互聯網體系結構：第三章 網絡通信設備

網絡通信設備本章學習目標

本章主要從組建局域網的角度出發(fā)，對網卡、線纜、集線器和交換機等進行比較詳細的講解。通過本章學習，讀者應該掌握以下內容：

1、常用網卡的種類和特點

2、局域網中常用傳輸介質的種類和特點

3、以太網集線器的種類和特點

4、以太網交換機的種類和特點網卡一、概述

1、網卡（NetworkInterfaceCard、NIC）也稱網絡接口卡，是組建計算機網絡時必不可少的連接設備

2、功能：

發(fā)送數據：數據-------幀接收數據：幀-------數據注：電腦之間相互通信時，以幀的方式進行傳輸。

（幀：可以看作是一種數據包，在數據包中不僅包含有數據信息，而且還包含有數據的發(fā)送地、接收地的信息和數據的校驗信息）網絡適配器

3、網卡的ID號（MAC地址）全世界范圍內網卡唯一的標識，固化到網卡上一塊ROM芯片中，用于標明網絡中電腦的身份，就像網卡的身份證一樣；

MAC地址是由12位16進制數表示；由48bit分成6段來標記，如：00-02-B3-36-D1-30；其中前24位代表廠家編號，后面24位由生產廠家自己編制，由命令：ipconfig/all查看；所有可用網卡的MAC地址總數約為70億個；

網卡的物理地址網卡的地址占6個字節(jié)，全球唯一

標識生產廠商

標識每塊網卡

XXXXXXXXXXXX

國家、地區(qū)、廠家代碼

網卡類型、日期、編號MAC地址交換機交換機防火墻防火墻交換機主機主機WEB服務器WEB服務器路由器應用服務器應用服務器交換機因特網集線器數據庫企業(yè)內部網外部訪問子網外界因特網網絡設備在OSI體系中的位置網絡設備的功能層次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）網關（協議轉換器）網絡層網絡地址（IP地址）路由器（三層交換機）數據鏈路層物理地址（MAC地址）網橋、交換機（網卡）物理層無中繼器、集線器、（網卡）網絡接口卡（網卡）是連接主機與網絡的基本設備每臺主機都應配置一個或多個網卡每個網卡都有一個或多個網絡接口不能獨立工作，必須依賴于宿主主機連接不同的局域網需要使用不同的網卡以太網卡令牌環(huán)網卡FDDI網卡ATM網卡網卡的功能數據緩存匹配主機數據處理速率與網絡的傳輸速率封裝/解封裝加上控制字段→以幀為單位進行傳輸→卸下控制字段介質訪問控制CSMA/CD、TokenPassing串/并轉換將主機的并行數據轉換成串行位流數據編碼/解碼轉換為適合網絡介質傳輸的信號形式數據發(fā)送/接收二、網卡的分類

1）根據連接速度分

10Mbit/s100Mbit/s和10M/100Mbit/s自適應網卡；1000Mbit/s和100M/1000Mbit/s自適應網；注：自適應技術指的是，在工作時可以與被連接的網絡設備（網卡、集線器、交換機等）自動協商，來確定當前可以使用的速度；2）按總線接口分

ISAPCIPCMCIA（主要用于筆記本計算機中）3）按端口類型分RJ-45用于雙絞線連接AUI用于粗纜連接BNC用于細纜連接SC/ST用于光纖連接無線用于筆記本等可移動設備的連接4）按應用領域/用途分服務器網卡多個端口工作站網卡一個端口以太網卡的類型三、網卡性能的評價與選擇標準端口類型工作速度是否支持全雙工工作模式總線類型是否支持多OS品牌對服務器網卡的特殊的要求；三個基本概念廣播向網絡上的所有設備發(fā)送數據廣播域網絡上所有能夠接收到同樣廣播分組的設備的集合沖突域網絡中的一部分，以網橋、交換機或者路由器為邊界，在沖突域中任意兩臺主機同時發(fā)送數據都會產生沖突一個廣播域包含一個或多個沖突域中繼器傳輸數據到所有連接的計算機中繼器功能：中繼器又叫轉發(fā)器，是兩個網絡在物理層上的連接，用于連接具有相同物理層協議的局域網，是局域網互連的最簡單的設備。。Repeater中繼器（Repeater）

