1、修正機(jī)網(wǎng)絡(luò)，保山學(xué)院修正機(jī)科學(xué)系修正機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗室，第4章網(wǎng)絡(luò)相互連接設(shè)備，4.1網(wǎng)絡(luò)相互連接的概要4.2物理層相互連接設(shè)備4.3數(shù)據(jù)鏈路層相互連接設(shè)備4.4網(wǎng)絡(luò)層相互連接設(shè)備4.5應(yīng)用層相互連接設(shè)備，9.1網(wǎng)絡(luò)相互連接這些計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在功能上和邏輯上都已經(jīng)被稱為因特網(wǎng)，并且構(gòu)成了也被簡稱為因特網(wǎng)的大型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 可以使用互連設(shè)備(中間設(shè)備)，如中繼器、橋接器、路由器、交換機(jī)和網(wǎng)關(guān)將網(wǎng)絡(luò)互連起來。4.1網(wǎng)絡(luò)互連概要、2網(wǎng)絡(luò)互連方式LAN-LAN LAN-wan-wan、4.1網(wǎng)絡(luò)互連概要、LAN-LAN互連層LAN-LAN網(wǎng)絡(luò)互連發(fā)生在OSI/RM數(shù)據(jù)鏈路層。 互連設(shè)備LAN-LAN網(wǎng)絡(luò)中的互連

2、設(shè)備是橋接器、中繼器或路由器。4.1網(wǎng)絡(luò)互連概述、LAN-WAN互連層LAN-WAN互連發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)層。 互連設(shè)備LAN-WAN的互連設(shè)備是路由器。4.1網(wǎng)絡(luò)互連概述、WAN-WAN互連層WAN-WAN互連發(fā)生在OSI/RM傳輸層及其上層。 互連設(shè)備WAN-WAN中的互連設(shè)備是網(wǎng)關(guān)。 4.2物理層互連設(shè)備，物理層通常提供兩種網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備：中繼器和集線器。 1 .中繼器具有對物理信號進(jìn)行放大、再現(xiàn)的功能，對從輸入接口接收的物理信號進(jìn)行放大、整形，從輸出接口輸出。 由于中繼器具有典型的單進(jìn)單出結(jié)構(gòu)，因此隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增加，對于信號放大而言，可能需要許多單進(jìn)單出結(jié)構(gòu)的中繼器。 使用中繼器，遵守由中繼器連

3、接的以太網(wǎng)不能形成環(huán)形網(wǎng)和由中繼器連接的以太網(wǎng)不能形成環(huán)形網(wǎng)兩個原則另一個必須遵守MAC(mediaaccesscontrol )協(xié)議的時序特性也就是說，用中繼器連接電纜的段數(shù)是有限的。4.2物理層互連設(shè)備、2、集線設(shè)備、4.2物理層互連設(shè)備、2、集線設(shè)備是通常所說的Hub并且其不同在于僅僅中繼器連接兩個段，并且集線設(shè)備可以提供更多的端口服務(wù)。 集線設(shè)備能夠通過對工作站進(jìn)行集中管理來避免在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生問題的段對整個網(wǎng)絡(luò)的正常操作產(chǎn)生影響。 (1)在集線器的功能性網(wǎng)絡(luò)中，集線器是共享設(shè)備，其主要功能是再現(xiàn)和放大接收的信號以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)上的傳輸距離。 根據(jù)IEEE802.3協(xié)議，集線器功能隨機(jī)選擇一個端

4、口上的設(shè)備，并獨占整個帶寬，然后與集線器上的高級設(shè)備(交換機(jī)、路由器、服務(wù)器等)進(jìn)行通信。 4.2物理層互連設(shè)備、2、集線裝置(2)集線裝置的分類集線裝置有各種分類方法。 集線裝置可根據(jù)速度、配置形式、管理方式、端口數(shù)進(jìn)行分類。 根據(jù)供電方式可以分為被動HUB和有源HUB。 根據(jù)網(wǎng)關(guān)功能，分為無管理集線器和管理式集線器。 按RJ45端口數(shù)分為8端口、12端口、16端口、24端口、48端口等多個類別。 根據(jù)適用的網(wǎng)絡(luò)類型，可以分為以太網(wǎng)集線器、令牌環(huán)集線器、FDDI集線器、ATM集線器。 根據(jù)提供的帶寬，能夠分為10Mbps、10/100Mbps、100Mbps、10/100/1000mb PS

