網(wǎng)絡的硬件與互連設備課件

網(wǎng)絡的硬件與互連設備6.1傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡中信息傳輸?shù)拿襟w，可分為有線和無線兩種。1.雙絞線

雙絞線是布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)，雙絞線有兩種：①非屏蔽雙絞線（UTP）

通常分為7類，常用的有3、5、6類，技術(shù)特性如P112表5-1所示。②有屏蔽雙絞線（STP）在雙絞線和外層保護套中間加了一層金屬屏蔽層，可以減少電磁干擾，減少輻射，防止信息被竊聽，一般用于電磁干擾或輻射嚴重的場合。雙絞線在網(wǎng)絡上的最大長度受到限制，因此較適合在小范圍的局域網(wǎng)中配置。Date22.同軸電纜由內(nèi)外導體所組成，P114圖5-575Ω同軸電纜(寬帶同軸電纜)____傳送模擬信號。50Ω同軸電纜(基帶同軸電纜)____傳送數(shù)字信號。(有兩類)①粗纜：網(wǎng)絡段長度500米（應用：10BASE5）②細纜：網(wǎng)絡段長度185米（應用：10BASE2）Note：同軸電纜現(xiàn)在已經(jīng)基本不用了。Date33.光導纖維電纜

光纖通信傳送的是光信號。發(fā)送時：電光轉(zhuǎn)換，接收時：光電轉(zhuǎn)換。有兩種光纖：單模式_____僅允許一束光通過（以激光作為光源）多模式_____允許多束光通過（以發(fā)光二級管作為光源）優(yōu)點：頻帶寬、通信容量大。傳輸損耗小傳輸（中繼）距離長（可達120km)。保密性好、抗干擾能力強。缺點：價格較貴、安裝較為困難。一般用于大型局域網(wǎng)的主干網(wǎng)上。4.無線傳輸介質(zhì)

①無線電波通信②衛(wèi)星通信等Date4網(wǎng)絡的擴展與互連概述Date5交換機交換機防火墻防火墻交換機主機主機路由器交換機因特網(wǎng)集線器企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)外部訪問子網(wǎng)因特網(wǎng)Date6網(wǎng)絡設備在OSI體系中的位置網(wǎng)絡設備的功能層次OSI層次地址類型設備傳輸層及以上應用程序進程地址（端口）網(wǎng)關(guān)（協(xié)議轉(zhuǎn)換器）網(wǎng)絡層網(wǎng)絡地址（IP地址）路由器（三層交換機）數(shù)據(jù)鏈路層物理地址（MAC地址）網(wǎng)橋、交換機（網(wǎng)卡）物理層無中繼器、集線器Date7中繼器（集線器）的概念結(jié)構(gòu)Date8網(wǎng)橋（交換機）的概念結(jié)構(gòu)網(wǎng)段2網(wǎng)段1應用層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層PHYDL網(wǎng)橋主機2主機1PHY網(wǎng)絡層Date9路由器的概念結(jié)構(gòu)應用層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層PHYDL互連網(wǎng)層路由器主機1主機2DLPHY子網(wǎng)1子網(wǎng)2Date10網(wǎng)關(guān)的概念結(jié)構(gòu)應用層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層PHYDLIP應用層/傳輸層網(wǎng)關(guān)主機2主機1PHYDLIP網(wǎng)絡1網(wǎng)絡2Date116.2網(wǎng)絡接口卡(NIC)網(wǎng)絡接口卡（網(wǎng)卡）是連接主機與網(wǎng)絡的基本設備工作在數(shù)據(jù)鏈路層每臺主機都應配置一個或多個網(wǎng)卡每個網(wǎng)卡都有一個或多個網(wǎng)絡接口連接不同的局域網(wǎng)需要使用不同的網(wǎng)卡以太網(wǎng)卡令牌環(huán)網(wǎng)卡FDDI網(wǎng)卡ATM網(wǎng)卡Date12網(wǎng)卡的功能數(shù)據(jù)緩存匹配主機數(shù)據(jù)處理速率與網(wǎng)絡的傳輸速率封裝/解封裝加上控制字段→以幀為單位進行傳輸→卸下控制字段介質(zhì)訪問控制CSMA/CD、TokenRing串/并轉(zhuǎn)換將主機的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行位流數(shù)據(jù)編碼/解碼轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡介質(zhì)傳輸?shù)男盘栃问綌?shù)據(jù)發(fā)送/接收Date13網(wǎng)卡的結(jié)構(gòu)發(fā)送/接收部件——負責信號的發(fā)送、接收載波檢測部件——檢測介質(zhì)上有否信號發(fā)送/接收控制部件及數(shù)據(jù)緩沖區(qū)編碼/解碼器——將數(shù)據(jù)編碼轉(zhuǎn)換為傳輸信號或反之LAN管理部件主機總線接口部件計算機總線通信線路Date14網(wǎng)卡地址：即網(wǎng)卡的物理地址（MAC地址），固化在網(wǎng)卡硬件中（有些網(wǎng)卡可由用戶修改）配置參數(shù)（跳線設置/軟件設置/PnP）

