第七章 常用的网络设备

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第七章 网络设备
学习要点:

网络接口卡及其使用 集线器及其使用 交换机及其使用 路由器及其使用 构造简单的网络
2013/8/4
1
数据库 主 机 主 机
企业内部网
集线器 应 用 服 务 器 交 换 机
交 换 机
应 用 服 务 器
防火墙
外部访问子网
WEB
WEB
服 务 器
交换机
交换机
服 务 器
每个表项的生存期都是有限的:

2013/8/4
27
在X端口上接收帧
N
在过滤数据库中发现DA?
Y Y
广播该帧 在所有端口上转发帧
出境端口=X?
N
源和目的 在同一边
在出境端口上转发帧
在过滤数据库中发现SA?
Y
N
更新方向重置计时器
往DB中增加SA 设置新计时器
结束
2013/8/4
网桥学习与转发示意图
5
主机2 应用层 传输层 互连网层 数据链路层 物理层
2013/8/4
路由器的概念结构

路由器
主机1 应用层 传输层 互连网层 数据链路层 物理层 子网1 路由器 互连网层 DL PHY DL PHY 子网2
6
主机2 应用层 传输层 互连网层 数据链路层 物理层
2013/8/4
网关的概念结构

网关

2013/8/4
数据发送/接收
10
7.1.2 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 数据缓冲区 曼彻斯特编码/解码器——对发送的数据编码 ,变换成适合于在LAN上传输的信号或把接 收的信号解码为二进制数据 LAN管理部件 主机总线接口部件

学习源地 址 过滤本网 段帧转发 异网段帧 广播未知 2013/8/4
网桥
24
7.3.1. 网桥

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 所有端口广播该报文——广播。
主机1 应用层 传输层 互连网层 数据链路层 物理层 网络1 网关 应用层/ 传输层 IP DL PHY IP DL PHY 网络2
7
主机2 应用层 传输层 互连网层 数据链路层 物理层
2013/8/4
7.1 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


2013/8/4
CPU(部分网卡有)——增强网卡智能化,减少 网络传输对主机CPU的依赖,提高传输效率
11
7.1.3 网卡的配置参数

网卡地址:即网卡的物理地址,或称为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 •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0C8000H)
2013/8/4
30 30
LAN间有多条桥接链路的网络
第二种情况:产生循环重复数据帧 假设:站点A发送数据给 站点C,但网桥1和2的站 缓冲区内均没有C的记录 A发送给C的帧将在 LAN1和LAN2之间产生 两个不同方向的循环,C 将接收到大量重复的帧, 直到C向外发送数据帧
2013/8/4 31 31
独立的冲突域
广播域
交换机只能分隔冲突域,但不能分隔广播域
2013/8/4 22
7.3.1. 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
具有惟一的网络地址

根据路径选择方法,有两种网桥:
透明网桥(Transparency

Bridge)
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


2013/8/4
19
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
HUB
UTP NIC
服务器
2013/8/4
PC机
20
7.3 网桥与网络交换机

共享信道LAN的缺点:
14
7.2 中继器与集线器
7.2.1. 中继器(Repeater)简述
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
防火墙
外界因特网
路由器 因特网
网络设备在OSI体系中的位置

网络设备的功能层次
OSI层次
传输层及以上
地址类型
应用程序进程地址 (端口) 网络地址 (IP地址) 物理地址 (MAC地址) 无
设备
网关 (协议转换器) 路由器 (三层交换机) 网桥、交换机 (网卡) 中继器、集线器
3
网络层
数据链路层 物理层
LAN间有多条桥接链路的网络
第三种情况:产生广播风暴 假设:站点A向外发送 一个广播帧 广播帧将在LAN1和 LAN2之间产生两个不 同方向的循环 可以引起网络瘫痪, 甚至影响计算机的正常 运行
2013/8/4 32 32
LAN间有多条桥接链路的网络
第四种情况:丢帧 假设:发往主机B的数 据包如果是广播型的帧, 会被两个网桥无休止地 转发,这样会占用所有 可能获取的网络带宽, 导致网络阻塞。
远程唤醒
2013/8/4
13
三个基本概念



广播 向网络上的所有设备发送数据 广播域 网络上所有能够接收到同样广播分组的设 备的集合 冲突域 网络中的一部分,以网桥、交换机或者路 由器为边界,在冲突域中任意两台主机同 时发送数据都会产生冲突

2013/8/4
一个广播域包含一个或多个冲突域
•全双工 / 半双工
•传输速率(仅10/100Mbps双速网卡可选)
2013/8/4 12
7.1.4 提高网卡性能的技术

