1、人民邮电出版社第4章 网络互连设备及应用技术 人民邮电出版社w 本章学习要点：w l l了解局域网互连的基本概念了解局域网互连的基本概念w l l掌握局域网常用互连设备的类型、层掌握局域网常用互连设备的类型、层次与原理次与原理w l l掌握各层设备的作用、特点与应用掌握各层设备的作用、特点与应用w l l熟练掌握集线器与交换机的区别与使熟练掌握集线器与交换机的区别与使用用w l l熟练掌握虚拟局域网的设计原则、实熟练掌握虚拟局域网的设计原则、实现条件和划分方法现条件和划分方法w l l了解了解OSI模型与局域网互连设备之间的模型与局域网互连设备之间的关系关系人民邮电出版社4.1 4.1 网络互
2、连概述网络互连概述4.2 4.2 物理层的互连设备物理层的互连设备4.3 4.3 数据链路层的互连设备数据链路层的互连设备4.4 4.4 虚拟局域网虚拟局域网4.5 4.5 网络层的互连设备网络层的互连设备4.6 4.6 高层的互连设备高层的互连设备4.7 4.7 网络互连设备的应用场网络互连设备的应用场合合人民邮电出版社4.1 网络互连概述w 网络互连（联）就是指不同网段、网络互连（联）就是指不同网段、网络或子网之间通过网络的连接或互连网络或子网之间通过网络的连接或互连设备（中继器、网桥、路由器或网关等）设备（中继器、网桥、路由器或网关等）实现各个网络段或子网间的互相连接，实现各个网络段或子
3、网间的互相连接，其目的在于实现各个网段或子网之间的其目的在于实现各个网段或子网之间的数据传输、通信、交互与资源共享。数据传输、通信、交互与资源共享。人民邮电出版社w 1.什么是网络的连接或互连？什么是网络的连接或互连？w （1）网络的延伸网络的延伸w （2）网络的分段网络的分段w 提高可靠性。提高可靠性。w 分散了负荷。分散了负荷。w 提高了安全性。提高了安全性。人民邮电出版社w 2.互连网络的类型互连网络的类型w （1）网络互连的应用类型网络互连的应用类型w 局域网之间的互连（局域网之间的互连（LAN-LAN）w 局域网与广域网的互连（局域网与广域网的互连（LAN-WAN）w 局域网通过广域
4、网与局域网通过广域网与Internet之间的互连之间的互连（LAN-WAN-Internet）w 多 个 远 程 局 域 网 之 间 互 连 为 广 域 网多 个 远 程 局 域 网 之 间 互 连 为 广 域 网（LAN-WAN-LAN）w （2）互连局域网的类型互连局域网的类型人民邮电出版社w 1）同构网（同构网（homogeneousnet）w 2）异构网（异构网（heterogeneousnet）w 所谓所谓“异构网异构网”（heterogeneousnet）是指网络具有完全不同的传输性质）是指网络具有完全不同的传输性质和通信协议。目前，不同类型的网络之和通信协议。目前，不同类型的网络
5、之间的连接大多是异构网间的连接。间的连接大多是异构网间的连接。人民邮电出版社w 1.互连网络必须要解决的问题互连网络必须要解决的问题w w 在进行网络互连时，人们必须面对如下在进行网络互连时，人们必须面对如下一些问题：一些问题：w l l如何在物理上把两种不同的网络连接如何在物理上把两种不同的网络连接起来。起来。w l l如何实现一种网络与另一种网络的互如何实现一种网络与另一种网络的互访与通信。访与通信。w l l如何解决两种不同网络之间在协议方如何解决两种不同网络之间在协议方面的差异。面的差异。w l l如何处理两种网络之间在传输速率方如何处理两种网络之间在传输速率方面的差别。面的差别。人民
