计算机网络硬件选择交换机与路由器

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计算机网络硬件:选择交换机与路由器
本次课的任务

了解计算机网络的互连设备 交换机、路由器 了解计算机网络的设备连接 计算机与交换机、交换机与交换机的连接
1、交换机



一个交换机能将一个网络段隔离成更小的网络段,这些小网络段彼此独立 且只支持它自己的通信业务流量,每个网络段就是一个冲突域。交换机用 于连接局域网内各节点设备。具有流量控制能力。 端口类型分为半双工端口和全双工端口。 交换机是一种具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品。 交换机属于数据链路层设备,能够识别数据帧头部信息,转发数据。
2.3路由表的作用
路由器就像网络中的向导一样,当IP包来到路由器后有一个很重要的任务就 是查看该路由器是否知道这个IP数据包要去的目的地。 路由器采用自动学习,依靠路由协议学习或网络管理员手动配置等方式获得 IP数据包要去往的目的地信息。 路由器将这些信息形成“档案”有选择的存放在路由表中,以便提供路由服务。


⑴ 类型对口实用 ⑵ 性价比考虑 ⑶ 端口选择 ⑷ 安全性 ⑸ 传输速度 目前10/100Mbps自适应路由器已成为主流,一般的路由器都 能够提供全部或部分10/100Mbps端口,单纯提供10Mbps端口 的路由器已逐渐淡出市场。如果对于传输速度要求较高,应 该选用千兆位交换路由器,因为这些路由器的光接口速度可 以达到622Mbps、2.5Gbps甚至10Gbps。千兆级的核心路由器 作为企业网骨干,其价格要远远高于普通的工作组级路由器。 ⑹ 控制管理功能
RAM
ROM
Flash
CPU
Interface
1、交换机
交换机的作用 ⑴ 端口带宽的独享 ⑵ 识别MAC地址,并完成封装转发数据包 ⑶ 网络分段




交换机通过识别数据帧头部的目的MAC地址信 息转发数据。 已知单播帧,实现点到点的传输 未知单播帧、广播帧,以广播方式传输 交换机通过识别源MAC地址进行自动学习,将 这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的 一个地址表中。
度量值
0 0
2.6路由器的分类



从支持网络协议能力的角度,可以将路由器分为 单协议路由器和多协议路由器。 从工作位置来分,可以将其分为访问路由器和边 界路由器。 从连接规模和能力考虑,又可以将其分为区域路 由器、企业路由器、园区路由器等,它们分别用 于构建不同规模的互联网络
2.7路由器的选择
3、 计算机网络的设备连接
3.1直通双绞线与交叉双绞线
双绞线1236通信规则 在用双绞线做传输介质的以太 网中,除了100Base-T4和 1000Base-T以外,其余均只使用四 对绞线中的两对。当信号通过双绞 线电缆传输时,在电缆内的四对 (八根)铜线(芯线)中,实际起作用 的只有其中的两对,分别是1-2脚 和3-6脚。比如,对应网卡接口如 表2-1,1-2脚负责发送数据(TX+, TX-),而3-6脚负责接收数据(RX+, RX-)。
2、路由器

路由器是在网络层提供多个独立的子网间连接服务的一种存储/转 发设备,用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层协议 完全不同的网络互连中。
2.1什么是路由
选择一个将数据包发往某个目标网段或主机的路径就是路由的过程。
10.1.1.0 172.16.1.0
用户产生的数据流比如文件,视频流,电子邮件等等应用被从一个逻辑的 源转发到一个逻辑的目的地。 用来表示逻辑源和逻辑目的地的是IP地址,因此我们认为路由的过程是将 不同IP地址网段的IP包进行转发。那么实现这一功能的设备我们称之为路 由器。
2.5路由器工作原理