5、集線器。 按擴(kuò)展方式分類的話，集線裝置有可堆疊集線裝置和不可堆疊集線裝置兩種。4.2物理層相互連接設(shè)備、2、集線裝置(3)集線裝置的端口是連接節(jié)點的端口。 集線器通常有三種類型的端口： RJ45端口、BNC端口和AUI端口。 適用于連接不同類型的電纜的網(wǎng)絡(luò)，有些高端集線器提供光纖端口和其他類型的端口，RJ45端口連接RJ45連接器，適用于雙絞線組件的網(wǎng)絡(luò)。 平時有多少個集線器，就是有多少個RJ45端口。 通常，集線器具有“UP Link端口”，用于連接(級聯(lián))到其他集線器。4.2物理層互連設(shè)備、BNC連接器是同軸電纜用的連接器，正式名稱為Bayonet Nut Connector (刺刀螺母連

6、接器)，在高級監(jiān)視器、音響設(shè)備中經(jīng)常用于傳輸音頻、視頻信號，4.2物理層互連器RJ45是常用的名稱IEC (60)603-7也是ISO/IEC 11801國際通用綜合配線標(biāo)準(zhǔn)的連接硬件的參考標(biāo)準(zhǔn)。 以太網(wǎng)的采用接口是RJ45，連接家庭路由器和電腦的寬帶接口是RJ45 .4.2物理層接口，AUI端口是用于和太同軸電纜連接的接口，是d型15管腳令牌環(huán)和總線型網(wǎng)絡(luò)中常見的路由器AUI接口主要用于通過以太同軸電纜為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)連接，4.2物理層互連設(shè)備、4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備、4.3.1橋接器為OSI模型橋接器將本地網(wǎng)絡(luò)劃分為兩個或多個網(wǎng)絡(luò)段，并隔離每個網(wǎng)絡(luò)段中的數(shù)據(jù)通信量，從而增加每個節(jié)點可用的

7、可用帶寬。 橋接器的重要功能是通過擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)長度而不限制媒體接入子層的沖突域，向大量共享LAN隔離LAN段，并且為每個LAN段提供相同的帶寬，這等于增加了總帶寬。 此外，橋接器還具有存儲、傳輸和過濾功能，可以正確傳輸應(yīng)發(fā)送到其他LAN的信息。 4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備，橋接器功能(1)物理上擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)1橋接器可連接到多個網(wǎng)絡(luò)，且同時網(wǎng)絡(luò)可使用多個橋接器與其它網(wǎng)絡(luò)互連。 (2)數(shù)據(jù)過濾功能，4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備，(3)邏輯上劃分網(wǎng)絡(luò)的功能通過對幀進(jìn)行過濾，實現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信的互連，并且源和目標(biāo)站在同一物理網(wǎng)絡(luò)段中的數(shù)據(jù)(4)數(shù)據(jù)推進(jìn)功能(動畫)橋接器基于數(shù)據(jù)過濾的結(jié)果實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的傳送。 (5)

8、當(dāng)數(shù)據(jù)幀通過橋接器到達(dá)進(jìn)行另一LAN協(xié)議的LAN時，橋接器還可以進(jìn)行幀格式的轉(zhuǎn)換處理。 4.3.2隨著交換機(jī)對局域網(wǎng)容量和性能的需求提高，1993年出現(xiàn)了局域網(wǎng)交換設(shè)備。 1994年，國內(nèi)掀起了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)交換的熱潮。 1 .交換技術(shù)的基本原理LAN交換技術(shù)是OSI參考模型在第二層數(shù)據(jù)鏈路層上的技術(shù)，“交換”實際上是傳送數(shù)據(jù)幀。 在數(shù)據(jù)通信中，所有交換機(jī)設(shè)備(即交換機(jī))都執(zhí)行兩個基本操作：交換數(shù)據(jù)幀，并將從輸入媒體接收到的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出媒體，以維護(hù)交換操作，并構(gòu)建和維護(hù)交換地址表。 4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備，4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備，1 .交換技術(shù)的基本原理交換設(shè)備根據(jù)數(shù)據(jù)幀的媒體訪問控