6、邮电出版社4.1.14.1.1 网络互连的层次网络互连的层次w 1.网间互连中的三个重要概念网间互连中的三个重要概念w （1）网络的互连（网络的互连（Interconnection）w （2）网络的互通（网络的互通（Intercommunication）w （3）网络的互操作（网络的互操作（Interoperability）w 2.网间互连设备的层次网间互连设备的层次w （1）网间互连设备网间互连设备w （2）网间互连设备的层次网间互连设备的层次人民邮电出版社4.2 4.2 物理层的互连设备物理层的互连设备w 4.2.1中继器中继器w 中继器（中继器（Repeater）又称转发器或收发）又称转
7、发器或收发器，它工作在器，它工作在OSI模型的第一层，即物理层。模型的第一层，即物理层。w 1.中继器的功能中继器的功能w 第一，中继器具有接收、放大、整形和第一，中继器具有接收、放大、整形和转发网络信息的作用，可以起到扩充网络规转发网络信息的作用，可以起到扩充网络规模（扩充网络连接距离或工作站数目）的作模（扩充网络连接距离或工作站数目）的作用；用；w 第二，使用带有不同接口的中继器，可第二，使用带有不同接口的中继器，可以连接两个使用不同的传输介质、不同类型以连接两个使用不同的传输介质、不同类型的以太网段。的以太网段。人民邮电出版社图图4-2光纤收发器光纤收发器中继器变弱的信号再生的信号 图图
8、4-1用中继器再生信号用中继器再生信号人民邮电出版社中继器中继器中继器中继器主干网段1文件服务器工作站主干网段5工作站工作站主干网段2工作站工作站主干网段3主干网段4工作站工作站工作站工作站2.中继器使用的规则（中继规则）中继器使用的规则（中继规则）图图4-310Mb/s以太网的以太网的5-4-3规则规则人民邮电出版社w 3.中继器的应用特点中继器的应用特点w （1）中继器的主要优点中继器的主要优点w 中继器安装简单、可以轻易地扩中继器安装简单、可以轻易地扩展网络的长度、使用方便、价格相对展网络的长度、使用方便、价格相对低廉，它是最便宜的扩展低廉，它是最便宜的扩展网络距离网络距离的设备。的设备
9、。人民邮电出版社w （2）中继器的主要缺点中继器的主要缺点w 中继器用于局域网之间有条件的连接。一中继器用于局域网之间有条件的连接。一般情况下，互联网络的第般情况下，互联网络的第1层可以不同，但是层可以不同，但是第第27层应当使用相同或兼容协议。中继器可层应当使用相同或兼容协议。中继器可以连接两个使用不同传输介质和物理端口，以连接两个使用不同传输介质和物理端口，但使用相同介质访问控制方法的网络。但使用相同介质访问控制方法的网络。w 中继器不能进行通信分段，多个网段使用中继器不能进行通信分段，多个网段使用中继器互联后，将增加网络的信息量，易发中继器互联后，将增加网络的信息量，易发生阻塞。生阻塞。
10、w 中继器不能控制广播风暴。中继器不能控制广播风暴。w 使用中继器扩展网段和网络距离时，其数使用中继器扩展网段和网络距离时，其数目有所限制。目有所限制。人民邮电出版社w 4.使用和选择中继器时应注意的事项使用和选择中继器时应注意的事项w 网段的接口网段的接口w 网段扩展的极限距离网段扩展的极限距离w 使用中继器互联网络时，应注意所使用中继器互联网络时，应注意所连接的各网段的高层（连接的各网段的高层（27层）协议应层）协议应当相兼容。当相兼容。人民邮电出版社4.2.24.2.2 以太网集线器以太网集线器w 集线器（集线器（Hub）主要指共享式集线器，）主要指共享式集线器，它工作在它工作在OSI模
11、型的第一层，即物理层。它也模型的第一层，即物理层。它也被称为多端口中继器。由于集线器与中继器被称为多端口中继器。由于集线器与中继器以相同的方式进行工作，因此具有同样的基以相同的方式进行工作，因此具有同样的基本功能，遵循同样的规则。本功能，遵循同样的规则。w 1.使用集线器网络的拓扑结构使用集线器网络的拓扑结构w 2.集线器的分类集线器的分类w （1 1）独立型共享式集线器独立型共享式集线器w （2 2）堆叠式集线器堆叠式集线器w （3 3）模块化集线器模块化集线器w 人民邮电出版社图图4-5堆叠式集线器堆叠式集线器 图图4-4以太网的独立型集线器以太网的独立型集线器人民邮电出版社w 3.集线器
