1、第十二章 网络设备及互连 本章主要内容o网络互连的概述 o网络互连设备 o网络互连实例 1 网络互连的概述 1 互联网的概念 o计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连而成，即从功能上和逻辑上看，这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，称为互连网络互连网络（internetwork），也简称为互联网。o将网络互相连接起来要使用一些互连设备（中间设备），常用的网络互连设备有中继器、网桥、路由器、交换机和网关等。网络互连的概述2 网络互连的方式 oLAN-LAN n互连层次 LAN-LAN网络互连发生在OSI/RM的数据链路层。n互连设备 LAN-LAN网络的互连设备是网桥、中继器或路由器。
2、oLAN-WAN n互连层次 LAN-WAN的互连发生在网络层。n互连设备 LAN-WAN的互连设备是路由器。网络互连的概述oWAN-WAN n互连层次 WAN-WAN互连发生在OSI/RM的传输层及其上层。n互连设备 WAN-WAN的互连设备是网关。网络互连的层次关系见下图。2 网络互连设备 网络互连设备根据它工作的网络层次和所支持的协议可分为四种类型：o中继器/集线器o网桥/第二层交换机/网卡o路由器/第三层交换机o网关2 网络互连设备o集线器o中继器o网卡o网桥o交换机o路由器o网关中继器和集线器o中继器又称转发器，它是扩展局域网的硬件设备，属于物理层的中继系统。o中继器的功能是在物理层
3、内实现透明的二进制比特复制，补偿信号衰减。中继器和集线器o中继器的主要功能包括：n信号恢复n隔离（隔离有故障的媒体）n不同传输媒体连接n接口管理中继器和集线器o集线器是一种网内连接设备，它执行信号再生、信息包转发及其他相应功能。o集线器被连接在网络的各个节点上，当网络上的某个节点发生故障时，能马上显示出来，并采取有效措施保证网络正常工作。o集线器具有公共的机座/公共的电源特性，能够减少电缆接线，操作接口一致，便于扩展等特点。o有些集线器具有智能化，集成了网络管理功能，可进行叠堆。中继器和集线器o中继器的选择 根据不同的用户需求和用途，市场上的中继器产品有多种类型：双口中继器、多口中继器、集线器
4、（HUB）和多路复用器等。双口中继器是最常用的中继器，可用于扩展两个10 BASE-2或10 BASE-5网段的同轴电缆长度。集线器是一种多口中继器，主要用于10 BASE-T网络中双绞线的连接。多路复用器主要用来提高物理介质的利用率。q中继器的使用限制 事实上，并不能利用任意多个中继器将任意多个网段互连起来。IEEE802.3规定，最多只能用4个中继器来连接5段同轴电缆的网段，以保证信号质量和传输速率。ABCD物理层物理层 所有设备在同一冲突域所有设备在同一冲突域 所有设备在同一广播域所有设备在同一广播域 所有设备共享相同的带宽所有设备共享相同的带宽集线器运行在物理层集线器：同一个冲突域 接
5、入设备越多冲突机率越大接入设备越多冲突机率越大 用用CSMA/CD技术技术网卡的功能o数据的接受和发送及处理o系统的物理地址数据数据源地址源地址FCS长度长度目标地址目标地址可变长可变长26640000.0C xx.xxxx厂商自己分配厂商自己分配IEEE 分配分配MAC子层子层-802.3前导符前导符Ethernet II 在这在这里用里用“Type”指指明上层协议，所明上层协议，所以不用以不用 802.2.MAC 地址地址8#字节字节网卡属于数据链路层网桥o网桥也称桥接器，这是数据链路层上局域网之间的互连设备。网桥o网桥以帧为单位实现接收和转发。主要解决以下问题：n对不同格式的帧进行分组；
6、n利用缓冲区存储来处理的来自不同数据速率的帧，防止阻塞和帧丢失；n区分不同的超时控制，正确确认帧传输的有效性。网桥o网络还能进行对错误的帧进行检测和过滤。o网桥分为：内桥、外桥和远程桥等三类。内桥o由文件服务器充当网桥外桥o由工作站充当网桥远程桥o通过调制解调器及通信媒体 每段有自己的冲突域每段有自己的冲突域 所有的段都在同一广播域所有的段都在同一广播域数据链路层数据链路层或或123124交换机和桥运行在链路层交换机 每段有自己的冲突域每段有自己的冲突域 广播信息向所有段转发广播信息向所有段转发缓冲区缓冲区交换交换交换机的三大主要功能o地址学习o数据包（帧）的接收、存储和转发o环回避免路由器o