9、制(MAC )地址(即物理地址)執(zhí)行數(shù)據(jù)幀的傳送操作。 如果數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)MAC地址是廣播或組播地址，則必須遵守轉(zhuǎn)發(fā)到交換機(jī)的所有端口(數(shù)據(jù)幀的端口除外)的規(guī)則。 如果數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址是單播地址，而且該地址不在交換機(jī)的地址表中，則該地址將被轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)幀中除端口以外的所有端口。 如果數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址在交換機(jī)的地址表中，則根據(jù)該地址表將其轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口。 如果數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址和數(shù)據(jù)幀的源地址位于網(wǎng)絡(luò)段上，則該數(shù)據(jù)幀將被丟棄，并且不發(fā)生交換。4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備、數(shù)據(jù)幀交換過程、4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備，以下圖為例，學(xué)習(xí)具體的數(shù)據(jù)幀交換過程。當(dāng)主機(jī)d發(fā)送了廣播幀時，交換器在從E3端口接收到目的地

10、地址為ffff.ffff.ffff的數(shù)據(jù)幀時，將該數(shù)據(jù)幀傳送給E0、E1、E2、E4端口。數(shù)據(jù)幀交換過程、4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備、數(shù)據(jù)幀交換過程、4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備、主機(jī)d與e主機(jī)通信時，交換機(jī)從E3端口接收目標(biāo)地址為0260.8c01.5555的數(shù)據(jù)幀， 查找地址表時發(fā)現(xiàn)表中沒有0260.8c01.5555，當(dāng)主機(jī)d與主機(jī)f通信時，交換機(jī)從E3端口接收目的地地址為0260.8c01.6666的數(shù)據(jù)幀，在查找地址表后， 數(shù)據(jù)幀交換過程，4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備，當(dāng)主機(jī)d與主機(jī)a通信時，交換機(jī)從E3端口接收目的地地址為0260.8c01.1111的數(shù)據(jù)幀， 在查找地址表時，數(shù)據(jù)幀交換進(jìn)程

11、、4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備和數(shù)據(jù)幀交換進(jìn)程發(fā)現(xiàn)0260.8c01.1111位于E0端口，其中，在主機(jī)d與主機(jī)a通信的同時主機(jī)b也正在向主機(jī)c發(fā)送數(shù)據(jù)的情況下此時，在E1與E2之間以及E3與E0之間，經(jīng)由交換機(jī)內(nèi)部的硬件交換電路建立了兩個鏈路，這兩個鏈路上的數(shù)據(jù)通信相互不影響。 網(wǎng)絡(luò)也不會發(fā)生沖突。 4.3由于數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備，主機(jī)d與主機(jī)a之間的通信獨占一個鏈路，主機(jī)c與主機(jī)b之間也獨占一個鏈路。 此類鏈路僅在通信雙方都有需求時建立，數(shù)據(jù)傳輸完成后，對應(yīng)的鏈路也會被刪除。 這是交換機(jī)的主要特征。數(shù)據(jù)幀交換過程、4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備、2、交換機(jī)傳輸方式傳輸三種方式：直通式、存儲傳輸、無片段

12、直通式：在輸入端口檢測到數(shù)據(jù)包后，檢查其數(shù)據(jù)包頭，取出目標(biāo)地址，在內(nèi)部地址表中確定相應(yīng)的輸出端口所謂將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)送到輸出端口的存儲-轉(zhuǎn)送方式，是指交換機(jī)接收數(shù)據(jù)幀時，首先存儲到共享緩沖區(qū)，然后進(jìn)行過濾(過濾與不健全的幀有沖突的幀)和錯誤檢查處理，最后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到目標(biāo)地址片段無路徑系統(tǒng)片段無路徑系統(tǒng)首先存儲接收的數(shù)據(jù)幀的部分字節(jié)(64個最高有效字節(jié))，執(zhí)行錯誤檢查，如果有錯誤，立即過濾和請求對方重發(fā)該幀。 否則，這個幀是健全的，并且要立即傳送的片段是在消息傳輸期間出現(xiàn)突然沖突時出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中以便雙方立即停止數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)臍埐畈煌暾膸?碎片是無用的信息，需要過濾。 4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備、3LAN

13、交換機(jī)與集線器之間存在的主要問題是所有所述用戶共享帶寬，并且每個用戶的可用帶寬隨著訪問用戶的數(shù)量增加而減小。 通信繁忙時，多個用戶可能同時競爭頻道。 由于通道在某一時刻只能占用一個用戶，因此很多用戶經(jīng)常處于等待狀態(tài)，對數(shù)據(jù)傳輸效率產(chǎn)生重大影響。 除了為每個用戶提供專用的信息頻道并且多個源端口試圖同時向同一目標(biāo)端口傳輸信息之外，交換器還可以在每個源端口和目標(biāo)端口之間同時進(jìn)行通信，從而提高數(shù)據(jù)傳送效率。 總結(jié)：集線裝置讓用戶共享帶寬，交換機(jī)讓用戶獨占帶寬，4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備，4 .交換機(jī)的主要殘奧儀表(1)傳輸方式。 傳輸方式有通過傳輸(現(xiàn)在是基準(zhǔn)通過傳輸)和存儲傳輸兩種。 (2)傳輸速率。