12、的应用特点集线器的应用特点w （1）优点优点w l l集线器可扩充网络的规模，即延伸网集线器可扩充网络的规模，即延伸网络的距离和增加网络的节点数目。络的距离和增加网络的节点数目。w l l集线器安装极为简单，几乎不需要配集线器安装极为简单，几乎不需要配置。置。w l l集线器可以连接多个物理层不同；但集线器可以连接多个物理层不同；但高层（高层（27层）协议相同或兼容的网络。层）协议相同或兼容的网络。人民邮电出版社w （2）缺点缺点w l l集线器限制了介质的极限距离，例如：集线器限制了介质的极限距离，例如：10BASET中的中的100m。w l l集线器没有数据过滤的功能，它将收集线器没有数据
13、过滤的功能，它将收到的数据发送到所有的端口，因此，使用中到的数据发送到所有的端口，因此，使用中继器连接多个网络后，会增加网络的信息量，继器连接多个网络后，会增加网络的信息量，易发生阻塞。易发生阻塞。w l l集线器使用数量的限制，低速以太网集线器使用数量的限制，低速以太网应遵循的应遵循的“5-4-3”规则。规则。w l l集线器互连网络中的多个节点共享网集线器互连网络中的多个节点共享网络集线器的带宽，因此，当节点数目过多时，络集线器的带宽，因此，当节点数目过多时，冲突增加，网络性能急剧下降。冲突增加，网络性能急剧下降。w l l集线器向所有端口转发广播信息，因集线器向所有端口转发广播信息，因此
14、它不能控制广播风暴。此它不能控制广播风暴。人民邮电出版社w 4.集线器使用时应注意的因素集线器使用时应注意的因素w 中继规则中继规则w 集线器互联网络的条件集线器互联网络的条件w 网络接口网络接口w 传输速率传输速率w 共享带宽共享带宽 人民邮电出版社4.3 数据链路层的互连设备w 网络中数据链路层的互连设备主要指，基网络中数据链路层的互连设备主要指，基于网络物理地址进行过滤和网络分段，这层于网络物理地址进行过滤和网络分段，这层的设备具有物理层和数据链路层两层的功能，的设备具有物理层和数据链路层两层的功能，它们既可以用于局域网的延伸、扩展节点；它们既可以用于局域网的延伸、扩展节点；也可以用于将
15、负荷过重的网络划分为较小的也可以用于将负荷过重的网络划分为较小的网段，以达到改善网络性能和提高网络安全网段，以达到改善网络性能和提高网络安全性的目的。性的目的。人民邮电出版社4.3.14.3.1 网桥网桥w 1.网桥的定义网桥的定义w 网桥（网桥（bridge）是指用来连接两个或多个）是指用来连接两个或多个在数据链路层以上具有相同或兼容协议的网在数据链路层以上具有相同或兼容协议的网络互连设备。网桥一般由软件和硬件组成，络互连设备。网桥一般由软件和硬件组成，它工作在它工作在OSI模型的第二层。网桥是一种基于模型的第二层。网桥是一种基于物理地址来过滤、存储和转发数据帧的互连物理地址来过滤、存储和转
16、发数据帧的互连设备，它通过对网络上的数据帧进行筛选来设备，它通过对网络上的数据帧进行筛选来实现网络分段，改善网络性能的。它可以实实现网络分段，改善网络性能的。它可以实现基于端口现基于端口MAC地址的过滤和分段。地址的过滤和分段。人民邮电出版社w 2.网桥的理论功能网桥的理论功能w （1）站表站表w 站地址站地址w 端口端口w 时间时间w （2）自学习功能与站表的管理自学习功能与站表的管理w （3）过滤和转发功能过滤和转发功能人民邮电出版社w图图4-6连接两个本地局域网的网桥连接两个本地局域网的网桥人民邮电出版社w 3.网桥的实际作用与设计要点网桥的实际作用与设计要点w （1）网络分段网络分段w
