1、计算机网络基础 LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM常见网络设备常见网络设备 常见网络设备常见网络设备集线器HUB桥/交换机Bridge/Switch路由器Router防火墙FirewallLantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM常见网络设备常见网络设备 常见网络设备（续）常见网络设备（续）集线器集线器HU
2、BHUB集线器，俗称Hub，在OSI模型中属于物理层。是一种共享型共享型设备，不能识别传输数据的目标地址信息，只能以广播的形式来发送数据，导致了在繁重的网络中，效率变得十分低下优点是试用简单，价格便宜缺点功能简单，而且由于“广播”而效率低下，只能作为小型网络的互联LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM常见网络设备常见网络设备 常见网络设备（续）常见网络设备（续）交换机交换机SwitchSwitch以太网交换机，是一种端口带宽独享的设备，工作于OSI的
3、数据链路层。可以理解为传统HUB的改进型设备。它具备两项基本功能：1、端口自动学习所连设备的MAC地址；2、转发数据帧时，根据其目标MAC地址来进行寻径，即端口选择。所以说交换机。优点由于是带宽独享的设备，大大提高了数据交换效率，从而是大型网络的组建成为可能；同时交换机的功能也比较丰富LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM常见网络设备常见网络设备 常见网络设备（续）常见网络设备（续）路由器路由器RouterRouter路由，是指把三层数据包从一个地方
4、传送到另一个地方的动作；而路由器，正是执行这种动作的设备。路由器的主要功能为：网络互连网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；数据处理数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能路由器的核心功能是根据路由表进行数据转发。LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM常见网络设备常见网络设备 常见网络设备（续）常见网络设备（续）防火墙防火墙FirewallFirewall防火墙是
5、指设置在不同网络（如可信任的企业内部网和不可信的公共网）或网络安全域之间的一系列部件的组合。它可通过监测、限制、更改跨越防火墙的数据流，尽可能地对外部屏蔽网络内部的信息、结构和运行状况，以此来实现网络的安全保护。可以说HUB、SW、RT都是为了互联而产生的，也就是说要让通信的主机都能互联！而防火墙恰恰相反，它是为了“不通”，当然这是有策略的选择的。LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM网络拓扑结构网络拓扑结构 网络拓扑结构网络拓扑结构星形环形总线型组
6、合型LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM网络拓扑结构网络拓扑结构 网络拓扑结构（续）网络拓扑结构（续）星形星形以一台中心处理机（通信设备）为主而构成的网络，其它入网机器仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时或轮询的方法为入网机器服务，所有的数据必须经过中心处理机。网络结构简单，便于管理（集中式）；每台入网机均需物理线路与处理机互连，线路利用率低；处理机负载重（需处理所有的服务），任何两台入网机之间交换信息，都必须通过中心处理机；入
7、网主机故障不影响整个网络的正常工作，中心处理机的故障将导致网络的瘫痪LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM网络拓扑结构网络拓扑结构 网络拓扑结构（续）网络拓扑结构（续）环形环形入网设备通过转发器接入网络，每个转发器仅与两个相邻的转发器有直接的物理线路。环形网的数据传输具有单向性，一个转发器发出的数据只能被另一个转发器接收并转发。所有的转发器及其物理线路构成了一个环状的网络系统。每个结点只与相邻两个结点有物理链路；环路上任意两点之间存在两条通路，可以互
8、为备份，可靠 性较高，但控制较复杂 网络的建设和监控较为简单；单个环网的结点数有限，且扩容困难LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM网络拓扑结构网络拓扑结构 网络拓扑结构（续）网络拓扑结构（续）总线形总线形所有入网设备共用一条物理传输线路，所有的数据发往同一条线路，并能够由附接在线路上的所有设备感知。入网设备通过专用的分接头接入线路。总线网拓扑是局域网的一种组成形式。多台机器共用一条传输信道，信道利用率较高；但同一时刻只能有两台主机进行通信 安装方便
9、，网络建设成本较低 某个结点的故障不影响网络的工作，但总线故障会导致全网瘫痪，可靠性较低 网络管理监控不便LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM概述概述 什么是局域网和以太网什么是局域网和以太网局域网局域网，LAN（L Local A Area N Network）一组计算机或其它网络设备，在物理地址上彼此相隔不远，相互连接在一起，用以实现用户相互通信和资源共享的系统。例如办公网LAN、企业网等在技术上，LAN需要由特定类型的传输媒体（如电缆、光缆、
