中繼器集線器網(wǎng)橋交換機和網(wǎng)關(guān)

1、中繼器集線器網(wǎng)橋交換機和網(wǎng)關(guān)第1頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日7.1 網(wǎng)絡(luò)接口卡 網(wǎng)絡(luò)接口卡( N I C )是一種連接設(shè)備。它們能夠使工作站、服務(wù)器、打印機或其他節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)接收并發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)接口卡常被稱為網(wǎng)絡(luò)適配器。因為它們只傳輸信號而不分析高層數(shù)據(jù)，它們屬于O S I 模型的物理層。在有些情況下，網(wǎng)絡(luò)接口卡也可以對承載的數(shù)據(jù)做基本的解釋，而不只是簡單地把信號傳送給C P U 以讓C P U 去解釋。 網(wǎng)絡(luò)接口卡的類型根據(jù)它所依賴的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)不同（如以太網(wǎng)與令牌環(huán)網(wǎng)）而不同，還與網(wǎng)絡(luò)傳輸速率（如1 0 M b p s 與1 0 0 M b p s ）、連接

2、器接口（如B N C 與RJ- 45 ）以及兼容的主板或設(shè)備的類型有關(guān)。第2頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.1.1網(wǎng)絡(luò)接口卡類型按接口方式分，網(wǎng)絡(luò)接口卡有以下類型：1.ISA:2. MCA（微通道結(jié)構(gòu)）：I B M 在1 9 8 7 年為個人計算機而開發(fā)的優(yōu)化的3 2 位總線。后來被標(biāo)準(zhǔn)的E I S A 和P C I 總線代替。3.EISA（擴展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）：一種兼容以前的I S A 設(shè)備的3 2 位總線。4. PCI（外圍部件互連）：一種3 2 位或6 4 位的總線結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為幾乎所有新式個人計算機的網(wǎng)絡(luò)接口卡所采用的總線結(jié)構(gòu)。它比I SA 、MCA或EI

3、SA板卡更短，但它能更快傳輸數(shù)據(jù)。. 除了以上4中總線方式，還有一下接口類型:5.PCMCIA: 也被稱作個人計算機卡,可以為便攜式電腦提供與任何類型的設(shè)備連接的功能,其中包括這種類型的網(wǎng)絡(luò)接口卡。6.并口網(wǎng)絡(luò)接口卡：很少用到第3頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.1.2安裝網(wǎng)絡(luò)接口卡7.打印機網(wǎng)絡(luò)接口卡：通常都支持和處理O S I 模型的所有七層結(jié)構(gòu)，可以執(zhí)行打印服務(wù)器功能。見右圖。8.無線網(wǎng)卡：無線網(wǎng)絡(luò)接口卡采用天線來和基站收發(fā)器或其他無線網(wǎng)絡(luò)接口卡交換信號。見右圖。 網(wǎng)絡(luò)接口卡的類型也因網(wǎng)絡(luò)的傳輸模式（如以太網(wǎng)方式與令牌環(huán)方式）而異，并與它們使用的連接器類型有關(guān)

4、，下面顯示了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口卡和令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)接口卡實物圖。第4頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.1.3選擇正確的網(wǎng)絡(luò)接口卡 為工作站選擇網(wǎng)絡(luò)接口卡時，應(yīng)該考慮以下幾個因素：最起碼也是最嚴(yán)格的要求就是必須與現(xiàn)有系統(tǒng)相匹配；要決定到底是需要一塊ISA、EISA、MCA或者是PCI型的網(wǎng)絡(luò)接口卡來滿足網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)、連接器類型、傳輸速度以及網(wǎng)絡(luò)模型的要求；還要確保這塊網(wǎng)絡(luò)接口卡的驅(qū)動程序是可以運行在所用的操作系統(tǒng)上的。 除了以上的因素要考慮之外，還要注意一些細(xì)微的差別，例如影響網(wǎng)絡(luò)運行速度的因素。下表列出了網(wǎng)絡(luò)接口卡的一些影響網(wǎng)絡(luò)運行速度的特征及使用時的難易度。一定要記住的是：網(wǎng)絡(luò)

5、運行速度對于安裝在服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)接口卡而言是至關(guān)重要的。下頁有續(xù)表第5頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日第6頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日7.2中繼器 中繼器屬于OSI模型中的物理層，因而沒有必要解釋它所傳輸?shù)男盘?。例如，它們不能降低所傳輸?shù)男盘柕馁|(zhì)量，也不能提高傳輸?shù)男盘柕馁|(zhì)量，更不能糾正錯誤信號。它們只是轉(zhuǎn)發(fā)信號，但同時它們也轉(zhuǎn)發(fā)了信號的噪聲，從這個意義上講，它們不是智能設(shè)備。 中繼器不僅功能有限，而且作用范圍也有限。一個中繼器只包含有一個輸入端口和一個輸出端口，如下圖 所示，所以它就只能接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流。此外，中繼器只適用于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)

