1、第二章第二章 计算机网络互联设备计算机网络互联设备思考思考v你所知道的网络互连设备有哪些？你所知道的网络互连设备有哪些？内容内容v物理层互联设备物理层互联设备v数据链路层互联设备数据链路层互联设备v网络层互联设备网络层互联设备v传输层以上互联设备传输层以上互联设备有有多种类型互连设备多种类型互连设备名称名称互连层次互连层次基本特征基本特征网关网关网络层以上网络层以上区分端口地址及应用信息区分端口地址及应用信息路由器、路由器、三层三层交换机交换机网络层网络层区分区分IP地址地址网桥、交换机网桥、交换机数据链路层数据链路层区分区分MAC地址地址集线器、中继器集线器、中继器物理层物理层比特复制比特复
2、制l在局域网中，中继器已退出历史舞台，集线器也正在局域网中，中继器已退出历史舞台，集线器也正在淡出，而取而代之的是交换机的兴起在淡出，而取而代之的是交换机的兴起物理层物理层v传输介质传输介质v物理层设备物理层设备 中继器中继器 集线器（集线器（hub）传输介质传输介质v 传输介质（传输媒体）分为两大类：传输介质（传输媒体）分为两大类： 导向传输媒体导向传输媒体 非导向传输媒体非导向传输媒体v在在导向传输媒体导向传输媒体中，电磁波被导向沿着固中，电磁波被导向沿着固体媒体（铜线或光纤）传播；体媒体（铜线或光纤）传播；v非导向传输媒体非导向传输媒体就是指自由空间，在其中就是指自由空间，在其中电磁波的
3、传输常称为无线传输。电磁波的传输常称为无线传输。一、导向传输媒体一、导向传输媒体双绞线分为：双绞线分为： 屏蔽双绞线（屏蔽双绞线（STPSTP） 无屏蔽双绞线（无屏蔽双绞线（UTPUTP）无屏蔽双绞线的应用远比屏蔽双绞线广无屏蔽双绞线的应用远比屏蔽双绞线广(1)双绞线双绞线 以铝箔、金属丝网屏以铝箔、金属丝网屏蔽以减少干扰和串音蔽以减少干扰和串音双绞线外没有任何附加双绞线外没有任何附加屏蔽屏蔽屏蔽双绞线屏蔽双绞线 (STP) 、非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)铜线铜线铜线铜线聚氯乙烯聚氯乙烯 套层套层聚氯乙烯聚氯乙烯套层套层屏蔽层屏蔽层绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 UTP
4、屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STP 在实际应用中，非屏蔽双绞在实际应用中，非屏蔽双绞(UTP)(UTP)的使用率最的使用率最高，一般来说如果没有特殊的需要，在应用中高，一般来说如果没有特殊的需要，在应用中所指的双绞线一般是指所指的双绞线一般是指UPTUPT。 根据线对之间的根据线对之间的绞合度绞合度，双绞线主要有以下几，双绞线主要有以下几种：种： 1 1、3 3类双绞线类双绞线 2 2、4 4类双绞线类双绞线 3 3、5 5类双绞线类双绞线 4 4、超超5 5类双绞线类双绞线 5 5、6 6类双绞线类双绞线 6 6、7 7类双绞线类双绞线 双绞线做法有两种国际标准，分别是双绞线做法有两种国际标准，分
5、别是EIA/TIA568AEIA/TIA568A和和EIA/TIA568BEIA/TIA568B。 双绞线的两种常用的连接方法：双绞线的两种常用的连接方法： 直通线缆直通线缆和和交叉线缆交叉线缆。交叉线交叉线注意：当网线所连接的两边端口注意：当网线所连接的两边端口的性质相同时，用交叉线的性质相同时，用交叉线直连线直连线交换机的交换机的UPLINKUPLINK口口交换机的普通口交换机的普通口？ 交换机之间连接时，网线的选择：交换机之间连接时，网线的选择：1、交换机的、交换机的UpLink口连接到交换机的口连接到交换机的普通口； 2、交换机的、交换机的UpLink口连接到交换机的口连接到交换机的U
6、pLink口；3、交换机的、交换机的普通口连接到交换机的连接到交换机的普通口； UpLink 端口端口直连线直连线交叉线交叉线交叉线交叉线普通普通 端口端口注意：当网线所连接的两边端口的性质相同时注意：当网线所连接的两边端口的性质相同时，用，用交叉线交叉线 UTP 连接头连接头-RJ45网线制作标准网线制作标准T568A的线序为：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕的线序为：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕T568B的线序为：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕的线序为：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕 （2）同轴电缆）同轴电缆 基带同轴电缆 宽带同轴电缆-通常用来传输CATV
7、有线电视模拟信号。 (3) 光缆光缆高密度多芯光缆高密度多芯光缆剖面结构剖面结构纤纤芯芯包层包层外套外套加强芯加强芯光纤光纤外护外护套套加强芯加强芯光纤束光纤束光缆光缆v 光导纤维(Optical Fiber简称光缆)是光纤通信的传输媒体。v光纤的传输原理是基于光的全反射原理，当光纤折射率大于包层折射率时，只要光线的入射角大于某临界值，就会产生光的全反射，通过光在光纤中的不断反射来传送调制的光信号，就可以把信息从光纤的一端传送到另一端，从而达到了传导光波的目的 。折射角折射角入射角 包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体） 包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体） 纤芯纤芯（高折射率的
