第4章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口與通信設(shè)備

1、第4章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口及其通信設(shè)備 【本章內(nèi)容簡介】本章主要介紹了網(wǎng)絡(luò)接口類型及中繼器、集線器、網(wǎng)橋、交換機(jī)、路由器、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能和工作原理，并對常用設(shè)備進(jìn)行了比較。 【本章重點(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)掌握中繼器、集線器、網(wǎng)橋、交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作原理，交換機(jī)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)工作方式和路由器的路由的工作流程，熟悉RIP、OSPF等網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。4.1網(wǎng)絡(luò)接口4.1.1局域網(wǎng)接口類型1、同軸電纜接口圖4-1BNC接口圖4-2 AUI接口 同軸電纜從用途上分可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜，而基帶電纜又分細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜。對于細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜各自采用不同的接口，分別為BNC接口與AUI接

2、口。4.1.1局域網(wǎng)接口類型2、雙絞線接口 雙絞線接口常用的是RJ45接口。雙絞線通常用于數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)和 ADSL 寬帶上網(wǎng)用戶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間網(wǎng)線的連接。RJ45 型插頭的網(wǎng)線的接線標(biāo)準(zhǔn)有T568A 和 T568B兩種。 圖4-3 RJ45插頭及接口4.1.1局域網(wǎng)接口類型3、光纖接口 光纖接口是用來連接光纖線纜的物理接口。其原理是利用了光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)從而發(fā)生了全反射。通常有ST、SC、LC、MT-RJ等幾種類型。圖4-4 ST光纖接口圖4-5 SC光纖接口圖4-6 LC光纖接口圖4-7 MT-RJ光纖接口4.1.2廣域網(wǎng)接口類型1、窄帶廣域網(wǎng)接口(1)EI接口(2)V.

3、24接口(3)V.35接口2、寬帶廣域網(wǎng)接口(1)ATM (2)POS4.1.3邏輯接口 邏輯接口也稱虛接口，應(yīng)用最廣泛的是Loopback接口。Loopback地址也稱回送地址，幾乎每臺路由器上都會使用，該接口的存在具有以下幾種用途：(1)作為路由器的管理地址；(2)作為動(dòng)態(tài)路由協(xié)議OSPF、BGP的router id ；(3)作為BGP建立TCP連接的源地址 。4.2網(wǎng)絡(luò)接口卡網(wǎng)絡(luò)接口卡 網(wǎng)卡包括OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，如下圖所示。 圖4-8網(wǎng)卡功能 1、網(wǎng)卡的功能4.2網(wǎng)絡(luò)接口卡網(wǎng)絡(luò)接口卡數(shù)據(jù)通過網(wǎng)卡在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，其工作過程如下：(1)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)卡首先偵聽介質(zhì)上是否有

4、載波，即沒有被其他站點(diǎn)占用。(2)進(jìn)行幀數(shù)據(jù)發(fā)送的同時(shí)繼續(xù)偵聽通信介質(zhì)，以檢測沖突；(3)在發(fā)送數(shù)據(jù)期間，若檢測到?jīng)_突，則立即停止該次發(fā)送，并向介質(zhì)發(fā)送一個(gè)“阻塞”信號，隨機(jī)等待一段時(shí)間后，再進(jìn)行新的發(fā)送；(4)若重傳多次后（大于16次）仍發(fā)生沖突，就放棄發(fā)送。 2、網(wǎng)卡的工作原理 3網(wǎng)卡的分類(1)按所支持的帶寬劃分，有10Mbps網(wǎng)卡、10/100Mbps自適應(yīng)網(wǎng)卡和1000Mbps網(wǎng)卡；(2)按總線類型劃分，有ISA網(wǎng)卡、PCI網(wǎng)卡、USB網(wǎng)卡以及專門用于筆記本電腦的PCMCIA網(wǎng)卡；(3)按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，有工作站網(wǎng)卡和服務(wù)器網(wǎng)卡； 4.2網(wǎng)絡(luò)接口卡網(wǎng)絡(luò)接口卡ISA網(wǎng)卡網(wǎng)卡 PCI網(wǎng)卡網(wǎng)

5、卡 USB網(wǎng)卡網(wǎng)卡 PCMCIA網(wǎng)卡網(wǎng)卡 3網(wǎng)卡的分類 (4)按端口類型劃分，有RJ-45端口、AUI端口網(wǎng)卡、BNC端口和光纖端口網(wǎng)卡； (5)按端口的數(shù)量劃分，有單端口、雙端口和三端口網(wǎng)卡； (6)按需不需網(wǎng)線，網(wǎng)卡可分為有線和無線網(wǎng)卡兩種。 無線網(wǎng)卡 帶有RJ-45、AUI、BNC接口組合的網(wǎng)卡4.2網(wǎng)絡(luò)接口卡網(wǎng)絡(luò)接口卡4.3中繼器和集線器中繼器和集線器4.3.1中繼器 中繼器是位于OSI參考模型的物理層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，常用于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間物理信號的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作，是網(wǎng)絡(luò)互連中最簡單的設(shè)備。采用中繼器所連接的網(wǎng)絡(luò)，在邏輯功能方面實(shí)際上是同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 圖4-11中繼器連接的網(wǎng)段4.3中繼器和集

