《计算机网络导论》第三章.ppt

第三章第三章网络硬件网络硬件中继器中继器集线器集线器网卡网卡交换机交换机路由器路由器网关网关调制解调器调制解调器网络互连网络互连物理层的互连设备物理层的互连设备数据链路层的互连设备数据链路层的互连设备网络层的互连设备网络层的互连设备高层的互连设备高层的互连设备网络硬件网络硬件 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，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。网络设备的功能层次OSI层次层次地址类型地址类型设备设备传输层及以上传输层及以上应用程序进程地应用程序进程地址（端口）址（端口）网关网关（协议转换器）（协议转换器）网络层网络层网络地址网络地址（IP地址）地址）路由器路由器（三层交换机）（三层交换机）数据链路层数据链路层物理地址物理地址（MAC地址）地址）网桥、交换机网桥、交换机（网卡）（网卡）物理层物理层无无中继器、集线器、中继器、集线器、（网卡）（网卡）3.1网络接口卡网络接口卡(NIC)3.1.1组成和功能组成和功能1.基本组成基本组成主控芯片、数据泵、主控芯片、数据泵、LED状态指示灯、状态指示灯、BootROM芯片插槽芯片插槽2.功能功能（1）数据的封装与解封，信号的发送与接收）数据的封装与解封，信号的发送与接收（2）介质访问控制的协议的实现）介质访问控制的协议的实现（3）串）串/并行转换并行转换（4）编码）编码/译码译码3.工作原理工作原理网卡地址网卡地址：即网卡的物理地址，或称为：即网卡的物理地址，或称为MAC地址，地址，固化在网卡硬件中（有些网卡可由用户修改）固化在网卡硬件中（有些网卡可由用户修改）配置参数配置参数（跳线设置（跳线设置/软件设置软件设置/PnP）中断请求号中断请求号IRQI/O基地址基地址I/OBase存储器基地址存储器基地址MemoryBase全双工全双工/半双工半双工传输速率传输速率网卡的配置参数网卡的配置参数3.1.2类型类型1.按连接的传输介质分类按连接的传输介质分类AUI(10M)、BNC-T(10M)、RJ-45(10M,100M,10/100M)、光纤接口、无线光纤接口、无线2.按照总线类型分类按照总线类型分类ISA、PCI、PCMCIA、USB等等（1 1）ISAISA网卡（工业标准体系结构）网卡（工业标准体系结构）ISA接口的网卡有两种：8位ISA网卡和16位ISA网卡。8位ISA网卡目前已被淘汰，市场上常见的是16位ISA接口的10M网卡，它的惟一好处就是价格低廉，如比较有名的NE2000等，适合于一些如网吧等要求不高的场合使用。（2 2）PCIPCI网卡网卡 PCI网卡的理论带宽为133M。PCI网卡又可分为10M PCI网卡和10/100M PCI自适应网卡两种类型。10M PCI网卡价格较便宜，被低端用户广泛采用；而10/100MPCI自适应网卡作为当今的主流产品，可根据需要自动识别连接网络设备的工作频率，自动工作于10M或100M的网络带宽下。PCI总线网卡的另一好处是比ISA网卡的系统资源占用率要低得多。（3 3）PCMCIAPCMCIA网卡网卡 通常，台式机和服务器等用的网卡均不支持PCMCIA标准，PCMCIA是专门用在笔记本或PDA、数码相机等便携设备上的一种接口规范（总线结构）。也就是笔记本网卡通常都支持PCMCIA规范，(PCMCIAPCMCIA是英文是英文“PERSONAL COMPUTER PERSONAL COMPUTER MEMORY CARD INTERNATIONAL ASSOCIATION”MEMORY CARD INTERNATIONAL ASSOCIATION”的的缩写写)PCMCIA总线分为两类，一类为16位的PCMCIA，另一类为32位的CardBus。（4）USB网卡 USB接口网卡，主要是为了满足没有内置网卡的笔记本用户。它通过主板上的USB接口引出来的。安装与配置安装与配置1.安装安装2.驱动程序的安装驱动程序的安装驱动程序是一个能让计算机与系统中的硬件设备驱动程序是一个能让计算机与系统中的硬件设备通话的程序。通话的程序。在在【控制面板控制面板】窗口中，鼠标双击窗口中，鼠标双击【添加新硬件添加新硬件】图标，系统图标，系统会运行会运行“添加新硬件添加新硬件”的向导程序指导我们一步步地安装网卡的向导程序指导我们一步步地安装网卡驱动程序。驱动程序。如何确定网卡是否成功地安装如何确定网卡是否成功地安装:在在【控制面板控制面板】窗口中，鼠标窗口中，鼠标双击双击【系统系统】图标，进入图标，进入【系统属性系统属性】窗口窗口.3.