?中斷請求號IRQ（一般為3）

?I/O基地址I/OBase（一般為300H）

?存儲器基地址MemoryBase(一般為0C000H)

?全雙工/半雙工

?傳輸速率（僅10/100Mb/s雙速網(wǎng)卡可選）網(wǎng)卡的配置參數(shù)Date15網(wǎng)卡的選用考慮的因素包括：

LAN的類型：Ethernet、TokenRing、ATM、FDDILAN的速度：10M/100M/1000M網(wǎng)絡接口類型：AUI/BNC、RJ-45、SC/ST主機總線類型：ISA、PCI、USB、PCMCIA應用場合：服務器、工作站、筆記本其他附加功能：PnP、防病毒、遠程喚醒等Date166.3中繼器與集線器1.中繼器（Repeater）工作在物理層功能：信號整形和放大，在網(wǎng)段之間復制比特流，P120圖5-10特點：不進行存儲——信號延遲小不檢查錯誤——會擴散錯誤不對信息進行任何過濾可進行介質(zhì)轉(zhuǎn)換——如UTP轉(zhuǎn)換為光纖用中繼器連接的多個網(wǎng)段是一個沖突域應用注意事項：應遵守以太網(wǎng)的5-4-3規(guī)則(P120圖5-11)Date172.集線器（HUB）多端口的中繼器，工作在物理層功能：在網(wǎng)段之間復制比特流，信號整形和放大可認為它是將總線折疊到鐵盒子中的集中連接設備特點：具有與中繼器同樣的特點可改變網(wǎng)絡物理拓撲形式：總線連接→星形連接邏輯上仍是一個總線型共享介質(zhì)網(wǎng)絡端口數(shù)：8，12，16，24Date18獨立式（Standalone）固定端口配置，擴充時用級連的方法。堆疊式（Stackable）固定配置，用堆疊方法進行擴充——堆疊連接在一起的HUB在邏輯相當于一臺單獨的HUB，可統(tǒng)一管理。模塊化（Module）又稱機箱式，由一臺帶有底板、電源的機箱和若干塊多端口的接口卡（線卡）組成?？伸`活按需配置，通過插入不同的插卡滿足需求（如插入交換卡、路由卡、加密卡等）。集線器類型：按結(jié)構(gòu)形式劃分Date19用集線器構(gòu)建的網(wǎng)絡的特點所有主機共享帶寬無法限制沖突和廣播適用于小型網(wǎng)絡Date20例：用集線器搭建簡單的網(wǎng)絡以1臺服務器，3臺PC機為例：一臺HUB4塊UTP接口的網(wǎng)卡4臺PC機8個RJ45接頭（水晶頭）若干米UTP雙絞線

NICHUBUTPPC機服務器Date216.4網(wǎng)橋與網(wǎng)絡交換機共享信道LAN的缺點沖突域中的多個站點同時發(fā)送會造成沖突；網(wǎng)絡中站點越多，沖突現(xiàn)象越嚴重；具有n個站點的總帶寬B的共享網(wǎng)絡，每個站點的平均擁有帶寬為B/n。解決的方法提高網(wǎng)絡傳輸速度——沒有從根本上解決問題網(wǎng)絡分段（微網(wǎng)段化）減少每個網(wǎng)段中站點的數(shù)量,使沖突的概率減小實現(xiàn)網(wǎng)絡分段的設備：網(wǎng)橋、交換機、路由器Date22網(wǎng)絡分段示意HUBHUB廣播域獨立的沖突域獨立的沖突域網(wǎng)橋或網(wǎng)絡交換機交換機只能分隔沖突域，但不能分隔廣播域HUB沖突域/廣播域網(wǎng)段2網(wǎng)段1總帶寬:BW×2結(jié)點帶寬:BW/4總帶寬:BW結(jié)點帶寬:BW/8Date23網(wǎng)橋