6、線器中繼器和集線器4.3.2集線器 集線器，又稱HUB，是一種特殊的中繼器，它可以看作是一種具有多個(gè)端口的中繼器，主要用于連接雙絞線介質(zhì)或光纖介質(zhì)的以太網(wǎng)系統(tǒng)。圖4-12集線器4.4網(wǎng)橋網(wǎng)橋1、定義 網(wǎng)橋，也稱橋接器，是網(wǎng)段與網(wǎng)段之間建立連接的橋梁，是OSI七層模型中數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備。 網(wǎng)橋具有CPU、存儲器和至少兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口。通過接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)段擴(kuò)展。如圖4-13所示。圖4-13集線器4.5交換機(jī)交換機(jī)1、定義 交換機(jī)也稱交換式集線器，是專門設(shè)計(jì)使各種計(jì)算機(jī)能夠相互高速通信的獨(dú)享帶寬的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 如下列舉了思科、華為和中興等公司的交換機(jī)： 圖4-14 CiscoCatalyst1900圖4-15

7、ZXR10 2826S交換機(jī)圖4-16 華為S2403TP-EA4.5.1交換機(jī)的工作原理地址學(xué)習(xí)地址學(xué)習(xí) 最開始的地址表是空的最開始的地址表是空的4.5.1交換機(jī)的工作原理地址學(xué)習(xí)地址學(xué)習(xí) A 發(fā)送一個(gè)幀給發(fā)送一個(gè)幀給 C 交換機(jī)從端口交換機(jī)從端口 E0 學(xué)習(xí)到學(xué)習(xí)到 A 的的 MAC 地址地址 將該幀做將該幀做 “洪泛（洪泛（flooding）” 轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)4.5.1交換機(jī)的工作原理 C 回應(yīng)一個(gè)幀回應(yīng)一個(gè)幀 給給 A 交換機(jī)從端口交換機(jī)從端口 E2 學(xué)習(xí)到學(xué)習(xí)到 C 的的 MAC 地址地址地址學(xué)習(xí)地址學(xué)習(xí)4.5.1交換機(jī)的工作原理過濾過濾 A 發(fā)送一個(gè)幀給發(fā)送一個(gè)幀給 C 目標(biāo)地址已經(jīng)知道

8、目標(biāo)地址已經(jīng)知道, 不再不再 “洪泛洪泛” 發(fā)送，直接從發(fā)送，直接從 E2 端口發(fā)送出去。端口發(fā)送出去。 4.5交換機(jī)交換機(jī)4.5.2交換機(jī)的工作方式交換機(jī)在源端與目的端包括三種交換方式： 直通式 存儲轉(zhuǎn)發(fā) 碎片隔離 路由交換機(jī)（也稱三層交換機(jī)）使用硬件技術(shù)，采用巧妙的處理方法把二層交換機(jī)和路由器在網(wǎng)絡(luò)中的功能集成到一個(gè)盒子里，將路由技術(shù)與交換技術(shù)合二為一的一種新的交換技術(shù)，即三層交換技術(shù)。同一個(gè)局域網(wǎng)中的各個(gè)子網(wǎng)的互聯(lián)以及局域網(wǎng)中VLAN間的路由，用三層交換機(jī)來代替路由器。如下圖為中興ZXR10 3928三層智能以太網(wǎng)交換機(jī)。4.5.3路由交換機(jī)圖4-21中興ZXR10 3928三層智能以太

9、網(wǎng)交換機(jī) 四層交換機(jī)在完成信息的交換與傳輸不僅僅依據(jù)MAC(第二層網(wǎng)橋)或源/目標(biāo)IP地址（第三層路由），而且依據(jù)TCP/UDP（第四層）應(yīng)用端口號，其功能就像是虛擬IP，指向物理服務(wù)器，在第四層完成交換則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。4.5.4四層交換機(jī) 例如，思科公司生產(chǎn)的Cisco Catalyst 4500系列的四層交換機(jī)能夠?yàn)榈?/3/4層交換提供集成式彈性，因而能進(jìn)一步加強(qiáng)對融合網(wǎng)絡(luò)的控制。Cisco Catalyst 4506型四層交換機(jī)如下圖所示。4.5.4四層交換機(jī)圖4-22 Cisco Catalyst 4506型四層交換機(jī)4.6路由器路由器 路由器是網(wǎng)