由于存在損耗，在線路上傳輸的信號功率會逐漸衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，因此會導致接收錯誤。中繼器就是為解決這一問題而設計的。它完成物理線路的連接，對衰減的信號進行放大，保持與原數據相同。一般情況下，中繼器的兩端連接的是相同的媒體，但有的中繼器也可以完成不同媒體的轉接工作。從理論上講中繼器的使用是無限的，網絡也因此可以無限延長。事實上這是不可能的，因為網絡標準中都對信號的延遲范圍作了具體的規(guī)定，中繼器只能在此規(guī)定范圍內進行有效的工作，否則會引起網絡故障。中繼器工作在物理層，是最簡單的網絡互連設備。中繼器不關心數據的格式和含義，它只負責復制和增強通過物理介質傳輸的表示“1”和“0”的信號。中繼器的主要功能是擴展一個工作站或一組工作站與網絡中其它部分的距離。中繼器的特點中繼器可以將局域網的一個網段和另一個網段相連，而且可以連接不同類型的介質，如10Base2與10Base5。由于中繼器只是一種信號放大設備，它不能連接兩種不同的介質訪問類型，如令牌環(huán)網和以太網。中繼器只是一種物理層設備，它不能識別數據幀的格式和內容，也不能將一種數據鏈路報頭類型轉換成另外一種形式。中繼器的適用場合中繼器適用于較小地理范圍內的相對較小的局域網（少于100個節(jié)點），如一棟辦公樓。由于中繼器不能隔斷局域網網段間的通信，所有的數據都能雙向通過中繼器（不能過濾任何數據），所以不能用它連接負載沉重的局域網。以太網中繼器在以太網中，中繼器用來擴展物理介質的作用距離。5/4/3規(guī)則

5/4/3的規(guī)則最初提出來，是為了簡化10M以太網絡的設計難度，因為沒有人會計算不同介質的不同時延。而這個規(guī)則最大的好處是通用性強，無論什么樣的設備，什么樣的傳輸介質，都完全遵循這個規(guī)則。延伸距離中繼器1延伸距離中繼器2中繼器3中繼器4最多五個網段最多串接四個中繼器其中三個網段可用來連接節(jié)點有二個網段不能用來連接節(jié)點，只能用于延伸距離如上，構成了一個以太網沒有什么東西是絕對的，包括這54321和傳輸距離。但唯一可靠的參考是是時延，RTT時間一定不能超過512us。數據包在網絡中一來一去的時間如果超過了這個時延，就會被認為是斷開的。隨著技術的發(fā)展，和中繼器的淘汰，這個規(guī)則基本上已經淘汰，但仍有一個不變的，那就是RTT值512us。在以太網絡中，為512us。100M以太網中，為51.2us。1000M中，5.12us。10000M中，0.512us。集線器傳輸數據到所有星型拓撲結構網絡中的計算機中集線器（HUB）Hub集線器是一種特殊的中繼器。集線器（HUB）一、概念集線器是對網絡管理的最小單元（集中管理最小單元），它只是一個信號放大和中轉設備（信號放大是放大在傳輸過程中衰減的信號），不具備自動尋址能力和交換作用，由于所有傳輸到集線器的信號均被廣播到與之相連的各個端口，因而容易造成數據的堵塞多端口的中繼器，工作在物理層功能：在網段之間復制比特流，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網絡端口數：8，12，16，24注：集線器的工作方式為單工方式；即，同一時刻只能有一個方向的傳輸；且屬于共享型設備，即，同一網段的機器共享固有的帶寬，也就是帶寬由它的端口平均分配；注釋：1）共享型：指的是一個端口向另一個端口發(fā)送數據時，其它的端口處于“等待”狀態(tài)；即：集線器的內部只有一條通道（即公共通道），然后在公共通道的下方就連接著所有的端口；以太網Ethernet10同一時間只能有一個設備發(fā)送信息Hub所有節(jié)點共享10M帶寬共享信道LAN的缺點沖突域中的多個站點同時發(fā)送會造成沖突；因此實際帶寬為3～4Mb/s（或30～40Mb/s）網絡中站點越多，沖突現象越嚴重；網絡總帶寬BW，由于共享信道使得每個站點的平均擁有帶寬為BW/n。解決的方法提高網絡傳輸速度——沒有從根本上解決問題網絡分段（微網段化）減少每個網段中站點的數量,使沖突的概率減??；增加了網絡的總體帶寬。實現網絡分段的設備：網橋、交換機、路由器網橋和交換機可以隔離沖突域路由器不僅可以隔離沖突域，還能隔離廣播域網絡分段示意HUBHUB廣播域獨立的沖突域獨立的沖突域網橋或網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/廣播域網段2網段1總帶寬:BW*2結點帶寬:BW/4總帶寬:BW結點帶寬:BW/82）IP廣播也稱為“群發(fā)”，是指集線器在發(fā)送數據給下層設備時，不分原數據來自何處，將所得數據發(fā)給每一個端口，如果其中有端口需要來的數據時，就處于接收狀態(tài)，而不需要的端口處于拒絕狀態(tài)；3）單位時間可以理解為HUB的工作頻率

基本規(guī)范多數集線器主要的連接是RJ-45插座，這是基于雙絞線的多種以太網的標準接頭類型，從10Base-T到100Base-T，局域網中的工作站、打印機等設備通常是以某種雙絞線連接到集線器的，其兩端為RJ-45連接頭。每種線纜到集線器的長度由使用的介質決定。集線器是電子設備，因此需要電源，多數集線器還有指示多種狀態(tài)的LED指示燈，常見的兩種指示燈是電源和端口狀態(tài)指示燈，有的集線器還有監(jiān)視端口通信狀態(tài)和沖突的指示燈。

