第2章网络设备与网络拓扑结构

（2）转换网桥
转换网桥是透明网桥的一种特殊形式。它在物理层和数据链 路层使用不同协议的LAN提供网络连接服务。下图示出了连 接令牌环网和Ethernet的转换网桥。
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（3）封装网桥
封装网桥通常用于连接FDDI骨干网。下图示出了这种连接 结构， 封装网桥用来将4个Ethernet连到FDDI骨干网上。
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（2）转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。
v 路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何将分组发送 到下一个站点（路由器或主机），如果路由器不知道如何发 送分组，通常将该分组丢弃；否则就根据路由表的相应表项 将分组发送到下一个站点，如果目的网络直接与路由器相连， 路由器就把分组直接送到相应的端口上。这就是路由转发协 议（routed protocol）。
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2、网桥的优点
➢ 使用网桥进行互连克服了物理限制，这意味着构成LAN的 数据站总数和网段数很容易扩充。
➢ 网桥纳入存储和转发功能可使其适应于连接使用不同 MAC协议的两个LAN。 因而构成一个不同LAN混连在一 起的混合网络环境。
➢ 网桥的中继功能仅仅依赖于MAC帧的地址，因而对高层 协议完全透明；
1．总线型网络拓扑结构
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v 总线型拓扑是一种比较简单的结构，采用的是一根中央主电 缆，称为公共总线的传输介质，各结点直接与总线相连接， 信息沿总线介质逐个结点地广播传送。这种结构非常简单， 所需要的电缆也很少。
第2章网络设备与网络拓 扑结构
2020/1Biblioteka Baidu/25
第2章网络设备与网络拓扑结构
本章重点
v 本章讨论局域网环境中使用的通用硬件组成。 常见网络包括路由器、交换机、集线器、网 络接口卡、中继器、网桥，其中交换机是现 代局域网中最普遍的设备。
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2.1.网络设备
v 1．路由器 路由器工作在OSI模型中的第三层，即网络层。路由器利用 网络层定义的“逻辑”上的网络地址来区别不同的网络，实 现网络的互连和隔离，保持各个网络的独立性。路由器不转 发广播消息，而把广播消息限制在各自的网络内部。发送到 其他网络的数据先被送到路由器，再由路由器转发出去。
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2、工作方式
集线器发送数据没有针对性，而是采用广播 方式发送。即不知直接把数据发送到目的节点， 而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。
广播方式的缺点 ✓ 用户数据包向所有节点发送，很可能带来数据通信的不
安全因素 ✓ 可能造成网络塞车现象。
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v 与网桥和集线器相比，交换机从下面几方面改进了性能： （1）通过支持并行通信，提高了交换机的信息吞吐量。 （2）将传统的一个大局域网上的用户分成若干工作组，每个
端口连接一台设备 或连接一个工作组，有效地解决拥挤现像。 （3）虚拟网（VirtuaI LAN）技术的出现，给交换机的使用和
管理带来了更大 的灵活性。我们将在后面专门介绍虚拟网
协议，例如CSMA/CD协议；
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v （5）由中继器连接起来的网段构成一个更大的网段，并且 有着相同的网络地址，属于一个冲突域；
v （6）网段上的每一个节点都有自己的地址。在扩充网段上 的节点地址不能与原网段上的节点地址相同，因为它们都是
同一网段上的节点。中继器连接网络如2-6所示
•Repeater
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6.网络接口卡
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7.交换机和路由器的区别
根据中继系统所在的层次可分为五种中继系统： 物理层（即常说的第一层、层Ｌ1）中继系统，即转发器
（repeater）。 数据链路层（即第二层，层Ｌ2），即网桥或桥接器
（bridge）。 网络层（第三层，层Ｌ3）中继系统，即路由器（router）。 网桥和路由器的混合物桥路器（brouter）兼有网桥和路由
v 路由选择算法将收集到的不同信息填入路由表中，根据路由 表可将目的网络与下一站（nexthop）的关系告诉路由器。 路由器间互通信息进行路由更新，更新维护路由表使之正确 反映网络的拓扑变化，并由路由器根据量度来决定最佳路径。 这就是路由选择协议（routing protocol），例如路由信息协 议（RIP）、开放式最短路径优先协议（OSPF）和边界网 关协议（BGP）等。
4、网桥的种类
网桥有透明网桥、转换网桥、封装网桥、源路由选择网桥等 4种类型 （1）透明网桥
所谓“透明网桥”是指，它对任何数据站都完全透明，用 户感觉不到它的存在，也无法对网桥寻址。所有的路由判决 全部由网桥自己确定。当网桥连入网络时，它能自动初始化 并对自身进行配置。
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器的功能。 在网络层以上的中继系统，即网关（gateway）。
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v “交换”是一个涵义广泛的词语，当它被用来描述数 据网络第二层的设备时，实际指的是一个桥接设备； 而当它被用来描述数据网络第三层的设备时，又指 的是一个路由设备。
v 路由器是OSI协议模型的网络层中的分组交换设备 路由器的基本功能是：
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v 2.路由器的IP转发功能
v （1) 当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一 台主机时，它将直接把IP分组送到网络上，对方就能收到 。 否则，主机就把IP分组送给一个称为“缺省网关（default gateway）”的路由器上。
v (2) 路由器转发IP分组时，只根据IP分组目的IP地址的网络 号部分，选择合适的端口，把IP分组送出去。
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•三、网桥
• 1、什么是网桥
• 网桥（Bridge）是一种在数据链路层实现局域网互联 的存储转发设备。网桥工作在数据链路层，将两个局域 网（LAN）连起来，根据MAC地址（物理地址）来转发帧， 可以看作一个“低层的路由器”（路由器工作在网络层， 根据网络地址如IP地址进行转发）。它可以有效地联接 两个LAN，使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信 号至另一网段，网桥通常用于联接数量不多的、同一类 型的网段
➢ 网桥将一个较大的LAN分成段，有利于改善可靠性、可用 性和安全性。