6、絡(luò)（總線形網(wǎng)絡(luò)）。使用中繼器的好處是擴展網(wǎng)絡(luò)的成本較低廉。 例如，假設(shè)你需要把位于學(xué)校體育館的一臺個人計算機連接上網(wǎng)絡(luò)。最近的數(shù)據(jù)接口在200米開外。網(wǎng)絡(luò)采用的是10Base2（Thinnet, 細(xì)同軸電纜）以太網(wǎng)，而這種網(wǎng)絡(luò)的線纜的最大傳輸距離是185米。在這種情況下，利用一個中繼器，最大傳輸距離就可以再增加185米，從而使得把體育館內(nèi)的那臺工作站連接到網(wǎng)絡(luò)上是一點問題也沒有。但要注意，仍然存在總的最大傳輸距離。因為整個網(wǎng)絡(luò)傳輸距離不能超過1000米，所以擴展線纜的傳輸距離時，不能依次級連五個及五個以上的中繼器。第7頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日7.3集線器 最開始

7、，集線器只是一個多端口的中繼器。它有一個端口與主干網(wǎng)相連，并有多個端口連接一組工作站。在以太網(wǎng)中，集線器通常是支持星形或混合形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的。在星形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，集線器被稱為多址訪問單元（MAU）。 集線器能夠支持各種不同的傳輸介質(zhì)和數(shù)據(jù)傳輸速率。有些集線器還支持多種傳輸介質(zhì)的連接器和多種數(shù)據(jù)傳輸速率。右圖顯示了集線器的各個部分?jǐn)?shù)據(jù) 端口：供線纜接頭插入其中以使工作站或其他設(shè)備與集線器互連。采用的接口類型（例如RJ - 45與BNC）是由所采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來決定的。數(shù)據(jù)端口通常是4 2 4 個。 上行鏈接端口：它被用來與另一個集線器連接以構(gòu)成菊花鏈或?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)，上行鏈接端口可以被看作另外一種端口，但它

8、只能用于集線器之間的連接。 管理控制臺端口：它被用來連接控制臺（例如一臺便攜式電腦）。通過它可以查看集線器的管理信息，如負(fù)載或沖突次數(shù)。由于不是所有的集線器都提供管理信息，因而并不是每一種集線器都具有管理控制臺端口。 主干網(wǎng)端口：它被用來與網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)連接。對1 0 B a s e T 網(wǎng)絡(luò)，這種連接通常是采用短的細(xì)同軸電纜。第8頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時，集線器的位置是可以不同的，但最簡單的結(jié)構(gòu)就是使用一組獨立式集線器與其他的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，如交換機和路由器。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都是使用幾臺集線器分別服務(wù)于不同的工作組，這樣就可以把可能出現(xiàn)的問題分散到了多個節(jié)

9、點，也可以減少切換次數(shù)和管理數(shù)據(jù)的工作量。下圖 示出了如何才能使集線器與網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計相一致。 集線器分類有很多，主要有獨立式集線器、堆疊式集線器、模塊式集線器。下面分別進行介紹。第9頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.3.1 獨立式集線器 正如其名字所示，服務(wù)于一個計算機工作組的獨立式集線器，是與網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備隔離的。它們可以通過同軸線、光纖或雙絞線與其他的集線器連接，但它們一般不用于層次或菊花鏈方式。獨立式集線器最適合于較小的獨立部門、家庭辦公室或?qū)嶒炇噎h(huán)境。它們既可以是被動式的又可以是智能型的。它們?yōu)橐恍∪河脩舭惭b，連接起來很簡便。 獨立式集線器并不遵循某種固定

10、的設(shè)計。它提供的端口數(shù)目也是不固定的（盡管它們通常包含有4 、8 、1 2 或2 4 個端口）。只含有4 個端口的較小的獨立式集線器（主要是為小辦公室或家庭辦公室設(shè)計的）也許可被稱作“hubby”、或“迷你集線器”。但另一方面，獨立式集線器可以提供多達200個連接端口。使用這種帶有這么多連接的單個集線器，其壞處就是很容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的單點失敗。一般而言，大型網(wǎng)絡(luò)都會采用多個集線器（或其他連接設(shè)備）。下圖 顯示了兩種不同類型的獨立式集線器。第10頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.3.2 堆疊式集線器 堆疊式集線器類似于獨立式集線器。但從物理上來看，它們被設(shè)計成與其他集線器

