網(wǎng)絡互聯(lián)設備和多層交換

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第8章網(wǎng)絡互聯(lián)設備和多層交換本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：主要內(nèi)容◆了解網(wǎng)絡互聯(lián)的基本概念及各層網(wǎng)絡互聯(lián)設備◆把握中繼器和集線器的性能、作用和分類◆把握網(wǎng)橋和交換機的特點、工作原理和性能參數(shù)◆把握路由器的結構、分類和工作原理◆初步了解路由選擇、路由表和等基本概念◆把握網(wǎng)關的分類和作用◆把握三層交換和多層交換的概念

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第8章網(wǎng)絡互聯(lián)設備和多層交換目8.1網(wǎng)絡互聯(lián)概述8.2物理層互聯(lián)設備-中繼器8.3數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設備-網(wǎng)橋8.4網(wǎng)絡層互聯(lián)設備-路由器8.5高層互聯(lián)設備-網(wǎng)關8.6三層交換和高層交換

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8.1網(wǎng)絡互聯(lián)概述“互連〞和“互聯(lián)〞兩個術語的區(qū)互連〞互聯(lián)〞別：互連(Internet-connection)指僅是物理上連接在一起，實現(xiàn)網(wǎng)絡距離上的延伸。例如使用中繼器連接擴大網(wǎng)絡距離(連接的是同構網(wǎng))?；ヂ?lián)(Internet-working)指不僅在物理上連接在一起，而且在邏輯上也連接在一起。包括協(xié)議組的轉換、數(shù)據(jù)包的封裝等?；ヂ?lián)的網(wǎng)絡可以是同構的，也可以是異構的。

網(wǎng)絡互聯(lián)類型(1)局域網(wǎng)之間的互聯(lián)(LAN-LAN)同構網(wǎng)的互聯(lián)異構網(wǎng)的互聯(lián)(2)局域網(wǎng)與城域網(wǎng)的互聯(lián)(LAN-MAN)(3)局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)(LAN-WAN)(4)多個遠程局域網(wǎng)利用公用網(wǎng)互聯(lián)(LAN-WAN-LAN)(5)廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)(WAN-WAN)

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8.1網(wǎng)絡互聯(lián)概述網(wǎng)絡互聯(lián)層次網(wǎng)絡互聯(lián)主要是將不同網(wǎng)段、網(wǎng)絡或子網(wǎng)之間通過網(wǎng)絡互聯(lián)設備連接起來。網(wǎng)絡之間互聯(lián)主要有中繼器和網(wǎng)橋(用于局域網(wǎng))。網(wǎng)際之間互聯(lián)主要有路由器和網(wǎng)關(用于廣域網(wǎng))。

網(wǎng)絡互聯(lián)類型OSI/RM共有7個層次，不同功能層次的網(wǎng)絡互聯(lián)時，所選擇網(wǎng)絡互聯(lián)設備也不同。它們和OSI/RM的對應關系如下圖。

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8.2物理層互聯(lián)設備-中繼器中繼器也稱轉發(fā)器或收發(fā)器，Hub也是一種中繼器。物理層互聯(lián)設備可以將傳送過來的二進制位信號進行復制、整形、再生和轉發(fā)。主要用于局域網(wǎng)傳輸距離的延伸，增加節(jié)點數(shù)，以及連接采用不同傳輸介質和接口的同構網(wǎng)(如以太網(wǎng))。

8.2.1中繼器中繼器的功能僅僅是將信號整形、再生數(shù)字信號，以維持通過局域網(wǎng)的電平，擴大局域網(wǎng)的傳輸距離。中繼器是一個再生器而不是一個放大器，一個中繼器可以連接兩個以上的網(wǎng)絡段，尋常用于局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。局域網(wǎng)對中繼器的使用有一定限制，這就是在4.2節(jié)中介紹的54-3-2-1中繼規(guī)則。利用中繼器連接的網(wǎng)絡雖然在物理上可以是兩個以上的網(wǎng)絡，但在規(guī)律上是將它們合并為一個網(wǎng)絡，屬于同一個沖突域。由于受沖突直徑的限制，構建時一定要遵守中繼規(guī)則。假使需

要連接的網(wǎng)絡希望是各自獨立，則需要選用后面介紹的互聯(lián)設備。

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8.2物理層互聯(lián)設備-中繼器8.2.1中繼器8.2.2集線器集線器(Hub)作用和中繼器類似，執(zhí)行一致的功能，遵循一致的中繼規(guī)則。Hub是一種多端口的中繼器，每個端口都具有發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的能力。當某個端口收到連接該端口上的主機發(fā)來的數(shù)據(jù)時，就轉發(fā)至其它端口。在數(shù)據(jù)轉發(fā)之前，每個端口都對它進行再生、整形，并重新定時。用Hub連接以太網(wǎng)時，雖然物理上是星型結構，但規(guī)律上仍是一個總線型結構。