8、媒体）（高折射率的媒体） 包层包层纤芯光缆的结构大致可分为光缆的结构大致可分为缆芯缆芯（Cable CoreCable Core）和）和保护层保护层（SheathSheath）两大部分）两大部分光纤的工作原理光纤的工作原理高折射率高折射率( (纤芯纤芯) )低折射率低折射率( (包层包层) )光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光纤传输又分成光纤传输又分成多模传输多模传输和和单模传输单模传输 只要射到光纤表面的光线的入射角大于某只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生全反射，并且可以存一临界角度，就可以产生全反射，并且可以存在许多条不同角度
9、入射的光线在一条光纤中传在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，这种光纤就称为输，这种光纤就称为多模光纤多模光纤（Multimode Multimode FiberFiber），如图），如图输入脉冲输出脉冲多模光纤单模光纤单模光纤: :光纤的直径减小到只有一个波长，光纤的直径减小到只有一个波长，光纤就象一根波导，使光线沿直线传播没有反光纤就象一根波导，使光线沿直线传播没有反射射输入脉冲输出脉冲单模光纤从传输性能上看，从传输性能上看，多模光纤传输速率低传输距传输速率低传输距离短离短(2km(2km以内以内) )，整体传输性能差，用于建筑，整体传输性能差，用于建筑物内或地理位置相邻的环境中。物
10、内或地理位置相邻的环境中。单模光纤传输频带宽、容量大、传输距离长，传输频带宽、容量大、传输距离长，但需要激光源，成本较高，通常在建筑物之间但需要激光源，成本较高，通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。或地域分散的环境中使用。光缆的连接方式光缆的连接方式双绞线的制作工具双绞线的制作工具超五类网线RJ45水晶头双绞线的制作工具双绞线的制作工具网线钳网线钳双绞线的制作工具双绞线的制作工具网网线线测测试试仪仪v微波通信微波通信 直线传播，长途通信时必须建立多个中继站直线传播，长途通信时必须建立多个中继站 微波通信主要有两种方式：地面微波通信和微波通信主要有两种方式：地面微波通信和卫星微波通信。卫星微
11、波通信。v红外线与激光通信红外线与激光通信 红外线通信和激光通信就是把要传输的信号红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号直接在自分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空间沿直线进行传播由空间沿直线进行传播二、非导向传输媒体二、非导向传输媒体 网络接口卡网络接口卡v计算机通过网卡连接到网络计算机通过网卡连接到网络 进行串行进行串行/ /并行转换。并行转换。 对数据进行缓存。对数据进行缓存。 实现以太网协议实现以太网协议. .v每块网卡都有一个每块网卡都有一个MAC地址地址 中继器中继器 数据信号在数物理层传输介质中传输会出数据信号在数物理层传输介质中传输会出现衰减
12、现象，因此想要让数据信号在介质现衰减现象，因此想要让数据信号在介质中传输得更远，需要采取以下方法：中传输得更远，需要采取以下方法：v改变信号源改变信号源v改进信号传输介质改进信号传输介质v使用中继器使用中继器中继器中继器中继器中继器ABAABB集线器集线器集线器集线器BA集线器集线器BA三个基本概念v广播广播向网络上的所有设备发送数据向网络上的所有设备发送数据v广播域广播域网络上所有能够接收到同样广播分组网络上所有能够接收到同样广播分组的设备的集合的设备的集合v冲突域冲突域网络中的一部分，以网桥、交换机或网络中的一部分，以网桥、交换机或者路由器为边界，在冲突域中任意两者路由器为边界，在冲突域中
13、任意两台主机同时发送数据都会产生冲突台主机同时发送数据都会产生冲突v一个广播域包含一个或多个冲突域一个广播域包含一个或多个冲突域 物理层设备导致的冲突物理层设备导致的冲突BACD文件服务器文件服务器v某大学有三个系，各自有一个局域网某大学有三个系，各自有一个局域网用多个集线器可连成更大的局域网用多个集线器可连成更大的局域网三个独立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用集线器组成更大的局域网用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中都在一个碰撞域中一系三系二系主干集线器一个更大的碰撞域碰撞域42v可将两个或多个地址兼容的网段连接起来可将两个或多个地址兼容的网段连接起来v其特点是：其特点是： 具有
