09-網(wǎng)絡(luò)設(shè)備教學(xué)課件

時間反復(fù)無常，鼓著翅膀飛逝09網(wǎng)絡(luò)設(shè)備09網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時間反復(fù)無常，鼓著翅膀飛逝09網(wǎng)絡(luò)設(shè)備第9章網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本章重點(diǎn)●網(wǎng)絡(luò)接口卡及其使用●集線器及其使用●交換機(jī)及其使用●路由器及其使用●構(gòu)造簡單的網(wǎng)絡(luò)3/23/202129.1網(wǎng)絡(luò)接口卡NIC1.組成（p262圖）發(fā)送/接收部件——負(fù)責(zé)信號的發(fā)送、接收載波檢測——檢測介質(zhì)上有否信號發(fā)送/接收控制部件及緩沖區(qū)曼徹斯特編碼/譯碼器——對發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)編碼/譯碼，變換成適合于在LAN上傳輸?shù)男盘柧W(wǎng)絡(luò)控制部件——控制網(wǎng)卡各部件的協(xié)調(diào)運(yùn)行CPU(部分網(wǎng)卡有)——增強(qiáng)網(wǎng)卡智能化，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸對主機(jī)CPU的依賴，提高傳輸效率3/23/202134.

網(wǎng)絡(luò)接口卡的種類7/23/202369.2網(wǎng)絡(luò)集線器HUB多端口的中繼器，屬于物理層設(shè)備功能：在網(wǎng)段之間拷貝比特流，信號整形和放大可認(rèn)為它是將總線折疊到鐵盒子中的集中連接設(shè)備可改變網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)湫问剑嚎偩€連接—>星形連接端口數(shù)：常見的有8，12，16，24口7/23/20237三種結(jié)構(gòu)：獨(dú)立式（Standalone）：

固定端口配置，擴(kuò)充時用級連的方法堆疊式（Stackable）：

固定配置，用堆疊方法進(jìn)行擴(kuò)充——堆疊連接在一起的HUB在邏輯相當(dāng)于一臺單獨(dú)的HUB，可統(tǒng)一管理模塊化（Module）：

又稱機(jī)箱式，由一臺帶有底板、電源的機(jī)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）7/23/20238智能集線器和非智能（普通）集線器允許用網(wǎng)管系統(tǒng)對其進(jìn)行管理的集線器稱為智能HUB，它內(nèi)部包含有CPU等智能控制部件。不能用網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行管理的集線器稱為非智能HUB。在需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理的中大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，一般都要求使用智能集線器（后面將要介紹的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)也需要是智能化的）。

小型網(wǎng)絡(luò)為降低成本，一般使用普通集線器。7/23/20239NICHUBUTPPC機(jī)用集線器搭建簡單的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以1臺服務(wù)器，3臺PC機(jī)為例：一臺HUB4塊UTP接口的網(wǎng)卡4臺PC機(jī)8個RJ45接頭（水晶頭）若干米UTP雙絞線7/23/2023109.3網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)Switch共享信道LAN的缺點(diǎn)：

多個站點(diǎn)同時發(fā)送會造成沖突；網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)越多，沖突現(xiàn)象越嚴(yán)重；每個站點(diǎn)的平均擁有帶寬為W/n；解決的方法：網(wǎng)段分割(微網(wǎng)段化)——減少每個網(wǎng)段中站點(diǎn)的數(shù)量網(wǎng)段分割后網(wǎng)絡(luò)總體帶寬增加7/23/202311網(wǎng)絡(luò)分段HUBHUBMAC廣播域獨(dú)立的沖突域獨(dú)立的沖突域網(wǎng)橋或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)交換機(jī)只能分隔沖突域，但不能分隔廣播域7/23/202312實(shí)現(xiàn)網(wǎng)段分割的設(shè)備——網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和網(wǎng)橋?qū)偻活愒O(shè)備，工作在數(shù)據(jù)鏈路層上。但網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的端口數(shù)多，并且速度快。在這個意義上，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)又稱為多端口的高速網(wǎng)橋。工作原理（參見第4章）構(gòu)造：端口-地址表、端口緩沖器、交換矩陣

