局域網(wǎng)組建與實(shí)例教程第2章

第2章局域網(wǎng)的硬件設(shè)備1學(xué)習(xí)目的與要求：組建局域網(wǎng)的主要設(shè)備有通信介質(zhì)、通信設(shè)備、服務(wù)器以及其他配件。選擇什么樣的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備產(chǎn)品，對于網(wǎng)絡(luò)的性能和可擴(kuò)展性有著重要的影響，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的靈魂。本章重點(diǎn)是通過實(shí)踐掌握局域網(wǎng)互連設(shè)備的特點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)。如：集線器、交換機(jī)、路由器。了解局域網(wǎng)擴(kuò)展的方式方法第2章局域網(wǎng)的硬件設(shè)備2傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)卡與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的物理連線。傳輸介質(zhì)的兩端通過連接器連接到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)卡的通信端口，從而實(shí)現(xiàn)主機(jī)與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備的互聯(lián)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，傳輸介質(zhì)分為有線介質(zhì)和無線介質(zhì)兩大類。常用的有線介質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜和光纜等3種。32.1雙絞線網(wǎng)絡(luò)中常見的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、雙絞線、光纖等，其中同軸電纜已經(jīng)很少使用。雙絞線是目前局域網(wǎng)布線工程中使用最為廣泛的一種傳輸介質(zhì)。42.1.1雙絞線的結(jié)構(gòu)雙絞線作為一種價格低廉、性能優(yōu)良的傳輸介質(zhì)，在綜合布線系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用于水平布線，是當(dāng)前水平布線的首選電纜。局域網(wǎng)中的雙絞線電纜由不同顏色的4對8芯線放在一個絕緣套管中組成。雙絞線可以傳送數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號，其通信距離從幾公里到十幾公里。對于模擬信號傳輸，當(dāng)傳輸距離太長時要安裝放大器，以便將衰減的信號放大到合適的數(shù)值；對于數(shù)字信號傳輸則要加中繼器，以將失真的數(shù)字信號進(jìn)行整形。52.1.2雙絞線的分類雙絞線可分為屏蔽雙絞線(ShieldedTwistedPair，STP)和非屏蔽雙絞線(UnshieldedTwistedPair，UTP)，普通用戶使用的大多是非屏蔽雙絞線。屏蔽雙絞線是在一對雙絞線外面有金屬筒纏繞，有的還在幾對雙絞線的外層用銅編織網(wǎng)包上，用作屏蔽，最外層再包上一層具有保護(hù)性的聚乙烯塑料。6STPUTP2.1.2雙絞線的分類屏蔽層72.1.2雙絞線的分類電氣工業(yè)協(xié)會/電信工業(yè)協(xié)會(EIA/TIA)按雙絞線電氣特性將其定義為7種型號，級別越高性能越好。局域網(wǎng)中常用第5類和第6類雙絞線，由4對雙絞線構(gòu)成一條電纜。(1)1類雙絞線：主要用于電話連接，通常不用于數(shù)據(jù)傳輸。(2)2類雙絞線：通常用在程控交換機(jī)，ISDN和T1/E1數(shù)據(jù)傳輸也可以采用2類電纜，2類線的最高帶寬為1MHz，在局域網(wǎng)中很少使用。(3)3類雙絞線：又稱為聲音級電纜，適合于10Mb/s雙絞線以太網(wǎng)和4Mb/s令牌環(huán)網(wǎng)的安裝，同時也能運(yùn)行16Mb/s的令牌環(huán)網(wǎng)，目前已從市場上消失。8(4)4類雙絞線：最高傳輸速率為20Mb/s，其他特性與3類雙絞線一樣，能更穩(wěn)定地運(yùn)行16Mb/s令牌環(huán)網(wǎng)，目前在布線中已經(jīng)很少使用。(5)5類雙絞線：又稱為數(shù)據(jù)級電纜，最高傳輸速率100Mb/s，能夠運(yùn)行100Mb/s以太網(wǎng)和FDDI，傳輸距離為100m，目前大量應(yīng)用于很多局域網(wǎng)中。(6)超5類雙絞線：最高傳輸速率可達(dá)155Mb/s，傳輸距離可達(dá)130m，是目前最常見的雙絞線類型。(7)6類、7類雙絞線是新型的電纜，能提供更高的傳輸速率和更遠(yuǎn)的距離，其中6類雙絞線的最高傳輸速率可以達(dá)到1000Mb/s，適用于低成本的高速以太網(wǎng)的骨干電路。2.1.2雙絞線的分類9雙絞線的用途雙絞線主要用于星型局域網(wǎng)布線。雙絞線的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)包括10BASE-T、100BASE-T和1000BASE-T，其中參數(shù)含義如下表所示。10局域網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)BASE10(100、1000)T52基帶信號方式數(shù)據(jù)率為10Mbit/s(100Mbit/s、1000Mbit/s)雙絞線(最大長度100m)粗同軸電纜最大長度500m細(xì)同軸電纜最大長度185m112.1.3雙絞線的制作方法雙絞線的制作非常簡單，就是把雙絞線的4對8芯網(wǎng)線按一定規(guī)則插入到水晶頭中，這類網(wǎng)絡(luò)的制作所需材料是雙絞線和水晶頭，所需工具是一把網(wǎng)線壓線鉗，雙絞線的制作就是網(wǎng)線水晶頭的制作。1.雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn)(1)EIA/TIA接線標(biāo)準(zhǔn)(2)直通線線序(3)交叉線線序2.雙絞線的制作3.雙絞線的測試12雙絞線中各線的功能分配編號功能顏色1發(fā)送+橙色/白色2發(fā)送-橙色

3接收+綠色/白色4保留藍(lán)色5保留藍(lán)色/白色6接收-綠色7保留棕色8保留棕色/白色

13雙絞線的EIA/TIA接線標(biāo)準(zhǔn)按照EIA/TIA568B標(biāo)準(zhǔn)的絞線排列按照EIA/TIA568A標(biāo)準(zhǔn)的絞線排列12345678橙白橙綠白藍(lán)藍(lán)白綠棕白棕12345678綠白綠橙白藍(lán)藍(lán)白橙棕白棕14RJ-45連接器及線色譜排列

15直通線和交叉線直通線雙絞線兩端與水晶頭的連接使用相同標(biāo)準(zhǔn)，均為568A或均為568B。交叉線雙絞線兩端與水晶頭的連接使用不同標(biāo)準(zhǔn)，一端使用568A標(biāo)準(zhǔn)，另一端使用568B標(biāo)準(zhǔn)。16雙絞線的選用規(guī)則：一般地，當(dāng)相同類設(shè)備相連時，用交叉線，不同類設(shè)備相連時，用直通線。R類：計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、路由器、防火墻、無線訪問點(diǎn)。S類：集線器、交換機(jī)（含三層交換機(jī)）。根據(jù)上面的一般規(guī)則，R類中的任何設(shè)備和S類中的任何設(shè)備相連使用直通線，而同屬R類或同屬S類的設(shè)備之間相連用交叉線。17常見設(shè)備之間的雙絞線連接18靈活選擇192.2同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體是一根金屬線，外導(dǎo)體是一層圓柱形的金屬導(dǎo)體，一般由細(xì)金屬線編織為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外導(dǎo)體之間有絕緣層，如圖2-11所示。另外，同軸電纜的兩端需要有終結(jié)器(用50

或75

的電阻連接內(nèi)、外導(dǎo)體)，中間連接需要收發(fā)器、T形頭、筒形連接器等器件。單根同軸電纜的直徑為1.02～2.54cm。202.2同軸電纜常用的同軸電纜型號有下列幾種：(1)RG-8或RG-11(50

)——粗纜。(2)RG-58AJ或58CU(50

)——細(xì)纜。(3)RG59(75

)——CATV電纜。(4)RG-62(93

)——IBM3270系統(tǒng)使用。根據(jù)帶寬和用途不同，同軸電纜可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。寬帶同軸電纜主要用于高帶寬數(shù)據(jù)通信，支持多路復(fù)用，如有線電視的數(shù)據(jù)傳送，較少用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。212.2.1細(xì)纜細(xì)纜一般采用RG58A，適用于傳輸速率不高(10Mb/s)、距離近的局域網(wǎng)。用它組網(wǎng)成本低，可以連接集線器(HUB)、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。以安裝10Base2(細(xì)纜以太網(wǎng))為例，需要遵守下面的物理限制：(1)細(xì)纜兩端必須各加一個50

的終結(jié)器。(2)網(wǎng)端之間的最小距離為0.5m。(3)網(wǎng)絡(luò)的最大長度小于925m。(4)網(wǎng)段的最大長度小于185m。(5)每個網(wǎng)段最大設(shè)備數(shù)為30個。(6)最大網(wǎng)段數(shù)為5個網(wǎng)段(可帶4個中繼器)。222.2.2粗纜粗纜一般采用RG-11，特征阻抗50