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3、网桥的主要缺点是：
由于网桥在执行转发前先接收帧并进行缓冲， 与中继器 相比会引入更多处理时延；
由于网桥不提供流控功能，因此在流量较大时有可能使 其过载， 从而造成帧的丢失。
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v （1）级联可通过一根双绞线在任何网络设备厂家的交换机 之间，集线器之间，或交换机与集线器之间完成。级联只需 单做一根双绞线 ，
v （2）堆叠只有在自己厂家的设备之间，且此设备必须具有 堆叠功能才可实现。 堆叠需要专用的堆叠模块和堆叠线缆。
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v 堆叠和级联的区别和联系
首先，多台交换机堆叠在一起，从逻辑上来说，它们属于 同一个设备。 其次，多个设备级联会产生级联瓶颈。 最后，级联还有一个堆叠达不到的目的，是增加连接距离。
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9．第四层交换
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2.2 网络拓扑结构
v 网络拓扑包括物理拓扑和逻辑拓扑。物理拓扑是指物理结构 上各种设备和传输介质的布局。物理拓扑通常有总线型、星 型、环型、树型等几种。
v 逻辑拓扑定义了发送数据的主机访问传输介质的方式。
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2.交换机
v 交换机的英文名称之为“Switch”，它是集线器的升级换 代产品，从外观上来看的话，它与集线器基本上没有多大区 别，都是带有多个端口的长方形盒状体。是一种工作在OSI 第二层(数据链路层，参见“广域网”定义)上的、基于MAC (网卡的介质访问控制地址)识别、能完成封装转发数据包功 能的网络设备。
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3、集线器的特点
™ 所有设备在同一广播域 ™ 所有设备共享相同的带宽 ™ 所有设备在同一冲突域
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4、集线器的类型
按照总线带宽的不同，集线器分为10Mb/s、100Mb/s和 10Mb/s/100Mb/s自适应三种；
按照工作方式的不同，集线器分为智能型和非智能型两 种。
同。
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8．第三层交换机和路由器的区别
v 作为网络互连的设备，第三层交换机具有以下特征： （1）转发基于第三层地址的业务流； （2）完全交换功能； （3）可以完成特殊服务，如报文过滤或认证； （4）执行或不执行路由处理。
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v 第三层交换机与传统路由器相比有如下优点： (1) 子网间传输带宽可任意分配 (2) 合理配置信息资源 (4) 交换机之间连接灵活： (3) 降低成本：
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v （5）端口密度可以与集线器相媲美,一般的网络系统都是有 一个或几个服务器，而绝大部分都是普通的客户机。
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v 3.堆叠和级联
v 堆叠(Stack)和级联(Uplink)是多台交换机或集线器连接在一 起的两种方式。它们的主要目的是增加端口密度。
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5.10M集线器
10M集线器作为一种特殊的多端口中继器，它在连网中继 扩展中要遵循5-4-3规则，即：一个网段最多只能分5个子网 段；一个网段最多只能有4个中继器；一个网段最多只能有 三个子网段含有PC
5-4-3-2-1规则
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级联
级联是一种集线器端口扩展方式，它是指使用集线器普通 的或特定的端口来进行集线器间的连接的。所谓普通端口 就是通过集线器的某一个常用端口（如RJ-45端口）进行 连接，而所谓特殊端口就是集线器为级联专门设计的一种 “级联端口“，一般都标有”UPLink“字样。因为有两种 级联方式，所以事实上所有的集线器都能够进行级联，至 少可以通过普通端口进行。
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v 3.路由器完成的内容
路由动作包括两项基本内容：寻径和转发。 （1）寻径即判定到达目的地的最佳路径，由路由选择算
法来实现。 由于涉及到不同的路由选择协议和路由选择算法，路由选
择算法必须启动并维护包含路由信息的路由表，其中路由信 息依赖于所用的路由选择算法而不尽相同。
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（4）源路由选择网桥
源路由选择网桥主要用于互连令牌环网， 但在理论上可用于 连接任何类型的LAN。下图是使用路由选择网桥互连5个令 牌环网的结构。
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2.1网络设备
•四、集线器 • 1、什么是集线器 • 集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”的意 思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形 放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在 以它为中心的节点上。它工作于OSI(开放系统互联参考 模型)参考模型第一层，即“物理层”。集线器与网卡、 网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用 CSMA/CD（一种检测协议）访问方式。
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v 1.局域网内的交换机
局域网交换机拥有许多端口，每个端口有自己的专用带宽， 并且可以连接不同的网段。局域网交换机一般拥有一个或几 个高速端口，如100M以太网端口、FDDI端口或155M ATM 端口，从而保证整个网络的传输性能。
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v 2.交换机的改进性能
（1）IP数据报的转发，包括数据报的寻径和传送； （2）子网隔离，抑制广播风暴； （3）维护路由表，并与其他路由器交换路由信息，
这是ＩＰ报文转发的基础。
第2章网络设备与网络拓扑结构
（4）IP数据报的差错处理及简单的拥塞控制； （5）实现对ＩＰ数据报的过滤和记帐。 （6）对于不同地规模的网络，路由器的作用的侧重点有所不
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5.中继器
v 中继器用于同种局域网络互联，是在物理层次上实现互联的 网络互联设备，用于扩展网段的距离。
v 中继器的特点： v （1）中继器可以重发信号，这样可以扩展网段的距离； v （2）中继器主要用在同种LAN互连中； v （3）中继器工作在网络体系结构模型的物理层； v （4）由中继器连接起来的各网段必须采用同样的信道访问