14、过滤功能，减少网络拥塞具有过滤功能，减少网络拥塞 网桥扩展了网桥扩展了LAN的有效长度的有效长度 防止错误扩散，网桥隔断了某些潜在的防止错误扩散，网桥隔断了某些潜在的网络故障网络故障网桥网桥v 以太网交换机工作在以太网交换机工作在全双工方式全双工方式。v 每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。那样，进行无碰撞地传输数据。 v 交换机通过内部的交换矩阵把网络划分为多交换机通过内部的交换矩阵把网络划分为多个网段个网段每个端口为一个冲突域；每个端口为一个冲突域；v 使用以太网交换机的网络叫做使用以太网交换机的网络叫做交换式以太网交换式
15、以太网以太网交换机以太网交换机交换网络的带宽交换网络的带宽v10Mb/s 10Mb/s 的的8 8口口交换机交换机构成的网络，网络构成的网络，网络中每台计算机的带宽为中每台计算机的带宽为10Mb/s 10Mb/s v10Mb/s 10Mb/s 的的8 8口口集线器集线器构成的网络，网络构成的网络，网络中每台计算机的带宽为中每台计算机的带宽为1.25Mb/s 1.25Mb/s 用以太网交换机扩展局域网用以太网交换机扩展局域网 一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件 服务器以太网交换机路由器具有多种速率的接口交换机的数据传输机制交换
16、机的数据传输机制存储转发存储转发直通转发直通转发无碎片直通转发无碎片直通转发存储转发存储转发ABCD交换机线速转发交换机线速转发n无碎片直通转发无碎片直通转发(Fragment free cut-through)n接收到一帧的前接收到一帧的前64字节后，再进行转发操字节后，再进行转发操作。小于作。小于64字节的帧不转发。字节的帧不转发。帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为少为64B，64字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧）。误帧）。n优点：交换速度较快，并且降低了错误帧优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概
17、率转发的概率n缺点：长度大于缺点：长度大于64字节的错误帧仍会转发字节的错误帧仍会转发，转发延时大于直通转发。，转发延时大于直通转发。以太网以太网 MAC 帧帧物理层物理层MAC层层IP层层目的地址目的地址 源地址源地址类型类型数数 据据FCS6624字节字节46 1500IP 数据报数据报以太网的以太网的 MAC 帧格式帧格式 v 优点包括优点包括 限制广播，提高交换机性能限制广播，提高交换机性能 简化网络管理简化网络管理 简化网络结构，保护网络投资简化网络结构，保护网络投资 提高网络的数据安全性提高网络的数据安全性5253A4B1VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B
18、2v路由器在路由器在网络层网络层工作的两个过程工作的两个过程找到分组相应的出口，这可通过查找到分组相应的出口，这可通过查找选路表即可找选路表即可将分组从入口送到出口，这取决于将分组从入口送到出口，这取决于路由器的体系结构路由器的体系结构54路由器路由器5657输入端口输入端口输出端口输出端口交换结构选路处理器58XYZABC内存XYZABC存储器存储器总线总线ABCZYX互联网络互联网络v经内存交换经内存交换 若内存带宽为每秒可写进或读出若内存带宽为每秒可写进或读出B个分组，则个分组，则总的转发吞吐量必然小于总的转发吞吐量必然小于B/2v经一根总线交换经一根总线交换 总线带宽可达千兆比特总线带
19、宽可达千兆比特/秒秒，则用于接入网或企，则用于接入网或企业网的路由器来说，通过总线交换通常是足够业网的路由器来说，通过总线交换通常是足够的的v经一个互联网络交换经一个互联网络交换 使用一个更复杂的互联网络使用一个更复杂的互联网络，具有最高的吞吐具有最高的吞吐量量59网关网关v 网关网关(Gateway)又称网间连接器、又称网间连接器、协议转换器协议转换器。v 网关在网关在传输层传输层上以实现上以实现网络互连网络互连，是最复杂的网络互连设，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。v 网关既可以用于网关既可以用于广域网广域网互连，也可以用于互
20、连，也可以用于局域网局域网互连。互连。 网关是一种充当转换重任的网关是一种充当转换重任的计算机系统计算机系统或设备。在使用不或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。的两种系统之间，网关是一个翻译器。v 与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也可以提供新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。大多数网关运行在过滤和安全功能。大多数网关运行在OSI 7层协议的顶层层协议的顶层-应用层。应用层。 网关网关网关例子网关例子思考题思考题v如何给寝室设计一个小型局域网？如何给寝室设计一个小型局域网？总结总结v物理层互连设备物理层互连设备v数据链路层互连设备数据链路层互连设备v网络层互连设备网络层互连设备v传输层以上互连设备传输层以上互连设备