，直徑0.4英寸，一段粗纜的最大長度為500m，每一段的兩端必須各加一個50

的終結(jié)器，每個工作站必須加一個AUI收發(fā)器。粗纜的傳輸率為10Mb/s。因?yàn)樾枰狝UI收發(fā)器，組網(wǎng)的成本較高，因此目前使用不多。232.3光纖光纖(光導(dǎo)纖維電纜)，是網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中性能最好、應(yīng)用前景看好的一種電纜，目前大多數(shù)大規(guī)模的局域網(wǎng)的主干網(wǎng)都采用光纖作為傳輸介質(zhì)。它的傳輸速率可以達(dá)到幾千兆b/s。242.3光纖優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、傳輸頻帶寬、傳輸損耗小、保密性能好、誤碼率低、不受雷電和電磁干擾。缺點(diǎn)：分接和安裝困難、安裝和測試工具都非常昂貴。252.3.1光纖的結(jié)構(gòu)和通信原理光纖在結(jié)構(gòu)上和同軸電纜相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。其通信的中心是光傳播的玻璃芯，玻璃芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套。光纖通常被扎成束，外面有外殼保護(hù)，稱為光纜，如圖所示。26光纜272.3.2多模光纖和單模光纖光纖的類型由模材料(玻璃式塑料纖維)芯和外層尺寸決定，芯的尺寸大小決定光的傳輸質(zhì)量。根據(jù)光在光纖中的傳播方式，可將光纖分為兩種類型：多模光纖單模光纖。【注】模：是指以一定角度進(jìn)入光線的一束光。282.3.2多模光纖和單模光纖常用的光纜類型如表所示。芯徑外層尺寸模8.3～10

m125

m單模50

m125

m多模62.5

m125

m多模85

m125

m多模100

m140

m多模292.3.2多模光纖和單模光纖單模光纖：芯徑小于10

m。光直線傳播，頻率單一，如圖所示。多模光纖：芯徑在50

m以上。光波浪形傳播，頻率多樣，如圖所示。302.3.2多模光纖和單模光纖單模光纖和多模光纖的特性比較如下表所示。單模多模用于高速率，長距離用于低速率，短距離成本高成本低窄芯線，需要激光源寬芯線，聚光好耗散極小，高效耗散較大31局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)——10ME物理層標(biāo)準(zhǔn)10ME以太網(wǎng)有五種物理層標(biāo)準(zhǔn)：10BASE5(粗同軸線纜以太網(wǎng))、10BASE2(細(xì)線纜以太網(wǎng))、10BASE-T(UTP以太網(wǎng))，10BASE-F(光纜以太網(wǎng))、10BROAD36(寬帶傳輸),如圖3-11所示。32局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)——10ME物理層標(biāo)準(zhǔn)33局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)——FE以太網(wǎng)物理層341.100BASE-TX(5類UTP)100BASE-TX使用兩對5類UTP傳輸數(shù)據(jù)，其中一對(第1,2號線)用于數(shù)據(jù)發(fā)送，另一對(第3,6號線)用于數(shù)據(jù)接收(在10BASE-T中也是這樣規(guī)定的)。352.100BASE-FX(光纖)100BASE-FX使用兩根光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其中一根用于數(shù)據(jù)發(fā)送，另一根用于數(shù)據(jù)接收。363.100BASE-T4(3類UTP)100BASE-T4使用四對3類UTP傳輸數(shù)據(jù)，其中三對(第1,2/4,5/7,8號線)用數(shù)據(jù)發(fā)送，另一對(第3,6號線)用于在沖突時檢測網(wǎng)絡(luò)活動，接收數(shù)據(jù)時，第3,6/4,5/7,8號線用于接收。374.100BASE-T2(3類UTP)100BASE-T2使用兩對3類雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，兩對線都可用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。38說明100BASE-T標(biāo)準(zhǔn)比較常用，其網(wǎng)段長度與10BASE-T一樣，也是100m。100BASE-F一般用于交換機(jī)之間的互聯(lián)鏈路。39局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)——1GE物理層標(biāo)準(zhǔn)(1)1000BASE-CX：使用150Ω屏蔽雙絞線STP，其傳輸速率為1.25Gbps，傳輸距離為25m，主要用于集群設(shè)備的互連。(2)1000BASE-LX：使用芯徑為50μm的單模光纖，其傳輸距離為3km，主要用于園區(qū)網(wǎng)主干網(wǎng)。(3)1000BASE-SX：使用芯徑為62.5μm和50μm的多模光纖，其傳輸距離為300m和500m，主要用于建筑物間和短距離主干網(wǎng)。(4)1000BASE-T：使用5類UPT雙絞線，傳輸速率為1Gbps，傳輸距離為100m，主要用于建筑物內(nèi)的干線布線。40千兆以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)直徑通信介質(zhì)類型物理層標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)直徑Cat5UTP1000BASE-T200mSTP1000BASE-CX50m多模光纖(62.5μm)1000BASE-SX600m多模光纖(50μm)1km單模光纖(50μm)1000BASE-LX6km4110GE以太網(wǎng)只支持光纖通信介質(zhì)。10GE物理層標(biāo)準(zhǔn)表示為：10GBASE-[介質(zhì)類型][編碼方案][波長數(shù)]，通式為：10GBASE-[E/L/S][R/W/X][1/4]

局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)——10GE物理層標(biāo)準(zhǔn)4210GE物理層標(biāo)準(zhǔn)的介質(zhì)類型S表示短波長(850nm)，用于多模光纖在短距離(約為35m)傳送數(shù)據(jù)；L代表長波長，用于在園區(qū)的建筑物之間或樓宇的樓層間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)使用單模光纖時可支持10km的傳輸距離，而在使用多模光纖時，傳輸距離為900m；E代表特長波長，用于廣域網(wǎng)或城域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳送，當(dāng)使用1550nm波長的單模光纖時，傳輸距離可達(dá)40km。4310GE物理層標(biāo)準(zhǔn)的編碼方案X代表局域網(wǎng)物理層中的8B/10B編碼，R代表局域網(wǎng)物理層中的64B/66B編碼，W代表廣域網(wǎng)物理層中的64B/66B編碼。4410GE物理層標(biāo)準(zhǔn)的波長數(shù)當(dāng)波長數(shù)=4時，使用的是寬波分復(fù)用(WWDM)傳輸。如果不使用波分復(fù)用，則波長數(shù)就是1，并且可將其省略。452.4網(wǎng)卡網(wǎng)卡(NetworkInterfaceCard，NIC)又稱網(wǎng)絡(luò)適配器或網(wǎng)絡(luò)接口卡，用以連接計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，是主機(jī)系統(tǒng)與局域網(wǎng)之間的硬件接口，是組建局域網(wǎng)不可缺少的基本配件。網(wǎng)卡一方面負(fù)責(zé)接收網(wǎng)絡(luò)中傳過來的數(shù)據(jù)包，解包后，將數(shù)據(jù)通過主板的總線傳輸給計(jì)算機(jī)；另一方面負(fù)責(zé)將本地計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)包傳輸給網(wǎng)絡(luò)。46網(wǎng)絡(luò)適配器的作用網(wǎng)卡可以看作是主機(jī)系統(tǒng)的組成部件，也可以看作是局域網(wǎng)在主機(jī)系統(tǒng)中的延伸，它的基本作用是把主機(jī)系統(tǒng)總線與傳輸介質(zhì)連接起來，在主機(jī)和傳輸介質(zhì)之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。主機(jī)、網(wǎng)卡和傳輸介質(zhì)之間的連接關(guān)系如下圖所示。47主機(jī)、網(wǎng)卡和傳輸介質(zhì)之間的連接關(guān)系48網(wǎng)卡是OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備，下圖是其在OSI/RM中的位置示意圖。2.4網(wǎng)卡49網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)示意圖2.4網(wǎng)卡50按照支持的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分類以太網(wǎng)卡令牌環(huán)網(wǎng)卡ATM網(wǎng)卡2.4.1網(wǎng)卡的類型512.4.1網(wǎng)卡的類型根據(jù)總線接口的不同，可以將網(wǎng)卡分為ISA網(wǎng)卡、PCI網(wǎng)卡、專門應(yīng)用于筆記本電腦的PCMCIA網(wǎng)卡及USB網(wǎng)卡。1.PCI網(wǎng)卡2.PCMCIA網(wǎng)卡3.USB網(wǎng)卡52按照連接傳輸介質(zhì)類型分類單RJ-45口IPC口(RJ45+BNC)Combo口(RJ45＋AUI＋BNC)TP口(BNC＋AUI)網(wǎng)卡ST或SC的FX接口網(wǎng)卡53按照用途分類服務(wù)器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡筆記本電腦專用網(wǎng)卡無線網(wǎng)卡54按照網(wǎng)卡發(fā)送數(shù)據(jù)率分類10Mbit/s網(wǎng)卡100Mbit/s網(wǎng)卡10M/100Mbit/s自適應(yīng)網(wǎng)卡1000Mbit/s網(wǎng)卡552.4.2網(wǎng)絡(luò)適配器選型（1）接口總線與傳輸速率（2）網(wǎng)卡上的接口（3）是否支持即插即用（4）是否有BootROM插座（5）選擇信譽(yù)好的廠商562.4.3網(wǎng)卡的安裝網(wǎng)卡的安裝步驟主要分為兩步：硬件安裝和網(wǎng)卡驅(qū)動程序安裝。下面以PCI網(wǎng)卡為例介紹網(wǎng)卡的安裝過程。(1)關(guān)閉計(jì)算機(jī)并切斷電源，打開機(jī)箱蓋。(2)在主板上選擇一個未使用的PCI插槽，卸去該插槽后面對應(yīng)的擋板。(3)用手輕握網(wǎng)卡兩端，垂直對準(zhǔn)主板上的PCI插槽，向下輕壓到位后，再用螺釘固定即完成了網(wǎng)卡的安裝。壓的過程中要稍用些力，直到網(wǎng)卡的引腳全部壓入插槽中為止，同時，兩手的用力要均勻，不能出現(xiàn)一端壓入，而另一端翹起的現(xiàn)象。(4)安裝完成后，蓋上機(jī)箱并緊固機(jī)箱螺釘。(5)打開計(jì)算機(jī)，安裝網(wǎng)卡驅(qū)動程序。572.5集線器集線器（Hub）是物理層的一種設(shè)備，是基于星狀拓?fù)涞慕泳€點(diǎn)。其基本功能是信息分發(fā)，它把一個端口接收到的所有信號向各個端口分發(fā)。負(fù)責(zé)在兩個節(jié)點(diǎn)的物理層上按位傳遞信息，完成對信號的再生和放大，以此來延長網(wǎng)絡(luò)的長度。它在OSI參考模型中的位置圖如下所示。58集線器在OSI/RM模型中的位置