17、 （2）延伸网络的距离延伸网络的距离w （3）网桥互联网络的条件网桥互联网络的条件w （4）网桥的设计要点网桥的设计要点人民邮电出版社w 4.网桥的分类网桥的分类w （1）按网桥硬件所处的位置分类按网桥硬件所处的位置分类w （2）按网桥分布的地理范围分类按网桥分布的地理范围分类w 5.网桥的应用特点网桥的应用特点人民邮电出版社w （1）优点优点w 网桥通过对不需要传递的数据进行过滤网桥通过对不需要传递的数据进行过滤来实现基于物理地址的网络间的通信分段。来实现基于物理地址的网络间的通信分段。w 网桥既可以互联两个或多个网络。即网网桥既可以互联两个或多个网络。即网桥可以连接使用不同传输介质、不同介
18、质访桥可以连接使用不同传输介质、不同介质访问控制方式；但高层（第问控制方式；但高层（第37层）协议相同层）协议相同或相兼容的有条件同构的网络。或相兼容的有条件同构的网络。w 由于网桥的过滤性能，隔离了不需要传由于网桥的过滤性能，隔离了不需要传播和出错的信息帧。当网络出现故障时，一播和出错的信息帧。当网络出现故障时，一般只会影响故障网段。因此，使用网桥还可般只会影响故障网段。因此，使用网桥还可以提高可靠性。以提高可靠性。w （2）缺点缺点人民邮电出版社w 网桥互联的多个网络要求在网桥互联的多个网络要求在“数据链路层数据链路层”以以上的各层（第上的各层（第37层）采用相同或相兼容的协议。层）采用相
19、同或相兼容的协议。w 网桥需要处理接收到的数据信息，需要先存储，网桥需要处理接收到的数据信息，需要先存储，再查找站表，因此，会耗费时间，增加了时延及数据再查找站表，因此，会耗费时间，增加了时延及数据的传输时间，降低了网络性能。的传输时间，降低了网络性能。w 网桥不能对广播分组进行过滤，它传递所有的网桥不能对广播分组进行过滤，它传递所有的广播信息，因此对于避免广播风暴，网桥无能为力。广播信息，因此对于避免广播风暴，网桥无能为力。w 由于网桥具有比中继器更高的智能，因此，一由于网桥具有比中继器更高的智能，因此，一般来说价格比中继器贵。般来说价格比中继器贵。w 网桥在将两个或多个局域网互联成一个大的
20、网网桥在将两个或多个局域网互联成一个大的网络时，分解了网络的流量提高了整体效率。但是，网络时，分解了网络的流量提高了整体效率。但是，网桥没有路径选择的能力，网桥不能对网络进行分析，桥没有路径选择的能力，网桥不能对网络进行分析，以实现传输数据时的最佳路由。以实现传输数据时的最佳路由。人民邮电出版社4.3.24.3.2 第二层以太网交换机第二层以太网交换机w 交换机和交换式集线器均被称为交换机交换机和交换式集线器均被称为交换机（Switch）。它也是工作在）。它也是工作在OSI模型的第二层模型的第二层的设备。的设备。目前，交换机正在迅速代替共享式目前，交换机正在迅速代替共享式集线器，并成为组建和升
21、级以太局域网的首集线器，并成为组建和升级以太局域网的首选设备。选设备。w 1.以太网交换机与集线器的异同以太网交换机与集线器的异同w 以太网交换机除了包括集线器的所有特性以太网交换机除了包括集线器的所有特性外，还具有自动寻址、交换和处理等功能。外，还具有自动寻址、交换和处理等功能。人民邮电出版社w （1）不同之处不同之处w 在在OSI模型中所处的位置不同模型中所处的位置不同w 工作原理不同工作原理不同w 网络工作方式和冲突的范围不同网络工作方式和冲突的范围不同w 节点享有的带宽不同节点享有的带宽不同w 端口通信模式不同端口通信模式不同w 逻辑拓扑结构不同逻辑拓扑结构不同w 集线器组成的网络逻辑
22、拓扑为总线型；而集线器组成的网络逻辑拓扑为总线型；而交换机组成的网络逻辑拓扑为星型。交换机组成的网络逻辑拓扑为星型。w （2）相同之处相同之处人民邮电出版社w 2.广播域和冲突域的概念广播域和冲突域的概念w w 在选择网络互连设备时，广播域在选择网络互连设备时，广播域（范围）和冲突域（范围）是两个重要（范围）和冲突域（范围）是两个重要的概念。的概念。w （1 1）广播域广播域w （2 2）“冲突域冲突域”人民邮电出版社w 3.有关交换机的基本概念有关交换机的基本概念w （1）交换机端口参数和类型交换机端口参数和类型w 单单/多多MAC地址：地址：w 端口密度：端口密度：w 高速端口：高速端口：