存儲轉(zhuǎn)發(fā)設備，工作在數(shù)據(jù)鏈路層，用于兩個或多個同類網(wǎng)絡的連接。網(wǎng)橋的功能：①過濾和轉(zhuǎn)發(fā)1210111220網(wǎng)橋網(wǎng)絡A網(wǎng)絡B接受目標地址為11~20的分組，并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡B接受目標地址為0~10的分組，并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡A……信息包中源地址和目標地址在同一網(wǎng)絡，則過濾。Date24②學習功能EX:網(wǎng)絡B增加了21號站，當網(wǎng)橋接收21號站信息時，發(fā)現(xiàn)該站地址在路徑表中找不到，則將其添加進去，這就是網(wǎng)橋的學習功能。Date25用網(wǎng)橋進行網(wǎng)絡互聯(lián)的優(yōu)缺點優(yōu)點：可以連接兩個或多個相同的網(wǎng)絡；能夠隔離不需要轉(zhuǎn)發(fā)的信息幀；限制了沖突域的范圍；隔離故障。缺點：無法控制廣播；只能用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，速度比較慢；無流量控制，負載重時會出現(xiàn)丟幀現(xiàn)象。Date26交換機交換機與集線器的異同：1.不同之處①在OSI模型中所處的位置不同交換機——工作在數(shù)據(jù)鏈路層集線器——工作在物理層②工作原理不同集線器——將某個端口傳送來的信號經(jīng)放大后傳輸給其他所有端口。交換機——通過檢查數(shù)據(jù)包中的目標物理地址（MAC）來選擇目標端口，為通信雙方提供一條獨占的線路。③端口通信方式不同2.相同之處如：連線方式、物理拓撲結(jié)構(gòu)、故障指示等。Date27交換機的特點交換機通過內(nèi)部的交換矩陣把網(wǎng)絡劃分為多個網(wǎng)段——每個端口為一個沖突域；交換機能夠同時在多對端口間無沖突地交換幀。Date28例：交換網(wǎng)絡的帶寬若交換機每個端口帶寬為BW，則交換機構(gòu)成的網(wǎng)絡網(wǎng)絡總帶寬＝BW×nn＝8，BW=10Mb/s時，網(wǎng)絡總帶寬最高可達80Mb/s；若每個交換機端口只連接一臺計算機，則每臺計算機的可用帶寬為10Mb/s。比較：10Mb/s的8口集線器構(gòu)成的網(wǎng)絡（連接了8臺計算機）網(wǎng)絡總帶寬仍為10Mb/s；網(wǎng)絡中每臺計算機的帶寬為1.25Mb/s。

Date29交換機的三種轉(zhuǎn)發(fā)方式存儲轉(zhuǎn)發(fā)（Storeandforward）整個幀完整接收后，對幀進行差錯檢驗，然后再進行轉(zhuǎn)發(fā)操作。優(yōu)點：進行差錯校驗，錯誤不會擴散到目的網(wǎng)段。缺點：延遲比較大。直通轉(zhuǎn)發(fā)（Cut-through）只要收到幀的前6個字節(jié)（目的MAC地址），就開始進行轉(zhuǎn)發(fā)操作。優(yōu)點：交換延遲小。缺點：無法進行差錯校驗，幀錯誤會擴散到目的網(wǎng)段。無碎片直通轉(zhuǎn)發(fā)（Fragmentfreecut-through）接收到一幀的前64字節(jié)后，再進行轉(zhuǎn)發(fā)操作。小于64字節(jié)的幀不轉(zhuǎn)發(fā)。小于64字節(jié)的幀一般是沖突造成的幀碎片（錯誤幀）優(yōu)點：交換速度較快，并且降低了錯誤幀轉(zhuǎn)發(fā)的概率缺點：長度大于64字節(jié)的錯誤幀仍會轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)延時大于直通轉(zhuǎn)發(fā)。Date30使用網(wǎng)絡交換機的好處分割沖突（碰撞）域——減少了沖突允許建立多個連接——提高了網(wǎng)絡總體帶寬允許全雙工連接能夠連接不同速度的網(wǎng)段Date31網(wǎng)絡交換機的應用場合作為LAN核心主干連接設備，如網(wǎng)絡中心、數(shù)據(jù)中心等；網(wǎng)絡通信流量很大的應用場合，如圖像處理、視頻流等；對網(wǎng)絡響應速度要求比較高的場合。Date326.5無線接入點（AP）AP是位于無線局域網(wǎng)拓撲中心位置的無線基站設備。AP的功能是實現(xiàn)無線客戶端之間以及無線局域網(wǎng)和有線局域網(wǎng)之間的互聯(lián)AP有兩類通信端口：符合IEEE802.3標準的有線以太網(wǎng)端口符合IEEE802.11標準的WLAN端口802.11b：無線傳輸速率最高為11Mb/s802.11g：無線傳輸速率最高為54Mb/s802.11n：無線傳輸速率最高約為300Mb/sDate33AP的基本配置天線：802.11b/g標準的AP往往只有1根天線，而802.11n標準的AP則具有2根以上的天線。有線網(wǎng)絡接口：包括局域網(wǎng)端口和廣域網(wǎng)端口局域網(wǎng)接口類型一般都是以太網(wǎng)接口廣域網(wǎng)接口類型根據(jù)所連網(wǎng)絡不同而有所不同Phone/ISDN接口：用于通過電話線連網(wǎng)以太網(wǎng)接口：用于通過園區(qū)局域網(wǎng)或ADSL連網(wǎng)USB端口（某些AP配置）連接打印機，實現(xiàn)無線打印功能連接外置硬盤，實現(xiàn)網(wǎng)絡存儲或P2P下載功能Date34AP的工作模式AP可支持的組網(wǎng)方式包括：基礎架構(gòu)模式點對點橋接模式點對多點橋接模式無線中繼模式Date35基礎架構(gòu)模式最基本的無線局域網(wǎng)構(gòu)建模式。適用場合：無線客戶端連接有線網(wǎng)絡便攜式無線客戶端移動漫游家庭、辦公室Date36點對點橋接模式這種模式多用于兩個局域網(wǎng)距離并不很遠，但由于中間的地帶有阻礙，不方便布線連接的場合。連接范圍約300米，采用定向天線后可將距離擴展到上千米Date37點對多點橋接模式能夠?qū)崿F(xiàn)多個分散的遠程網(wǎng)絡的互聯(lián)。中心AP發(fā)送，遠程AP接收用于多個建筑物的局域網(wǎng)之間的互聯(lián)中心AP要使用全向天線，遠程AP要使用定向天線