14、 傳輸速率是交換機(jī)的重要殘奧儀表，基本確定了交換機(jī)的速率。 現(xiàn)在最受歡迎的開關(guān)是線速開關(guān)。 (3)管理功能。交換機(jī)管理指標(biāo)主要指交換機(jī)的可控性和用戶對交換機(jī)的可見性。 (4)MAC地址數(shù)。 每個交換機(jī)可以支持的MAC地址的數(shù)量因端口而異。 (5)端口。 從端口帶寬來看，現(xiàn)在主要包括10M、100M、1000M三種。 4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備，5 .交換機(jī)之間連接交換機(jī)之間連接的最簡單方法是使用交叉雙絞線(1、2和3、6的交換)進(jìn)行連接。 如果下級交換機(jī)上有Uplink端口，則可以連接到Uplink端口，通過直接連接進(jìn)行連接。 一般來說，交換機(jī)之間的連接包括： (1)級聯(lián)：開關(guān)可通過上行鏈路端口

15、實現(xiàn)與骨干開關(guān)的連接。 (2)雖然冗馀孤立連接：不允許以太網(wǎng)環(huán)境下的環(huán)路出現(xiàn)，但是生成樹能夠?qū)崿F(xiàn)交換機(jī)之間的冗馀孤立連接以避免環(huán)路的出現(xiàn)。 當(dāng)然，交換機(jī)必須支持生成樹。 (3)可在專用堆疊線上連接堆疊：提供堆疊接口的交換機(jī)之間。 堆疊的帶寬通常是交換機(jī)端口的幾十倍。 4.3數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備、4.4網(wǎng)絡(luò)層互連設(shè)備、路由器是互連網(wǎng)絡(luò)中的重要設(shè)備之一，它們在OSI的第三層(即，“網(wǎng)絡(luò)層”)運行，而路由器的最基本功能是分組轉(zhuǎn)發(fā)。 在基于路由器的互連網(wǎng)絡(luò)中，路由器檢測分組，確定其中包括的目的地地址，并且如果該分組未發(fā)送給本地網(wǎng)絡(luò)上的某個節(jié)點，則路由器轉(zhuǎn)發(fā)該分組并轉(zhuǎn)發(fā)至哪個目的地址(路由器還是最終目的地

16、節(jié)點) 1 )路徑搜索器在網(wǎng)絡(luò)層上實現(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)之間的互連； 2 )路由器選擇在多個網(wǎng)絡(luò)之間的最佳路徑來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 3 )路由器需要節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)層以上的各層中使用相同或兼容的協(xié)議。 4.4網(wǎng)絡(luò)層互連設(shè)備、路由器在連接多個網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上“翻譯”不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)段之間的數(shù)據(jù)信息，“讀取”彼此的數(shù)據(jù)4.4網(wǎng)絡(luò)層互連設(shè)備、4.4網(wǎng)絡(luò)層互連設(shè)備、路由器和交換機(jī)的區(qū)別(1)交換機(jī)在OSI層模型的第二層(即數(shù)據(jù)鏈路層)運行路由器在OSI層模型的第三層(即網(wǎng)絡(luò)層)運行。 (2)交換機(jī)決定是否使用物理地址來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的路由器決定是否使用第3層中的尋址方法來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并且使用IP地址而不是物理地址。 (3)傳統(tǒng)的交換機(jī)只能分割沖突域，無法分割廣播域的路由器能夠分割廣播域。 (4)交換機(jī)主要用于連接網(wǎng)絡(luò)中的每個網(wǎng)絡(luò)段，路由選擇器通過端到端路由選擇連接到不同的網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)到互聯(lián)網(wǎng)的連接。 4.4網(wǎng)絡(luò)層互連設(shè)備、三層交換機(jī)是具有一些路由器功能的交換機(jī)，三層交換機(jī)最重要的目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具有的路由功能也為此目的提供服務(wù)，可以一次路由，多次傳輸