二、集線器的分類

1）按端口數量分標準：8、16、24；非標準：4、5、9、12、18等；

2）按端口類型分RJ-45BNCAUI

3）按帶寬分傳統集線器傳輸速度為10Mb/s（10Base-T網絡）快速以太網集線器傳輸速度為100Mb/s（100Base-T網絡）10/100M自適應集線器傳輸速度自適應內部有兩個網段：10M和100M，集線器根據連接速度將主機連接到不同網段上。網段之間用交換方式連接。保護投資，便于升級4）按配置的形式分獨立式（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）。注：級聯是通過集線器的某個端口(例如:uplink)與其它集線器相連的，而堆疊是通過集線器的背板連接起來的。

堆疊只有在自己廠家的設備之間，且此設備必須具有堆疊功能才可實現。級聯只需單做一根雙絞線(或其他媒介)，堆疊需要專用的堆疊模塊和堆疊線纜，而這些設備可能需要單獨購買.

雖然級聯和堆疊都可以實現端口數量的擴充，但是級聯后每臺集線器或交換機在邏輯上仍是多個被網管的設備，而堆疊后的數臺集線器或交換機在邏輯上是一個被網管的設備。

5）按是否可管理劃分智能HUB允許用網管軟件對其進行管理的集線器，它內部包含有CPU等智能控制部件。在需要進行網絡管理的中大型網絡系統中，一般都要求使用智能集線器（后面將要介紹的網絡交換機也需要是智能化的）。非智能（普通）HUB不能用網管軟件進行管理的集線器。小型網絡為降低成本，一般使用普通集線器。例：用集線器搭建簡單的網絡以1臺服務器，3臺PC機為例：一臺HUB4塊UTP接口的網卡4臺PC機8個RJ45接頭（水晶頭）若干米UTP雙絞線NICHUBUTPPC機服務器集線器的配置星型配置的以太網是如今最流行的以太網組網方式。線纜使用RJ-45連接頭，一端直接連接設備的網卡，另一端連接集線器的端口。這類網絡通常使用5類雙絞線來連接。10BaseT星狀連接的網絡和使用10Base2（細纜以太網同軸電纜）以及10Base5（粗纜以太網同軸電纜）總線拓撲的網絡比較起來有如下優(yōu)點：結點容易從網絡中增加和移除；由于有問題的結點可以很容易地從網絡中移除，所以網絡問題更容易解決。選擇集線器在選定特定產品廠商之前最好先考慮好怎樣使用集線器。最好選擇一款可以適應所在機構發(fā)展的產品，但也不要比計劃的用途強太多或貴太多。在考慮不同的集線器廠商提供的特性之前，可以通過以下的問題來明確自己的需求。吞吐量的需求是什么樣的？網絡是否會顯著增長？每個局域網網段需要連接多少臺設備？哪些介質類型（非屏蔽雙絞線、同軸電纜和光纖）是必須包括的？集線器是否支持所需的介質訪問控制方法？在集線器中是否需要有網絡管理功能？集線器的特性確保集線器有足夠的端口容量，這將有效降低未來添加端口時的花銷?？啥询B式集線器和小型的中型網絡集線器可能沒有足夠多的端口進行大規(guī)模的安裝。如果網絡在未來將有顯著增長或改變，可以考慮帶有內置模塊擴展插槽的集線器。一定要確保提供的模塊中包括自己最有可能需要的性能。例如，如果要購買一個帶有以太網模塊的集線器并計劃將其用在ATM主干上，那么就應該確認該集線器有可用的ATM模塊。記住，模塊是專用的。不能將一個廠商的模塊插入另外一個廠商的集線器中?？蓴U展性集線器故障會帶來災難性的后果。冗余性比可靠性更重要。集線器內的冗余電源可以在電源出現故障時保護集線器不受影響。負載平衡是后備電源的可選替代方案。在一個負載平衡的方案里，集線器里的兩個電源總是同時進行電源供給。當其中一個出現故障時，另一個立即接管全部的負載，這樣就不會有電源的影響，也不會有傳輸幀的丟失。集線器中的中繼器邏輯也是可能出現故障的地方。一些廠商在每個模塊中放置一個中繼器，因此如果一個模塊中的中繼器出現故障，只有該模塊上的端口受影響。如果整個集線器中只有一個中繼器，當它出現故障的時候，網絡的其他部分將不能訪問連接到該集線器的網段?？煽啃孕枰⒁獾钠渌哂嘈赃€有網橋模塊、管理模塊以及提供良好散熱功能的風扇等。盡量避免在結構上過于依賴背板和模塊集線器?？梢允褂霉袒诎雽w硬件中執(zhí)行的交換技術和替代功能，這種功能由于沒有可移動的部分所以更可靠。另外，可以使用有熱插拔模塊的集線器，這種集線器可以在交換機運行的時候插入和移走模塊而不會破壞模塊中的電路。沒有這種功能，交換模塊時必須關掉集線器。集線器上所有的設備都將失去其連接直到集線器重新打開。