10、无线等媒体）和网络适配器（网卡）互连在一起，并受必要的监控LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM概述概述 什么是局域网和以太网（续）什么是局域网和以太网（续）以太网以太网是在 20 世纪 70 年代研制开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和冲突检测（CSMA/CD）机制，数据传输速率达到 10Mbps。现在的以太网更多的被用来指各种采用CSMA/CD技术的局域网以太网的基本特征是采用CSMA/CD的共享访问方案，即多个
11、工作站都连接在一条总线上，所有的工作站都不断向总线上发出监听信号，但在同一时刻只能有一个工作站在总线上进行传输，而其它工作站必须等待其传输结束后再开始自己的传输LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 CSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCarrier Sense Multiple Access/Collision Detect，载波侦听多路访问/冲突检测发送流程发送流程 Host1发送数据，先侦听媒体，看是否有
12、信号传输 媒体有信号传输，则继续侦听 媒体空闲，则发送数据，侦听继续进行 发送的数据与侦听的不一致，则说明有冲突，立即终止发送，等待一段时间之后重新发送；如果完全一致，则说明发送正常。LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 CSMA/CDCSMA/CD（续）（续）发送流程发送流程每次发生冲突时，需要等待的时间是按照“指数退避”法则来确定的，比如第一次冲突时，需要等待4秒，而第二次冲突时，则需要等待4/2=2秒，依次类推，这样可以尽
13、量减少冲突重复发生的概率LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 CSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCSMA/CDCarrier Sense Multiple Access/Collision Detect，载波侦听多路访问/冲突检测接收流程接收流程 每个结点都会监听媒体，如果有信号传输，则收集信息，得到帧；通过判断其目的MAC地址来决定是丢弃还是进行下一步处理 对于具有组地址或者广播地址的帧，则提交下一步处理Lantech
14、Pioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 以太网发展以太网发展1982年IEEE802.3标准的出现，标志着以太网技术标准的起步。802.3标准规定以太网是以10Mbps的速度运行，采用CSMA/CD)介质存取控制（简称为MAC）协议在共享介质上传输数据的技术此时，以太网的组网设备基本采用HUB集线器（10M/Half Duplex），它是一种共享式的设备所谓Half-Duplex半双工，即数据的收发使用相同的信道，收发不能同时进行，效率较低La
15、ntechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 以太网发展（续）以太网发展（续）1990年，为了提高网络带宽，一种能同时提供多条传输路径的以太网设备出现了，这就是以太网交换机，它标志着以太网从共享时代进入了交换时代。以太网交换机是一个多端口网络设备，不仅将竞争信道的端口数减少到2个，还支持在几个端口同时传输数据尽管提供了更高的带宽，并减少了竞争，但还是参照CSMA/CD为基本原理交换机通过查询MAC地址表，以带宽独享的方式进行数据转发，大大减
16、少了冲突现象的发生，提高了效率LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 以太网发展（续）以太网发展（续）1993年，全双工以太网的出现，又改变了以太网半双工的工作模式，不仅使以太网的传输速度又翻了一翻，彻底解决了多个端口的信道竞争。全双工Full-Duplex，就是通信的双方之间有两条独立的信道，用以分别进行收、发，进一步减少了冲突现象，和提高了数据的传输效率LantechPioneering Industrial and IP N
17、etworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 以太网发展（续）以太网发展（续）1995年，通过了IEEE802.3u规范，标志着以100Mbps的速度运行的快速以太网时代的来临；1998年，IEEE802.3z规范的通过，又使以太网达到了1000Mbps，即1Gbps带宽；2002年，又通过了IEEE802.3ae，标志着万兆以太网的诞生快速以太网FEFE、千兆以太网GEGE、万兆以太网TETE高速的以太网兼容较低速的网络LantechPioneering Industrial and IP Networks
18、TMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 域的概念域的概念冲突域冲突域冲突域：连接在同一导线上的所有工作站的集合，或者以太网上竞争同一带宽的节点集合。这个域代表了冲突在其中发生并传播的区域，这个区域可以被认为是共享段。在OSI模型中，冲突域是第一层的概念，连接同一冲突域的设备有Hub，Reperter或者其他进行简单复制信号的设备。LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网