查看网卡占用的资源查看网卡占用的资源设备管理器窗口设备管理器窗口网卡属性网卡属性3.2集线器集线器概述概述多端口的中继器，工作在物理层多端口的中继器，工作在物理层功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备特点：特点：具有与中继器同样的特点具有与中继器同样的特点可改变网络物理拓扑形式：总线连接可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接星形连接逻辑上仍是一个总线型共享介质网络逻辑上仍是一个总线型共享介质网络端口数：端口数：8，12，16，24作用：双向转发、接收信号、复制放大信号、广播信号作用：双向转发、接收信号、复制放大信号、广播信号分类分类1.按带宽分类按带宽分类10Mbps、100Mbps、10/100Mbps2.按是否可进行网络管理划分按是否可进行网络管理划分v网管型网管型允许用网管软件对其进行管理的集线器，它内部允许用网管软件对其进行管理的集线器，它内部包含有包含有CPU等智能控制部件。等智能控制部件。在需要进行网络管理的中大型网络系统中，一般在需要进行网络管理的中大型网络系统中，一般都要求使用智能集线器（后面将要介绍的网络交都要求使用智能集线器（后面将要介绍的网络交换机也需要是智能化的）。换机也需要是智能化的）。v非网管型非网管型不能用网管软件进行管理的集线器。不能用网管软件进行管理的集线器。小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。小型网络为降低成本，一般使用普通集线器。独立式（独立式（Standalone）固定端口配置，扩充时用级连的方法。固定端口配置，扩充时用级连的方法。堆叠式（堆叠式（Stackable）固固定定配配置置，用用堆堆叠叠方方法法进进行行扩扩充充堆堆叠叠连连接接在在一一起起的的HUB在在逻逻辑辑相相当当于于一一台台单单独独的的HUB，可可统一管理。统一管理。模块化（模块化（Module）又又称称机机箱箱式式，由由一一台台带带有有底底板板、电电源源的的机机箱箱和和若若干干块块多多端端口口的的接接口口卡卡（线线卡卡）组组成成。可可灵灵活活按按需需配配置置，通通过过插插入入不不同同的的插插卡卡满满足足需需求求（如如插插入入交换卡、路由卡、加密卡等）。交换卡、路由卡、加密卡等）。3.按照结构划分按照结构划分3.2.3集线器的连接集线器的连接1.与计算机的连接与计算机的连接直通双绞线（直通双绞线（=100m）连接普通端口）连接普通端口2.集线器与集线器的连接集线器与集线器的连接1）细缆连接）细缆连接2）级联）级联（双绞线连接段的距离不能超过（双绞线连接段的距离不能超过100m）使用级联端口使用级联端口（直通双绞线连级联端口和一普通端口）（直通双绞线连级联端口和一普通端口）使用普通端口（使用普通端口（交叉线连接交叉线连接）3）堆叠）堆叠专用堆叠端口连接（堆叠连线不超过专用堆叠端口连接（堆叠连线不超过1m）使用级联端口实现级联使用级联端口实现级联使用普通端口实现级联使用普通端口实现级联3.3交换机交换机3.3.1概述概述传统交换机：数据链路层传统交换机：数据链路层外观与集线器相似外观与集线器相似一个端口一个分段，一个端口一个分段，每个端口每个端口均有自己的带宽，传输速率比较均有自己的带宽，传输速率比较高高通过内部交换矩阵实现多个信通过内部交换矩阵实现多个信道同时传输信息道同时传输信息堆叠式交换机堆叠式交换机 独立交换机独立交换机千兆以太网模块化交换机千兆以太网模块化交换机交换机转发过程：交换机的一个端口收到一个数据帧时，首先检查该数据帧的目的MAC地址在MAC地址表(CAM)对应的端口，如果目的端口与源端口不为同一个端口，则把帧从目的端口转发出去，同时更新MAC地址表中源端口与源MAC的对应关系；如果目的端口与源端口相同，则丢弃该帧。交换机通过内部的交换矩阵把网络划分为多个网段每个端口为一个冲突域；交换机能够同时在多对端口间无冲突地交换帧。若交若交换机每个端口机每个端口带宽为BW，则交交换机构成的网机构成的网络 网网络总带宽 (BW*n)/2 BW*nn8，BW=10Mb/s时，网，网络总带宽最高可达最高可达80Mb/s；连接到交接到交换机端口上的每台机端口上的每台计算机的算机的带宽为10Mb/s。比比较：10Mb/s 的的8口集口集线器构成的网器构成的网络（连接了接了8台台计算机）算机）网网络总带宽仍仍为10Mb/s；网网络中每台中每台计算机的算机的带宽为1.25Mb/s。