2.5集線器592.5.1集線器的工作原理集線器是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如下圖所示為8個端口的集線器，共連接了8臺計(jì)算機(jī)，集線器會對連接的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)發(fā)傳遞。602.5.1集線器的工作原理具體的通信過程是：當(dāng)計(jì)算機(jī)1要發(fā)送一條信息給計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)1的網(wǎng)卡將信息通過雙絞線送到集線器上，但是集線器不會直接將信息送給計(jì)算機(jī)8，而是將信息進(jìn)行“廣播”，將信息同時發(fā)送給8個端口，8個端口上的所有計(jì)算機(jī)接收到這條廣播信息時，會對信息進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)該信息是發(fā)給自己的則接收，否則不予理睬。Hub構(gòu)造的局域網(wǎng)在物理上屬于星型拓?fù)?，從邏輯上看，屬于總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。61集線器的分類按照總線帶寬的大小，分為10Mbit/s、100Mbit/s和10M/100M自適應(yīng)Hub等3種；按照端口數(shù)目的多少，可分為8口Hub、16口Hub和24口Hub等3種。按照Hub

與Hub的連接方式，可以分成：

(1)獨(dú)立式Hub(2)可堆疊Hub(3)模塊式Hub622.5.2集線器的特點(diǎn)1.共享帶寬集線器的帶寬是指它通信時能夠達(dá)到的最大速度。目前市面上用于中、小型局域網(wǎng)的集線器主要有10Mb/s、10/100Mb/s自適應(yīng)和100Mb/s3種。2.半雙工由于集線器采取“廣播”的方式傳輸信息，因此集線器傳送數(shù)據(jù)時只能工作在半雙工狀態(tài)下，比如計(jì)算機(jī)1與計(jì)算機(jī)8需要相互傳送一些數(shù)據(jù)，當(dāng)計(jì)算機(jī)1在發(fā)送數(shù)據(jù)時，計(jì)算機(jī)8只能接收計(jì)算機(jī)1發(fā)過來的數(shù)據(jù)，等計(jì)算機(jī)1停止發(fā)送并做好了接收準(zhǔn)備，它才能將自己的信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)1或其他計(jì)算機(jī)。632.5.3集線器的選擇1.帶寬2.擴(kuò)展需求3.支持網(wǎng)管功能4.接口類型5.品牌和價格642.6交換機(jī)交換機(jī)是用來提高局域網(wǎng)性能的數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。它的作用是對封裝數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并減少沖突域，隔離廣播風(fēng)暴。二層交換機(jī)屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息。65

交換機(jī)是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，并將其存放在內(nèi)部的MAC地址表中。交換機(jī)通過查看數(shù)據(jù)包頭部的MAC地址信息，可以直接將數(shù)據(jù)包發(fā)往其目標(biāo)端口，而不是向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。目前一些高檔交換機(jī)還具備一些芯的功能，如對VLAN(虛擬局域網(wǎng))的支持、對鏈路匯聚的支持，有的甚至還具有防火墻和路由的功能。2.6.1交換機(jī)的主要功能66交換機(jī)的流程當(dāng)交換機(jī)從某個端口收到一個數(shù)據(jù)包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣就知道源MAC地址的機(jī)器是連在哪個端口上；再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口；如表中有與這目的MAC地址對應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上；67交換機(jī)的流程如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目標(biāo)機(jī)器對源機(jī)器響應(yīng)時，交換機(jī)可以學(xué)習(xí)這個目的MAC地址與哪個端口對應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時就不再需要對所有端口進(jìn)行廣播了。不斷的循環(huán)這個過程，對于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。68思考兩個問題【思考】前面講到，集線器或中繼器級連的數(shù)量是有限的，請問交換機(jī)級連的數(shù)量是否也有限制？為什么？【思考】當(dāng)交換機(jī)接收到一個目標(biāo)MAC地址不在地址表中的數(shù)據(jù)幀時，如何處理？69交換機(jī)的結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)交換結(jié)構(gòu)基本可以分為3類：總線結(jié)構(gòu)共享存儲器結(jié)構(gòu)交換矩陣結(jié)構(gòu)70交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的幾種方式存儲轉(zhuǎn)發(fā)(storeandforward)：交換機(jī)接收整個MAC幀，并將之全部存儲于內(nèi)部緩沖器。然后，對幀進(jìn)行長度檢查、地址檢查和CRC校驗(yàn)以確定幀的正確性。如果幀無差錯，則轉(zhuǎn)發(fā)它；否則，丟棄它。存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式適用于正確性要求高的網(wǎng)絡(luò)。71直通交換(cutthrough)：交換機(jī)只接收和緩存MAC幀的目的地址、源地址和長度/類型字段，共14個字節(jié)。交換機(jī)只檢查幀的目的地址，然后立即轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。直通方式的轉(zhuǎn)發(fā)延遲小，但是，無效幀及CRC校驗(yàn)錯誤的幀也被全部轉(zhuǎn)發(fā)。直通方式能夠提供線速處理能力，適用于轉(zhuǎn)發(fā)速度要求高的網(wǎng)絡(luò)。交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的幾種方式72改進(jìn)型直通交換(modifiedcutthrough)：直通交換的交換速度非常快，但不能對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行更高級的控制，缺乏智能性和安全性。同時，也無法支持具有不同速率的端口的交換，只能在數(shù)據(jù)率相等的端口之間進(jìn)行交換。因此，提出了改進(jìn)型的直通交換。直通交換的改進(jìn)型結(jié)合了直通交換和存儲轉(zhuǎn)發(fā)的特性。在改進(jìn)型直通交換中，交換機(jī)存儲幀的前64個字節(jié)，通過前64個字節(jié)判斷幀的正確性，然后拋棄不正確或無效的幀。交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的幾種方式73交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的幾種方式74交換機(jī)分類根據(jù)上面介紹的交換結(jié)構(gòu)可以把交換機(jī)分成對應(yīng)的3種類型。按照應(yīng)用環(huán)境，可分為企業(yè)級交換機(jī)部門級交換機(jī)工作組交換機(jī)桌面型交換機(jī)(desktopswitch)校園網(wǎng)交換機(jī)(campusSwitch)等產(chǎn)品。75交換機(jī)分類從OSI的分層結(jié)構(gòu)上來看，可分為第2層交換機(jī)第3層交換機(jī)第4層交換機(jī)根據(jù)交換機(jī)配置特點(diǎn)，分為機(jī)架式帶擴(kuò)展槽固定配置式不帶擴(kuò)展槽固定配置式763Com局域網(wǎng)交換機(jī)