1.集線器的分類獨立型集線器堆疊式集線器模塊化集線器

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8.2物理層互聯(lián)設備-中繼器2.集線器的特點l優(yōu)點：優(yōu)點：l缺點：缺點：3.廣播風暴l所謂廣播風暴是一種在網(wǎng)上廣播的消息導致大量響每個響應又導致大量響應的狀態(tài)，應、每個響應又導致大量響應的狀態(tài)，網(wǎng)絡長時間被大量的廣播數(shù)據(jù)包所占用，使正常的通信無法正常進行。的廣播數(shù)據(jù)包所占用，使正常的通信無法正常進行。

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8.3數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設備-網(wǎng)橋網(wǎng)橋作用于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，用于網(wǎng)絡中節(jié)點的物理地址過濾、網(wǎng)橋作用于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，用于網(wǎng)絡中節(jié)點的物理地址過濾、作用于物理層和數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡分段以及跨網(wǎng)段數(shù)據(jù)幀的轉發(fā)。它既可以延伸局域網(wǎng)的距離，網(wǎng)絡分段以及跨網(wǎng)段數(shù)據(jù)幀的轉發(fā)。它既可以延伸局域網(wǎng)的距離，擴展節(jié)點數(shù)，還可以將負荷過重的網(wǎng)絡劃分為較小的網(wǎng)絡，縮小沖突域。點數(shù)，還可以將負荷過重的網(wǎng)絡劃分為較小的網(wǎng)絡，縮小沖突域。

8.3.1網(wǎng)橋◆網(wǎng)橋的作用網(wǎng)橋(Bridge)可以根據(jù)物理地址對數(shù)據(jù)幀進行過濾和存儲轉發(fā)，實現(xiàn)網(wǎng)絡分段。當一個數(shù)據(jù)幀通過網(wǎng)橋時，網(wǎng)橋檢查數(shù)據(jù)幀的源和目的物理地址，假使這兩個地址屬于不同的網(wǎng)段，則網(wǎng)橋將該數(shù)據(jù)幀轉發(fā)到另一個網(wǎng)段，否則不轉發(fā)。所以，網(wǎng)橋能起到隔離網(wǎng)段的作用，網(wǎng)絡的隔離意味著縮小了沖突域，提高了網(wǎng)絡的有效帶寬。網(wǎng)橋連接如下圖。

◆網(wǎng)橋的作用有兩個方面：將一個負載過重的網(wǎng)絡分割成若干小段，每個網(wǎng)段各自享用自己獨立的帶寬，以提高網(wǎng)絡的效率，從而減少網(wǎng)絡的信息流量。延伸網(wǎng)絡的距離，由于使用中繼器受網(wǎng)絡直徑和中繼規(guī)則的限制，通過網(wǎng)橋可進一步延伸網(wǎng)絡的距離。

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8.3數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設備-網(wǎng)橋8.3.1網(wǎng)橋◆網(wǎng)橋的作用◆網(wǎng)橋的分類按網(wǎng)橋所處的位置可分為內(nèi)橋和外橋兩種。按網(wǎng)橋分布的地理范圍可分為本地網(wǎng)橋和遠程網(wǎng)橋?！艟W(wǎng)橋的學習功能網(wǎng)橋接收到一個數(shù)據(jù)幀時，它檢查數(shù)據(jù)幀的源地址(物理地址),并

將該地址與網(wǎng)橋中的路徑表中各項進行對比，假使在路徑中沒找到，則將新的源地址參與路徑表中，這就是網(wǎng)橋對網(wǎng)絡地址的學習功能?！艟W(wǎng)橋的特點延伸網(wǎng)絡的距離、隔離網(wǎng)段，但不能隔離廣播、也不能控制廣播風暴、網(wǎng)橋沒有路由功能。

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8.3數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設備-網(wǎng)橋8.3.2交換機

交換機和集線器外觀相像，它是一種低價位高性能的多端口網(wǎng)絡設備，它除了具有集線器的全部特性外，還具有自動尋址、數(shù)據(jù)交換等功能。交換技術可以工作在網(wǎng)絡層及應用層。因此有所謂的第三層、第四層及高層交換的概念。這里只探討工作在其次層的交換機(Switch)。1.交換機的工作原理