集線器的特性包括靈活性、高速連接、集中式網絡管理、可擴展性、帶寬優(yōu)化及可靠性等。集線器可以以不同的形式、規(guī)模和價格提供執(zhí)行特性來滿足幾乎所有的網絡集成的需要。在物理層，集線器是簡單的多端口中繼器。但是，也可以將其他的網絡互聯模塊集成進集線器中，包括網橋和廣域網端口等。集線器通常通過一個上行連接端口相互連接，使用該端口的時候通常要禁止一個常規(guī)端口。注：集線器不適于用來傳輸時間敏感性信號，如語音信號。此外10—100M自適應的比100M貴。集線器特性總結HUB端口引腳功能引腳功能1接收+2接收-3發(fā)送+4保留5保留6發(fā)送-7保留8保留一般端口UPLINK口引腳功能引腳功能1發(fā)送+2發(fā)送-3接收+4保留5保留6接收-7保留8保留網橋Bridge功能：實現LAN互聯的存儲轉發(fā)設備，工作在數據鏈路層。網橋（Bridge）又稱為橋接器；可以理解為單端口的交換機；過程：數據—網橋（存儲）--轉發(fā)（對應MAC地址）--目的地址；網橋的種類

1．內橋內橋是通過文件服務器中的不同網卡連接起來的局域網。網橋的種類2．外橋外橋不同于內橋，外橋安裝在工作站上，它實現連接兩個相似的局域網絡。網橋的種類3．遠程橋遠程橋是實現遠程網之間連接的設備，通常遠程橋使用調制解調器與傳輸介質，如用電話線實現兩個局域網的連接。存儲轉發(fā)設備，工作在數據鏈路層用網橋連接的多個網絡對外呈現為一個單獨的物理網絡具有惟一的網絡地址根據路徑選擇方法，有兩種網橋：透明網橋（TransparencyBridge）由網橋負責路由選擇，網橋和路由對站點透明以太網中最常用源選徑網橋（SourceRoutingBridge）由源站點負責路由選擇，網橋和路由對站點不透明網橋有尋址和路由選擇能力，路由選擇采用查表法：網橋內的轉發(fā)表描述了到達每個站點的路由；轉發(fā)表主要由端口號和站點MAC地址組成。工作原理對于從端口收到的每個報文，查看其目的MAC地址，并與轉發(fā)表對照：若目的MAC地址在接收端口的表項中，則丟棄報文——過濾；若目的MAC地址在某一端口的表項中，則把報文轉發(fā)到與該端口連接的網段——交換（轉發(fā)）；若目的MAC地址不在表中，則向接收端口外的其他所有端口廣播該報文——廣播。透明網橋工作原理歸納為：基于轉發(fā)表的過濾、轉發(fā)和廣播。透明網橋轉發(fā)表C網橋轉發(fā)的例子：A→B，A→CBA轉發(fā)表的建立剛加電時轉發(fā)表為空；在轉發(fā)過程中逆向自學習路由；逆向學習——檢查收到的報文的源MAC地址：若收到的報文的源MAC地址不在轉發(fā)表中，則插入到表中。每個表項的生存期都是有限的：在一段時間內未收到以同一MAC地址為源地址的報文時，該表項被刪除，以適應網絡拓撲的變化。源選徑網橋源路由選擇原理由源站點負責路由選擇；源站點通過發(fā)送探測幀來發(fā)現路由；探測幀將沿每一條可能的路徑擴散傳播；每一個源選徑網橋都會將路由信息插入探測幀的頭部。探測幀到達目的站點時，目的站點把探測幀中的路由信息作為響應返回；源站點把收到的第一個響應幀中的路由信息作為到達目的站點的最佳路由。路由信息形式：LAN，網橋，LAN，網橋，……

形式的編號序列。

透明網橋和源選徑網橋的比較透明網橋源選徑網橋服務類型無連接面向連接透明性完全透明不透明配置、管理自動配置，容易管理人工配置最佳路由不一定最優(yōu)優(yōu)化路由的確定逆向學習探測幀故障處理及拓撲變化網橋負責主機負責復雜性及開銷網橋負擔主機負擔網橋的種類

1．內橋內橋是通過文件服務器中的不同網卡連接起來的局域網。網橋的種類2．外橋外橋不同于內橋，外橋安裝在工作站上，它實現連接兩個相似的局域網絡。網橋的種類3．遠程橋遠程橋是實現遠程網之間連接的設備，通常遠程橋使用調制解調器與傳輸介質，如用電話線實現兩個局域網的連接。網橋的優(yōu)缺點優(yōu)點：可實現不同類型的LAN互連；能夠隔離錯誤幀，不會使錯誤擴散；限制了沖突域的范圍；隔離故障。缺點：無法控制廣播；只能用存儲轉發(fā)方式，速度比較慢；無流量控制，負載重時會出現丟幀現象。使用網橋的場合1、許多大學的系或公司的部門都有各自的局域網，主要用于連接他們自己的個人計算機、工作站以及服務器。由于各系（或部門）的工作性質不同，因此選用了不同的局域網，這些系（或部門）之間早晚需相互交往，因而需要網橋。

