網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備

5.3網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備本節(jié)內(nèi)容物理層互聯(lián)設(shè)備

數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)層互聯(lián)設(shè)備

應(yīng)用層互聯(lián)設(shè)備

物理層互聯(lián)設(shè)備-中繼器中繼器（RPrepeater）是連接網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路的一種裝置，常用于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間物理信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。中繼器主要完成物理層的功能，負(fù)責(zé)在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理層上按位傳遞信息，完成信號(hào)的復(fù)制、調(diào)整和放大功能，以此來(lái)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度中繼器也可以完成不同媒體的轉(zhuǎn)接工作中繼器的特性中繼器僅作用于物理層。放大信號(hào)，補(bǔ)償信號(hào)衰減，支持遠(yuǎn)距離的通信由于中繼器工作在物理層，在網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)的是物理層連接，因此中繼器只能連接相同的局域網(wǎng)。中繼器可以連接相同或不同傳輸媒體中繼器將多個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)連接起來(lái)，組成一個(gè)大的物理網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大了局域網(wǎng)的物理范圍。中繼器的使用中繼器是擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)距離的最簡(jiǎn)單、最廉價(jià)的方法，但當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，性能急劇下降，所以只有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很輕和要求不嚴(yán)格的條件下才能使用。注意：（1）中繼器主要用于網(wǎng)絡(luò)段間的延伸，用中繼器連接的以太網(wǎng)不能形成回路。（2）必須遵守MAC（介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制）協(xié)議的定時(shí)特性，即不能用集中器將電纜無(wú)限的連接起來(lái)。物理層互聯(lián)設(shè)備-集線(xiàn)器集線(xiàn)器（Hub）工作于OSI參考模型的第一層物理層，以廣播模式工作。集線(xiàn)器內(nèi)部采用了電器互連結(jié)構(gòu)，可連接多個(gè)用戶(hù)結(jié)點(diǎn)，且每個(gè)結(jié)點(diǎn)都通過(guò)一條專(zhuān)用電纜和集線(xiàn)器連接，所以從某種意義上講，可以將集線(xiàn)器看作是多端口的中繼器。主要用于共享網(wǎng)絡(luò)。如下圖所示。集線(xiàn)器集線(xiàn)器的分類(lèi)和特點(diǎn)

1)根據(jù)速度的不同，目前市面上用于小型局域網(wǎng)的HUB可分為10Mb/s、100Mb/s和10/100Mb/s自適應(yīng)三個(gè)類(lèi)型。

傳輸?shù)膬?nèi)容不涉及語(yǔ)音、圖像，傳輸量相對(duì)較小時(shí)選擇10Mb/s。傳輸量相對(duì)較大時(shí)，且涉及多媒體的應(yīng)用，應(yīng)選擇100Mb/s或10/100Mb/s自適應(yīng)集線(xiàn)器2)根據(jù)工作方式的不同，HUB可分為共享式HUB、堆疊共享式HUB以及切換式HUB三大類(lèi)。

共享式Hub提供了所有連接點(diǎn)的站點(diǎn)間共享一個(gè)最大頻寬。共享式Hub不過(guò)濾或重新生成信號(hào)，所有與之相連的站點(diǎn)必須以同一速度工作（10Mbps或100Mbps）。所以共享式Hub比切換式Hub價(jià)格便宜。

集線(xiàn)器的分類(lèi)和特點(diǎn)堆疊共享式Hub堆疊共享式Hub是共享式Hub中的一種，當(dāng)它們級(jí)連在一起時(shí)，可看作是網(wǎng)中的一個(gè)大Hub。當(dāng)6個(gè)8口的Hub級(jí)連在一起時(shí)，可以看作是1個(gè)48口的Hub。切換式Hub

一個(gè)切換式Hub重新生成每一個(gè)信號(hào)并在發(fā)送前過(guò)濾每一個(gè)包，而且只將其發(fā)送到目的地址。切換式Hub可以使10Mbps和100Mbps的站點(diǎn)用于同一網(wǎng)段中。用戶(hù)數(shù)目的擴(kuò)展堆疊堆疊是解決單個(gè)集線(xiàn)器端口不足的一種方法，但堆疊的層數(shù)不能太多；可堆疊層數(shù)越多，說(shuō)明集線(xiàn)器的穩(wěn)定性越高，但用戶(hù)實(shí)際可享有的帶寬就越小。級(jí)聯(lián)級(jí)聯(lián)是在網(wǎng)絡(luò)中增加用戶(hù)數(shù)的另一種方法，但使用時(shí)有條件限制，即Hub必須提供可聯(lián)級(jí)的端口，此端口上常標(biāo)有“Uplink”或“MDI”的字樣，與其他的Hub進(jìn)行級(jí)聯(lián)。如果沒(méi)有提供專(zhuān)門(mén)的端口而必須級(jí)聯(lián)時(shí)，連接兩個(gè)集線(xiàn)器的雙絞線(xiàn)在制作時(shí)必須進(jìn)行錯(cuò)線(xiàn)（即使用交叉線(xiàn)連接）。優(yōu)點(diǎn)集線(xiàn)器可擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，即延伸網(wǎng)絡(luò)的距離和增加網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。集線(xiàn)器安裝極為簡(jiǎn)單，幾乎不需要配置。缺點(diǎn)集線(xiàn)器限制了介質(zhì)的極限距離。集線(xiàn)器沒(méi)有數(shù)據(jù)過(guò)濾的功能。集線(xiàn)器使用數(shù)量的限制。集線(xiàn)器互連網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享網(wǎng)絡(luò)集線(xiàn)器的帶寬。集線(xiàn)器不能控制廣播風(fēng)暴。集線(xiàn)器Hub的品牌和價(jià)格目前提供集中器產(chǎn)品的公司也有多家，如Bay