11、連在一起，并被置于一個單獨的電信機柜里；從邏輯上來看，堆疊式集線器代表了一個大型的集線器。 使用堆疊式集線器有一個很大的好處，那就是網(wǎng)絡(luò)或工作組不必只依賴一個單獨的集線器，這樣也就可以避免單點失敗了。這種集線器可以堆疊起來的最大數(shù)目是不同的，有些集線器制造商限制可堆疊的集線器的最大數(shù)目是5 個；其他的集線器制造商則可堆疊多達8 個集線器。盡管很多堆疊式集線器使用以太網(wǎng)的上行鏈接端口，但還是有些更愿意采用高速線纜來把集線器堆疊起來以獲得更好效果。 一般的規(guī)則是：盡管沒有必要都使用同一制造商生產(chǎn)的堆疊式集線器，但是，人們顯然更愿意選用內(nèi)部已經(jīng)連接好的硬件而不是外部連接的硬件。如獨立式集線器一樣，堆

12、疊式集線器可以支持不同傳輸介質(zhì)的連接器和傳輸速率。盡管通常都是提供6、12或24個端口，但它們提供的端口數(shù)目也是不固定的。下圖 顯示了兩種不同的堆疊式集線器，以及一個用支架固定的堆疊式集線器。第11頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.3.3 模塊式集線器 模塊式集線器通過底盤提供了大量可選的接口選項。這使得它使用起來比獨立式集線器和堆疊式集線器更加方便靈活。和個人計算機一樣，模塊式集線器有主板和插槽，這樣就可以插入不同的適配器。插入的適配器可以使這些模塊式集線器與其他類型的集線器相連，或者與路由器、廣域網(wǎng)相連，也可以與令牌環(huán)網(wǎng)或以太網(wǎng)的主干網(wǎng)相連。 這些適配器也可以把

13、這種模塊式集線器連接到管理工作站或冗余設(shè)備上，如備用的電源。由于模塊式集線器可以安裝冗余部件，所以它在所有類型的集線器中，可靠性是最高的。 使用模塊式集線器的另一個好處是：它提供了擴展插槽來連接增加的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。另外，它們還可以連接很多種不同類型的設(shè)備。換言之，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需要，可以定制相應(yīng)的模塊式集線器。然而模塊式集線器的價錢也是最貴的一種。一個小型網(wǎng)絡(luò)使用這種集線器就有些大材小用了。模塊式集線器差不多都是智能型的。第12頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.3.4 智能型集線器 智能型集線器能夠處理數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸并提供故障排除信息。由于可以在網(wǎng)絡(luò)中的任何地方對其實施管

14、理，智能型集線器又被稱作管理型集線器。 要注意的是，具有處理能力的獨立式、堆疊式或模塊式集線器都可以認(rèn)為是智能設(shè)備。 智能型集線器的優(yōu)點是它們具有分析數(shù)據(jù)的能力。網(wǎng)絡(luò)管理員可以把智能型集線器產(chǎn)生的信息儲存在管理系統(tǒng)庫中。管理系統(tǒng)庫是由系統(tǒng)管理程序（可以是操作系統(tǒng)的一部分，也可以是第三方產(chǎn)品）收集到的數(shù)據(jù)構(gòu)成的，它能夠分析出網(wǎng)絡(luò)的性能和問題。Novell公司的Manage Wise就是一例構(gòu)建在管理系統(tǒng)庫之上的軟件產(chǎn)品。通過這種程序，網(wǎng)絡(luò)管理員就可以用圖形方式查看網(wǎng)絡(luò)布局、斷開有問題節(jié)點的連接，當(dāng)出現(xiàn)問題時進行設(shè)置以發(fā)出報警信號、分辨出產(chǎn)生不必要通信業(yè)務(wù)的節(jié)點，或者找出遠(yuǎn)程節(jié)點的信息（如I P

15、地址）。有了這種工具，網(wǎng)絡(luò)管理員也可以通過分析通信數(shù)據(jù)的歷史記錄，舉例來說的，來發(fā)現(xiàn)哪里真正需要更多的連接設(shè)備。 另外，智能型集線器比被動式集線器價錢貴很多。對于只有有限一些用戶的普通網(wǎng)絡(luò)，使用智能型集線器反而可能會給帶來不必要的麻煩。第13頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.3.5 安裝集線器 和安裝網(wǎng)絡(luò)接口卡一樣，確保正確安裝集線器的方法是依照制造商的指導(dǎo)手冊進行安裝。大多數(shù)時候，安裝集線器是很簡單的，有人甚至認(rèn)為這比把一臺工作站連接到網(wǎng)絡(luò)上更簡單。 首先，接通電源?？吹郊€器的電源指示燈已亮，表明電源已接通。大多數(shù)集線器在打開時會執(zhí)行自檢程序。閃爍的燈光表明這個