交換機也按存儲轉發(fā)的原理工作，具有數(shù)據(jù)幀的過濾和地2.交換機的帶寬址學習功能。地址學習功能是：首先檢查端口傳送來的數(shù)據(jù)幀由一個16口100Mbps交換機組成的交換式以太網(wǎng)，可以為每個端口物理地址，與交換機內(nèi)部的動態(tài)路徑表進行比較，若不在路徑都提供100Mbps的專用帶寬，則該交換機的最大數(shù)據(jù)流通量為16100表中，則參與路徑表中，若在路徑表中，則將數(shù)據(jù)幀轉發(fā)到對Mbps。應的目標端口，而且只向目標端口轉發(fā)數(shù)據(jù)幀。4.交換機的類型獨立式、模塊式和堆疊式三種

3.交換機的性能參數(shù)端口、業(yè)務接口、主板(背板)、主處理器、FLASH、MAC地址的數(shù)量。

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8.4網(wǎng)絡層互聯(lián)設備-路由器網(wǎng)橋根據(jù)其次層地址(MAC地址)轉發(fā)數(shù)據(jù)幀。而路由器轉發(fā)數(shù)據(jù)包網(wǎng)橋根據(jù)其次層地址(MAC地址)轉發(fā)數(shù)據(jù)幀。而路由器轉發(fā)數(shù)據(jù)包根據(jù)其次層地址地址數(shù)據(jù)幀通過第三層地址第三層地址(IP地址地址)時，通過第三層地址(如IP地址),以決定一個數(shù)據(jù)包如何重新包裝及送到哪里。當它接收到數(shù)據(jù)包時，負責尋址，到哪里。當它接收到數(shù)據(jù)包時，負責尋址，選擇轉發(fā)到下一個節(jié)點的最正確路徑。Internet、Intranet和Extranet中必不可少的設備之一中必不可少的設備之一。路徑。它是Internet、Intranet和Extranet中必不可少的設備之一。

8.4.1路由器的基本概念◆路由器

路由器(router)用于互聯(lián)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層一致或不同的協(xié)議、網(wǎng)絡層使用路由協(xié)議、而傳輸層以上使用的協(xié)議必需是一致或兼容的網(wǎng)絡。路由器丟棄所有的廣播幀，所以可以抑制廣播風暴。

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8.4網(wǎng)絡層互聯(lián)設備-路由器8.4.1路由器的基本概念◆路由器◆路由表靜態(tài)(static)路由表：事先設置固定不變的路徑表。動態(tài)(dynamic)路由表：根據(jù)網(wǎng)絡拓撲、負載的改變等狀況自動調整的路徑表?！糇钚≠M用路由最小費用路由是指網(wǎng)絡中一條路徑是最短的或是最經(jīng)濟的。路徑最短可以用跳

步數(shù)計數(shù)，每經(jīng)過一個路由為一跳，而不管這條路徑的實際長度為多少，都被認為是等長的。另一種方法是將一個權值賦予某條鏈路，權值也稱為鏈路的符號長度。

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8.4網(wǎng)絡層互聯(lián)設備-路由器8.4.2路由器的工作原理路由器改進了網(wǎng)橋的功能，它將數(shù)據(jù)幀“封裝〞路由器改進了網(wǎng)橋的功能，它將數(shù)據(jù)幀“封裝〞到含有路由和傳送信息的數(shù)據(jù)包中，在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送。當路由器收到一個數(shù)據(jù)包后，息的數(shù)據(jù)包中，在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送。當路由器收到一個數(shù)據(jù)包后，讀出其中的源和目標網(wǎng)絡地址，然后根據(jù)路由表中的信息，其中的源和目標網(wǎng)絡地址，然后根據(jù)路由表中的信息，利用繁雜的路由算為數(shù)據(jù)包選擇適合的路由并轉發(fā)該數(shù)據(jù)包。法，為數(shù)據(jù)包選擇適合的路由并轉發(fā)該數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包到達目標節(jié)點前的路由器后，分解為數(shù)據(jù)鏈路層所認識的數(shù)據(jù)幀，并把它傳送到目標節(jié)點。路由器后，分解為數(shù)據(jù)鏈路層所認識的數(shù)據(jù)幀，并把它傳送到目標節(jié)點。

8.4.3路由器的結構、分類和作用路由器的結構、1.路由器的結構主要有CPU、RAM、FLASH、NVRAM、ROM、接口等硬件組成。2.路由器的分類近程路由器和遠程路由器靜態(tài)路由器和動態(tài)路由器單協(xié)議路由器和多協(xié)議路由器