772.6.2交換機(jī)與集線器的異同相同點(diǎn)：都是用來組建和擴(kuò)展局域網(wǎng)的，外觀上相似。不同點(diǎn)：交換機(jī)基于MAC地址進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的端口轉(zhuǎn)發(fā)，工作在數(shù)據(jù)鏈路層；集線器沒有任何表，工作在物理層。其次，從工作方式來看，集線器采用的是廣播方式，在共享網(wǎng)段內(nèi)每次只能傳送一個數(shù)據(jù)幀，多個節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀就會出現(xiàn)沖突，很容易產(chǎn)生“廣播風(fēng)暴”，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時性能會受到很大的影響。另外，從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時刻只能有兩個端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，同時集線器只能工作在半雙工模式下；而對于交換機(jī)而言，每個端口都有一條獨(dú)占的帶寬，當(dāng)兩個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機(jī)不但可以工作在半雙工模式下且可以工作在全雙工模式下。交換機(jī)之間級連沒有距離限制，集線器級連有距離限制。782.6.3交換機(jī)的特點(diǎn)1.獨(dú)享帶寬每個端口都可視為獨(dú)立的網(wǎng)段，相互通信的雙方獨(dú)自享有全部的帶寬，無須同其他設(shè)備競爭使用。如:當(dāng)A主機(jī)向D主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，B主機(jī)可同時向C主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個傳輸都享有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬——假設(shè)此時它們使用的是100Mb/s的交換機(jī)，那么該交換機(jī)此時的總流通量就等于2×100Mb/s=200Mb/s。2.全雙工當(dāng)交換機(jī)上的兩個端口在通信時，由于它們之間的通道是相對獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。79交換機(jī)應(yīng)用環(huán)境802.6.4交換機(jī)的選擇選擇交換機(jī)時，主要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需要來選擇；同時注意交換機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如端口類型、交換方式、背板帶寬、網(wǎng)管功能等；對于規(guī)模較大的一些網(wǎng)絡(luò)，由于需要更多的交換機(jī)，產(chǎn)品的價格和售后服務(wù)也是要考慮的因素。1.端口數(shù)量2.交換速度3.交換方式81考察交換機(jī)支持的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。交換機(jī)應(yīng)該支持的標(biāo)準(zhǔn)包括：(1)生成樹標(biāo)準(zhǔn)(SpanningTree)：生成樹標(biāo)準(zhǔn)的是IEEE802.1d。(2)VLAN標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.1Q和IEEE802.1p。(3)PortTrucking功能(4)網(wǎng)管標(biāo)準(zhǔn)：包括簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SimpleNetworkManagementProtocol，SNMP)標(biāo)準(zhǔn)和遠(yuǎn)程監(jiān)視(RemoteMONitoring，RMON)標(biāo)準(zhǔn)。(5)流量控制方式2.6.4交換機(jī)的選擇82擴(kuò)展局域網(wǎng)是指把幾個小局域網(wǎng)和并成為一個更大的局域網(wǎng)。原因在于交換機(jī)或集線器的端口數(shù)量有限。從根本上來講，交換機(jī)之間的連接不外乎兩種方式，級聯(lián)和堆疊。83級聯(lián)-最常規(guī)直接的擴(kuò)展方式84級聯(lián)級聯(lián)模式是組建大型LAN最理想的方式，可以綜合利用各種拓?fù)湓O(shè)計(jì)技術(shù)和冗余技術(shù)，實(shí)現(xiàn)層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。級聯(lián)模式是組建結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)的必然選擇，級聯(lián)使用光纖，各個組件可以放在任意位置，非常有利于綜合布線。級聯(lián)模式也面臨著挑戰(zhàn)，當(dāng)采用Hub進(jìn)行級聯(lián)時，為了保證網(wǎng)絡(luò)的效率，一般建議層數(shù)不要超過4層。855-4-3規(guī)則由于通信介質(zhì)最大長度的限制，因此，較大范圍的以太網(wǎng)可以由若干網(wǎng)段通過中繼器（或Hub）連接構(gòu)成。參加聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)段和中繼器(或Hub)的數(shù)量是有限制的，它們的數(shù)量和連接方法遵守5-4-3規(guī)則。865-4-3的含義（1）“5”是指網(wǎng)段的最大個數(shù)；（2）“4”是指連接網(wǎng)段的中繼器的最大個數(shù)；（3）“3”是指只有3個網(wǎng)段上有主機(jī)。5-4-3規(guī)則的示意圖如圖2-12所示。87圖2-12以太網(wǎng)互聯(lián)的5-4-3規(guī)則88堆疊堆疊是指通過廠商提供的堆疊電纜和堆疊模塊，將兩臺交換機(jī)的背板直接連接起來，構(gòu)成高帶寬的堆疊總線，可以實(shí)現(xiàn)單地址管理和提高系統(tǒng)的冗余性。堆疊技術(shù)還提供了更高可靠性。通過使首尾兩臺交換機(jī)的冗余聯(lián)機(jī)，將整個總線結(jié)成回路，這樣即使堆疊中任一連接出現(xiàn)故障，都能夠保證堆疊繼續(xù)工作。89堆疊堆疊是一種非標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。各個廠商之間不支持混合堆疊，堆疊模式為各廠商制定，不支持拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前流行的堆疊模式主要有兩種：菊花鏈模式和星型模式。菊花鏈模式星型模式90菊花鏈堆疊菊花鏈?zhǔn)蕉询B是一種基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)的堆疊技術(shù)，對交換機(jī)硬件上沒有特殊的要求，通過相對高速的端口串接和軟件的支持，最終實(shí)現(xiàn)構(gòu)建一個多交換機(jī)的層疊結(jié)構(gòu)，通過環(huán)路，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)冗余。就交換效率來說，同級聯(lián)模式處于同一層次。菊花鏈?zhǔn)蕉询B使用兩個高速端口實(shí)現(xiàn)，可以選擇實(shí)現(xiàn)環(huán)形的冗余。菊花鏈?zhǔn)蕉询B模式與級聯(lián)模式相比，不存在拓?fù)涔芾?，一般不能進(jìn)行分布式布置，適用于高密度端口需求的單節(jié)點(diǎn)機(jī)構(gòu)，可以使用在網(wǎng)絡(luò)的邊緣。91菊花鏈堆疊菊花鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)由于需要排除環(huán)路所帶來的廣播風(fēng)暴，在正常情況下，任何時刻，環(huán)路中的某一從交換機(jī)到達(dá)主交換機(jī)只能通過一個高速端口進(jìn)行。菊花鏈?zhǔn)蕉询B是一類簡化的堆疊技術(shù)，主要是一種提供集中管理的擴(kuò)展端口技術(shù)，對于多交換機(jī)之間的轉(zhuǎn)發(fā)效率并沒有提升，需要硬件提供更多的高速端口，同時軟件實(shí)現(xiàn)UPLINK的冗余。菊花鏈?zhǔn)蕉询B的層數(shù)一般不應(yīng)超過4層，要求所有的堆疊組成員擺放的位置足夠近（一般在一個機(jī)架上）。92星型堆疊對交換機(jī)而言，需要提供一個獨(dú)立的或者集成的高速交換中心（堆疊中心），所有的堆疊主機(jī)通過專用的高速堆疊端口上行到統(tǒng)一的堆疊中心，堆疊中心一般是一個基于專用ASIC的硬件交換單元。

（1）1000Base-TGBIC模塊（2）1000Base-SXGBIC模塊93比較級聯(lián)相對容易堆疊有級聯(lián)不可達(dá)到的優(yōu)勢。首先，多臺交換機(jī)堆疊在一起，從邏輯上來說，它們屬于同一個設(shè)備，只需賦予其1個IP地址，即可通過該IP地址對所有的交換機(jī)進(jìn)行管理，從而大大減少了管理的強(qiáng)度和難度，極大地節(jié)約了管理成本。94比較其次，多個設(shè)備級聯(lián)會產(chǎn)生級聯(lián)瓶頸。而兩個交換機(jī)通過堆疊連接在一起，堆疊線纜將能提供高于1G的背板帶寬，極大地減低了瓶頸。級聯(lián)還有一個堆疊達(dá)不到的目的，是增加連接距離。堆疊線纜最長也只有幾米，所以堆疊時應(yīng)予考慮。并不是所有的交換機(jī)都支持堆疊，這取決于交換機(jī)的品牌、甚至是型號是否支持堆疊。堆疊和級聯(lián)各有優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際的方案設(shè)計(jì)中經(jīng)常同時出現(xiàn)，可靈活應(yīng)用。95虛擬局域網(wǎng)VLAN虛擬局域網(wǎng)是物理局域網(wǎng)虛擬化的結(jié)果。虛擬化就是把局域網(wǎng)的成員(主機(jī)、網(wǎng)橋/交換機(jī))按照一定分組規(guī)則劃分到不同的集合中，每一個集合就是一個VLAN。為了討論上的方便，我們把前面介紹的局域網(wǎng)稱為物理LAN。VLAN與物理LAN之間的關(guān)系如圖所示。96圖

陰影部分是VLAN97VLAN與物理LAN的區(qū)別包括：（1）位于不同物理LAN中的主機(jī)可以屬于同一個VLAN中，而位于同一個物理LAN的主機(jī)可以屬于不同的VLAN中。（2）同一VLAN中的不同物理LAN上的主機(jī)可以直接通信，而位于同一物理LAN的屬于不同VLAN的主機(jī)不能直接通信。98為什么要劃分VLAN既然物理LAN可以解決計(jì)算機(jī)互聯(lián)通信問題，那么為什么還要在物理LAN上劃分VLAN呢？99VLAN的好處1.網(wǎng)絡(luò)連接更加靈活

借助VLAN技術(shù)，能將不同地點(diǎn)、不同網(wǎng)絡(luò)、不同用戶組合在一起，形成一個虛擬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，就像使用本地LAN一樣方便、靈活、有效。這樣，可以根據(jù)管理或安全的需要約束物理LAN成員之間的通信關(guān)系，使物理上分布在異地的物理LAN成員由于同一個管理目標(biāo)走到一起。

同時，VLAN的實(shí)施是通過軟件實(shí)現(xiàn)的，因此，無需因改動計(jì)算機(jī)的邏輯關(guān)系而更改網(wǎng)絡(luò)的布線和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。100VLAN的好處2.控制網(wǎng)絡(luò)上的廣播 使用VLAN，可以將某個交換端口或用戶賦于某一個特定的VLAN組，該VLAN組可以在一個交換網(wǎng)中或跨接多個交換機(jī)，在一個VLAN中的廣播不會送到VLAN之外3.增加網(wǎng)絡(luò)的安全性 因?yàn)橐粋€VLAN就是一個單獨(dú)的廣播域，VLAN之間相互隔離，這大大提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率，確保了網(wǎng)絡(luò)的安全保密性。101VLAN的主要類型從概念上講，可以根據(jù)各種分組規(guī)則劃分VLAN。但是，得到實(shí)際應(yīng)用的分組規(guī)則包括三個，即：基于端口分類基于MAC地址分類1021.基于端口的VLAN如果根據(jù)LAN成員位于的交換機(jī)的端口進(jìn)行分組，這樣得到的VLAN稱為基于端口的VLAN(PortBased)。103圖基于端口的VLAN如圖，VLANx的成員包括端口1、2和4，VLANy的成員包括3、5、6、7和8，因此連接在端口1、2、和端口4上的計(jì)算機(jī)被分配到VLANx中，而連接在端口3、5、6、7和端口8上的計(jì)算機(jī)被分配到VLANy中。104基于端口的VLAN優(yōu)點(diǎn)：定義VLAN成員非常簡單，只需將所有端口都定義為相應(yīng)的VLAN組即可。適合于任意大小的網(wǎng)絡(luò)。缺點(diǎn)：用戶移動時，如果想要的端口變化，則必須重新定義。1052.基于MAC地址的VLAN這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個主機(jī)的MAC地址來劃分，即對每個MAC地址的主機(jī)都配置他屬于哪個組，它實(shí)現(xiàn)的機(jī)制就是每一塊網(wǎng)卡都對應(yīng)惟一的MAC地址，VLAN交換機(jī)跟蹤屬于VLANMAC的地址。這種方式的VLAN允許網(wǎng)絡(luò)用戶從一個物理位置移動到另一個物理位置時，自動保留其所屬VLAN的成員身份。106圖