學(xué)習(xí)源地址（構(gòu)造端口-地址表）過濾本網(wǎng)段幀（隔離沖突域）轉(zhuǎn)發(fā)異網(wǎng)段幀（交換）廣播未知幀（尋找目的站點(diǎn)）7/23/202313三種轉(zhuǎn)發(fā)方式①存儲轉(zhuǎn)發(fā)（Storeandforward）整個幀完整接收并存儲到緩沖區(qū)，對整個幀進(jìn)行差錯檢驗(yàn)，然后再查表找出目的端口并轉(zhuǎn)發(fā)

?優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)行差錯校驗(yàn)，錯誤不會擴(kuò)散到目的網(wǎng)段

?缺點(diǎn)：交換延遲比較大②穿通轉(zhuǎn)發(fā)（Cut-through）因?yàn)檗D(zhuǎn)發(fā)僅依賴于目的地址DA，所以只要收到幀的前6個字節(jié)(DA字段)，就可查表找出目的端口并轉(zhuǎn)發(fā)

?優(yōu)點(diǎn)：交換延遲小

?缺點(diǎn)：無法進(jìn)行差錯校驗(yàn)，幀錯誤會擴(kuò)散到目的網(wǎng)段7/23/202314③無碎片穿通（Fragmentfreecut-through）

以上兩種方案的折衷。接收了一幀的前64字節(jié)后，再查表找出目的端口并轉(zhuǎn)發(fā)

∵幀出錯的主要原因是沖突，而以太網(wǎng)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(diǎn)：交換速度較快，并且降低了錯誤幀轉(zhuǎn)發(fā)的概率缺點(diǎn)：長度大于64字節(jié)的錯誤幀仍會轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)延時高于直通式7/23/202315使用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)帶來的好處分割沖突（碰撞）域——減少了沖突允許建立多個連接——提高了網(wǎng)絡(luò)總體帶寬減少每個網(wǎng)段中的站點(diǎn)數(shù)——提高了站點(diǎn)平均擁有帶寬允許全雙工連接——提高帶寬網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的地位作為LAN核心主干連接設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)中心、數(shù)據(jù)中心等高網(wǎng)絡(luò)通信流量的應(yīng)用場合，如圖像處理、視頻流等對網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度要求比較高的場合7/23/202316提高網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的性能的措施主干/服務(wù)器連接：增加1-2個高速端口(BigPipe)。緩解主干/服務(wù)器連接的瓶頸問題。速度自動協(xié)商：10/100Mbps自適應(yīng)交換機(jī)。根據(jù)所連接工作站網(wǎng)卡的速度自動調(diào)整端口的通信速率。虛擬網(wǎng)絡(luò)VLAN：將邏輯上的一組站點(diǎn)劃分到同一個虛擬的邏輯網(wǎng)絡(luò)中。用交換機(jī)劃分的若干個VLAN在邏輯上完全獨(dú)立，廣播幀不會越過邏輯網(wǎng)絡(luò)邊界。流量控制：緩沖區(qū)大小有限，為防止溢出（幀丟失），快滿時向信息到達(dá)端口發(fā)送擁塞信號，造成沖突的假象，使發(fā)送站點(diǎn)停止發(fā)送?！硥嚎刂疲˙ackPressure）根據(jù)錯誤幀出現(xiàn)概率自動進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)和直通轉(zhuǎn)發(fā)的切換7/23/202317千兆主干交換機(jī)服務(wù)器校園網(wǎng)10MbpsUTP100MbpsUTP（連接校園網(wǎng)）1000MbpsFiber100MbpsUTP西安交大計教中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖二級交換機(jī)HUB7/23/2023189.4路由器Router工作在第三層（網(wǎng)絡(luò)層）上。在網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)分組。能夠提供按最佳路由轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)分組。實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)隔離，限制廣播風(fēng)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(wǎng)絡(luò)交換機(jī))用路由器連接起來的若干個網(wǎng)絡(luò)，它們?nèi)允歉髯元?dú)立的。要想從一個網(wǎng)絡(luò)訪問用路由器連接起來的另一個網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)，必須指定該站點(diǎn)的邏輯地址（IP地址），通過廣播是無法與之進(jìn)行通信的。因?yàn)槁酚善鞑粫D(zhuǎn)發(fā)廣播包。