存存储转发（Storeandforward）整个整个帧完整接收后，完整接收后，对帧进行差行差错检验，然后再，然后再进行行转发操作。操作。优点：点：进行差行差错校校验，错误不会不会扩散到目的网段。散到目的网段。缺点：延缺点：延迟比比较大。大。直通直通转发（Cut-through）只要收到只要收到帧的前的前6个字个字节（目的（目的MAC地址），就开始地址），就开始进行行转发操作。操作。优点：交点：交换延延迟小。小。缺点：无法缺点：无法进行差行差错校校验，帧错误会会扩散到目的网段。散到目的网段。无碎片直通无碎片直通转发（Fragmentfreecut-through）接收到一接收到一帧的前的前64字字节后，再后，再进行行转发操作。小于操作。小于64字字节的的帧不不转发。帧出出错的主要原因是冲突，而以太网的的主要原因是冲突，而以太网的帧至少至少为64B，64字字节的的帧必然是必然是冲突造成的冲突造成的帧碎片（碎片（错误帧）。）。优点：交点：交换速度速度较快，并且降低了快，并且降低了错误帧转发的概率的概率缺点：缺点：长度大于度大于64字字节的的错误帧仍会仍会转发，转发延延时大于直通大于直通转发。分割冲突（碰撞）域分割冲突（碰撞）域减少了冲突；减少了冲突；允允许建立多个建立多个连接接提高了网提高了网络总体体带宽；减少每个网段中的站点数减少每个网段中的站点数提高了站点平均提高了站点平均拥有有带宽；允允许全双工全双工连接接提高提高带宽；能能够连接不同速度的网段。接不同速度的网段。作作为LAN核心主干核心主干连接接设备，如网，如网络中心、数据中心、数据中心等；中心等；网网络通信流量很大的通信流量很大的应用用场合，如合，如图像像处理、理、视频流等；流等；对网网络响响应速度要求比速度要求比较高的高的场合。合。3.3.2分类分类1.按速率分：按速率分：10Mb/s、10/100Mb/s、1000Mb/s、10/100/1000Mb/s2.按是否具有可管理性按是否具有可管理性非网管型交换机非网管型交换机网管型交换机网管型交换机3.按是否具有可扩展性分按是否具有可扩展性分固定端口交换机固定端口交换机模块化交换机模块化交换机3.3.3级联与堆叠级联与堆叠1.交换机的级联交换机的级联不受品牌和型号的制约不受品牌和型号的制约1）使用级联端口级联）使用级联端口级联2）使用普通口级联）使用普通口级联2.交换机的堆叠交换机的堆叠需要专用的堆叠模块和堆叠线缆需要专用的堆叠模块和堆叠线缆使用普通口级联使用普通口级联3.借助光纤端口级联或堆叠借助光纤端口级联或堆叠通过通过GBIC（吉比特接口转换器，用于以太网（吉比特接口转换器，用于以太网和光纤系统间的接口设备，发送接收设备，两个和光纤系统间的接口设备，发送接收设备，两个端口）插槽可实现与服务器或高速主干网络的连端口）插槽可实现与服务器或高速主干网络的连接，也可用于交换机间的级联和堆叠接，也可用于交换机间的级联和堆叠工作在工作在OSI第三第三层（网（网络层）。）。功能：功能：在网在网络之之间转发网网络分分组和路径和路径选择；为网网络分分组寻找最佳找最佳传输路径；路径；实现子网隔离，限制广播子网隔离，限制广播风暴。暴。(目的地址无法目的地址无法识别时，路由器将其，路由器将其丢弃，而弃，而不是广播不是广播比比较网网络交交换机机)提供提供逻辑地址，以地址，以识别互互联网上的主机；网上的主机；提供广域网服提供广域网服务。应用：把用：把LAN连入广域网或作入广域网或作为广域网的核心广域网的核心连接接设备。v路由器与交换机的主要区别：路由器与交换机的主要区别：用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立的。要想从一用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一个网络中的站点，必须指定该站点个网络访问用路由器连接起来的另一个网络中的站点，必须指定该站点的逻辑地址（的逻辑地址（IP地址），通过广播是无法与之进行通信的。地址），通过广播是无法与之进行通信的。3.4路由器路由器3.4.1概述概述功能：功能：（1）网络互联）网络互联（2）分组转发）分组转发工作原理工作原理通过计算路由表，为经过路由器的每一个数通过计算路由表，为经过路由器的每一个数据帧寻找一条最佳路径，并将该数据有效的据帧寻找一条最佳路径，并将该数据有效的传送到目的站点。传送到目的站点。