基于MAC地址的VLAN如圖所示，VLANx的成員包括MAC地址A、B、C和E，VLANy的成員包括D、F、G和H。網(wǎng)絡(luò)接口卡MAC地址是上述MAC地址的主機(jī)被分配到相應(yīng)的VLAN中。107基于MAC地址的VLAN優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)用戶物理位置移動時，即從一個交換機(jī)換到其他的交換機(jī)時，VLAN不用重新配置，因?yàn)樗腔谟脩?，而不是基于交換機(jī)的端口。缺點(diǎn)：初始化時，所有的用戶都必須進(jìn)行配置，如果有幾百個甚至上千個用戶的話，配置是非常累的，所以這種劃分方法通常適用于小型局域網(wǎng)。108VLAN的成員關(guān)系表(a)基于端口VLAN的VMIB端口12345678VIDxxyxyyyy(b)基于MAC地址的VMIBMAC地址ABCDEFGHVIDxxxyxyyy

VMIB概念結(jié)構(gòu)109VLAN的主要標(biāo)準(zhǔn)主要的VLAN標(biāo)準(zhǔn)化組織是IEEE，它制定的與VLAN相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE802.1D、IEEE802.1p和IEEE802.1q。我們主要介紹與VLAN關(guān)系比較密切的IEEE802.1q。110IEEE802.1QIEEE802.1q目的在于制定兼容各種專有VLAN的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.1q標(biāo)準(zhǔn)對以下方面的問題提出了規(guī)范，即端口規(guī)則、VLAN成員關(guān)系和VLAN幀格式。111VLAN幀格式IEEE802.1q定義了統(tǒng)一的在VLAN之間通信使用的幀格式，如圖所示。112類型標(biāo)識符（TyPeID，TPID）：占2字節(jié)，指明MAC幀是以太網(wǎng)的還是令牌環(huán)的，以太網(wǎng)MAC幀的TPID與令牌環(huán)的不一樣。TPID的存在聲明了這是一個被貼上標(biāo)簽的VLAN幀。用戶優(yōu)先權(quán)：占3比特。遵照IEEE802.1p規(guī)定。VID：占12比特，它編碼VLAN的標(biāo)識符。VLAN幀格式113Trunk為了允許多個VLAN信息在一條鏈路上傳輸，需要將鏈路兩端的端口配置成干道（Trunk）模式，如圖2-22所示。Trunk要求使用高速端口，如快速以太網(wǎng)端口、千兆以太網(wǎng)端口，并使用干道協(xié)議。通?？墒褂脙煞N干道協(xié)議：

①、Cisco專有的ISL

②、國際標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.1Q114Trunk圖2-22Trunk連接115Channel快速/千兆以太網(wǎng)信道技術(shù)（Channel）不僅是鏈路帶寬擴(kuò)容的重要途徑，而且起到容錯作用。圖2-Channel連接ChannelSwitch1Switch2116Channel使用FEC和GEC技術(shù)，可以通過2條或4條鏈路，將2個或4個100Mbit/s或1000Mbit/s的端口連接在一起，通過多條并行鏈路的帶寬疊加，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)400Mbit/s、4Gbit/s的帶寬。這樣多條鏈路被用作單條高速數(shù)據(jù)信道，信道中部分線路的故障不影響其他線路，從而也保障了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。117使用端口聚合協(xié)議可以很容易的在有EthernetChannel能力的端口間，自動建立FEC和GEC連接，該協(xié)議具有學(xué)習(xí)相鄰端口組動態(tài)和信息的能力。支持在EthernetChannel上的SpanningTree和UplinkFast功能，并支持自動配置EthernetChannel的捆綁。鏈路匯聚控制協(xié)議（LinkAggregationProtocol，LACP）讓用戶可以利用符合IEEE802.3ad的設(shè)備創(chuàng)建以太網(wǎng)通道。Channel1182.7路由器路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層，路由器可提供網(wǎng)絡(luò)的物理分割和邏輯分割。它在OSI參考模型中的位置圖如下所示。

119路由器在OSI/RM模型中的位置2.7路由器1202.7.1路由器的基本功能路由器的基本功能如下：(1)協(xié)議轉(zhuǎn)換：路由器可支持不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)。(2)路由選擇：當(dāng)數(shù)據(jù)分組從互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)到達(dá)路由器時，路由器能根據(jù)分組的目的地址，按某種路由策略，選擇最佳路由，將分組轉(zhuǎn)發(fā)出去。(3)流量控制：通過流量控制，避免傳輸數(shù)據(jù)的擁擠和阻塞。1212.7.1路由器的基本功能（續(xù)）路由器的基本功能如下（續(xù)）：(4)過濾和隔離：路由器可對網(wǎng)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組進(jìn)行過濾，并隔離廣播風(fēng)暴。(5)分段和組裝：當(dāng)多個網(wǎng)絡(luò)通過路由器互聯(lián)時，各網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的大小可能不同，這就需要路由器對數(shù)據(jù)分組進(jìn)行分段或重新組裝。(6)網(wǎng)絡(luò)管理：路由器連接多種網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)間信息都要通過路由器，在這里對網(wǎng)絡(luò)中的信息流、設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理是比較方便的。122路由器的結(jié)構(gòu)單CPU對稱結(jié)構(gòu)雙CPU對稱結(jié)構(gòu)單CPU非對稱結(jié)構(gòu)對稱多處理器結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)123單CPU對稱結(jié)構(gòu)它是早期路由器的主要結(jié)構(gòu)，20世紀(jì)80年代初，Proteon公司生產(chǎn)的路由器就是這種結(jié)構(gòu)的路由器。單CPU路由器結(jié)構(gòu)如圖2-21所示。124圖2-21單CPU路由器結(jié)構(gòu)125單CPU路由器工作原理當(dāng)數(shù)據(jù)信號到達(dá)端口時，被網(wǎng)絡(luò)接口接收。網(wǎng)絡(luò)接口把信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的第2層幀，然后，再從幀中取出第3層PDU。當(dāng)共享總線空閑時，網(wǎng)絡(luò)接口把PDU發(fā)送到共享總線上被中心CPU接收。否則，放入端口的緩存中暫存。中心CPU根據(jù)第3層PDU頭部中目的主機(jī)的地址查詢路由表(routingtable)確定該P(yáng)DU應(yīng)該去往的下一跳路由器(nexthoprouter)，然后，把PDU經(jīng)過共享總線發(fā)送給與下一跳路由器連接的端口。當(dāng)總線忙時，PDU在CPU的緩存中暫存。與下一跳路由器連接的端口把第3層PDU封裝成網(wǎng)絡(luò)幀，經(jīng)接口發(fā)送給下一跳路由器。126注釋：(1)路由器的網(wǎng)絡(luò)接口的類型主要包括LAN口和WAN口，WAN口又包括同步口和異步口。路由器通過LAN口與局域網(wǎng)連接，通過WAN口與廣域網(wǎng)連接。LAN口能夠在LAN幀和第3層PDU之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，WAN口能夠在WAN幀和第3層PDU之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。(2)路由器也可以工作在橋接模式，此時，它不進(jìn)行第3層的路由選擇計(jì)算，而是直接在LAN幀和WAN幀之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。127雙CPU對稱結(jié)構(gòu)它是在單CPU對稱結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一個輔助CPU，分擔(dān)中心CPU的部分工作，例如網(wǎng)絡(luò)管理、執(zhí)行路由協(xié)議、數(shù)據(jù)封裝/拆裝、數(shù)據(jù)壓縮/解壓縮和數(shù)據(jù)加密/解密。雙CPU路由器結(jié)構(gòu)如圖2-22所示。128圖2-22雙CPU路由器結(jié)構(gòu)129單CPU非對稱結(jié)構(gòu)它是在單CPU對稱結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加c-Bus總線、c-Bus總線控制器以及BSP(BusServiceProvider，BSP)。c-Bus用于提高路由器內(nèi)部數(shù)據(jù)帶寬，路由器的部分端口通過BSP與c-Bus進(jìn)行連接(此之謂非對稱)。BSP被編程進(jìn)行第3層PDU的控制。c-Bus控制器的作用是幫助CPU進(jìn)行路由選擇，它可以緩存剛才PDU經(jīng)過的路由——當(dāng)后面的PDU到來時，如果目的主機(jī)與前面經(jīng)過的某些PDU的一樣，就使用c-Bus控制器中緩存的路由；如果c-Bus控制器高速緩存中沒有路由，c-Bus控制器再向中心CPU查詢路由信息。由于c-Bus控制器的引入，第3層PDU無需經(jīng)過中心CPU的處理，而是直接在c-Bus傳送。另外，中心CPU不必為每個PDU進(jìn)行路由選擇計(jì)算。單CPU非對稱結(jié)構(gòu)如圖2-23所示。130圖2-23單CPU非對稱結(jié)構(gòu)131對稱多處理器結(jié)構(gòu)在對稱多處理器結(jié)構(gòu)中，路由器背板的每個插槽具有一個專用CPU，該CPU維護(hù)完整的路由表，它可以獨(dú)立確定第3層PDU的路由。只有不同插槽上端口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)需要經(jīng)過共享總線，同一插槽上端口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)無需經(jīng)過路由器總線。如圖2-24所示。132圖2-24對稱多處理器結(jié)構(gòu)133說明對稱多處理器結(jié)構(gòu)支持熱插拔，擴(kuò)展性較好；但比較復(fù)雜、昂貴。134分布式結(jié)構(gòu)所謂分布式是指數(shù)據(jù)從接收、路由選擇、策略匹配到轉(zhuǎn)發(fā)的所有工作是分別由不同部件完成的。圖2-26中的CPU只負(fù)責(zé)中心計(jì)算，例如路由選擇、標(biāo)記關(guān)聯(lián)操作。策略器負(fù)責(zé)路由策略維護(hù)及匹配檢查。交換結(jié)構(gòu)是指crossbar矩陣，它取代了共享總線，負(fù)責(zé)在路由器內(nèi)部提供連接，使數(shù)據(jù)在不同線卡之間移動。線卡負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā)。CiscoSystem公司的千兆交換路由器GSR就采用上述分布式結(jié)構(gòu)。如圖2-26所示。135圖2-26分布式結(jié)構(gòu)136路由器的分類按照路由器支持的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的種類，可以把路由器分成單協(xié)議路由器和多協(xié)議路由器。單協(xié)議路由器只能處理一種網(wǎng)絡(luò)層PDU，而多協(xié)議路由器可以處理多種網(wǎng)絡(luò)層PDU。它們在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別如圖2-27所示。137圖2-27單協(xié)議路由器和多協(xié)議路由器138注釋協(xié)議復(fù)用器用于檢測第2層PDU中封裝的第3層PDU是哪個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的，進(jìn)而把它提交給對應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)器。139其他分類按照用途的不同可以把路由器分成內(nèi)部路由器接入路由器邊緣路由器核心路由器(骨干路由器)140路由器在網(wǎng)絡(luò)中的分布關(guān)系141Cisco路由器