7/23/202319路由器的結(jié)構(gòu)控制部件（CPU、RAM、OS）路由表協(xié)議軟件網(wǎng)絡(luò)接口（LAN、WAN、Console）7/23/202320用路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)HUBHUB路由器沖突域2沖突域1路由器可以分隔沖突域和廣播域7/23/202321工作原理采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方法：接收并緩存IP數(shù)據(jù)分組，提取分組中的目的IP地址，然后查路由表決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑。如果未查到，則丟棄該分組。交換機(jī)也用查表的方法決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑，但交換機(jī)的表是“端口-MAC地址”表，存放的是端口與目的MAC地址之間的關(guān)系，要用幀中的MAC地址查表；而路由器中的路由表是“端口-網(wǎng)絡(luò)地址”表，存放的是端口與目的網(wǎng)絡(luò)地址之間的關(guān)系，故要從分組中提取IP地址，并解析出其中的網(wǎng)絡(luò)地址部分來查表。路由表——用于存放到達(dá)其他網(wǎng)絡(luò)的路由信息。7/23/202322基于路由表（RoutingTable）的路由選擇?網(wǎng)絡(luò)號（網(wǎng)絡(luò)地址）

?路徑。用下一路由器對應(yīng)端口的IP地址來表示。

例如，p287圖中的路由器R4：

路徑1：30.0.0.1(R1)

路徑2：20.0.0.1(R2)

路徑3：30.0.0.3(R3)

路徑4：40.0.0.3(R5)?路徑成本/開銷。

P287頁例子中路徑成本用步跳數(shù)來表示，指出到達(dá)某一網(wǎng)絡(luò)所跨越的路由器的個數(shù)。

7/23/202323路由表的基本內(nèi)容目的網(wǎng)絡(luò)路由(下一站點(diǎn))距離172.16.0.0202.168.0.010.0.0.0202.168.0.2202.168.0.0直接172.16.0.010.0.0.0AB路由器A的路由表直接.1.1.2.10017/23/202324注意：路由器是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)號來轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包的，所以路由表中存放的是目的網(wǎng)絡(luò)號，而不是目的主機(jī)號。類比：郵政局在城市間轉(zhuǎn)發(fā)信件依據(jù)的是城市名。這樣做的優(yōu)點(diǎn)：路由表小，所以節(jié)省路由器的存儲空間，路由表的路由更新速度快。

路由表的維護(hù)有兩種基本方式：

靜態(tài)路由——由人工預(yù)先設(shè)置好，只適用于小型網(wǎng)絡(luò)

動態(tài)路由——路由器運(yùn)行過程中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自動地動態(tài)維護(hù)7/23/202325動態(tài)路由兩類路由協(xié)議：

內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）自治系統(tǒng)（AS）內(nèi)部的路由協(xié)議，如RIP、OSPF。邊界（外部）網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）處理AS之間的路由傳遞，如BGP、EGP。*自治系統(tǒng)（AS）又稱為路由域、自治域，它是由若干個可以交換內(nèi)部路由信息的路由器的集合。多個自治系統(tǒng)可以通過邊界路由器互聯(lián)起來。7/23/202326動態(tài)路由路由算法：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆嬎懵酚傻姆椒??；蚵酚杀淼纳煞椒?。兩種路由算法：