Network、

Cabletron、

Chipcom、3Com、LANnet以及D-

Link

等。數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設(shè)備-網(wǎng)橋

網(wǎng)橋（Bridge）是一個(gè)局域網(wǎng)與另一個(gè)局域網(wǎng)之間建立連接的橋梁。網(wǎng)橋是屬于數(shù)據(jù)鏈路層的一種設(shè)備，它的作用是擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)和通信手段，在各種傳輸介質(zhì)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的距離，同時(shí)又有選擇地將有地址的信號(hào)從一個(gè)傳輸介質(zhì)發(fā)送到另一個(gè)傳輸介質(zhì)，并能有效地限制兩個(gè)介質(zhì)系統(tǒng)中無(wú)關(guān)緊要的通信。

在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過(guò)濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)接口。在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)站表接口管理軟件網(wǎng)橋協(xié)議實(shí)體緩存接口1接口2①②③網(wǎng)段B網(wǎng)段A1112①③⑤2②④⑥2站地址接口網(wǎng)橋網(wǎng)橋④⑤⑥接口1接口212網(wǎng)橋的功能緩存：網(wǎng)橋首先會(huì)對(duì)收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行緩存并處理過(guò)濾：判斷入幀的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否位于發(fā)送這個(gè)幀的網(wǎng)段中，如果是，網(wǎng)橋就不把幀轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)橋的其他端口轉(zhuǎn)發(fā)：如果幀的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位于另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)橋就將幀發(fā)往正確的網(wǎng)段擴(kuò)散：如果在表中找不到目標(biāo)地址，則按擴(kuò)散的辦法將該數(shù)據(jù)發(fā)送給與該網(wǎng)橋連接的除發(fā)送該數(shù)據(jù)的網(wǎng)段外的所有網(wǎng)段。網(wǎng)橋的功能學(xué)習(xí)：每當(dāng)幀經(jīng)過(guò)網(wǎng)橋時(shí)，網(wǎng)橋首先在網(wǎng)橋表中查找?guī)脑碝AC地址，如果該地址不在網(wǎng)橋表中，則將有該MAC地址及其所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)橋端口信息加入數(shù)據(jù)幀要去往的目標(biāo)MAC地址使用的網(wǎng)橋端口MACA端口3MACB端口2MACC端口1過(guò)濾通信量。擴(kuò)大了物理范圍。提高了可靠性。(故障只影響個(gè)別網(wǎng)段)可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。使用網(wǎng)橋帶來(lái)的好處網(wǎng)橋的分類(lèi)

（1）按網(wǎng)橋硬件所處的位置分類(lèi)網(wǎng)橋按照其硬件所處的位置可以分為內(nèi)部網(wǎng)橋和外部網(wǎng)橋兩種。在服務(wù)器內(nèi)部安裝、使用兩塊網(wǎng)卡加上相應(yīng)的軟件就可以組成內(nèi)部網(wǎng)橋；而外部網(wǎng)橋一般為專(zhuān)用的硬件設(shè)備。（2）按網(wǎng)橋分布的地理范圍分類(lèi)網(wǎng)橋按照分布的地理范圍，可以分為近程網(wǎng)橋和遠(yuǎn)程網(wǎng)橋

交換機(jī)(Switch)：是更先進(jìn)的網(wǎng)橋,具備網(wǎng)橋的所有功能外，還通過(guò)在節(jié)點(diǎn)或虛電路間創(chuàng)建臨時(shí)邏輯連接，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬得到最大化的利用。通過(guò)交換機(jī)連接的網(wǎng)段內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，都可以使用網(wǎng)絡(luò)上的全部帶寬來(lái)進(jìn)行通信，而不是各個(gè)節(jié)點(diǎn)共享帶寬。網(wǎng)絡(luò)層互聯(lián)設(shè)備交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)的工作原理