23、w 管理端口：管理端口：w 其他连接端口：其他连接端口：w （2）背板带宽：背板带宽：w （3）MAC地址与支持地址与支持MAC地址的数量地址的数量w MAC地址的作用地址的作用w MAC地址的组成地址的组成。w MAC地址的数量地址的数量w （4）交换机的类型交换机的类型w 人民邮电出版社图图4-9堆叠式交换机堆叠式交换机 图图4-7独立交换机独立交换机图图4-8千兆以太网模块化交换机千兆以太网模块化交换机人民邮电出版社w 3.选择交换机的要点选择交换机的要点w 在选择交换机时，可以从在选择交换机时，可以从“技术的技术的角度角度”、“应应用规模用规模”和和“品牌角度品牌角度”等等3个方面进行
24、选择。个方面进行选择。w （1）按按“应用规模应用规模”选择选择w （2）从从“技术角度技术角度”进行选择进行选择w （3）支持的支持的MAC地址数量地址数量w 4.局域网交换机的主要指标局域网交换机的主要指标人民邮电出版社4.4 虚拟局域网w 4.4.1虚拟局域网概述虚拟局域网概述w 1.虚拟局域网的基本概念虚拟局域网的基本概念w （1 1）什么是虚拟局域网？什么是虚拟局域网？w （1 1）VLAN使用的技术标准使用的技术标准w 1996年年3月发布的月发布的IEEE802.1Q标准就是标准就是VLAN的标准。的标准。w （2 2）VLAN的分类与技术基础的分类与技术基础w （3 3）VLA
25、N的适用场合的适用场合w 2.建立建立VLAN时的技术条件时的技术条件w （1 1）硬件条件硬件条件w （2 2）软件条件软件条件人民邮电出版社w 3.虚拟局域网的功能特点虚拟局域网的功能特点w w VLAN的一组站点并不局限于某一个物理的一组站点并不局限于某一个物理网络或范围内，网络或范围内，VLAN的成员站点和用户可以的成员站点和用户可以位于一个城市内的不同物理区域，甚至是位位于一个城市内的不同物理区域，甚至是位于不同的国家。因此，他们之间的相互通信，于不同的国家。因此，他们之间的相互通信，完全不受物理位置的限制，就仿佛是位于同完全不受物理位置的限制，就仿佛是位于同一个局域网之中。一个局域
26、网之中。人民邮电出版社w （1 1）使用使用VLAN技术具有以下优点技术具有以下优点w 简化网络管理、保护原有投资简化网络管理、保护原有投资w 能够控制广播风暴能够控制广播风暴w 能够提高网络的整体安全性能够提高网络的整体安全性人民邮电出版社w （2 2）使用使用VLAN技术的缺点技术的缺点w 在有些在有些VLAN的技术中，初始配置过于复的技术中，初始配置过于复杂。杂。w 当使用局域网交换机的端口划分当使用局域网交换机的端口划分VLAN成成员的方法时，用户从一个交换机的端口移动员的方法时，用户从一个交换机的端口移动到另一个端口时，网络管理员必须对到另一个端口时，网络管理员必须对VLAN的的成员
27、重新配置。成员重新配置。w 需要专职的网络管理员和必要的专业技术需要专职的网络管理员和必要的专业技术支持。支持。人民邮电出版社4.4.24.4.2 虚拟局域网实现的基本原则虚拟局域网实现的基本原则w 1.兼容性兼容性w 2.尽可能的使用支持尽可能的使用支持VLAN的交换机的交换机w 3.尽可能的采用树型拓扑结构尽可能的采用树型拓扑结构w 4.按需选择按需选择VLAN技术技术人民邮电出版社4.1.34.1.3 虚拟局域网划分的基本方法虚拟局域网划分的基本方法w 1.基于交换机端口划分的基于交换机端口划分的VLANw w图图4-10按端口划分的按端口划分的VLAN示意图示意图人民邮电出版社w （1