2、一個單位在地理位置上較分散，并且相距較遠，與其安裝一個遍布所有地點的網絡，不如在各個地點建立一個局域網，并用網橋和紅外鏈路連接起來，這樣費用可能會低一些。

3、可能有必要將一個邏輯上單一的LAN分成多個局域網，以調節(jié)載荷。例如采用由網橋連接的多個局域網，每個局域網有一組工作站，并且有自己的文件服務器，因此大部分通信限于單個局域網內，減輕了主干網的負擔。4、在有些情況下，從載荷上看單個局域網是毫無問題的，但是相距最遠的機器之間的物理距離太遠（比如超過802.3所規(guī)定的2.5km）。即使電纜鋪設不成問題，但由于來回時延過長，網絡仍將不能正常工作。唯一的辦法是將局域網分段，在各段之間放置網橋。通過使用網橋，可以增加工作的總物理距離。

5、可靠性問題。在一個單獨的局域網中，一個有缺陷的節(jié)點不斷地輸出無用的信息流會嚴重地破壞局域網的運行。網橋可以設置在局域網中的關鍵部位，就像建筑物內的防火門一樣，防止因單個節(jié)點失常而破壞整個系統。6、網橋有助于安全保密。大多數LAN接口都有一種混雜工作方式(promiscuousmode)，在這種方式下，計算機接收所有的幀，包括那些并不是編址發(fā)送給它的幀。如果網中多處設置網橋并謹慎地攔截無須轉發(fā)的重要信息，那么就可以把網絡分隔以防止信息被竊。交換機Switch網絡交換機（Switch）網絡交換機和網橋屬同一類設備，工作在數據鏈路層上。但網絡交換機的端口數多，并且交換速度快。在這個意義上，網絡交換機可看作是多端口的高速網橋。交換機比網橋優(yōu)越的地方：交換速度快，可實現線速轉發(fā)；能解決網絡主干上的通信擁擠問題；端口密度高，一臺交換機可連接多個網段，降低了組網成本。工作原理與網橋類似：學習源地址（構造轉發(fā)表）過濾本網段幀（隔離沖突域）轉發(fā)異網段幀（交換）廣播未知幀（尋找目的站點）工作過程：交換機動態(tài)維護有一個表（MAC地址列表），表中存放著各端口對應的物理地址，當發(fā)送數據包時，自動查找表中對應的目標地址所在的端口號，直接發(fā)往目標端口；交換機的特點交換機通過內部的交換矩陣把網絡劃分為多個網段——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。局域網交換機的工作方式

用集線器組成的網絡稱為共享式網絡，而與集線器的區(qū)別用交換機組成的網絡稱為交換式網絡。

共享式以太網存在的主要問題是所有用戶共享帶寬，每個用戶實際可用帶隨著網絡用戶數的增加而遞減，因為當信息繁忙時，多個用戶都可能同時“爭用”一個信道，而一個信道在某一時刻只允許一個用戶占用，所以大量的用戶處于監(jiān)測狀態(tài)，致使信號傳輸時產生抖動、停滯、失真。

在交換式以太網中，交換機提供給每個用戶專用的信道，除非兩個源端口同時將信息發(fā)送同一個目的通道，否則每個通道不會發(fā)生沖突。

以太網交換機

每個節(jié)點獨享10M帶寬骨干交換式以太網10多個設備可同時發(fā)送信息例：交換網絡的帶寬若交換機每個端口帶寬為BW，則交換機構成的網絡網絡總帶寬＝(BW*n)/2～BW*nn＝8，BW=10Mb/s時，網絡總帶寬最高可達80Mb/s；連接到交換機端口上的每臺計算機的帶寬為10Mb/s。比較：10Mb/s的8口集線器構成的網絡（連接了8臺計算機）網絡總帶寬仍為10Mb/s；網絡中每臺計算機的帶寬為1.25Mb/s。

交換機的分類

1．根據應用的規(guī)模分類桌面交換機、骨干交換機和中心交換機三類。2．根據結構分類固定端口交換機和模塊化交換機。3．根據工作的協議層分類第2層交換機、第3層交換機和第4層交換機。4．根據交換方式分類直通式交換機、存儲轉發(fā)式交換機和無碎片直通式交換機。5、從網絡的覆蓋范圍劃分

廣域網交換機、局域網交換機

6、根據傳輸介質和傳輸速度劃分以太網交換機（100Mbps以下；RJ-45、

BNC、AUI；雙絞線、細纜、粗纜）快速以太網交換機（100Mbps；RJ-45、

SC；雙絞線、光纖；）千兆以太網交換機（1000Mbps；同上）10千兆以太網交換機（SC）ATM交換機（RJ-45、SC）FDDIFDDI交換機（以太網沒有開發(fā)之間而開發(fā)，沒有盛行，以光纖為傳輸介質）注：FDDI（FiberDistributedDataInterface）即光纖分布式數據接口。