16、自檢過程正在進行。當(dāng)自檢完成后（大多數(shù)集線器的指示燈此時是一直不間斷地亮著），把連接線纜的一端接頭插入集線器的端口，另一端連接到主干網(wǎng)上或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的交換機或路由器上。第二步，用同樣的方法把集線器與工作站或其他集線器連接起來。如圖 右 所示，工作站通過新安裝的集線器連接上網(wǎng)絡(luò)后，參閱集線器的指導(dǎo)手冊，確認(rèn)連接和通信用指示燈指示正常。 另外，可能還要配置集線器的固件。對于智能型集線器而言，也即設(shè)置它的軟件參數(shù)。例如，需要給集線器分配一個I P 地址。參閱集線器附帶的文檔，搞清楚怎樣配置它的軟、硬件。第14頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.3.6 選擇適當(dāng)?shù)募€器 首先，要

17、根據(jù)所用的網(wǎng)絡(luò)模型、傳輸速率和傳輸介質(zhì)來縮小集線器的選用范圍。然后根據(jù)下表列出的各種參數(shù)來決定哪此特性是要特別考慮的，并要注意能否接受它們的價格。 性能：如果很關(guān)心性能，可以考慮使用交換機，而不是使用集線器。這樣就可以把當(dāng)前的局域網(wǎng)劃分成幾個較小的子網(wǎng)。如果想提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率（例如，從10BaseT 過渡到100 BaseTX ），為了支持這種過渡，需要選用既支持10Mbps又支持100Mbps傳輸速率的集線器。由于集線器工作方式不同，它支持的傳輸速率也就不同，所以應(yīng)該避免把只支持10 Mbps 傳輸速率和只支持100 Mbps 傳輸速率的兩種集線器混合使用。這是因為，即使用100 Mbps

18、 傳輸速率的設(shè)備與單個10 Mbps 傳輸速率的設(shè)備連接來傳輸數(shù)據(jù)，快速設(shè)備的處理速度也會降下來。而交換機（本講后面的部分會講到）卻支持各種速率的數(shù)據(jù)傳輸。 成本：如果預(yù)算經(jīng)費不足，并且系統(tǒng)對靈活性、可靠性和安全性要求不高的話，被動的獨立式或堆疊式集線器也許是比較理想的選擇。 規(guī)模和增長率：需要考慮每個電信機框內(nèi)有多少設(shè)備要與集線器相連接。如果某一部分現(xiàn)在只需要10個連接，但六個月后連接數(shù)將加倍，那么，選用的集線器至少要有2 4 個端口（還要權(quán)衡集線器數(shù)量和你所能忍受網(wǎng)絡(luò)失敗的節(jié)點數(shù)）。 安全性：如果網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)氖禽^機密的數(shù)據(jù)，就要考慮是否要選用更復(fù)雜的連接性設(shè)備，如交換器、路由器或網(wǎng)絡(luò)防火

19、墻。 管理的便利性：如果管理的是一個龐大的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，而且，該網(wǎng)絡(luò)中使用了多種不同類型的設(shè)備并有可能出現(xiàn)很多故障，那么你就應(yīng)該考慮選用智能型集線器了。智能型集線器可以向網(wǎng)絡(luò)管理程序提供管理信息。 可靠性：如果網(wǎng)絡(luò)不允許死機，就應(yīng)該考慮選用模塊式集線器。這是因為它不僅具有冗余電源，而且與主干網(wǎng)的連接也有冗余。第15頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日7.4 網(wǎng)橋 網(wǎng)橋這種設(shè)備看上去有點像中繼器。它具有單個的輸入端口和輸出端口。如右圖 所示。它與中繼器的不同之處就在于它能夠解析它收發(fā)的數(shù)據(jù)。 網(wǎng)橋?qū)儆贠SI模型的數(shù)據(jù)鏈路層；前面第2講曾講過：數(shù)據(jù)鏈路層能夠進行流控制、糾錯處理以及

20、地址分配。網(wǎng)橋能夠解析它所接受的幀，并能指導(dǎo)如何把數(shù)據(jù)傳送到目的地。特別是它能夠讀取目標(biāo)地址信息（MAC），并決定是否向網(wǎng)絡(luò)的其他段轉(zhuǎn)發(fā)（重發(fā)）數(shù)據(jù)包，而且，如果數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址與源地址位于同一段，就可以把它過濾掉。當(dāng)節(jié)點通過網(wǎng)橋傳輸數(shù)據(jù)時，網(wǎng)橋就會根據(jù)已知的MAC地址和它們在網(wǎng)絡(luò)中的位置建立過濾數(shù)據(jù)庫（也就是轉(zhuǎn)發(fā)表）。 如右圖：屬于A網(wǎng)段的節(jié)點1發(fā)送數(shù)據(jù)到屬于網(wǎng)段B的節(jié)點6時，先將數(shù)據(jù)經(jīng)集線器發(fā)送到網(wǎng)橋的端口A，網(wǎng)橋解析數(shù)據(jù)中的MAC地址信息，在過濾數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)MAC地址對應(yīng)的節(jié)點6位于另一個網(wǎng)段B，于是將數(shù)據(jù)通過端口B發(fā)送到網(wǎng)段B的集線器，最終到達節(jié)點6。 如果節(jié)點1發(fā)送數(shù)據(jù)到節(jié)點3，

