網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成

1、第第2章章 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本章重點(diǎn)v本章討論局域網(wǎng)環(huán)境中使用的通用硬件組成。常見網(wǎng)絡(luò)包括路由器、交換機(jī)、集線器、網(wǎng)絡(luò)接口卡、中繼器、網(wǎng)橋，其中交換機(jī)是現(xiàn)代局域網(wǎng)中最普遍的設(shè)備。2.1.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 v1路由器 路由器工作在OSI模型中的第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。路由器利用網(wǎng)絡(luò)層定義的“邏輯”上的網(wǎng)絡(luò)地址來區(qū)別不同的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連和隔離，保持各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性。路由器不轉(zhuǎn)發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)先被送到路由器，再由路由器轉(zhuǎn)發(fā)出去。v2.路由器的IP轉(zhuǎn)發(fā)功能v（1) 當(dāng)IP子網(wǎng)中的一臺(tái)主機(jī)發(fā)送IP分組給同一IP子網(wǎng)的另一臺(tái)主機(jī)時(shí)，它將

2、直接把IP分組送到網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)方就能收到 。否則，主機(jī)就把IP分組送給一個(gè)稱為“缺省網(wǎng)關(guān)（default gateway）”的路由器上。 v(2) 路由器轉(zhuǎn)發(fā)IP分組時(shí)，只根據(jù)IP分組目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分，選擇合適的端口，把IP分組送出去。 v3.路由器完成的內(nèi)容 路由動(dòng)作包括兩項(xiàng)基本內(nèi)容：尋徑和轉(zhuǎn)發(fā)。 （1）尋徑即判定到達(dá)目的地的最佳路徑，由路由選擇算法來實(shí)現(xiàn)。 由于涉及到不同的路由選擇協(xié)議和路由選擇算法，路由選擇算法必須啟動(dòng)并維護(hù)包含路由信息的路由表，其中路由信息依賴于所用的路由選擇算法而不盡相同。 v路由選擇算法將收集到的不同信息填入路由表中，根據(jù)路由表可將目的網(wǎng)絡(luò)與下一站（nexth

3、op）的關(guān)系告訴路由器。路由器間互通信息進(jìn)行路由更新，更新維護(hù)路由表使之正確反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓?，并由路由器根?jù)量度來決定最佳路徑。這就是路由選擇協(xié)議（routing protocol），例如路由信息協(xié)議（RIP）、開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）等。（2）轉(zhuǎn)發(fā)即沿尋徑好的最佳路徑傳送信息分組。 v路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何將分組發(fā)送到下一個(gè)站點(diǎn)（路由器或主機(jī)），如果路由器不知道如何發(fā)送分組，通常將該分組丟棄；否則就根據(jù)路由表的相應(yīng)表項(xiàng)將分組發(fā)送到下一個(gè)站點(diǎn)，如果目的網(wǎng)絡(luò)直接與路由器相連，路由器就把分組直接送到相應(yīng)的端口上。這就是路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議（route

4、d protocol）。2.交換機(jī)v 交換機(jī)的英文名稱之為“Switch”，它是集線器的升級(jí)換代產(chǎn)品，從外觀上來看的話，它與集線器基本上沒有多大區(qū)別，都是帶有多個(gè)端口的長(zhǎng)方形盒狀體。是一種工作在OSI第二層(數(shù)據(jù)鏈路層，參見“廣域網(wǎng)”定義)上的、基于MAC (網(wǎng)卡的介質(zhì)訪問控制地址)識(shí)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。 v1.局域網(wǎng)內(nèi)的交換機(jī) 局域網(wǎng)交換機(jī)擁有許多端口，每個(gè)端口有自己的專用帶寬，并且可以連接不同的網(wǎng)段。局域網(wǎng)交換機(jī)一般擁有一個(gè)或幾個(gè)高速端口，如100M以太網(wǎng)端口、FDDI端口或155M ATM端口，從而保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。 v2.交換機(jī)的改進(jìn)性能v與網(wǎng)橋和集線器相比，