3.路由器的作用延伸網(wǎng)絡距離、局域網(wǎng)接入Internet、多個局域網(wǎng)之間的遠程連接。

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8.5高層互聯(lián)設備-網(wǎng)關高層互聯(lián)設備主要是網(wǎng)關(ateway)。網(wǎng)關不能完全歸為一種網(wǎng)絡硬件，高層互聯(lián)設備主要是網(wǎng)關(Gateway)。網(wǎng)關不能完全歸為一種網(wǎng)絡硬件，它)。網(wǎng)關不能完全歸為一種網(wǎng)絡硬件是能夠連接不同網(wǎng)絡的軟硬件結合的產(chǎn)品。網(wǎng)關可以工作在OSI/RM的所有七層中。OSI/RM的所有七層中是能夠連接不同網(wǎng)絡的軟硬件結合的產(chǎn)品。網(wǎng)關可以工作在OSI/RM的所有七層中。網(wǎng)關也稱為網(wǎng)間協(xié)議轉換器，具有高層協(xié)議的轉換功能。它用于兩個異構網(wǎng)網(wǎng)關也稱為網(wǎng)間協(xié)議轉換器，具有高層協(xié)議的轉換功能。絡的互聯(lián)，所聯(lián)的網(wǎng)絡可以使用不同的格式、通信協(xié)議或結構。絡的互聯(lián)，所聯(lián)的網(wǎng)絡可以使用不同的格式、通信協(xié)議或結構。網(wǎng)關尋常是安裝在路由器內(nèi)部的軟件。所以，Internet中網(wǎng)關尋常是安裝在路由器內(nèi)部的軟件。所以，在Internet中，常將路由器和網(wǎng)關兩個概念混用。安裝了防火墻軟件的計算機就是一種網(wǎng)關。網(wǎng)關兩個概念混用。安裝了防火墻軟件的計算機就是一種網(wǎng)關。

◆按可轉換的協(xié)議數(shù)分類：雙邊協(xié)議網(wǎng)關和多邊協(xié)議網(wǎng)關(綜合網(wǎng)關)按可轉換的協(xié)議數(shù)分類：雙邊協(xié)議網(wǎng)關和多邊協(xié)議網(wǎng)關(綜合網(wǎng)關)◆按網(wǎng)關的應用類型分類電子郵件網(wǎng)關局域網(wǎng)協(xié)

議轉換網(wǎng)關Internet網(wǎng)關支付網(wǎng)關IBM主機網(wǎng)關公用網(wǎng)關接口CGIVOIP(VoiceoverIP)語音網(wǎng)關安全網(wǎng)關綜合網(wǎng)關

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8.6三層交換和高層交換交換技術受電路交換的啟示，讓正在通信的雙方擁有一條不受干擾的獨立信道。交換技術有大量優(yōu)點，因此，現(xiàn)代網(wǎng)絡已將交換技術應用于第三、四等各層。

8.6.1三層交換的概念1.二層交換的優(yōu)點及三層的瓶頸問題交換機可以通過檢查幀頭的目標地址，經(jīng)過高速背板總線將數(shù)據(jù)幀只轉發(fā)到連接目標站點的端口。其次層采用了交換技術提高了吞吐率，但是在網(wǎng)絡的高層出現(xiàn)了瓶頸。大型扁平式的交換網(wǎng)絡會有廣播風暴、擴展樹環(huán)路、網(wǎng)絡間的安全以及低效率的尋址等問題，因此引入了路由器到橋接式網(wǎng)絡中。

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8.6三層交換和高層交換2.三層交換機交換機和路由器相比，轉發(fā)能力更強。交換機和路由器相比，轉發(fā)能力更強。但路由器又擁有交換機所沒有的路由功能。因此，機所沒有的路由功能。因此，各個網(wǎng)絡設備廠商推出了一個綜合路由器和交換機功能的產(chǎn)品，即三層交換機，由器和交換機功能的產(chǎn)品，即三層交換機，也稱交換路由器或路由交換機。交換機。三層交換機可以將其次層的交換(三層交換機可以將其次層的交換(高性能和強大的網(wǎng)絡流量轉發(fā)能力)和第三層的的路由功能(具有網(wǎng)絡可伸縮性)結合起來，發(fā)能力)和第三層的的路由功能(具有網(wǎng)絡可伸縮性)結合起來，再集成一些特別的服務面形成的。再集成一些特別的服務面形成的。

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