并行处理:发送/接收和数据处理同步进行 全双工:需集线器/交换机的支持,采用UTP和光纤

突发传输方式(每次传送更多的帧):LAN误码率 很低


智能网卡(让网卡承担更多的传输任务)
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
2013/8/4
23
7.3.1. 网桥
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。 透明网桥工作原理归纳为:基于转发表的学习、过滤、 转发和广播。
端口数:8,12,16,24
16
Fra Baidu bibliotek
2013/8/4
7.2.2 集线器的类型: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)
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
1 2
接口2又收到 A发出的帧
A
B
LAN1
2013/8/4
1
接口1收到 A发出的帧
2
B2
接口2又收到 A发出的帧
LAN2
29
LAN间有多条桥接链路的网络

第一种情况:产生重复数据帧
假设:站点A发送 数据给站点C 站点C将分别 通过网桥1和网桥 2接收到两个重复 的数据帧

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
2013/8/4
8
网卡的分类
网络媒体:细缆接口、粗缆接口、双绞线接口、
光纤接口 总线类型:ISA、EISA、PCI、MCA等 数据传输速率:10M、100M、1000M
华东师范大学计算机科学技术系《计算机网络工程》第2章 局域网技术(2009-2010学年第二学期) 2013/8/4
实现网络分段的设备:网桥、交换机、路由器


网桥和交换机可以隔离冲突域 路由器不仅可以隔离冲突域,还能隔离广播域
21
2013/8/4
7.3 网桥与网络交换机
网络分段示意
冲突域/广播域 HUB
总带宽: BW 结点带宽: BW/8
网桥或网络交换机 独立的冲突域 HUB HUB 网段1 网段2
总带宽: BW*2 结点带宽: BW/4
2013/8/4 15
7.2 中继器与集线器
7.2.1 集线器简述

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
(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

2013/8/4 18
7.2.3 以集线器为核心的网络的特点

所有主机共享带宽 无法限制冲突和广播 适用于小型网络
2013/8/4
33 33
生成树协议(Spanning-Tree Protocol,IEEE 802.1d )
生成树协议总体思想: 在存在冗余链路的情况下,在网络中标识出一 条无环链路,作为工作链路,并临时关闭非工 作链路中的网桥端口 当网络中任何一条链路的状态发生变化时,网 桥将根据生成树协议重新计算是否因为链路状 态的改变而出现新的回路 如果工作链路出现了故障导致帧不能通过,生 成树协议将重新计算出一条新的无环链路,并 打开临时关闭的网桥端口
2013/8/4
中继器(集线器)的概念结构

中继器(集线器)
主机1 应用层 传输层 互连网层 数据链路层 物理层 网段1 中继器 PHY 网段2
4
主机2 应用层 传输层 互连网层 数据链路层 物理层
2013/8/4
网桥(交换机)的概念结构

网桥(交换机)
主机1 应用层 传输层 互连网层 数据链路层 物理层 网段1 PHY 网桥 DL PHY 网段2


2013/8/4
25
网桥转发的例子:A→B, A→C
转发表
A
C
B
2013/8/4
26
7.3.1. 网桥
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:

若收到的报文的源MAC地址不在转发表中,则插入 到表中。 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。
冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突;

因此实际带宽为3~4Mb/s(或30~40Mb/s)
网络中站点越多,冲突现象越严重; 网络总带宽BW ,由于共享信道使得每个站点的平均
拥有带宽为BW/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)

减少每个网段中站点的数量, 使冲突的概率减小;
28
7.3.1. 网桥
能获取的网络带宽,导致网络 据将会丢失。 循环连接,造成: 阻塞。
假定主机A向主机B发送一个数据包,两个网桥同时 当透明网桥将改变各自的路由表以指明主 接收到这个数据包,并且都正确地知道主机A位于 机A在LAN2中时,恰巧主机B向主机A LAN1中 。但是不幸的是,在主机B同时收到两 发往主机B的数据包如果是广 发送数据包,两个网桥接收到此数据包后, 份一样的主机A的数据包后,两个网桥又一次从它们 播型的帧,会被两个网桥无休 会将其丢弃,因为它们的转发表中指明主 对LAN2的端口上接收到主机A的数据包,于是它们 透明网桥需要解决的问题 止地转发,这样会占用所有可 机A位于LAN2中。这样发给主机A的数 又认为主机A位于LAN2 中 。
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)
2013/8/4 17
7.2.2 集线器的类型:按速度划分

传统集线器
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
9 9
7.1.1 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
转换为适合网络介质传输的信号形式
相关文档
最新文档