21、數(shù)據(jù)同樣會經(jīng)集線器到達網(wǎng)橋的端口A，網(wǎng)橋根據(jù)數(shù)據(jù)的源和目標(biāo)MAC地址判斷出節(jié)點1和節(jié)點3同屬于網(wǎng)段A，則網(wǎng)橋?qū)⒃摂?shù)據(jù)過濾掉，不會將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)段B。這樣就隔離了網(wǎng)段A和網(wǎng)段B，減少了網(wǎng)段間不必要的數(shù)據(jù)通訊。第16頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 因為網(wǎng)橋不能解析高層數(shù)據(jù)，如網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)，所以它們不能分辨不同的協(xié)議。它們以同樣的速率和精確度轉(zhuǎn)發(fā)Apple Talk 、TCP/IP 、IPX/SPX 以及NetBIOS 的幀。這樣做也有很大的好處。由于并不關(guān)心數(shù)據(jù)所采用的協(xié)議，網(wǎng)橋的傳輸速率比傳統(tǒng)的路由器更快，因為路由器除了根網(wǎng)橋一樣解析數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)，還要進一步解析網(wǎng)絡(luò)層數(shù)

22、據(jù)，并且要使用一些路由協(xié)議（本將后面的路由器部分將詳細(xì)講解）。但另一方面，由于網(wǎng)橋?qū)嶋H上還是解析了每個數(shù)據(jù)包，所以它所花費的數(shù)據(jù)傳輸時間比中繼器和集線器的更長。 網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)和過濾數(shù)據(jù)包的方法有幾種。大多數(shù)以太網(wǎng)采用的方法是所謂的透明網(wǎng)橋方式，大多數(shù)令牌環(huán)網(wǎng)采用的方法是源路由網(wǎng)橋方式，能夠連接以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)的方法被稱為中介網(wǎng)橋方式，它們分別采用的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋、源路由網(wǎng)橋、中介網(wǎng)橋。第17頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日7.5 交換機 這些年來，隨著連接設(shè)備硬件技術(shù)的提高，已經(jīng)很難再把集線器、交換機、路由器和網(wǎng)橋相互之間的界限劃分得很清楚了。 交換機這種設(shè)備可以把一個網(wǎng)絡(luò)

23、從邏輯上劃分成幾個較小的段。不像屬于OSI模型第一層的集線器，交換機屬于OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層（第二層），并且，它還能夠解析出MAC地址信息。從這個意義上講，交換機與網(wǎng)橋相似。但事實上，交換機相當(dāng)于多個網(wǎng)橋。由圖顯示了幾種類型的交換機。 交換機的所有端口都單獨占用一指定的帶寬。事實證明了這種方式確實比網(wǎng)橋的性價比要高一些。交換機的每一個端口都扮演一個網(wǎng)橋的角色，而且每一個連接到交換機上的設(shè)備都可以享有它們自己的專用信道。換言之，交換機可以把每一個共享信道分成幾個信道。 從以太網(wǎng)的觀點來看，每一個專用信道都代表了一個沖突檢測域。沖突檢測域是一種從邏輯或物理意義上劃分的以太網(wǎng)網(wǎng)段。在一個段內(nèi)，所有

24、的設(shè)備都要檢測和處理數(shù)據(jù)傳輸沖突（即CSMA/CD）,不同的網(wǎng)段有不同的數(shù)據(jù)傳輸沖突（CSMA/CD），互不干涉?？梢哉f，交換機每個端口都相當(dāng)于一個以太網(wǎng)網(wǎng)段。 交換機自身也還是有缺點的。盡管它帶有緩沖區(qū)來緩存輸入數(shù)據(jù)并容納突發(fā)信息，但連續(xù)大量的數(shù)據(jù)傳輸還是會使它不堪重負(fù)的。在這種情況下，交換機不能保證不丟失數(shù)據(jù)。第18頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.5.1 快捷模式 交換機可以分成不同的幾類。常見的是局域網(wǎng)交換機，有以太網(wǎng)交換機和令牌環(huán)網(wǎng)交換機兩種類型。也存在用于廣域網(wǎng)的交換機，不常見，所以這里不詳細(xì)介紹。 局域網(wǎng)交換機還因它所采用的交換方式而異，有采用快捷模式