交換機(jī)又稱(chēng)為交換式集線(xiàn)器

,它不僅具備了集線(xiàn)器的功能，可以同時(shí)連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)段，但是在功能上又類(lèi)似于網(wǎng)橋，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，同時(shí)它還可以在多個(gè)端口間同時(shí)對(duì)話(huà)．發(fā)送和接收數(shù)據(jù)各不影響。它會(huì)記憶哪個(gè)地址接在哪個(gè)端口上，并決定將數(shù)據(jù)包送往何處，而不會(huì)送到其它不相關(guān)的端口.以太網(wǎng)交換機(jī)工作原理示意圖三種交換技術(shù)三種交換技術(shù)知識(shí)

在這筆者對(duì)三種交換技術(shù)知識(shí)進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)說(shuō)明：

1)端口交換

端口交換技術(shù)最早出現(xiàn)在插槽式的集線(xiàn)器中，這類(lèi)集線(xiàn)器的背板通常劃分有多條以太網(wǎng)段（每條網(wǎng)段為一個(gè)廣播域），不用網(wǎng)橋或路由連接，網(wǎng)絡(luò)之間是互不相通的。根據(jù)支持的程度，端口交換還可細(xì)分為：

·模塊交換：將整個(gè)模塊進(jìn)行網(wǎng)段遷移。

端口組交換：通常模塊上的端口被劃分為若干組，每組端口允許進(jìn)行網(wǎng)段遷移。

·端口級(jí)交換：支持每個(gè)端口在不同網(wǎng)段之間進(jìn)行遷移。這種交換技術(shù)是基于OSI第一層上完成的，具有靈活性和負(fù)載平衡能力等優(yōu)點(diǎn)。如果配置得當(dāng)，那么還可以在一定程度進(jìn)行客錯(cuò)，但沒(méi)有改變共享傳輸介質(zhì)的特點(diǎn)，自而未能稱(chēng)之為真正的交換。

三種交換技術(shù)

2）幀交換

幀交換是目前應(yīng)用最廣的局域網(wǎng)交換技術(shù)，它通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)傳輸媒介進(jìn)行微分段，提供并行傳送的機(jī)制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來(lái)講每個(gè)公司的產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)技術(shù)均會(huì)有差異，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式一般有以下幾種：

直通交換：提供線(xiàn)速處理能力，交換機(jī)只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前14個(gè)字節(jié)，便將網(wǎng)絡(luò)幀傳送到相應(yīng)的端口上。

三種交換技術(shù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進(jìn)行驗(yàn)錯(cuò)和控制。

前一種方法的交換速度非?？?，但缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行更高級(jí)的控制，缺乏智能性和安全性，同時(shí)也無(wú)法支持具有不同速率的端口的交換。因此，各廠商把后一種技術(shù)作為重點(diǎn)。

三種交換技術(shù)

3）信元交換

ATM技術(shù)代表了網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)發(fā)展的未來(lái)方向，也是解決目前網(wǎng)絡(luò)通信中眾多難題的一劑“良藥”，ATM采用固定長(zhǎng)度53個(gè)字節(jié)的信元交換。由于長(zhǎng)度固定，因而便于用硬件實(shí)現(xiàn)。ATM采用專(zhuān)用的非差別連接，并行運(yùn)行，可以通過(guò)一個(gè)交換機(jī)同時(shí)建立多個(gè)節(jié)點(diǎn)，但并不會(huì)影響每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信能力。三種交換技術(shù)集線(xiàn)器與交換機(jī)的區(qū)別從OSI體系結(jié)構(gòu)來(lái)看，集線(xiàn)器屬于OSI的第一層物理層設(shè)備，而交換機(jī)屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。這就意味著集線(xiàn)器只是對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無(wú)法有效處理，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性；而交換機(jī)不但可以對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過(guò)濾短幀、碎片等。集線(xiàn)器與交換機(jī)的區(qū)別

從工作方式來(lái)看，集線(xiàn)器是一種廣播模式，也就是說(shuō)集線(xiàn)器的某個(gè)端口工作的時(shí)候其他所有端口都有名收聽(tīng)到信息，容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)較大的時(shí)候網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)受到很大的影響，那么用什么方法避免這種現(xiàn)象的發(fā)生呢？交換機(jī)就能夠起到這種作用，當(dāng)交換相工作的時(shí)候只有發(fā)出請(qǐng)求的端口和目的端口之間相互響應(yīng)而不影響其他端口，那么交換機(jī)就能夠隔離沖突域和有效地抑制廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。集線(xiàn)器與交換機(jī)的區(qū)別從帶寬來(lái)看，集線(xiàn)器不管有多少個(gè)端口，所有端口都共享一條帶寬，在同一時(shí)刻只能有兩個(gè)端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待；同時(shí)集線(xiàn)器只能工作在半雙工模式下。而對(duì)于交換機(jī)而言，每個(gè)端口都有一條獨(dú)占的帶寬，當(dāng)兩個(gè)端口工作時(shí)并不影響其他端口的工作，同時(shí)交換機(jī)不但可以工作在半雙工模式下也可以工作在全雙工模式下。網(wǎng)絡(luò)層互聯(lián)設(shè)備-路由器