19、基础以太网基础 域的概念（续）域的概念（续）广播域广播域接收同样广播消息的节点的集合。许多设备都极易产生广播，所以如果不维护，就会消耗大量的带宽，降低网络的效率。广播域被认为是OSI中的第二层概念，所以象Hub，Switch等一，二层设备连接的节点被认为都是在同一个广播域。而Router等第三层交换机则可以划分广播域，即可以连接不同的广播域 LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 介质介质/线缆线缆前面介绍了以太网基本原理、相关组
20、网设备，我们来看看相关的媒介，常见的有如下几种：同轴线同轴线双绞线双绞线光导纤维光导纤维无线无线LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 介质介质/线缆（续）线缆（续）同轴线同轴线同轴电缆分为两种：一种为50，用于数字信号的传输，即基带同轴电缆；另一种为75同轴电缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。同轴电缆以单根铜导线为内芯，外裹一层绝缘材料，外覆密集网状导体，最外面是一层保护性塑料。金属屏蔽层能将磁场反射回中心导体，同时也
21、使中心导体免受外界干扰，故同轴电缆比双绞线具有更高的带宽和更好的噪声抑制特性LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 介质介质/线缆（续）线缆（续）双绞线双绞线双绞线是现在最常见的传输介质，它由两条相互绝缘的铜线组成。两根线绞接在一起可以防止其电磁感应在邻近线对中产生干扰信号。双绞线有屏蔽（shielded）和非屏蔽（Unshielded）双绞线UTP两种，根据性能又可分为5类、6类和7类应用最普遍的是5类非屏蔽双绞线，其频率带宽为
22、100MHz，传输距离一般为100米左右LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM以太网基础以太网基础 介质介质/线缆（续）线缆（续）光导纤维光导纤维光导纤维是软而细的、利用内部全反射原理来传导光束的传输介质，有单模和多模之分（模Mode，入射角）光纤为圆柱状，由3个同心部分组成：纤芯、包层和护套，每一路光纤包括收、发两根光纤组成与同轴电缆比较，光纤可提供极宽的频带且功率损耗小、传输距离长（2公里以上，最高可达100公里以上）、传输速率高（可达数千Mbp
23、s）、抗干扰性强，是构建安全性网络的理想选择LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 什么是以太网交换机？什么是以太网交换机？交换机是一种基于MAC（网卡的硬件地址）识别，能完成封装转发数据帧功能的网络设备交换机的基本功能：MAC地址自动学习根据MAC地址表进行数据帧的转发LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP
24、 NetworksTM交换机基础交换机基础 什么是以太网交换机？（续）什么是以太网交换机？（续）MACMAC地址自动学习地址自动学习 某端口收到以太网帧时，先检查其源MAC地址，如果交换机的MAC表中没有该内容，就立即添加，主要会包括MAC地址和对应的端口编号注：暂不讨论VLAN的情况LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 什么是以太网交换机？（续）什么是以太网交换机？（续）MACMAC地址自动学习地址自动学习 由于交换机自身也有
25、一些端口，每个端口都会固化一个MAC地址，这些信息对于本交换机而言是已知的，无须学习，所以他们的类型为“静态”MAC地址表实际上还与VLAN的划分有关，详情请参阅后续VLAN基础一章LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 什么是以太网交换机？（续）什么是以太网交换机？（续）根据根据MACMAC表进行转发表进行转发交换机需要转发某以太网数据帧时，先提取其目的MAC地址并于MAC地址表进行比对：在MAC中有相应的表项，且对应的端口与接
26、收端口不同，就转发到对应的端口 在MAC中有相应的表项，但对应的端口与接收端口相同，则直接丢弃 如果目的地址是广播（全“1”），则广播到所有的其他端口（该帧的接收端口除外）如果没有匹配项，同上LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 什么是以太网交换机？（续）什么是以太网交换机？（续）根据根据MACMAC表进行转发表进行转发LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPi
27、oneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 交换机的环路问题交换机的环路问题某些情况下，可能会出现冗余环路；PC1访问PC2时，来看看会出现什么问题单播单播 开始，各个SW都没有PC2的MAC表项，所以数据包转发时，都是以“广播”进行的，这样就造成了不必要的带宽浪费 同时还会造成MAC地址学习混乱LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 交换机的环路问题（续）交换机的环路问题（续）
28、某些情况下，可能会出现冗余环路；PC1访问PC2时，来看看会出现什么问题广播广播 无论SW有没有PC2的MAC表项，广播包会在环路中无限转发，而且没有类似TTL的机制的控制，就形成了广播风暴LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 交换机的环路问题（续）交换机的环路问题（续）生成树协议生成树协议Spanning-treeSpanning-tree为了解决、避免广播风暴问题，我们引入STP协议来避免环路问题，STP可以保证交换机在逻辑