25、的交換機和采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式的交換機。下面講解兩種模式交換機的特點。1.快捷模式 采用快捷模式的交換機會在接受完整個數(shù)據(jù)包之前就讀取幀頭，并決定把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)往何處。幀的前1 4 個字節(jié)數(shù)據(jù)就是幀頭，它包含有目標(biāo)的M A C 地址。得到這些信息后，交換機就足以判斷出哪個端口將會得到該幀，并可以開始傳輸該幀（不用緩存數(shù)據(jù)，也不用檢查數(shù)據(jù)的正確性）。 采用快捷模式最大的好處就是它的傳輸速率較高。由于它不必停下來等待讀取整個數(shù)據(jù)包，這種交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)比采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式的交換機快得多（在下一節(jié)你將會發(fā)現(xiàn)這一點）。然而，如果交換機的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生擁塞，對于采用快捷模式的交換機而言，這種節(jié)省時間方式的優(yōu)點也就失去

26、了意義。在這種情況下，這種交換機必須像采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式的交換機那樣緩存（或暫時保持）數(shù)據(jù)。 采用快捷模式的交換機比較適合較小的工作組。在這種情況下，對傳輸速率要求較高，而連接的設(shè)備相對較少，這就使出錯的可能性降至最低。第19頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.5.2 存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式 運行在存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式下的交換機，在發(fā)送信息前要把整幀數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存并檢查其正確性。盡管采用這種方式比采用快捷方式更花時間，但采用這種方式可以存儲轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，從而可以保證準(zhǔn)確性。 由于運行在存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式下的交換機不傳播錯誤數(shù)據(jù)，因而更適合于大型局域網(wǎng)。相反，采用快捷模式的交換機即使接受到錯誤的數(shù)據(jù)也

27、會照樣轉(zhuǎn)發(fā)，這樣，如果這種交換機連接的部分發(fā)生大量的數(shù)據(jù)傳輸沖突，則會造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。在一個大型網(wǎng)絡(luò)中，如果不能檢測出錯誤就會造成嚴(yán)重的數(shù)據(jù)傳輸擁塞問題。 采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式的交換機也可以在不同傳輸速率的網(wǎng)段間傳輸數(shù)據(jù)。例如，一個可以同時為5 0 名學(xué)生提供服務(wù)的高速網(wǎng)絡(luò)打印機，可以與交換機的一個100Mbps 端口相連，也可以允許所有學(xué)生的工作站利用同一臺交換機的10Mbps端口。在這種安排下，打印機就可以快速執(zhí)行多任務(wù)處理。這一特征也使得采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式的交換機非常適合有多種傳輸速率的環(huán)境。2.存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式第20頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.5.3 用交換機組建

28、虛擬局域網(wǎng) 為了提高帶寬的使用效率，交換機可以從邏輯上把一些端口歸并為一個廣播域，從而來組建虛擬局域網(wǎng)。廣播域是構(gòu)成O S I 模型的第二層網(wǎng)段的端口的組合，而且，它必須與第三層設(shè)備連接，如路由器或第三層的交換機。這些端口不一定在同一個交換機內(nèi)，甚至可能不在同一段。虛擬局域網(wǎng)包括服務(wù)器、工作站、打印機或其他任何能連接交換機的設(shè)備。右圖 是一個虛擬局域網(wǎng)的簡單示意圖。需要注意的是：使用虛擬局域網(wǎng)，一個很大的好處就是它可以連接不處于同一地理位置的用戶，而且可以從一個大型局域網(wǎng)中組建一個較小的工作組。 必須適當(dāng)配置交換機才能組建起虛擬局域網(wǎng)。另外，為了標(biāo)識每個邏輯局域網(wǎng)所屬的端口，可以通過設(shè)定安全參

29、數(shù)、是否過濾的指令（例如，交換機禁止轉(zhuǎn)發(fā)某一網(wǎng)段的幀時）、對某些用戶的行為進行限制以及網(wǎng)絡(luò)管理這些選項來完成。很明顯，交換機使用起來非常靈活。 需要注意的是，此時的交換機必須具有提供虛擬局域網(wǎng)的功能，不是所有交換機都可以組建虛擬局域網(wǎng)。第21頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.5.4 更高層的交換機 本講的前面部分講過：交換機運行在O S I 模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），路由器運行在第三層，集線器運行在第一層。但集線器、網(wǎng)橋、交換機和路由器之間的界限正變得越來越模糊。而且，隨著交換技術(shù)的發(fā)展，這種界限將會變得更加模糊。 制造商已經(jīng)宣稱他們能夠生產(chǎn)出運行在第三層（網(wǎng)絡(luò)層

30、）和第四層（傳輸層）的交換機，這使得交換機越來越像路由器了。 能夠解析第三層數(shù)據(jù)的交換機被稱作第三層交換機。相應(yīng)地，能夠解析第四層數(shù)據(jù)的交換機被稱作第四層交換機。這些更高層的交換機也許可以稱為路由交換機或應(yīng)用交換機。 能解析更高層的數(shù)據(jù)使得交換機可以執(zhí)行先進的過濾、統(tǒng)計和安全功能。第三層和第四層交換機能夠比路由器更快地傳輸數(shù)據(jù)，而且，比路由器更容易安裝和配置。 但一般來說，這些交換機的整體性能還是比不上路由器。例如，很典型的就是它們不能在以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)間傳輸數(shù)據(jù)，不能打包協(xié)議，也不能優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸。這些差別使得交換機并不是特別適用于某些特殊的連接需要。 比如如果想連接一個10BaseT 以太網(wǎng)