路由器（Router）是工作在OSI第三層（網(wǎng)絡(luò)層）上的互連設(shè)備，如下圖所示。它可以連接不同傳輸速率并運(yùn)行于各種環(huán)境的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。因?yàn)槁酚善鞯幕ミB功能更強(qiáng)，因而能獲得更多的信息，為到來(lái)的數(shù)據(jù)分組找到最佳路徑。路由器與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有關(guān)，利用互連網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以為網(wǎng)絡(luò)管理員提供整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息，以便管理網(wǎng)絡(luò)。什么是路由選擇一個(gè)將數(shù)據(jù)包發(fā)往某個(gè)目標(biāo)網(wǎng)段或主機(jī)的路徑就是路由的過(guò)程。用戶(hù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流比如文件，視頻流，電子郵件等等應(yīng)用被從一個(gè)邏輯的源轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)邏輯的目的地。用來(lái)表示邏輯源和邏輯目的地的是IP地址，因此我們認(rèn)為路由的過(guò)程是將不同IP地址網(wǎng)段的IP包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。那么實(shí)現(xiàn)這一功能的設(shè)備我們稱(chēng)之為路由器。172.16.1.010.1.1.0路由器的功能在網(wǎng)絡(luò)間截獲發(fā)送到遠(yuǎn)地網(wǎng)段的報(bào)文，起轉(zhuǎn)發(fā)的作用。選擇最合理的路由，引導(dǎo)通信。按照預(yù)定的規(guī)則把大的數(shù)據(jù)包分解成適當(dāng)大小的數(shù)據(jù)包，到達(dá)目的地后再把分解的數(shù)據(jù)包包裝成原有形式。多協(xié)議的路由器可以連接使用不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)段，作為不同通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)段通信連接的平臺(tái)。路由器的主要任務(wù)是把通信引導(dǎo)到目的地網(wǎng)絡(luò)，然后到達(dá)特定的節(jié)點(diǎn)站地址。路由表的作用路由器就像網(wǎng)絡(luò)中的向?qū)б粯?，?dāng)IP包來(lái)到路由器后有一個(gè)很重要的任務(wù)就是查看該路由器是否知道這個(gè)IP數(shù)據(jù)包要去的目的地。路由器采用自動(dòng)學(xué)習(xí)，依靠路由協(xié)議學(xué)習(xí)或網(wǎng)絡(luò)管理員手動(dòng)配置等方式獲得IP數(shù)據(jù)包要去往的目的地信息。路由器將這些信息形成“檔案”有選擇的存放在路由表中，以便提供路由服務(wù)。路由表Packet路由器的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)可以合理、智能地選擇最佳路徑.路由器也可以作為網(wǎng)橋，以處理不可路由的協(xié)議.在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)和不同傳輸介質(zhì)之間提供網(wǎng)絡(luò)互連.使用路由器可使互連網(wǎng)絡(luò)保持自己的管理控制范圍，保證網(wǎng)絡(luò)的安全。缺點(diǎn)使用較多的時(shí)間進(jìn)行處理，致使網(wǎng)絡(luò)傳輸性能下降安裝和維護(hù)困難，價(jià)格較高路由器連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)層以上的各層采用相兼容的協(xié)議。應(yīng)用層互聯(lián)設(shè)備

–網(wǎng)關(guān)在一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)連接不同類(lèi)型而協(xié)議差別又較大的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，則要選用網(wǎng)關(guān)設(shè)備。網(wǎng)關(guān)的功能體現(xiàn)在OSI模型的最高層，它將協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)重新分組，以便在兩個(gè)不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。由于協(xié)議轉(zhuǎn)換是一件復(fù)雜的事，一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)關(guān)只進(jìn)行一對(duì)一轉(zhuǎn)換，或是少數(shù)幾種特定應(yīng)用協(xié)議的轉(zhuǎn)換，網(wǎng)關(guān)很難實(shí)現(xiàn)通用的協(xié)議轉(zhuǎn)換。用于網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用協(xié)議有電子郵件、文件傳輸和遠(yuǎn)程工作站登錄等?；ミB設(shè)備互連層次適用場(chǎng)合功能優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)中繼器物理層互連相同LAN的多個(gè)網(wǎng)段信號(hào)放大延長(zhǎng)信號(hào)傳輸距離互連簡(jiǎn)單費(fèi)用低基本無(wú)延遲互連規(guī)模