Date38無線中繼模式利用AP作為無線中繼器，延伸無線網(wǎng)絡的覆蓋范圍。又稱為無線分布式系統(tǒng)（WDS）適用于需要無線互連的兩個局域網(wǎng)距離過遠或中間有障礙物阻擋的場合。注意：并不是所有的AP都支持無線中繼模式Date396.6路由器（Router）工作在OSI第三層（網(wǎng)絡層）。功能：在網(wǎng)絡之間轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡分組；為網(wǎng)絡分組尋找最佳傳輸路徑；實現(xiàn)子網(wǎng)隔離，限制廣播風暴。目的地址無法識別時，路由器將其丟棄，而不是廣播。提供邏輯地址，以識別互聯(lián)網(wǎng)上的主機；提供廣域網(wǎng)服務。應用：把LAN連入廣域網(wǎng)或作為廣域網(wǎng)的核心連接設備。用路由器進行網(wǎng)絡互聯(lián)的特點：用路由器連接起來的若干個網(wǎng)絡，它們?nèi)允歉髯元毩⒌?。要想從一個網(wǎng)絡訪問用路由器連接起來的另一個網(wǎng)絡中的站點，必須指定該站點的邏輯地址（IP地址），通過廣播是無法與之進行通信的。Date40用路由器進行網(wǎng)絡互聯(lián)HUB路由器沖突域2沖突域1路由器可以隔離沖突域和廣播域HUBHUB沖突域3廣播域2廣播域1Date41路由表路由器如何確定最佳路由？——路由表（RoutingTable）路由表是保存到達其他網(wǎng)絡的路由信息的數(shù)據(jù)庫包含目的網(wǎng)絡地址（號）、傳輸路徑、傳輸開銷等根據(jù)目的網(wǎng)絡地址查找路由表并確定分組轉(zhuǎn)發(fā)路徑的過程稱為路由選擇（Routing）。路由表的信息隨網(wǎng)絡拓撲的變化而變化——建立、更新路由表的算法稱為路由算法（RoutingAlgorithm）：網(wǎng)絡中的每個路由器都會根據(jù)路由算法定時地或在網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時更新其路由表；靜態(tài)路由：由網(wǎng)絡管理員預先手工設置路由信息；動態(tài)路由：由路由器在運行時動態(tài)地建立與更新。自動學習、記憶網(wǎng)絡的變化并根據(jù)路由算法重新計算路由的協(xié)議稱為路由選擇協(xié)議（RoutingProtocol）。Date42路由器的分類和應用接入路由器EX：二級交換網(wǎng)通過有線寬帶路由器接入Internet，P140圖5-27中間節(jié)點路由器EX：互連多個不同網(wǎng)絡或子網(wǎng)的中間節(jié)點路由器，P141圖5-28Date43路由器組網(wǎng)的優(yōu)缺點優(yōu)點限制了沖突域；可以用于LAN或WAN的環(huán)境；可以連接不同介質(zhì)的網(wǎng)絡和不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡；可以為分組確定傳輸?shù)淖罴崖窂?；可以過濾廣播信息。缺點昂貴；必須用于可路由協(xié)議網(wǎng)絡；配置復雜。Date44無線路由器是將AP和路由器功能結(jié)合在一起的網(wǎng)絡設備。特別適合于家庭或小型辦公室環(huán)境的組網(wǎng)，使多臺計算機共享一條寬帶連接。常見無線路由器的基本配置為：支持IEEE802.11b/g無線接口；1個10/100MWAN接口，4個10/100MLA