29、上以树型连接，从而避免了冗余环路常见的STP协议有SSTP、RSTP、PVST、MSTP等LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 交换机的环路问题（续）交换机的环路问题（续）STPSTP中的交换机端口状态中的交换机端口状态由于STP（SSTP）机制的引入，会导致交换机的物理端口有几种状态转换PC连接到交换机后，有时要一段时间之后才能通信LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLa
30、ntechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 交换机的流控交换机的流控当交换机某端口出现数据接收繁忙时，需要通过流控来告知对方减缓发送的速度常见的有两种方式背压式流控背压式流控 Back-PressureBack-Pressure802.x802.x标准流控标准流控LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 交换机的流控（续）交换机的流控（续）背压式流控背压式流控 Bac
31、k-PressureBack-Pressure半双工情况下，以太网络采用CSMA/CD的媒介访问控制方式，当网络发生拥塞情况的时候，交换机在发送端口上强制产生一个冲突（Collision），让对方无法发送LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 交换机的流控（续）交换机的流控（续）背压式流控背压式流控 Back-PressureBack-Pressure有载波方式和冲突方式两种：载波方式载波方式：当交换机端口的缓冲区充满，交换机内端
32、口芯片就会发送一个超大帧（jabber）来实施背压，最长可以持续上百毫秒，造成网络媒介繁忙的假象，网络中的其他节点会因为没有能侦听到网络媒介空闲而不断推迟发送；当缓冲区空闲，结束背压信号发送。冲突方式冲突方式：一个端口收到数据帧时，交换机内端口芯片就会发送一个背压信号，当链路空闲后，结束发送背压信号。在半双工方式下，载波方式为首选LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM交换机基础交换机基础 交换机的流控（续）交换机的流控（续）802.3x802.3x流
33、控流控当某缓冲区满时，交换机端口芯片会自动发送一个Pause帧，告知对方暂停一个时间段再发送；该Pause帧可以让对方正在发送的帧立即停止，也可以即可发送（暂停时间为0时）LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTMVLANVLAN概念的提出概念的提出 某单位内部网络其中有3个部门：工程部；销售部；财务部。现要实现各个部门之间不能互相访问，但部门内部又可以互相访问，而且这些电脑又要分别组成一个小局域网LantechPioneering Industrial
34、 and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM什么是什么是VLANVLAN VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地，而不是物理地划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的技术。LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTM什么是什么是VLANVLAN（续）（续）VLAN允许管理员创建基于功能或者部门的网络段，而
35、不必受到地理位置的限制。一个VLAN就是一个广播域。每个VLAN都有一个VLAN ID，在整个局域网中可以唯一的标识该VLAN。VLAN的目的是为了分隔不同类型的网络流量。VLAN间的通信需要通过三层路由引擎或路由软件模块来实现。LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTMVLANVLAN的好处的好处 共用物理的交换机设备 虚拟工作组，管理上的便利性 实现端口逻辑上的隔离，增强网络安全性 限制广播报文在整个网络中泛洪，控制广播风暴 减少网络移动和改变的代价
36、，节省成本LantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTMVLANVLAN的作用的作用 每一个逻辑上的VLAN相当于一个物理上的一个交换机或者网桥 VLAN可以跨越多个交换机 Trunk可以承载多个VLAN信息Switch AGreenVLANBlackVLAN RedVLANSwitch BGreenVLANBlackVLANRedVLAN Trunk Fast EthernetLantechPioneering Industrial and IP NetworksTMLantechPioneering Industrial and IP NetworksTMVLANVLAN间路由间路由 在二层交换机上划分VLAN之后，各个不同的VLAN之间是不能进行通信的，如果要使各个不同的VLAN之间可以互相通信，那么就要用到路由技术。例如：1.二层交换机上联路由器 2.二层交换机上联三层交换机 3.直接使用三层交换机Thank You!