7、根據結構劃分

固定端口交換機（8、16、24）模塊化交換機（可擴充）8、根據是否支持網管分

網管型交換機非網管型交換機交換機的三種交換技術1、存儲轉發(fā)方式:接收數據幀時，先存儲一個在共享緩沖區(qū)中，然后進行過濾(過濾掉不健全的幀和有沖突的幀)和差錯校驗處理，然后發(fā)送。2、直通方式：只對數據幀的目的地址信息進行檢查，然后進行轉發(fā)。3、無碎片直通方式：先對收到的數據幀的部分字節(jié)(前64個字節(jié))進行差錯校驗。

注：存儲轉發(fā)方式具有最高的交換質量，但速度最慢，適用于網絡主干的連接；直通方式速度最快，但因對任何幀不做過濾處理，所以誤碼率較高，適用于交換式網絡的外圍連接；無碎片直通方式處于中間。交換機的三種交換轉發(fā)方式存儲轉發(fā)（Storeandforward）整個幀完整接收后，對幀進行差錯檢驗，然后再進行轉發(fā)操作。優(yōu)點：進行差錯校驗，錯誤不會擴散到目的網段。缺點：延遲比較大。直通轉發(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段。無碎片直通轉發(fā)（Fragmentfreecut-through）接收到一幀的前64字節(jié)后，再進行轉發(fā)操作。小于64字節(jié)的幀不轉發(fā)。∵幀出錯的主要原因是沖突，而以太網的幀至少為64B，∴＜64字節(jié)的幀必然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發(fā)的概率缺點：長度大于64字節(jié)的錯誤幀仍會轉發(fā)，轉發(fā)延時大于直通轉發(fā)。注：存儲轉發(fā)方式具有最高的交換質量，但速度最慢，適用于網絡主干的連接；直通方式速度最快，但因對任何幀不做過濾處理，所以誤碼率較高，適用于交換式網絡的外圍連接；無碎片直通方式處于中間。使用網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——提高了網絡總體帶寬；減少每個網段中的站點數——提高了站點平均擁有帶寬；允許全雙工連接——提高帶寬；能夠連接不同速度的網段。網絡交換機的應用場合作為LAN核心主干連接設備，如網絡中心、數據中心等；網絡通信流量很大的應用場合，如圖像處理、視頻流等；對網絡響應速度要求比較高的場合。以網橋/交換機為核心的網絡的特點每個網段獨享帶寬最佳可達到每臺主機獨享帶寬可以限制沖突，但不能限制廣播有可能產生廣播風暴適用于小型網絡到大型園區(qū)網絡大型網絡中需解決廣播問題10Mb/sUTP100Mb/sUTP（連接校園網）1000Mb/sFiber100Mb/sUTP校園網絡結構示意圖二級交換機千兆主干交換機服務器HUB機房計算機交換機的選擇完全支持存儲轉發(fā)、直通、無碎片直通三種方式。同時支持全雙工/半雙工傳輸模式。提供網管功能。提供虛擬局域網（VLAN）管理功能。提供多模塊和多類型端口的支持。提供LED指示燈顯示，便于網絡監(jiān)測和故障排除?？雌放疲?COM、CISCO、D-LINK、TP-LINK、聯想、實達等。補充資料：第2層和第3層交換有兩種方法交換數據幀——第2層和第3層交換第2層交換：數據幀是基于MAC地址信息交換；建立和維護MAC地址交換表；數據通信設備制造商決定第2層地址，是唯一的。第3層交換：數據包是基于網絡層信息交換；它檢查數據包信息并基于網絡層目的地址轉發(fā)數據包；它也支持路由功能；一般由網絡管理員決定第3層地址二層交換機的數據轉發(fā)源MAC地址：000493000001目的MAC地址：0004930000021發(fā)送數據查詢MAC地址表，找到MAC地址對應的端口號，進行轉發(fā)2端口號MAC地址1500049300000214000493000001轉發(fā)數據3MAC地址：000493000002三層交換機功能性能注意：并非是二層交換機加路由模塊！二層交換機(以太網/快速以太網)傳統路由器路由交換機(千兆以太網)路由器的功能＋交換機的性能三層交換機的原理IP地址：1發(fā)送數據轉發(fā)數據3源IP地址：MAC地址：000493000001目的IP地址：MAC地址：000493000002MAC地址：000493000002根據路由協議RIP&RIP2&RIPOSPF進行路由尋址，找到相應主機的IP地址和MAC地址，將MAC地址返回給發(fā)送端，發(fā)送端按得到的MAC地址進行轉發(fā)2三層交換的優(yōu)點提供基于線速無阻塞交換帶寬提供第三層的IP路由功能，實現子網間通訊提供流量控制（FlowControl）、服務質量（QoS）、分級傳送、IP組播（Multicast）、生成樹（SpanningTree）等功能，可有效地增強網絡傳輸能力，提高網絡性能提供靈活的流量流，使用網絡分層來決定最佳路徑和包含廣播域交換機端口引腳功能引腳功能1接收+2接收-3發(fā)送+4保留5保留6發(fā)送-7保留8保留一般端口路由器（選徑器）RouterRouterRouterRouter路由：指尋找一條將IP數據報從源主機傳往目的主機的傳輸路徑的過程。路由器Router工作在OSI第三層（網絡層）。功能：在網絡之間轉發(fā)網絡分組；為網絡分組尋找最佳傳輸路徑；實現子網隔離，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——比較網絡交換機)提供邏輯地址，以識別互聯網上的主機；提供廣域網服務。應用：把LAN連入廣域網或作為廣域網的核心連接設備。路由器與交換機的主要區(qū)別：用路由器連接起來的若干個網絡，它們仍是各自獨立的。要想從一個網絡訪問用路由器連接起來的另一個網絡中的站點，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。支持多個鏈接的復雜網絡，具有動態(tài)選擇路由以平衡通過各個路由器的負載，工作于OSI的第三層及網絡層。路由器主要以思科產品為主，其中有工作組級路由器和部門級路由器。用路由器進行網絡互聯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1工作過程：路由器是一種負責尋徑的網絡設備，它在互聯網中從多條路徑中尋找一通訊量最少的一條網絡路徑提供給用戶通信；路由器利用“路由表”為數據傳輸選擇路徑；路由表----包含網絡地址及各地址之間距離的清單；路由動作：尋徑、轉發(fā)；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絡的路由信息的數據庫包含目的網絡地址（號）、傳輸路徑、傳輸開銷等根據目的網絡地址查找路由表并確定分組轉發(fā)路徑的過程稱為路由選擇（Routing）。路由表的信息隨網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）：網絡中的每個路由器都會根據路由算法定時地或在網絡拓撲發(fā)生變化時更新其路由表；靜態(tài)路由：由網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、記憶網絡的變化并根據路由算法重新計算路由的協議稱為路由選擇協議（RoutingProtocol）。注：