采用存储转发的方法: 接收并缓存IP数据分组,提取分组中的目的IP地 址,然后查路由表决定转发路径。如果未查到, 则丢弃该分组。 交换机也用查表的方法决定转发路径,但交换机 的表是“端口-MAC地址”表,存放的是端口与目 的MAC地址之间的关系,要用帧中的MAC地址查表;
引脚
1 2 3 4 5
568A标准
绿白 绿 橙白 蓝 蓝白
568B标准
橙白 橙 绿白 蓝 蓝白
6
7 8

棕白 棕
绿
棕白 棕
直通双绞线与交叉双绞线
直通双绞线和交叉双绞线 ⑴ 直通双绞线:双绞线两端的RJ-45连接头与双绞 线的连接均按568A或568B标准制作,两端的两 对双绞芯线1-2脚和3-6脚直接对应。 ⑵ 交叉双绞线:双绞线一端的RJ-45连接头与双绞 线的连接按568A标准制作,另一端按568B标准 制作。即一对双绞芯线在一端连1-2脚,另一端 连3-6脚;另一对双绞芯线在一端连3-6脚,另一 端连1-2脚。即两端的1-2和3-6脚交叉对应。
在568A与568B中所定义的RJ45连接头各脚与双绞线各芯线排列 的对应方式,如表2-2所示。 引脚568A标准568B标准1绿白 橙白2绿橙3橙白绿白4蓝蓝5蓝白蓝 白6橙绿7棕白棕白8棕棕其中1-2脚 和3-6脚是对绞的两对芯线。对绞 的电缆因为其中传输的信号方向相 反,从而使彼此的电磁辐射相互抵 消,因此使收、发数据之间的干扰 降到最小。
172.16.2.2 10.6.24.2 E1 172.16.3.10 172.16.12.12 10.1.1.1
E0 172.16.2.1
10.250.8.11
10.180.30.118
路由表 网络
172.16.0.0 10.0.0.0
子网掩码
255.255.0.0 255.0.0.0
端口
E0 E1

表2-1
网卡接口各引脚定义
引脚
1 2 3 4 5 6 7 8
网卡上RHale Waihona Puke Baidu-45插座信号
TX+(发送) TX-(发送) RX+(接收) 未使用 未使用 RX-(接收) 未使用 未使用
直通双绞线与交叉双绞线
568A与568B定义的双绞线的 连接规则


表2-2 568A和568B标准定义的双 绞线色线的排列规定
Packet
路由表
2.4路由表的产生方式

直连路由
1.1.1.0
1.1.2.0
1.1.3.0
路由器会自动生成本路由器激活端口所在网段的路由条目
2.4路由表的产生方式

静态路由
在简单拓扑结构的网络里,网络管理员手动输入路由条目。
2.4路由表产生的方式

动态路由协议学习到的路由
在大型网络环境下,依靠路由协议比如OSPF、BGP路由协议学习


而路由器中的路由表是“端口-网络地址”表,存放的是 端口与目的网络地址之间的关系,故要从分组中提取IP 地址,并解析出其中的网络地址部分来查表。 路由表——用于存放到达其他网络的路由信息。 注意:路由器是根据网络号来转发IP数据包的,所以路 由表中存放的是目的网络号,而不是目的主机号。
路由表
2.2路由器的功能



工作在第三层(网络层)上。 在网络间截获发送到远地网段的报文,起转发的作用。 选择最合理的路由,引导通信。 按照预定的规则把大的数据包分解成适当大小的数据包,到达目的 地后再把分解的数据包包装成原有形式。 多协议的路由器可以连接使用不同通信协议的网络段,作为不同通 信协议网络段通信连接的平台。 路由器的主要任务是把通信引导到目的地网络,然后到达特定的节 点站地址。
A B
0260.8c01.1111
E0
E1
0260.8c01.3333
C
E2
E3
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
主机之间互相发送数据,交换机会学习数据帧的源MAC地 址
1.1二层交换机工作原理
MAC 地址表
A
0260.8c01.1111
E0: E2: E1: E3:
0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444
0260.8c01.2222
1.1二层交换机工作原理
MAC 地址表
A B
0260.8c01.1111
E0
E2
E1
E3
0260.8c01.3333
C
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
交换机初始化时MAC地址表是空的
1.1二层交换机工作原理
MAC 地址表
E0: 0260.8c01.1111
B
E0 E2
E1 E3
0260.8c01.3333
C
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
广播地址在数据链路层表示为FFFF.FFFF.FFFF 该地址不会被交换机学习到 目的地址为该地址的数据帧将被交换机扩散
1.2交换机互连方式
级联:
通过交换机的普通端口通过普通线缆 简单联接起来