10、絡(luò)層互連設(shè)備，用于連接多個(gè)邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)包傳送。如下圖所示通過路由器實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與令牌環(huán)網(wǎng)的之間數(shù)據(jù)傳輸。圖4-23 互連以太網(wǎng)和令牌環(huán)的路由器 4.6.1路由的概念1、路由用于指導(dǎo)IP數(shù)據(jù)包發(fā)送的路徑信息。 2、路由選擇 路由器根據(jù)所收到的數(shù)據(jù)包頭的目的地址選擇一個(gè)合適的路徑，將數(shù)據(jù)包傳送到下一個(gè)路由器，路徑上的最后的路由器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包送交目的主機(jī)。 4.6.1路由的概念3、路由表 路由表包含了路由器進(jìn)行路由選擇時(shí)所需要的關(guān)鍵信息，而這些信息構(gòu)成了路由表的總體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)成分如下： 目的網(wǎng)絡(luò)地址（Dest） 掩碼（Mask） 下一跳地址（Gw） 發(fā)送的物理端口（inte

11、rface） 路由信息的來源（Owner） 路由優(yōu)先級（pri） 度量值（metric） 4.6.1路由的概念 以具體路由表示例來說明一下路由表的構(gòu)成，如圖4-24所示，顯示的是路由表中的一條路由信息。圖4-24 路由表示例 4.6.2路由器的工作原理1、路由器的基本功能功能 路由功能 交換功能圖4-25網(wǎng)絡(luò)間通信示例如下圖中網(wǎng)絡(luò)A和網(wǎng)絡(luò)B，屬于不同網(wǎng)絡(luò)。2、網(wǎng)間通信過程 4.6.2路由器的工作原理2、網(wǎng)間通信過程(1) 主機(jī)A通過本機(jī)的HOSTS表或WINS系統(tǒng)或DNS系統(tǒng)先將主機(jī)B的計(jì)算機(jī)名轉(zhuǎn)換為IP地址；(2) 通過IP地址與子網(wǎng)掩碼，判斷主機(jī)A與主機(jī)B是否是同一網(wǎng)段； (3) 若不是同

12、一網(wǎng)段，接著對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行下一站的數(shù)據(jù)鏈路層封裝，然后發(fā)送到物理線路；(4) 數(shù)據(jù)幀到達(dá)路由器的接收接口后首先解封裝變成IP數(shù)據(jù)包，根據(jù)目的IP地址查找路由表，決定轉(zhuǎn)發(fā)接口后做第三步處理 ；(5) 此過程繼續(xù)直至到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)與目的主機(jī)。 4.6.2路由器的工作原理3、路由器舉例圖4-26 Cisco 3725路由器圖4-27 ZXR10 T600路由器 4.6.3路由過程示例3、路由器舉例 4.6.3路由過程示例3、路由器舉例 4.6.3路由過程示例3、路由器舉例 4.6.4路由協(xié)議簡介1、概念 通過在路由器之間共享路由信息來支持可路由的協(xié)議。路由協(xié)議創(chuàng)建了路由表，描述了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)；路由協(xié)議與路

13、由器協(xié)同工作，執(zhí)行路由選擇和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能。 2、路由選擇方式 靜態(tài)路由 動(dòng)態(tài)路由 4.6.4路由協(xié)議簡介3、動(dòng)態(tài)路由協(xié)議 (1)RIP協(xié)議RIP（route information protocol，路由信息協(xié)議）協(xié)議是基于D-V算法的內(nèi)部動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，其中D-V算法又稱為距離矢量算法。 (2)OSPF協(xié)議 OSPF（Open Shortest Path First，開放最短路由優(yōu)先協(xié)議）是IETF組織開發(fā)的一個(gè)基于鏈路狀態(tài)的自治系統(tǒng)內(nèi)部路由協(xié)議，用于在單一自治系統(tǒng)（AS）內(nèi)決策路由。 4.7網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)2、網(wǎng)關(guān)功能 協(xié)議網(wǎng)關(guān) 應(yīng)用網(wǎng)關(guān) 安全網(wǎng)關(guān) 1、概念 網(wǎng)關(guān)(Gateway)又稱網(wǎng)間連接器、

14、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。主要用于不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。4.8常用設(shè)備比較常用設(shè)備比較1、中繼器與集線器的比較不同點(diǎn)：(1)連接設(shè)備的線纜的數(shù)量； (2)接口收到信號后，處理方式不同。 相同點(diǎn)：(1)都工作在物理層；(2)功能相同。4.8常用設(shè)備比較常用設(shè)備比較2、網(wǎng)橋與交換機(jī)的比較不同點(diǎn)：(1)在同一時(shí)間，同時(shí)工作的端口數(shù)目不同；(2)兩者劃分的物理網(wǎng)段數(shù)目不同 ；(3)交換機(jī)的傳輸速率高于網(wǎng)橋；(4)數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)方式不同 ；相同點(diǎn)：(1)二層交換機(jī)與網(wǎng)橋都工作在數(shù)據(jù)鏈路層；(2)基本功能相同。4.8常用設(shè)備比較常用設(shè)備比較2、路由器與交換機(jī)的比較 (1)路由器與二層交換機(jī)的比較 不同點(diǎn)： (1)工作層次不同； (2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)所依據(jù)的對象不同 ； (3)傳統(tǒng)的交換機(jī)只能分割沖突域，不能分