路由表：静态路由表、动态路由表路由表：静态路由表、动态路由表3.4.2路由器的分类路由器的分类1、按结构分、按结构分非模块化结构路由器非模块化结构路由器提供类型和数量一定的端口，可扩展性差。提供类型和数量一定的端口，可扩展性差。模块化结构路由器模块化结构路由器可扩展性好，可支持多种端口类型。可扩展性好，可支持多种端口类型。2、按性能分、按性能分低端固定路由器：低端固定路由器：cisco800低端可变路由器低端可变路由器:cisco1600中端路由器中端路由器:cisco3600高端路由器高端路由器:cisco75003.4.3路由器的端口与连接路由器的端口与连接1、配置端口、配置端口控制台端口、控制台端口、辅助端口辅助端口2、局域网端口、局域网端口以太网端口（多个）、以太网端口（多个）、SC端口端口(光纤端口光纤端口)3、广域网接口、广域网接口异步串行口、异步串行口、同步串行口同步串行口1.第三层交换机的概念 第三层交换机工作在OSI参考模型的第三层，因此，它除了具有第二层的功能外，还具有第三层的“选路”（路由）功能，其功能主要是由硬件实现的。2.第三层交换机与路由器的联系与区别3.第三层交换机和路由器的应用示例 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，而在通过广域网连接远程子网或者是Internet时，路由器则是最佳的选择。路由器和第三层交换机的典型应用 1.网关的定义和基本概念网关的定义和基本概念（1）网关的定义网关的定义网网关关（Gateway）就就是是将将两两个个或或多多个个在在高高层层使使用用不不同同协协议议的的网网络络段段连连接接在在一一起起的的软软硬硬件件。它它的的主主要要作作用用是是实实现现不不同同网网络络传传输输协协议议的的翻翻译译和和转转换换工工作作，因因此此又又叫叫做做网网间间协协议议转转换换器器。网网关关的的硬硬件件用用来来提提供供不不同同网网络的接口，软件则实现不同网络协议之间的转换。络的接口，软件则实现不同网络协议之间的转换。2.网关的应用场合 网关能够连接多个高层协议完全不同的局域网。因此，网关是连接局域网和广域网的首选设备。3.网关的类型（1）按照网关可以转换的协议数量分类（2）按照网关的应用类型分类3.6调制解调器（调制解调器（modem）概述概述数字信号数字信号/模拟信号的相互转化模拟信号的相互转化3.6.2传统调制解调器传统调制解调器1、分类、分类外置式、内置式、卡式、机架型外置式、内置式、卡式、机架型MRMR：调调制制解解调调器器就就绪绪或或进进行行测试测试TRTR：信信 号号 接接收正常收正常SDSD：发发 送送 数数据据RDRD：接收数据接收数据OHOH：亮亮 可可以以拨拨号号 灭灭 表表示示停停止止拨号拨号CDCD：载载 波波 检检测测AAAA：自动应答自动应答HSHS：高高 速速 工工作状态作状态内置式内置式机架型机架型2、标准、标准1）数据纠错）数据纠错V.422）数据压缩）数据压缩V.42bis、V.443）数据速率）数据速率V.21、V.34、V.34annex1201H、V.90、V.923.6.3ADSL调制解调器调制解调器1、概述、概述xDSL（任意数字用户线路）（任意数字用户线路）用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造以便于承载宽带业务。用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造以便于承载宽带业务。HDSL、SDSL、ADSL、VDSLADSL（非对称数字用户线）（非对称数字用户线）在一对普通电话双绞线上提供高速数据服务。在一对普通电话双绞线上提供高速数据服务。上行速率上行速率下行速率下行速率2、标准、标准调制技术：调制技术：DMT（离散多音调制）：被（离散多音调制）：被ANSI选为选为ADSL的标准的标准G.dmt（）、（）、G.Lite（）（）ADSL2、ADSL2plus3、原理、原理电话、上行和下行三通道电话、上行和下行三通道4、接入方式、接入方式（1）ADSLPPPOE（虚拟拨号业务）（虚拟拨号业务）（2）ADSL专线业务专线业务5、分类与连接、分类与连接ADSL分类分类外置式、内置式、外置式、内置式、USB接口型接口型ADSLPPPOE3.6.4电缆调制解调器电缆调制解调器1、概述、概述基于有线电视网的宽带接入技术基于有线电视网的宽带接入技术2、标准：、标准：DOCSIS、DVB/DAVIC3、原理、原理合理分配电缆的频带达到视频与数字信号共存合理分配电缆的频带达到视频与数字信号共存4、分类、分类外置式、内置式外置式、内置式