5、交換機(jī)從下面幾方面改進(jìn)了性能：（1）通過支持并行通信，提高了交換機(jī)的信息吞吐量。（2）將傳統(tǒng)的一個(gè)大局域網(wǎng)上的用戶分成若干工作組，每個(gè)端口連接一臺(tái)設(shè)備 或連接一個(gè)工作組，有效地解決擁擠現(xiàn)像。（3）虛擬網(wǎng)（VirtuaI LAN）技術(shù)的出現(xiàn)，給交換機(jī)的使用和管理帶來了更大 的靈活性。我們將在后面專門介紹虛擬網(wǎng) v（5）端口密度可以與集線器相媲美,一般的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都是有一個(gè)或幾個(gè)服務(wù)器，而絕大部分都是普通的客戶機(jī)。 v3.堆疊和級(jí)聯(lián)v堆疊(Stack)和級(jí)聯(lián)(Uplink)是多臺(tái)交換機(jī)或集線器連接在一起的兩種方式。它們的主要目的是增加端口密度。 v（1）級(jí)聯(lián)可通過一根雙絞線在任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家的交換機(jī)

6、之間，集線器之間，或交換機(jī)與集線器之間完成。級(jí)聯(lián)只需單做一根雙絞線 ，v（2）堆疊只有在自己廠家的設(shè)備之間，且此設(shè)備必須具有堆疊功能才可實(shí)現(xiàn)。 堆疊需要專用的堆疊模塊和堆疊線纜。 v堆疊和級(jí)聯(lián)的區(qū)別和聯(lián)系 首先，多臺(tái)交換機(jī)堆疊在一起，從邏輯上來說，它們屬于 同一個(gè)設(shè)備。 其次，多個(gè)設(shè)備級(jí)聯(lián)會(huì)產(chǎn)生級(jí)聯(lián)瓶頸。 最后，級(jí)聯(lián)還有一個(gè)堆疊達(dá)不到的目的，是增加連接距離。 三、網(wǎng)橋 1、什么是網(wǎng)橋 網(wǎng)橋（Bridge）是一種在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互聯(lián)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，將兩個(gè)局域網(wǎng)（LAN）連起來，根據(jù)MAC地址（物理地址）來轉(zhuǎn)發(fā)幀，可以看作一個(gè)“低層的路由器”（路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層，根據(jù)網(wǎng)

7、絡(luò)地址如IP地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)）。它可以有效地聯(lián)接兩個(gè)LAN，使本地通信限制在本網(wǎng)段內(nèi)，并轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的信號(hào)至另一網(wǎng)段，網(wǎng)橋通常用于聯(lián)接數(shù)量不多的、同一類型的網(wǎng)段 2、網(wǎng)橋的優(yōu)點(diǎn)使用網(wǎng)橋進(jìn)行互連克服了物理限制，這意味著構(gòu)成LAN的數(shù)據(jù)站總數(shù)和網(wǎng)段數(shù)很容易擴(kuò)充。網(wǎng)橋納入存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)功能可使其適應(yīng)于連接使用不同MAC協(xié)議的兩個(gè)LAN。 因而構(gòu)成一個(gè)不同LAN混連在一起的混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。網(wǎng)橋的中繼功能僅僅依賴于MAC幀的地址，因而對(duì)高層協(xié)議完全透明；網(wǎng)橋?qū)⒁粋€(gè)較大的LAN分成段，有利于改善可靠性、可用性和安全性。3、網(wǎng)橋的主要缺點(diǎn)是：u由于網(wǎng)橋在執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)前先接收幀并進(jìn)行緩沖， 與中繼器相比會(huì)引入更多處理時(shí)延；u由

8、于網(wǎng)橋不提供流控功能，因此在流量較大時(shí)有可能使其過載， 從而造成幀的丟失。4、網(wǎng)橋的種類 網(wǎng)橋有透明網(wǎng)橋、轉(zhuǎn)換網(wǎng)橋、封裝網(wǎng)橋、源路由選擇網(wǎng)橋等4種類型（1）透明網(wǎng)橋 所謂“透明網(wǎng)橋”是指，它對(duì)任何數(shù)據(jù)站都完全透明，用戶感覺不到它的存在，也無法對(duì)網(wǎng)橋?qū)ぶ?。所有的路由判決全部由網(wǎng)橋自己確定。當(dāng)網(wǎng)橋連入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它能自動(dòng)初始化并對(duì)自身進(jìn)行配置。（2）轉(zhuǎn)換網(wǎng)橋 轉(zhuǎn)換網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋的一種特殊形式。它在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層使用不同協(xié)議的LAN提供網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。下圖示出了連接令牌環(huán)網(wǎng)和Ethernet的轉(zhuǎn)換網(wǎng)橋。 （3）封裝網(wǎng)橋 封裝網(wǎng)橋通常用于連接FDDI骨干網(wǎng)。下圖示出了這種連接結(jié)構(gòu)， 封裝網(wǎng)橋用來將4個(gè)E