靜態(tài)路由：靜態(tài)路由是指由網絡管理員手工配置的路由信息。當網絡的拓撲結構或鏈路的狀態(tài)發(fā)生變化時，網絡管理員需要手工去修改路由表中相關的靜態(tài)路由信息。靜態(tài)路由信息在缺省情況下是私有的，不會傳遞給其他的路由器。當然，網管員也可以通過對路由器進行設置使之成為共享的。靜態(tài)路由一般適用于比較簡單的網絡環(huán)境，在這樣的環(huán)境中，網絡管理員易于清楚地了解網絡的拓撲結構，便于設置正確的路由信息。

動態(tài)路由：動態(tài)路由器上的路由表項是通過相互連接的路由器之間交換彼此信息，然后按照一定的算法優(yōu)化出來的，而這些路由信息是在一定時間間隙里不斷更新，以適應不斷變化的網絡，以隨時獲得最優(yōu)的尋路效果。為了實現IP分組的高效尋路，IETF制定了多種尋路協議。其中用于自治系統（AS:AutonomousSystem）內部網關協議有開放式最短路徑優(yōu)先（OSPF:OpenShortestPathFirst）協議和尋路信息協議(RIP:RoutingInformationProtocol)。

自治系統是指在同一實體（如學校、企業(yè)或ISP）管理下的主機、路由器及其他網絡設備的集合。動態(tài)性如何實現“123”——“abc”每種路由協議都有自己的語言（相應的路由協議報文）。如果兩臺路由器都實現了某種路由協議并已經啟動該協議，則具備了相互通信的基礎?！俺醮我娒?，請多關照”一臺新加入的路由器應該主動把自己介紹給網段內的其他路由器。通過發(fā)送廣播報文或發(fā)送給指定的路由器鄰居來做到這一點?！昂镁貌灰姡鼪r如何”為了能夠察覺到某臺路由器突然失效（路由器本身故障或連接線路中斷）這種異常情況，規(guī)定兩臺路由器之間的協議報文應該周期性的發(fā)送。兩者關系

靜態(tài)路由和動態(tài)路由有各自的特點和適用范圍，因此在網絡中動態(tài)路由通常作為靜態(tài)路由的補充。當一個分組在路由器中進行尋徑時，路由器首先查找靜態(tài)路由，如果查到則根據相應的靜態(tài)路由轉發(fā)分組；否則再查找動態(tài)路由。