7、路由器是网络层的中继系统。具有很强的异种网互连能力。o路由器的功能包括过滤、存储转发、路径选择、流量管理、媒体转换等，即在不同的多个网络之间存储和转发分组，实现网络层上的协议转换。直接交付和间接交付 间接交付间接交付间接交付ABC直接交付直接交付典型的路由器的结构 路由选择路由选择处理机路由选择协议路由表3输入端口3交换结构输入端口输出端口分组转发转发表分组处理输出端口11133122223网络层2数据链路层1物理层“转发”和“路由选择”的区别 路由器o一个路由器要保证其连接任务就必须具有如下功能：n路由算法n连接：利用路由器连接地理范围比较大的网络n传输控制n管理：具有一定的网络管理功能。路
8、由器提供远程访问服务因特网因特网家庭办公用户家庭办公用户分部分部调制解调器调制解调器 或或 ISDN适配卡适配卡移动用户移动用户公司总部公司总部网关o网关也称信关，这是建立在高层之上的各层次的中继系统。这时用于高层协议置换的网间连接器。网关o网关可以互连不同体系结构的网络，其典型的应用包括：局域网和远程网络主机、局域网之间互连和局域网与广域网互连。网络互连设备6 网络互连设备的对比 以上各种网络互连设备的对比见下表所示。3 网络互连实例中小规模局域网组建中小规模局域网组建 知识点回顾知识点回顾：局域网的主要技术：拓朴结构、传输介质、介质访问局域网的主要技术：拓朴结构、传输介质、介质访问控制方式
9、以及相关标准和协议等。控制方式以及相关标准和协议等。深入调查，了解需求深入调查，了解需求组网的主要技术环节组网的主要技术环节：(网络互连：路由协议、网络互连：路由协议、IP地址、接入地址、接入Internet等。等。综合分析，确定性能综合分析，确定性能 网络选型，设计拓朴网络选型，设计拓朴 接入接入InternetInternet 安装、配置、调试安装、配置、调试 划分子网，分配划分子网，分配IPIP地址地址第一步：背景第一步：背景现状及未来现状及未来某单位有三栋建筑：某单位有三栋建筑：1 1号楼、号楼、2 2号楼、号楼、3 3号楼，每栋楼直线相距号楼，每栋楼直线相距5050米米。现有电脑现有
10、电脑5050台，未来台，未来3 35 5年增加到年增加到100100台左右。台左右。1 1号楼号楼:3 3层层办公楼办公楼2020台电脑台电脑2 2号楼号楼:5 5层层研发部研发部(3(3楼）、楼）、供销部等部门供销部等部门3 3号楼号楼:5 5层层生产车间生产车间1010台电脑台电脑现有现有2020台电脑未来台电脑未来3 3 5 5年增加到年增加到7070左右左右第二步：需求分析及带宽估算第二步：需求分析及带宽估算共享软、硬件资源。共享软、硬件资源。在局域网内实现实时音频、视频服务，研发部内部能够互在局域网内实现实时音频、视频服务，研发部内部能够互相传输相传输CADCAD图片。图片。每间办公
11、室、每个车间都有一个信息点。每间办公室、每个车间都有一个信息点。实现实现InternetInternet的接入和网上信息发布。的接入和网上信息发布。1.1.总体需求总体需求2.2.带宽估算带宽估算 比较精确的带宽可以采取由点带宽到分支带宽，再到主干带宽的比较精确的带宽可以采取由点带宽到分支带宽，再到主干带宽的推算方法，这里采用一个推算方法，这里采用一个简单的粗略估算方法简单的粗略估算方法：假设所有用户同：假设所有用户同时并发，每个视频流需要占用带宽时并发，每个视频流需要占用带宽200Kbps200Kbps，则主干带宽为：，则主干带宽为：当前需求当前需求：200Kbps200Kbps5010Mb
12、ps5010Mbps未来需求未来需求：200Kbps200Kbps10020Mbps10020Mbps第三步第三步 网络选型网络选型可选择的组网技术有：可选择的组网技术有：Ethernet、Token Ring、Token Bus、ATM等。等。首选方案：首选方案：以太网技术。以太网技术。Token Ring、Token Bus技术近年已经逐渐退出市场，很少采用。技术近年已经逐渐退出市场，很少采用。ATM技术以交换速度快、服务质量好而著称，但技术复杂、价格技术以交换速度快、服务质量好而著称，但技术复杂、价格昂贵，在局域网中的应用不多。昂贵，在局域网中的应用不多。Ethernet技术经过多年的发
13、展，已经在传统的技术经过多年的发展，已经在传统的10M以太网的基础上以太网的基础上开发出开发出100M、1G、10G以太网，技术较成熟，价格适中，在局域以太网，技术较成熟，价格适中，在局域网中应用广泛。网中应用广泛。网络选型的原则：技术成熟、性能满足需求并适当留有余地（通常网络选型的原则：技术成熟、性能满足需求并适当留有余地（通常冗余冗余3050%）、价格适中。）、价格适中。以太网的选型以太网的选型10BASE以太网，以太网，10Mbps，技术简单，设备便宜，基本满足当技术简单，设备便宜，基本满足当前需求。前需求。100BASE以太网，以太网，100Mbps，技术成熟，设备价格适中，能满技术成