1422.7.2路由器與交換機(jī)的區(qū)別路由器產(chǎn)生于交換機(jī)之后，因此路由器和交換機(jī)有一定的聯(lián)系，它們不是完全獨(dú)立的兩種設(shè)備，路由器主要克服了交換機(jī)不能路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的不足。總地來說，路由器與交換機(jī)的主要區(qū)別體現(xiàn)在以下幾個方面。1.工作層次不一樣2.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)所依據(jù)的對象不同3.路由器可以分割廣播域4.路由器提供基本防火墻服務(wù)1432.7.3路由器的通信協(xié)議路由協(xié)議分為兩個部分：靜態(tài)路由和動態(tài)路由。自治域內(nèi)部采用的路由選擇協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，常用的有RIP(RoutingInformationProtocol，路由信息協(xié)議)、OSPF(OpenShortestPathFirst，開放式最短路優(yōu)先)；外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議主要用于多個自治域之間的路由選擇，常用的是BGP(BorderGatewayProtocol，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)和BGP-4。1442.7.4路由條目與路由表路由表是由路由條目組成的，路由器或主機(jī)據(jù)此進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)?？蛻魴C(jī)上一般須設(shè)置一個默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的IP地址，這樣當(dāng)一臺主機(jī)準(zhǔn)備向另一臺主機(jī)發(fā)送消息時，源主機(jī)在IP數(shù)據(jù)包中加入了其自身的地址以及目標(biāo)主機(jī)的地址。當(dāng)主機(jī)準(zhǔn)備向不在本地網(wǎng)上的另一臺主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包時——主機(jī)將檢查目標(biāo)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)ID，并把它與本地路由表相比較——主機(jī)就把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給它的默認(rèn)路由器（默認(rèn)網(wǎng)關(guān)），然后由該路由器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到不同的網(wǎng)絡(luò)或另一臺路由器，直到該數(shù)據(jù)包到達(dá)最終目的地。如果沒指明默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，通信將被限制在該臺主機(jī)所在的本地網(wǎng)絡(luò)上。1451.路由條目與路由表路由表中路由條目的生成可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)的。靜態(tài)路由表中的條目由網(wǎng)絡(luò)管理員設(shè)置和維護(hù)。它們通常包含預(yù)定的到目標(biāo)子網(wǎng)的路由，并且只能由網(wǎng)絡(luò)管理員通過特定的行為才能修改。1461.路由條目與路由表路由條目至少由4個部分組成，如下圖所示，第一部分是闡述要到哪個網(wǎng)段（NetworkDestination和Netmask共同決定）第二部分闡述到達(dá)相鄰路由器的哪個接口（Gateway）第三部分闡述從哪個接口（Interface）出去第四部分闡述路徑的開銷（metric）怎樣。1471.路由條目與路由表1481.路由條目與路由表【注意】路由器不僅需要知道到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的路由，而且還要知道返回源網(wǎng)絡(luò)的路由。數(shù)據(jù)包可能經(jīng)過的所有路由器必須知道到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的明確路徑，否則將丟棄該數(shù)據(jù)包，造成通信無法成功?！局笇?dǎo)】默認(rèn)路由與默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的區(qū)別：默認(rèn)路由對路由設(shè)備而言，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)對單機(jī)系統(tǒng)而言。當(dāng)路由器禁用路由時，就成了單機(jī)系統(tǒng)，路由器上的命令是NoIPRouting。1492.路由優(yōu)劣的度量當(dāng)路由器通過不同的路由協(xié)議學(xué)習(xí)到到達(dá)同一目的網(wǎng)絡(luò)的路時，根據(jù)管理距離來衡量路由的好壞；而當(dāng)同一種路由協(xié)議了解到兩條以上到達(dá)同一目的網(wǎng)絡(luò)的路徑時，通過度量值（Metric）來衡量路由的好壞。兩種情況下均為值越小越好。1502.路由優(yōu)劣的度量對于不同的路由協(xié)議，Metric的度量方法也不盡相同，要具體協(xié)議具體分析。

RIP協(xié)議，以跳數(shù)作為度量值，所謂跳數(shù)，就是數(shù)據(jù)包從該路由器到達(dá)目的所經(jīng)過的路由器的數(shù)目