31、和一個100BaseT 以太網(wǎng)，使用交換機也就足夠了。但如果連接一個令牌環(huán)網(wǎng)和一個以太網(wǎng)，如果這兩個網(wǎng)同屬于一個局域網(wǎng)則要用到中介網(wǎng)橋；如果分屬于兩個不同的局域網(wǎng)，就必須要使用路由器了。第22頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日7.6 路由器 路由器是一種多端口設(shè)備，它可以連接不同傳輸速率并運行于各種環(huán)境的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，也可以采用不同的協(xié)議。路由器屬于O S I 模型的第三層。第2 講曾經(jīng)講過，網(wǎng)絡(luò)層指導(dǎo)從一個網(wǎng)段到另一個網(wǎng)段的數(shù)據(jù)傳輸，也能指導(dǎo)從一種網(wǎng)絡(luò)向另一種網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。 路由器要比比交換機和網(wǎng)橋的速度慢。不像網(wǎng)橋和第二層交換機，路由器是依賴于協(xié)議的。在它們使用某

32、種協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)前，它們必須要被設(shè)計或配置成能識別該協(xié)議。 路由器的穩(wěn)固性在于它的智能性。路由器不僅能追蹤網(wǎng)絡(luò)的某一節(jié)點，還能和交換機一樣，選擇出兩節(jié)點間的最近、最快的傳輸路徑?；谶@個原因，還因為它們可以連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)，使得它們成為大型局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中功能強大且非常重要的設(shè)備。例如，因特網(wǎng)就是依靠遍布全世界的幾百萬臺路由器連接起來的。 典型的路由器內(nèi)部都帶有自己的處理器、內(nèi)存、電源以及為各種不同類型的網(wǎng)絡(luò)連接器而準(zhǔn)備的輸入輸出插座，通常還具有如右圖 所示的管理控制臺接口。功能強大并能支持各種協(xié)議的路由器有好幾種插槽埠，以用來容納各種網(wǎng)絡(luò)接口（RJ-45（用于雙絞線）、BNC（用于電纜）、F

33、DDI（用于光線），等等）。具有多種插槽以支持不同接口卡或設(shè)備的路由器被稱為堆疊式路由器。 路由器使用起來非常靈活。盡管每一臺路由器都可以被指定以執(zhí)行不同的任務(wù)，但所有的路由器都可以完成下面的工作：連接不同的網(wǎng)絡(luò)、解析第三層信息、連接從A 點到B 點的最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸路徑，并且，如果在主路徑中斷后還可以通過其他可用路徑重新路由。為了執(zhí)行這些基本的任務(wù)，下一頁列出路由器應(yīng)具有以下的功能：第23頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.6.1 路由器的特征和功能1 過濾出廣播信息以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。2 通過設(shè)定隔離和安全參數(shù)，禁止某種數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)。3 支持本地和遠(yuǎn)程同時連接。4 利用

34、如電源或網(wǎng)絡(luò)接口卡等冗余設(shè)備提供較高的容錯能力。5 監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸，并向管理信息庫報告統(tǒng)計數(shù)據(jù)。6 診斷內(nèi)部或其他連接問題并觸發(fā)報警信號。第24頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 由于它的可定制性，安裝路由器并非易事。一般而言，技術(shù)人員或工程師必須對路由技術(shù)非常熟悉才能知道如何放置和設(shè)置路由器方可發(fā)揮出其最好的效能。下圖顯示了關(guān)于路由器在網(wǎng)絡(luò)中是如何連接的一些思路，盡管這個例子有些過于簡單了。如果打算設(shè)計一個專用網(wǎng)絡(luò)或配置路由器，就應(yīng)該對路由器技術(shù)研究得更深入一些。可以從Cisco System 公司的網(wǎng)址上的在線文擋起步。Cisco System 公司是目前世界上最主要的

35、路由器提供商。 在上圖設(shè)計中，如果工作組C 中的工作站想使用工作組A 的打印機，就要創(chuàng)建一個包含工作組A 中的打印機地址的連接。然后才能把數(shù)據(jù)包傳送到集線器C 。當(dāng)路由器C 接收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，在解析第三層數(shù)據(jù)時，路由器C 就會暫存這個數(shù)據(jù)包。一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包要傳向工作組A 中的打印機，路由器C 就會選擇最優(yōu)路徑把數(shù)據(jù)包傳送到工作組A 中的打印機。在這個例子中，也許會把數(shù)據(jù)包直接傳向路由器A 。在它轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包前，路由器就增加該數(shù)據(jù)包尾部的中繼次數(shù)（第3講“IP數(shù)據(jù)報的生存期字段”曾經(jīng)講過：數(shù)據(jù)包在重發(fā)一定的次數(shù)后就要被丟棄。數(shù)據(jù)包每經(jīng)過一次路由器，中繼次數(shù)就增加一次）。然后，路由器C 就把數(shù)據(jù)

