述 • 网络调制解调器（Modem） • 网络接口卡（NIC） • 中继器与集线器 • 网桥和交换机 • 无线接入点（Access Point ） • 路由器（Router） • 第三层交换机
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以太网卡的类型
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8.3 中继器与集线器
1. 中继器（Repeater）
▪ 工作在物理层 ▪ 功能：信号整形和放大，在网段之间复制比特流 ▪ 特点：
不进行存储——信号延迟小 不检查错误——会扩散错误 不对信息进行任何过滤 可进行介质转换——如UTP转换为光纤 用中继器连接的多个网段是一个冲突域 ▪ 应用注意事项：不能构成环、应遵守以太网的3-4-5规则