9、thernet連到FDDI骨干網(wǎng)上。 （4）源路由選擇網(wǎng)橋源路由選擇網(wǎng)橋 源路由選擇網(wǎng)橋主要用于互連令牌環(huán)網(wǎng)， 但在理論上可用于連接任何類型的LAN。下圖是使用路由選擇網(wǎng)橋互連5個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。 2.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)備四、集線器 1、什么是集線器 集線器的英文稱為“Hub”。“Hub”是“中心”的意思，集線器的主要功能是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行再生整形放大，以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，同時(shí)把所有節(jié)點(diǎn)集中在以它為中心的節(jié)點(diǎn)上。它工作于OSI(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型)參考模型第一層，即“物理層”。集線器與網(wǎng)卡、網(wǎng)線等傳輸介質(zhì)一樣，屬于局域網(wǎng)中的基礎(chǔ)設(shè)備，采用CSMA/CD（一種檢測(cè)協(xié)議）訪問方式。 2、工作方式 集線

10、器發(fā)送數(shù)據(jù)沒有針對(duì)性，而是采用廣播方式發(fā)送。即不知直接把數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)，而是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到與集線器相連的所有節(jié)點(diǎn)。 廣播方式的缺點(diǎn) 用戶數(shù)據(jù)包向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送，很可能帶來數(shù)據(jù)通信的不安全因素可能造成網(wǎng)絡(luò)塞車現(xiàn)象。 3、集線器的特點(diǎn)所有設(shè)備在同一廣播域所有設(shè)備共享相同的帶寬所有設(shè)備在同一沖突域4、集線器的類型l按照總線帶寬的不同，集線器分為10Mb/s、100Mb/s和10Mb/s/100Mb/s自適應(yīng)三種；l按照工作方式的不同，集線器分為智能型和非智能型兩種。 5.10M集線器 10M集線器作為一種特殊的多端口中繼器，它在連網(wǎng)中繼擴(kuò)展中要遵循5-4-3規(guī)則，即：一個(gè)網(wǎng)段最多只能分5個(gè)子網(wǎng)段；

11、一個(gè)網(wǎng)段最多只能有4個(gè)中繼器；一個(gè)網(wǎng)段最多只能有三個(gè)子網(wǎng)段含有PC 5-4-3-2-1規(guī)則 級(jí)聯(lián) 級(jí)聯(lián)是一種集線器端口擴(kuò)展方式，它是指使用集線器普通的或特定的端口來進(jìn)行集線器間的連接的。所謂普通端口就是通過集線器的某一個(gè)常用端口（如RJ-45端口）進(jìn)行連接，而所謂特殊端口就是集線器為級(jí)聯(lián)專門設(shè)計(jì)的一種“級(jí)聯(lián)端口“，一般都標(biāo)有”UPLink“字樣。因?yàn)橛袃煞N級(jí)聯(lián)方式，所以事實(shí)上所有的集線器都能夠進(jìn)行級(jí)聯(lián)，至少可以通過普通端口進(jìn)行。 5.中繼器v中繼器用于同種局域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，是在物理層次上實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，用于擴(kuò)展網(wǎng)段的距離。 v中繼器的特點(diǎn)：v（1）中繼器可以重發(fā)信號(hào)，這樣可以擴(kuò)展網(wǎng)段的距離