36、包轉(zhuǎn)發(fā)到路由器A ，路由器A 解析出數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址后再把它轉(zhuǎn)發(fā)至集線器A 。再由集線器A 向工作組A 中的所有用戶傳播此次傳輸，直到打印機A 響應(yīng)為止。第25頁，共29頁，2022年，5月20日，4點59分，星期日 7.6.2 路由器協(xié)議：RIP,OSPE,EIGRP,BGP 對于路由器而言，要找出最優(yōu)的數(shù)據(jù)傳輸路徑是一件比較有意義卻很復(fù)雜的工作。最優(yōu)路徑有可能會有賴于節(jié)點間的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)、當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)、不可用的連接、數(shù)據(jù)傳輸速率和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了找出最優(yōu)路徑，各個路由器間要通過路由協(xié)議來相互通信。 需要區(qū)別的一點是：路由協(xié)議與可路由的協(xié)議是兩個概念。如TCP/IP和IPX/SPX ，它們是

37、可路由的協(xié)議，可以跨越不同類型的網(wǎng)絡(luò)；而路由協(xié)議只用于收集關(guān)于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)并負(fù)責(zé)尋找最優(yōu)傳輸路徑，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，路由器就可以創(chuàng)建路由表來用于以后的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。 除了尋找最優(yōu)路徑的能力之外，路由協(xié)議還可以用收斂時間路由器在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化或斷線時尋找出最優(yōu)傳輸路徑所耗費的時間來表征。帶寬開銷運行中的網(wǎng)絡(luò)為支持路由協(xié)議所需要的帶寬也是一個較顯著的特征。 不需要精確地知道路由協(xié)議的工作原理，這里要求大家大致了解最常見的路由協(xié)議：RIP、OSPF、EIGRP和BGP（還有更多的其他路由協(xié)議，但它們使用得并不廣泛）。對這四種常見的路由協(xié)議在下一頁進行描述，有興趣的同學(xué)可以閱讀一下。第26頁，共29頁，

38、2022年，5月20日，4點59分，星期日 為IP和IPX設(shè)計的RIP（路由信息協(xié)議）： RIP是一種最古老的路由協(xié)議，但現(xiàn)在仍然被廣泛使用，這是由于它在選擇兩點間的最優(yōu)路徑時只考慮節(jié)點間的中繼次數(shù)這個原因的緣故。例如，它不考慮網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況和連接速率這些因素。使用RIP的路由器每3 0 秒鐘向其他路由器廣播一次自己的路由表。這種廣播會造成極大的數(shù)據(jù)傳輸量，特別是網(wǎng)絡(luò)中存在有大量的路由器時。如果路由表改變了，新的信息要傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中較遠(yuǎn)的地方，可能就會花費幾分鐘的時間；所以RIP的收斂時間是非常長的。而且， RIP還限制中繼次數(shù)不能超過1 6 次。所以，在一個大型網(wǎng)絡(luò)中，如果數(shù)據(jù)要被中繼1 6

39、次以上，它就不能再傳輸了。而且，與其他類型的路由協(xié)議相比RIP還要慢一些，而安全性卻差一些。 為IP設(shè)計的OSPF（開放的最短路徑優(yōu)先）：這種路由協(xié)議彌補了RIP的一些缺陷，并能與RIP在同一網(wǎng)絡(luò)中共存。 OSPF在選擇最優(yōu)路徑時使用了一種更靈活的算法。最優(yōu)路徑這個術(shù)語是指從一個節(jié)點到另一個節(jié)點效率最高的路徑。在理想的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，兩點間的最優(yōu)路徑就是直接連接兩點的路徑。如果要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量過大，或數(shù)據(jù)在傳輸過程中損耗過大，數(shù)據(jù)不能沿最直接的路徑傳輸，路由器就要另外選擇出一條還要通過其他路由器但效率最高的路徑。這種方案就要求路由器帶有更多的內(nèi)存和功能更強大的中央處理器。這樣，用戶就不會感覺到占用的帶寬降到了最低，而收斂時間卻很短。 OSPF是繼RIP之后第二種使用得最多的協(xié)議。 為IP、IPX和Apple Talk而設(shè)計的EIGRP (增強內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議)：此路由協(xié)議由C i s c o 公司在2 0 世紀(jì)8 0 年代中期開發(fā)。它具有快速收斂時間和低網(wǎng)絡(luò)開