路由表的例子2.0AB路由表的基本內容AB路由器A的路由表.3.1.2.3目的網絡地址路徑（下一結點）路徑成本/開銷直接0直接01路徑：用下一路由器對應端口的IP地址來表示。路徑成本/開銷：用線路速度、距離或跨越的路由器的個數（步跳數）、成本、線路可靠性等表示。（大多數情況下用步跳數來表示）路由表的基本內容（續(xù)）注意：路由器是根據網絡號來轉發(fā)IP數據包的，所以路由表中存放的是目的網絡號，而不是目的主機號。類比：郵政局在城市間轉發(fā)信件依據的是城市名。這樣做的優(yōu)點是路由表小（網絡的數目要比主機少的多），節(jié)省路由器的存儲空間，路由表的路由更新速度快。路由器的路由選擇過程也采用存儲轉發(fā)的方法：接收并緩存IP數據分組；提取分組中的目的主機的IP地址；計算目的主機所在的網絡地址；用目的網絡地址查找路由表決定轉發(fā)路徑：如果目的網絡地址就是與輸入接口連接的網絡，則丟棄；如果目的網絡地址就是與輸出接口連接的網絡，則直接遞交；如果找到匹配項，則通過對應接口轉發(fā)出去；如果有默認路徑，則通過與默認路徑對應的接口轉發(fā)出去；未查到，丟棄該分組。比較：交換機也用查表的方法決定轉發(fā)路徑，但該表是“端口-MAC地址”表，存放的是端口與目的MAC地址之間的關系，要用幀中的MAC地址查表；而路由器中的路由表是“端口-網絡地址”表，存放的是端口與目的網絡地址之間的關系，故要從分組中提取IP地址，并解析出其中的網絡地址部分來查表。二、路由器的特征工作在網絡層能連接不同類型的網絡路由器具有路徑選擇能力在轉發(fā)的過程中，可以進行拆分與組合；以便在某一個網絡中傳輸；防火墻的功能路由器的優(yōu)缺點優(yōu)點限制了沖突域；可以用于LAN或WAN的環(huán)境；可以連接不同介質的網絡和不同體系結構的網絡；可以為分組確定傳輸的最佳路徑；可以過濾廣播信息。缺點昂貴；必須用于可路由協議網絡；配置復雜；處理速度比橋接器慢。三、路由器與交換機的區(qū)別工作的協議層不同（數據鏈路、網絡層）數據轉發(fā)所依據的對像不同（MAC地址表、路由表）五、路由器的選購管理方式支持網絡協議是否支持NAT（網絡地址轉換）功能與防火墻功能支持的總帶寬能力吞吐量轉發(fā)延遲路由表容量最后通過一個例子來說明路由器工作原理。工作站A需要向工作站B傳送信息（并假定工作站B的IP地址為120.0.5），它們之間需要通過多個路由器的接力傳遞，路由器的分布如圖所示。

工作站A路由器2路由器3路由器5路由器4路由器1工作站BR1R5R3R4R2其工作原理如下：（1）工作站A將工作站B的地址120.0.5連同數據信息以數據幀的形式發(fā)送給路由器1。（2）路由器1收到工作站A的數據幀后，先從報頭中取出地址120.0.5，并根據路徑表計算出發(fā)往工作站B的最佳路徑：R1->R2->R5->B；并將數據幀發(fā)往路由器2。（3）路由器2重復路由器1的工作，并將數據幀轉發(fā)給路由器5。（4）路由器5同樣取出目的地址，發(fā)現120.0.5就在該路由器所連接的網段上，于是將該數據幀直接交給工作站B。（5）工作站B收到工作站A的數據幀，一次通信過程宣告結束。網關（協議轉換器）以太網令牌環(huán)網Gateway

術語“網關”在計算機網絡中有兩種用法。當討論通用網絡設計時，網關也叫協議轉換器。這類網關在兩種不同類型的協議結構中轉換數據，通常用于OSI第3層和更高層。但是，網絡專業(yè)人員也用“網關”指用來連接專用網絡和公用網絡（通常是Internet）的路由器。本節(jié)集中在網關的第一種含義上：一個在信息流過使用不同協議的網絡時翻譯數據的設備。

網關(Gateway)：又稱網間連接器、協議轉換器。網關在傳輸層上以實現網絡互連，是最復雜的網絡互連設備，僅用于兩個高層協議不同的網絡互連。網關的結構和路由器類似。網關既可以用于廣域網互連，也可以用于局域網互連。網關是一種充當轉換重任的計算機系統或設備。在使用不同的通信協議、數據格式或語言，甚至體系結構完全不同的兩種系統之間，網關是一個翻譯器。與網橋只是簡單地傳達信息不同，網關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統的需求。同時，網關也可以提供過濾和安全功能。大多數網關運行在OSI7層協議的頂層--應用層。

網關用作協議轉換器

網關（或叫協議轉換器）將網絡傳輸格式從一種網絡體系結構轉成另一種體系結構。協議轉換器必須在數據鏈路層之上的所有協議層都運行，并且要對連接終端這些協議層上的進程透明。

協議轉換器還必須完成路由器的功能，維持整個網絡地址的一致性。如果不同網絡的地址格式不同，網關也必須轉換它們。協議轉換是一個軟件密集型過程，必須考慮兩個協議棧之間特定的相似性和不同之處。因此，有多少種通信系統結構和應用層協議的組合，就可能有多少種網關。

協議轉換器還必須完成路由器的功能，維持整個網絡地址的一致性。如果不同網絡的地址格式不同，網關也必須轉換它們。協議轉換是一個軟件密集型過程，必須考慮兩個協議棧之間特定的相似性和不同之處。因此，有多少種通信系統結構和應用層協議的組合，就可能有多少種網關。調制解調器用途：英文名為MODEM，它將計算機輸出原始數字信號變換成適應模擬信號，我們稱為調制器。從已調制信號恢復為數字信號的過程為解調，相應的設備叫做解調器，調制器與解調器統稱為調制解調器。功能：數據傳輸功能建立連接功能。防火墻（Firewall）

防火墻成為近年來新興的