14、熟，设备价格适中，能满足当前和未来一段时期的发展需求。足当前和未来一段时期的发展需求。1Gbps以太网，以太网，技术成熟，设备较贵，大大超出需求。技术成熟，设备较贵，大大超出需求。首选方案首选方案：100BASE 以太网以太网第四步第四步 拓朴结构和媒体选择拓朴结构和媒体选择 考虑到传输实时音频、视频的需求，若采用一级交换机的星考虑到传输实时音频、视频的需求，若采用一级交换机的星形结构，则中心节点负荷过重，拟形结构，则中心节点负荷过重，拟采用多级交换机采用多级交换机的的树形拓树形拓朴结构朴结构。根据电脑的分布情况，根据电脑的分布情况，网络中心选择放在网络中心选择放在2号楼三楼号楼三楼。不宜采用
15、不宜采用宜采用宜采用拓朴结构和媒体选择拓朴结构和媒体选择 楼与楼之间采用楼与楼之间采用100BASE-FX单模光纤单模光纤（2芯）芯）1 1号楼号楼2 2号楼号楼:网络中网络中心放在心放在3 3楼楼3 3号楼号楼网络拓朴结构下图所示。网络拓朴结构下图所示。每栋楼采用每栋楼采用100M交换机作为二级节点，交换机作为二级节点，楼内各楼层之间采用楼内各楼层之间采用100BASE-TX双绞线（双绞线（2对），楼层内采用对），楼层内采用10M/100M自适应集线自适应集线器，由集线器到各信息点之间采用器，由集线器到各信息点之间采用10BASE-T双绞线。双绞线。产品产品研发部研发部由于对带宽有特殊需要，
16、所以在本楼层采用由于对带宽有特殊需要，所以在本楼层采用10M/100M交换机。交换机。拓朴结构和媒体选择拓朴结构和媒体选择 图图6-20 6-20 网络拓朴结构图网络拓朴结构图100M中心交换机中心交换机100M交换机交换机100M交换机交换机100M交换机交换机HubHub10M/100M交换机交换机HubHubHub网管机网管机光纤光纤光纤光纤双绞线双绞线双绞线双绞线网络中心网络中心(2号楼号楼3楼楼)1 号楼号楼2 号楼号楼3 号楼号楼服务器服务器研发部研发部设计室设计室第五步：第五步：主要设备性能选择主要设备性能选择 中心交换机中心交换机：8个个100Mbps端口，支持端口，支持100
17、BASE-FX、100BASE-TX。二级交换机二级交换机：4个个100Mbps端口，支持端口，支持100BASE-FX、100BASE-TX。三级交换机三级交换机：10M/100Mbps自适应功能，至少自适应功能，至少2个个100M端口。端口。Hub：10M/100Mbps自适应功能。自适应功能。光纤光纤：100BASE-FX单模光纤。单模光纤。双绞线双绞线：100BASE-TX无屏蔽无屏蔽5类线、类线、10BASE-T无屏蔽无屏蔽3类线。类线。第六步：第六步：申请申请IPIP地址地址向向CNNIC（中国网络信息中心）（中国网络信息中心）IP地址分配联盟申地址分配联盟申请请IP地址。地址。假
18、设申请得到一个假设申请得到一个C类地址：类地址：202.112.146.0由于本设计网络较小，不必划分子网，则子网掩码由于本设计网络较小，不必划分子网，则子网掩码取默认值：取默认值：255.255.255.0第七步：第七步：接入接入InternetInternet常用的常用的接入方式有接入方式有：DDN专线、专线、B-ISDN专线、专线、xDSL、HFC、普通拨号连接、卫星线路等。、普通拨号连接、卫星线路等。综合考虑性价比，可综合考虑性价比，可选择选择DDN专线专线（还应考虑当地电信（还应考虑当地电信提供商可能提供的服务）。提供商可能提供的服务）。如下图所示。如下图所示。接入接入Interne
19、tInternet防火墙防火墙路由器路由器InternetDDN专线专线HubHubHubHubHub100M中心交换机中心交换机100M交换机交换机100M交换机交换机100M交换机交换机10M/100M交换机交换机网管机网管机光纤光纤光纤光纤双绞线双绞线双绞线双绞线网管中心网管中心(2号楼号楼3楼楼)1 号楼号楼2 号楼号楼3 号楼号楼服务器服务器研发部研发部第八步：第八步：安装、配置、调试安装、配置、调试安装：布线系统、硬件安装、软件安装。安装：布线系统、硬件安装、软件安装。配置：各种设备的参数设置、端口配置。配置：各种设备的参数设置、端口配置。调试：网络测试、试运行。调试：网络测试、试运行。