12、；v（2）中繼器主要用在同種LAN互連中；v（3）中繼器工作在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型的物理層；v（4）由中繼器連接起來的各網(wǎng)段必須采用同樣的信道訪問協(xié)議，例如CSMA/CD協(xié)議；v（5）由中繼器連接起來的網(wǎng)段構(gòu)成一個(gè)更大的網(wǎng)段，并且有著相同的網(wǎng)絡(luò)地址，屬于一個(gè)沖突域；v（6）網(wǎng)段上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的地址。在擴(kuò)充網(wǎng)段上的節(jié)點(diǎn)地址不能與原網(wǎng)段上的節(jié)點(diǎn)地址相同，因?yàn)樗鼈兌际峭痪W(wǎng)段上的節(jié)點(diǎn)。中繼器連接網(wǎng)絡(luò)如2-6所示 Repeater6.網(wǎng)絡(luò)接口卡7.交換機(jī)和路由器的區(qū)別交換機(jī)和路由器的區(qū)別 根據(jù)中繼系統(tǒng)所在的層次可分為五種中繼系統(tǒng)： 物理層（即常說的第一層、層1）中繼系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)發(fā)器（repeater

13、）。 數(shù)據(jù)鏈路層（即第二層，層2），即網(wǎng)橋或橋接器（bridge）。 網(wǎng)絡(luò)層（第三層，層3）中繼系統(tǒng)，即路由器（router）。 網(wǎng)橋和路由器的混合物橋路器（brouter）兼有網(wǎng)橋和路由器的功能。 在網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)關(guān)（gateway）。v“交換”是一個(gè)涵義廣泛的詞語，當(dāng)它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第二層的設(shè)備時(shí)，實(shí)際指的是一個(gè)橋接設(shè)備；而當(dāng)它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第三層的設(shè)備時(shí)，又指的是一個(gè)路由設(shè)備。 v路由器是OSI協(xié)議模型的網(wǎng)絡(luò)層中的分組交換設(shè)備路由器的基本功能是：（1）IP數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)，包括數(shù)據(jù)報(bào)的尋徑和傳送；（2）子網(wǎng)隔離，抑制廣播風(fēng)暴；（3）維護(hù)路由表，并與其他路由器交換路由信息，

14、這是報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)。（4）IP數(shù)據(jù)報(bào)的差錯(cuò)處理及簡(jiǎn)單的擁塞控制；（5）實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)的過濾和記帳。（6）對(duì)于不同地規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，路由器的作用的側(cè)重點(diǎn)有所不同。8第三層交換機(jī)和路由器的區(qū)別第三層交換機(jī)和路由器的區(qū)別v作為網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備，第三層交換機(jī)具有以下特征：（1）轉(zhuǎn)發(fā)基于第三層地址的業(yè)務(wù)流；（2）完全交換功能；（3）可以完成特殊服務(wù)，如報(bào)文過濾或認(rèn)證；（4）執(zhí)行或不執(zhí)行路由處理。 v第三層交換機(jī)與傳統(tǒng)路由器相比有如下優(yōu)點(diǎn)： (1) 子網(wǎng)間傳輸帶寬可任意分配 (2) 合理配置信息資源 (4) 交換機(jī)之間連接靈活： (3) 降低成本：9第四層交換第四層交換2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)v網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒ㄎ锢硗負(fù)浜瓦壿嬐負(fù)?。物理拓?fù)涫侵肝锢斫Y(jié)構(gòu)上各種設(shè)備和傳輸介質(zhì)的布局。物理拓?fù)渫ǔＳ锌偩€型、星型、環(huán)型、樹型等幾種。v邏輯拓?fù)涠x了發(fā)送數(shù)據(jù)的主機(jī)訪問傳輸介質(zhì)的方式。1總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)v總線型拓?fù)涫且环N比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，采用的是一根中央主電纜，稱為公共總線的傳輸介質(zhì)，各結(jié)點(diǎn)直接與總線相連接，信息沿總線介質(zhì)逐個(gè)結(jié)點(diǎn)地廣播傳送。這種結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，所需要的電纜也很少。v總線型網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)v2星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是以中央結(jié)點(diǎn)為中心與各個(gè)結(jié)點(diǎn)連接而組成的，各結(jié)點(diǎn)與中央結(jié)點(diǎn)通過點(diǎn)到點(diǎn)的方式連接。中央結(jié)點(diǎn)可直接與從結(jié)點(diǎn)通信，而從結(jié)點(diǎn)之間必須經(jīng)過中央結(jié)點(diǎn)才能通信