矢量-距離（V-D）算法如RIP（路由信息）、GGP（網(wǎng)關(guān)-網(wǎng)關(guān)）鏈路狀態(tài)（L-S）算法如OSPF（開放最短路徑優(yōu)先）7/23/202327矢量-距離（V-D）算法路由表中列出所有已知的路由啟動時路由器對每個與自己直連的網(wǎng)絡(luò)生成一個表項(xiàng)每個路由器周期地向直接相連的其他路由器發(fā)送自己的路由表每個路由器根據(jù)其他路由器發(fā)來的路由更新消息，相應(yīng)修改自己的路由表周期性傳送的信息包括：

（目的網(wǎng)絡(luò)地址(矢量)V，到達(dá)該網(wǎng)絡(luò)的距離D）

這就是矢量-距離算法名稱的來源7/23/202328鏈路狀態(tài)（L-S）算法不需要傳送路由信息，只需：1）檢測所有相鄰路由器的狀態(tài)(相鄰：通過同一網(wǎng)絡(luò)連接的兩個路由器)--周期地向相鄰路由器發(fā)送“Hello”報文，詢問其工作狀態(tài)

2）周期地向其他路由器通告自己了解到的鏈接狀態(tài)信息--鏈路類型、鏈路標(biāo)識、通告該鏈路的路由器地址每個路由器根據(jù)其他路由器發(fā)來的鏈路狀態(tài)報文，相應(yīng)地更新自己的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫——最終每個路由器都具有同樣的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（即共享一個公共的連接狀態(tài)數(shù)據(jù)庫），稱為收斂路由器使用Dijkstra最短路徑算法對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D求最短路徑——計算到達(dá)其他網(wǎng)絡(luò)的最短路徑最后用計算出來的最短路徑更新自己的路由表7/23/202329動態(tài)路由舉例——路由信息協(xié)議RIP路由表維護(hù)：更新定時器——30秒(每30秒發(fā)送一次路由更新報文)超時定時器——180秒(超時后路徑置為不可達(dá)，并啟動刷新定時器)刷新定時器——90秒(超時后，刪除此路徑)報文由序偶（IP網(wǎng)絡(luò)地址，到達(dá)該網(wǎng)絡(luò)的距離）組成用步跳數(shù)表示到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的距離；0-16，0表示直連，16表示不可達(dá)（即只要步跳數(shù)大于16就認(rèn)為路徑為無窮遠(yuǎn)）路由器收到路由更新報文后應(yīng)更新自己的路由表

例如，R2從R1收到的路由更新報文為(net1,0)、(net2,2)、(net3,1)，則R2的路由表更新為(net1,R1,1)、(net2,R1,3)、(net3,R1,2)7/23/202330RIP的缺點(diǎn)算法不能明確的檢測出循環(huán)路由，會產(chǎn)生慢收斂和無限計數(shù)問題步跳數(shù)不能反映鏈路的真實(shí)開銷，例如步跳數(shù)為4的LAN路徑不一定比步跳數(shù)為1的64KDDN鏈路差。網(wǎng)絡(luò)1R1R2R31.R1與網(wǎng)絡(luò)1直接相連。2.通過周期性路由廣播，R1、R2、R3都建立了到網(wǎng)絡(luò)1的路由(a)3.某時刻，R1到網(wǎng)絡(luò)1的路由消失(b)4.但是R2對R1的路由通告引起了選路的循環(huán):更新報文會在R1，R2來回傳輸直到距離值到達(dá)RIP規(guī)定的上限。網(wǎng)絡(luò)1R1R2R3(a)(b)7/23/202331解決RIP存在的問題的幾種方法視野分離（水平分割）

Split-Horizon

從一個接口收到的路由信息不會再通過該接口送回去毒性逆轉(zhuǎn)PoisonReverse

從一個接口收到的路由信息可以