28、）端口划分虚拟网成员的技术分类端口划分虚拟网成员的技术分类w 第一代端口第一代端口VLAN技术技术w 第二代端口第二代端口VLAN技术技术人民邮电出版社w （2）基于交换机端口划分基于交换机端口划分VLAN的技的技术特点术特点w 优点：优点：w 缺点：缺点：人民邮电出版社图4-11 按MAC地址划分的VLAN示意图 w2.基于基于MAC地址划分的地址划分的VLAN人民邮电出版社w 3.基于网络层地址划分基于网络层地址划分VLANw 4.基于网络层协议划分基于网络层协议划分VLAN人民邮电出版社4.5 网络层的互连设备w 工作在工作在OSI模型网络层的互连设备模型网络层的互连设备主要有路由器与第
29、三层交换机。主要有路由器与第三层交换机。w 4.5.1路由器路由器w 可以将路由器定义为用来连接两个可以将路由器定义为用来连接两个及以上复杂网络的、具有路由选择的，及以上复杂网络的、具有路由选择的，网络层使用可路由协议的工作在网络层使用可路由协议的工作在OSI参参考模型第三层的网络互联设备。考模型第三层的网络互联设备。人民邮电出版社w 1.路由器的基本概念路由器的基本概念w （1）路由器的基本概念路由器的基本概念w 2.路由器的工作原理和基本功能路由器的工作原理和基本功能w （1 1）路由器的工作原理路由器的工作原理w （2 2）路由器的路径选择路由器的路径选择w 3.路由器和网桥或第二层交换
30、机的区别路由器和网桥或第二层交换机的区别w 4.路由器在局域网中的典型应用路由器在局域网中的典型应用人民邮电出版社w 5.路由器的分类路由器的分类w 6.路由器的应用特点路由器的应用特点w 路由器最主要的功能是选择合适的路由，路由器最主要的功能是选择合适的路由，引导网络通信。引导网络通信。w 7.路由器在实际网络连接中的作用路由器在实际网络连接中的作用w （1）延伸距离延伸距离w （2）使用路由器将局域网连接到使用路由器将局域网连接到Internetw （3）多个局域网的远程连接多个局域网的远程连接w 8.小型企业网络使用调制解调器和路由器的小型企业网络使用调制解调器和路由器的方案方案人民邮电
31、出版社图4-14 用路由器实现远程局域网的连接或接入Internet 交换机客户计算机域控制器客户计算机RAS服务器PSTNISDNDDNPSTNISDNDDN路由器Internet路由器路由器FDDI环型网客户计算机服务器客户计算机人民邮电出版社4.5.24.5.2 第三层交换机第三层交换机w 1.第三层交换机的概念第三层交换机的概念w 第三层交换机工作在第三层交换机工作在OSI参考模型的第三参考模型的第三层，因此，它除了具有第二层的功能外，还层，因此，它除了具有第二层的功能外，还具有第三层的具有第三层的“选路选路”（路由）功能，其功（路由）功能，其功能主要是由硬件实现的。能主要是由硬件实现
32、的。w 2.第三层交换机与路由器的联系与区别第三层交换机与路由器的联系与区别w 3.第三层交换机和路由器的应用示例第三层交换机和路由器的应用示例w 路由器和第三层交换机的典型应用如图路由器和第三层交换机的典型应用如图4-15所示。在连接局域网中的各个子网时，第所示。在连接局域网中的各个子网时，第三层交换机是推荐的选择，而在通过广域网三层交换机是推荐的选择，而在通过广域网连接远程子网或者是连接远程子网或者是Internet时，路由器则是时，路由器则是最佳的选择。最佳的选择。人民邮电出版社图4-15 路由器和第三层交换机的典型应用 人民邮电出版社4.6 高层的互连设备w 1.网关的定义和基本概念网关的定义和基本概念w （1 1）网关的定义网关的定义w 网关（网关（Gateway）就是将两个或多个在高）就是将两个或多个在高层使用不同协议的网络段连接在一起的软硬层使用不同协议的网络段连接在一起的软硬件。它的主要作用是实现不同网络传输协议件。它的主要作用是实现不同网络传输协议的翻译和转换工作，因此又叫做网间协议转的翻译和转换工作，因此又叫做网间协议转换器。网关的硬件用来提供不同网络的接口，换器。网关的硬件用来提供不同网络的接口，软件则实现不同网络协议之间的转换。软件则实现不同网络协议之间的转换。