OSPF協(xié)議采用一種路徑成本（Cost）值作為路徑選擇的依據(jù)。對于Cisco路由器上的OSPF，該開銷值是基于鏈路物理介質(zhì)的速率。1513.直連網(wǎng)段與非直連網(wǎng)段在路由配置之前，必須搞清楚整個網(wǎng)絡(luò)包含多少個網(wǎng)段，然后分析每一個路由器，哪些網(wǎng)段與它是非直連的，哪些網(wǎng)段是直連的。1523.直連網(wǎng)段與非直連網(wǎng)段當(dāng)路由器接收到一個數(shù)據(jù)包，而該數(shù)據(jù)包所要到達(dá)的網(wǎng)段是與該路由器直連的，則采取直接交付的方式，將該數(shù)據(jù)包廣播給相應(yīng)主機(jī)。如果該數(shù)據(jù)包所要到達(dá)網(wǎng)段與該路由器是非直連的，則路由器根據(jù)路由信息將該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由器。1533.直連網(wǎng)段與非直連網(wǎng)段在不考慮路由匯總的情況下，如果整個網(wǎng)絡(luò)中有N個網(wǎng)段，則該網(wǎng)絡(luò)中每個路由器的路由條目數(shù)量為N-D（D為與該路由器直連的網(wǎng)段的數(shù)目）。1544.路由協(xié)議與可路由協(xié)議路由協(xié)議（RoutingProtocol）：是這樣一種協(xié)議：它通過執(zhí)行某個路由算法實(shí)現(xiàn)路由功能。路由算法用于初始化和定期更新“路由表”（RoutingTable）中的信息，并進(jìn)行實(shí)際的路徑選擇。路由表則用于存儲在選擇網(wǎng)絡(luò)路由時有用的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的各種信息，由一個或多個條目組成?？陕酚傻膮f(xié)議（RoutedProtocol）：是根據(jù)路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間路由的協(xié)議，它含有使數(shù)據(jù)包路由用的尋址和控制信息，除IP協(xié)議外，還有AppleTalk，DECnet和IPX等。1555.靜態(tài)路由與動態(tài)路由所以建立路由表有兩種常用方法：手工指定和動態(tài)學(xué)習(xí)。每臺路由器的靜態(tài)路由表使用本地文件，該文件含有到所有已知網(wǎng)絡(luò)的路由。靜態(tài)路由要求手工配置的固定路由表，為特定主機(jī)或整個網(wǎng)絡(luò)指定目標(biāo)地址和網(wǎng)關(guān)地址。1565.靜態(tài)路由與動態(tài)路由如果非直連網(wǎng)段不是很多，并且整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本無變化，為減少路由信息包占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，就可以用靜態(tài)路由一一指定去往所有非直連網(wǎng)段的路由，當(dāng)然也可以用匯總路由減少路由條目。1575.靜態(tài)路由與動態(tài)路由默認(rèn)路由：路由器采用最長前綴匹配的方法尋找最詳細(xì)的路由條目，如果沒有找到，則發(fā)給默認(rèn)路由條目指向的下一跳地址。也就是，默認(rèn)路由條目是路由器的最后選擇。當(dāng)幾乎所有的網(wǎng)段（如訪問Internet）都是從一個出口出去時，默認(rèn)路由是最合適的，甚至是必須的。本質(zhì)上講，默認(rèn)路由屬于靜態(tài)路由的一個特例。1585.靜態(tài)路由與動態(tài)路由動態(tài)路由：使用一個或多個路由協(xié)議來實(shí)現(xiàn)路由的動態(tài)生成，適用于較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。動態(tài)路由協(xié)議允許路由器同其相鄰路由器交換路由信息。當(dāng)某一路由器感知到網(wǎng)絡(luò)布局發(fā)生變化，它就向相鄰的路由器廣播這個信息。路由器也將定期將含有已知的路由信息廣播到其他路由器。1595.靜態(tài)路由與動態(tài)路由如果非直連網(wǎng)段很多，而且網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜并且經(jīng)常變化，在這種情況下，用靜態(tài)路由是很難描述的，并且很難做到最優(yōu)，也無法適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，這時，使用動態(tài)路由是合適的，有時是必須的。1606.內(nèi)部路由和外部路由一個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可能很大，以致一個路由協(xié)議無法完成為所有路由器更新路由表的任務(wù)。為此需要將一個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)分為若干“自治系統(tǒng)”（AutonomousSystems，AS）。“自治系統(tǒng)”：是指由同一個管理員管理的一組網(wǎng)絡(luò)和路由器。自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由稱為“內(nèi)部路由”，自治系統(tǒng)之間的路由稱為“外部路由”。每個自治系統(tǒng)都可以選擇一個內(nèi)部路由協(xié)議來處理該自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由。但是，自治系統(tǒng)之間的路由通常只能使用一個外部路由協(xié)議來處理。1616.內(nèi)部路由和外部路由路由協(xié)議分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP，InteriorGatewayProtocol）和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP，ExteriorGatewayProtocol）。前者用來交換同一自治系統(tǒng)中所有路由器間的所有路由信息，適用于某一大型網(wǎng)絡(luò)中的路由器組使用；后者以可控制的方式在不同自治系統(tǒng)中傳送路由信息，適合于在因特網(wǎng)之類網(wǎng)關(guān)經(jīng)常變化的系統(tǒng)間進(jìn)行路由信息交換。1627.距離向量和鏈路狀態(tài)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議：可分為距離向量協(xié)議和鏈路狀態(tài)協(xié)議兩種。距離向量協(xié)議（如RIP、IGRP等）周期性地通過廣播進(jìn)行路由更新，并只與直接相連的相鄰路由器交換信息。而且在每次路由更新中都發(fā)送所有的路由表表項(xiàng)。每個路由器只認(rèn)識相鄰的路由器和到目標(biāo)的路離。鏈路狀態(tài)協(xié)議（如OSPF等）使每個路由器在其區(qū)域內(nèi)維護(hù)相同的數(shù)據(jù)庫，在網(wǎng)絡(luò)里的每個路由器能看見整個網(wǎng)絡(luò)，鏈路狀態(tài)更新通告所有其他路由器的只是有關(guān)其鄰接和鏈接鏈路的信息，而非整個路由表。而且它無須周期性地更新，只有改變后才傳播出去。1637.距離向量和鏈路狀態(tài)距離向量路由協(xié)議算法的工作原理有3個關(guān)鍵如下：（1）交換整個路由表。每個路由器都和其相鄰的路由器們共享它們對整個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)掌握的情況。（2）傳聞信息。每個路由器向相鄰的路由器發(fā)送自己掌握的信息。這些信息并非最原始而是有可能已經(jīng)修改過，因此可以認(rèn)為是傳聞信息。（3）定期交換路由信息。每個路由器都定期地（如每隔30秒）向相鄰的路由器發(fā)送自己掌握的情況。1647.距離向量和鏈路狀態(tài)鏈路狀態(tài)路由協(xié)議算法的工作原理有3個關(guān)鍵，如下：（1）僅交換對方未知、過時的鏈路狀態(tài)信息。所謂鏈路狀態(tài)就是本路由器都和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的度量。（2）真實(shí)信息。每個路由器都向區(qū)域內(nèi)的所有其他的路由器發(fā)送其“鄰居的狀態(tài)”，使用的方法是洪泛法（flooding），即路由器通過所有輸出端口向它所有相鄰的路由器發(fā)送信息。這樣，最終整個區(qū)域中的所有的路由器都得到了這個信息的一個副本。信息在傳遞過程中沒有經(jīng)過任何修改，因此認(rèn)為是真實(shí)信息。1657.距離向量和鏈路狀態(tài)（3）觸發(fā)式更新路由信息。每個路由器僅在路由狀態(tài)發(fā)生改變時才共享相鄰路由器的狀態(tài)。所以鏈路狀態(tài)路由算法的這個特性使得互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的流量低于使用距離向量算法時的流量。1668.RIP和OSPF簡介為了更好地說明OSPF路由協(xié)議的基本特征，我們將OSPF路由協(xié)議與距離向量路由協(xié)議之一的RIP作一比較，歸納為如下幾點(diǎn)：1678.RIP和OSPF簡介RIP路由協(xié)議：用于表示目的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)近的唯一參數(shù)為跳數(shù)，也即到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)所要經(jīng)過的路由器個數(shù)。在RIP路由協(xié)議中，該參數(shù)被限制為最大15，也就是說RIP路由信息最多能傳遞至第16個路由器；OSPF路由協(xié)議：路由表中表示目的網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)為Cost，該參數(shù)為一虛擬值，與網(wǎng)絡(luò)中鏈路的帶寬等相關(guān)，也就是說OSPF路由信息不受物理跳數(shù)的限制。并且，OSPF路由協(xié)議還支持TOS（TypeofService）路由，因此，OSPF比較適合應(yīng)用于大型網(wǎng)絡(luò)中。1688.RIP和OSPF簡介RIP路由協(xié)議路由收斂較慢。RIP路由協(xié)議周期性地將整個路由表作為路由信息廣播至網(wǎng)絡(luò)中，該廣播周期為30秒。在一個較為大型的網(wǎng)絡(luò)中，RIP協(xié)議會產(chǎn)生很大的廣播信息，占用較多的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源；并且由于RIP協(xié)議30秒的廣播周期，影響了RIP路由協(xié)議的收斂，甚至出現(xiàn)不收斂的現(xiàn)象。OSPF是一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較穩(wěn)定時，網(wǎng)絡(luò)中的路由信息是比較少的，并且其廣播也不是周期性的，因此OSPF路由協(xié)議即使是在大型網(wǎng)絡(luò)中也能夠較快地收斂。1698.RIP和OSPF簡介在RIP協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)是一個平面的概念，并無區(qū)域及邊界等的定義。隨著無類域間路由CIDR概念的出現(xiàn)，RIP協(xié)議就明顯落伍了。在OSPF路由協(xié)議中，一個網(wǎng)絡(luò)，或者說是一個路由域可以劃分為很多個區(qū)域area，每一個區(qū)域通過OSPF邊界路由器相連，區(qū)域間可以通過路由匯總（Summary）來減少路由信息，減小路由表，提高路由器的運(yùn)算速度。1709.有類路由與無類路由在有類路由選擇協(xié)議中，只在路由器之間傳送路由和它的度量值，對每個轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，路由器從報(bào)文中取出目的地址，各路由器通過下面2種方法判定目的地網(wǎng)絡(luò)掩碼。1719.有類路由與無類路由如果有一個接口連到目的地網(wǎng)絡(luò)，則使用此接口的網(wǎng)絡(luò)掩碼。隸屬網(wǎng)絡(luò)的所有子網(wǎng)的大小必須相同。否則，使用對應(yīng)目的地址類的網(wǎng)絡(luò)掩碼。A類網(wǎng)絡(luò)使用8位掩碼，B類網(wǎng)絡(luò)使用16位掩碼，C類網(wǎng)絡(luò)使用24位掩碼。1729.有類路由與無類路由還有一些路由選擇協(xié)議，它們在路由更新過程中，將網(wǎng)絡(luò)掩碼與路徑一起廣播出去，這時網(wǎng)絡(luò)掩碼也稱為網(wǎng)絡(luò)前綴。例如，如果C類IP地址192.168.1.0的網(wǎng)絡(luò)掩碼為255.255.255.0，可標(biāo)識為192.168.1.0/24。由于在路由器之間傳送掩碼（前綴），因而沒有必要判斷地址類型和缺省掩碼，這就是無類地址及無類路由選擇，也是目前Internet上所基于的路由選擇協(xié)議。1739.有類路由與無類路由在無類路由中，IP地址之間不再有類型差別，如A類地址、B類地址或C類地址等之分，所有地址都由前綴來決定用于網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識的位數(shù)，IP地址不再歸屬于某一個類，取而代之的是將它們看作一個地址和掩碼對。通過使用無類路由，用戶可以更充分地利用已有的IP地址空間，從而避免浪費(fèi)寶貴的IP地址資源。另外，新的IP編址標(biāo)準(zhǔn)IPv6也使用無類路由協(xié)議，通過使用無類路由，有助于向下一代IP協(xié)議過渡。更為重要的是，通過使用無類路由協(xié)議，用戶在子網(wǎng)化時非常方便，尤其是可以使用可變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）進(jìn)行子網(wǎng)化。1749.有類路由與無類路由本書提到的有類路由選擇協(xié)議有RIPv1，無類路由選擇協(xié)議有RIPv2和OSPF。1752.7.4.1選擇算法路由器最重要的功能就是轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的逐級轉(zhuǎn)發(fā)使得兩個智能終端之間的信息交換成為可能，包括數(shù)據(jù)信息交換和路由信息交換。1762.7.4.1選擇算法路由轉(zhuǎn)發(fā)是基于路由表中的路由條目完成的，路由條目相對于數(shù)據(jù)庫中的記錄，它至少包含以下幾個字段。（目的網(wǎng)絡(luò)地址，子網(wǎng)掩碼，下一跳地址<網(wǎng)關(guān)>，接口，度量值）1772.7.4.1選擇算法首先應(yīng)該搞清楚，路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組是基于目的主機(jī)所在的網(wǎng)段。這句話包含兩個含義：（1）轉(zhuǎn)發(fā)分組只查看目的IP地址，不看源IP地址；（2）路由條目的第一個字段應(yīng)該是一個網(wǎng)絡(luò)地址，而不是一個具體的IP地址。1782.7.4.1選擇算法思考：既然路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組只看目的IP地址，是不是源IP地址有無、對錯無所謂？1792.7.4.1選擇算法假設(shè)路由器接收到一個數(shù)據(jù)包，其目的IP地址為D，則路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的算法如下：1802.7.4.1選擇算法（1）從收到的數(shù)據(jù)包的IP首部提取目的IP地址D。（2）先判斷是否為直接交付。對路由器直接相連的網(wǎng)絡(luò)逐個進(jìn)行檢查，用各網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼和D逐比特相“與”，看結(jié)果是否和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址匹配。若匹配，則將分組進(jìn)行直接交付（需要將D通過ARP協(xié)議轉(zhuǎn)換成物理地址，將數(shù)據(jù)包封裝成幀發(fā)送出去），轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)結(jié)束。否則，就是間接交付，執(zhí)行（3）。1812.7.4.1選擇算法（3）對路由表中的每一個路由條目，將其中的子網(wǎng)掩碼和D逐比特相“與”，其結(jié)果為N。若N與該行的目的網(wǎng)絡(luò)地址匹配，則將數(shù)據(jù)包傳送給該行指明的下一跳地址所在的路由器；否則，執(zhí)行（4）。（4）若路由表中有一個默認(rèn)路由，則將數(shù)據(jù)包傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行（5）。（5）報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包出錯。1822.7.4.1選擇算法在有了CIDR和子網(wǎng)劃分等技術(shù)之后，路由器在查找路由表時可能會得到多個匹配結(jié)果，應(yīng)當(dāng)從匹配結(jié)果中選擇具有最長前綴的路由條目。這叫做最長前綴匹配，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)前綴越長，網(wǎng)絡(luò)地址就越具體。因此，盡管任何一個數(shù)據(jù)包都能和默認(rèn)路由匹配上，但默認(rèn)路由的前綴為0，也就是說是最不具體的，因此，只要還有匹配上的路由條目，路由器就不會選擇默認(rèn)路由條目，默認(rèn)路由可以理解成是無賴最終的不得已而為之的選擇。1832.7.4.1選擇算法當(dāng)同一種路由協(xié)議了解到兩條以上到達(dá)同一目的網(wǎng)絡(luò)的路徑時，通過度量值（metric）來衡量路由的好壞。兩種情況下均為值越小越好。當(dāng)有多條等價路徑時，路由器將在幾條等價路徑之間進(jìn)行負(fù)載均衡。1842.7.4.2實(shí)例分析設(shè)某路由器R1建立了如表2-1所示的轉(zhuǎn)發(fā)表：此路由器可以直接從接口0和接口1轉(zhuǎn)發(fā)分組，也可通過相鄰的路由器R2，R3和R4進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)?，F(xiàn)共收到3個分組，其目的站IP地址分別為：①