实现子网隔离,限制广播风暴。(目的地址无法识 别时,路由器将其丢弃,而不是广播——比较网 络交换机) 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。因为路由器不会转发广播包。
1.4交换机的选择

交换机是组成网络系统的核心设备。对用户而言,选择交换机时应注意以 下几个方面: ⑴ 转发方式 转发方式主要分为直通式转发和存储式转发,由于不同的转发方式适应于 不同的网络环境,因此,应当根据自己的需要做出相应的选择。 ⑵ 注意合适的尺寸 ⑶ 交换的速度要快 ⑷ 端口数要够将来升级用 ⑸ 根据使用要求选择合适的品牌 ⑹ 管理控制功能 ⑺ MAC地址数 ⑻ 扩展树 ⑼ 背板带宽
1.1二层交换机工作原理
MAC地址表
A
E0: E2: E1: E3:
0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444
B
0260.8c01.1111
E0
C
E2
X X
E1
0260.8c01.3333
D
E3
0260.8c01.4444
堆叠: 通过堆叠线缆将交换机的背板连接起 来,扩大级联带宽
堆叠-菊花链
堆叠-主从式
M 2 0 3 1
图 1堆 叠 模 块 M 2 0 3 1 前 面 板
1.3转发方式


直通式 存储转发式 无碎片直通式(更高级的直通式转发)
直通式

直通式(Cut Through)方式在输入端口检测到一个数 据包后,只检查其包头,取出目的地址,通过内部的地 址表确定相应的输出端口,然后把数据包转发到输出端 口.这样就完成了交换。
无碎片直通式

无碎片直通(Fragment Free Cut Through)是介于直 通式和存储转发式之间的——种解决方案,它检查数据 包的长度是否够64 Bytes(512bit)如果小于64 Bytes, 说明该包是碎片(即在信息发送过程中由于冲突而产生 的残缺不全的帧),则丢弃该包,如果大于64 Bytes, 则发送该包。该方式的数据处理速度比存储转发方式快, 但比直通式慢。

3.2计算机与交换机之间以及交换机之间的连接
计算机与交换机的连接 ⑴ 用直通双绞线连接计算机与交换机。 ⑵ 计算机网卡接口的1-2脚发送信号和3-6脚接收信号。 ⑶ 交换机的接口通常分为级联接口和普通接口。
1.4交换机的分类




⑴ 从广义上来看,交换机分为两种:广域网交换机和局域网交换机。广 域网交换机主要应用于电信领域,提供通信用的基础平台。而局域网交换 机则应用于局域网络,用于连接终端设备,如计算机及网络打印机等。 ⑵ 从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、 千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。 ⑶ 从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机 等。各厂商划分的尺度并不是完全一致的,一般来讲,企业级交换机都是 机架式,部门级交换机可以是机架式(插槽数较少),也可以是固定配置式, 而工作组级交换机为固定配置式(功能较为简单)。 ⑷ 从应用的规模来看,作为骨干交换机时,支持500个信息点以上大型企 业应用的交换机为企业级交换机,支持300个信息点以下中型企业的交换 机为部门级交换机,而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。 ⑸ 从交换机工作的协议层来分有第2层交换机、第3层交换机和第4层交换 机。
存储转发式

存储转发( Store and Forward )是计算机网络领域使 用得最为广泛的技术之一,在这种工作方式下.交换机 的控制器先缓存输入到端口的数据包,然后进行 CRC 校 验,滤掉不正确的帧,确认包正确后,取出目的地址, 通过内部的地址表确定相应的输出端口,然后把数据包 转发到输出端口。
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