128.96.39.130②128.96.40.12③128.96.40.159

分別寫出這3個分組的下一跳并說明原因。1852.7.4.2實(shí)例分析表2-1路由表目的網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)掩碼下一跳128.96.39.0255.255.255.128接口0128.96.39.128255.255.255.128接口1128.96.40.0255.255.255.128R2192.4.153.0255.255.255.192R30.0.0.00.0.0.0R41862.7.4.2實(shí)例分析正確回答此題，必須基于一個原理和一個原則，即路由選擇原理和最長前綴匹配原則。根據(jù)下一跳可以看出，128.96.39.0/25和128.96.39.128/25是與路由器R1直連的兩個網(wǎng)段，它們是128.96.39.0/24兩個子網(wǎng)。其他網(wǎng)段都是與R1非直連的，還有一條默認(rèn)路由。1872.7.4.2實(shí)例分析（1）將128.96.39.130與第一個路由條目的子網(wǎng)掩碼255.255.255.128進(jìn)行按位邏輯與運(yùn)算，得到的結(jié)果是128.96.39.128，與該路由條目中的目的網(wǎng)絡(luò)128.96.39.0不符；接著看第二個路由條目，子網(wǎng)掩碼仍然為255.255.255.128，進(jìn)行與運(yùn)算得到的結(jié)果128.96.39.128恰好與該路由條目中的目的網(wǎng)絡(luò)128.96.39.128相符，也就是匹配上了，因此，下一跳就是該路由條目所指向的下一跳，即接口1。1882.7.4.2實(shí)例分析（2）將128.96.40.12與第一個路由條目的子網(wǎng)掩碼255.255.255.128進(jìn)行按位邏輯與運(yùn)算，得到的結(jié)果是128.96.40.0，與該路由條目中的目的網(wǎng)絡(luò)128.96.39.0顯然不符；同樣的方法可以看出，第二個路由條目也不符，因此，肯定不屬于直接交付了。接著往下看非直連網(wǎng)段的路由條目，將128.96.40.12與第3個路由條目中的子網(wǎng)掩碼255.255.255.128進(jìn)行按位邏輯與運(yùn)算，得到的結(jié)果是128.96.40.0，正好與該路由條目中的目的網(wǎng)絡(luò)匹配上了，可以作為候選之一，繼續(xù)往下看，發(fā)現(xiàn)第5個默認(rèn)路由條目也符合條件，那到底選擇哪一個呢？這就要看哪一個前綴更長了，第3各路由條目的前綴是25，默認(rèn)路由條目的前綴是0，25>0，因此，下一跳應(yīng)該是第3個路由條目中所指向的下一跳R2。1892.7.4.2實(shí)例分析（3）同樣的原理發(fā)現(xiàn)，128.96.40.159與相應(yīng)路由條目的子網(wǎng)掩碼進(jìn)行與運(yùn)算后，只有最后的默認(rèn)路由條目匹配，因此，它的下一跳是R4。1902.7.4.2實(shí)例分析實(shí)際上，任何一個數(shù)據(jù)包都與默認(rèn)路由條目匹配，因?yàn)?，任何地址與0.0.0.0運(yùn)算后，得到的結(jié)果都是0.0.0.0，匹配無疑。因此，當(dāng)在路由表中存在默認(rèn)路由條目時，它成了所有轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的最后選擇。1912.7.5路由器的主要優(yōu)、缺點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)(1)適用于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。(2)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，負(fù)載共享和最優(yōu)路徑。(3)更好的處理多媒體。(4)安全性高。(5)隔離不需要的通信量。(6)節(jié)省局域網(wǎng)的頻寬。(7)減少主機(jī)負(fù)擔(dān)。2.缺點(diǎn)(1)不支持非路由協(xié)議。(2)安裝復(fù)雜。(3)價格高。1922.7.6路由器的選擇選購路由器應(yīng)主要從以下幾個方面加以考慮。(1)實(shí)際需求：性能、功能，所支持的協(xié)議等必須滿足要求，不盲目追求品牌。(2)吞吐量：指路由器對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)能力，較高檔的路由器能對較大的數(shù)據(jù)包進(jìn)行正確快速轉(zhuǎn)發(fā)；而低檔路由器則只能轉(zhuǎn)發(fā)小的數(shù)據(jù)包，對于較大的數(shù)據(jù)包則需要拆分成許多小的數(shù)據(jù)包再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。(3)可擴(kuò)展性：要考慮到未來網(wǎng)絡(luò)升級的需要。(4)服務(wù)支持：生產(chǎn)廠家售前售后的服務(wù)和支持是保證設(shè)備正常使用的重要因素。(5)可靠性：主要考慮產(chǎn)品的可用性、無故障工作時間和故障恢復(fù)時間等指標(biāo)。(6)價格：在產(chǎn)品質(zhì)量、服務(wù)都能保證的前提下，希望價格較低。(7)品牌因素：通常情況下，名牌大廠的產(chǎn)品會有更好的質(zhì)量和服務(wù)。1932.8其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備2.8.1中繼器中繼器(Repeater，RP)是連接網(wǎng)絡(luò)線路的一種裝置，常用于兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間物理信號的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。中繼器是最簡單的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)