网络设备2-网络设备.ppt

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1、网络设备网络设备本章介绍组建计算机网络需要用到的网络设备，简要介绍它们的作用、分类、结构、基本原理和选型。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考目录目录一.传输介质二.局域网设备三.其他设备黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考一一.传输介质传输介质传输介质是网卡与网络设备、网络设备与网络设备之间的物理连线。传输介质的2端通过连接器连接到网络设备和网卡的通信端口，从而实现主机与设备、设备与设备的互联。在计算机网络中，传输介质分为有线介质和无线介质2大类。常用的有线介质包括双绞线、同轴电缆和光缆等3种。下面我们简要介绍有线传输介质的性能、品种和安装过程中的注意事项。黄院信息提要目录第1节

2、第2节第3节小结思考有线传输介质有线传输介质1.双绞线2.同轴电缆3.光缆黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考1.双绞线双绞线 双绞线双绞线(twisted pair)是网络布线系统中最常是网络布线系统中最常用的一种传输介质。双绞线一般由两根用的一种传输介质。双绞线一般由两根2226号绝缘铜导线相互缠绕而成，双绞线的两号绝缘铜导线相互缠绕而成，双绞线的两根绝缘导线按一定密度互相绞在一起，可降低根绝缘导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。电波会被另一根线上发出的电波抵消。黄院信息提

3、要目录第1节第2节第3节小结思考双绞线双绞线 双绞线包括无屏蔽双绞线双绞线包括无屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair，UTP。也称为非屏蔽。也称为非屏蔽双绞线双绞线)和屏蔽双绞线和屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair，STP)2类。类。STP包括包括3类和类和5类类2种，种，UTP包括包括3类、类、4类、类、5类类/超超5类和类和6类等。类等。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考屏蔽双绞线屏蔽双绞线影响屏蔽作用的因素影响屏蔽作用的因素环境噪声的级别和类型屏蔽层的厚度和所使用的材料接地方法屏蔽的对称性和一致性黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考

4、非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线“X Base T”“X”代表最大数据传输速度为代表最大数据传输速度为X Mbps，“Base”代表采用基带传输方法传输代表采用基带传输方法传输信号，信号，“T”代表代表UTP。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考非屏蔽双绞线电缆优点非屏蔽双绞线电缆优点无屏蔽外套、直径小、节省空间；无屏蔽外套、直径小、节省空间；重量轻、易弯曲、易安装、具有阻燃重量轻、易弯曲、易安装、具有阻燃性；性；将串扰减至最小甚至消除；将串扰减至最小甚至消除；具有独立性和灵活性，适用于结构化具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。综合布线。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考常见双绞线

5、产品的外观常见双绞线产品的外观 黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考常见双绞线的型号常见双绞线的型号 黄院信息最高传输频率最高传输速率主要应用最大网段长度连接器采用形式3类双绞线16MHZ10Mbps 语音和10Mbps的以太网100米RJ4类双绞线20MHZ16Mbps 语音传输100Mbps的以太网100米RJ5类双绞线100MHZ 100Mbps语音100 BASE-T以太网100米RJ超5类双绞线200MHZ 1000Mbps100米RJ6类双绞线250MHz100米RJ7类双绞线600MHZ100米RJ提要目录第1节第2节第3节小结思考RJ-45连接器结构及电线色谱排列 黄院信

6、息提要目录第1节第2节第3节小结思考双绞线中电线的功能分配双绞线中电线的功能分配 黄院信息编号编号功能功能颜色颜色1 1发送发送+橙色橙色/白色白色2 2发送发送-橙色橙色 3 3接收接收+绿色绿色/白色白色4 4保留保留蓝色蓝色5 5保留保留蓝色蓝色/白色白色6 6接收接收-绿色绿色7 7保留保留棕色棕色8 8保留保留棕色棕色/白色白色 提要目录第1节第2节第3节小结思考双绞线的制作双绞线的制作关于关于RJ45头的边接标准有两个：头的边接标准有两个：T568A和和T568B。二者只是颜色上的。二者只是颜色上的区别，本质的问题是要保证区别，本质的问题是要保证1-2线对是线对是一个绕对、一个绕对

7、、3-6线对是一个绕对、线对是一个绕对、4-5线对是一个绕对、线对是一个绕对、7-8线对是一个绕对。线对是一个绕对。我们常用的接线法是我们常用的接线法是T568B。T568A的排线顺序为：绿白、绿、橙的排线顺序为：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕。白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕。T568B的排线顺序为：橙白、橙、绿的排线顺序为：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考双绞线的制作双绞线的制作黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考双绞线的制作双绞线的制作黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考交叉线交叉线交叉线用于两台

8、电脑间不用集线器交叉线用于两台电脑间不用集线器HUB而直接连接，以便使两台电脑之而直接连接，以便使两台电脑之间共享间共享左起：白橙橙白绿蓝白蓝左起：白橙橙白绿蓝白蓝/绿绿/白棕白棕/棕；棕；左起：白绿左起：白绿/绿绿/白橙白橙/蓝蓝/白蓝白蓝/橙橙/白白棕棕/棕棕黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考双绞线的用途双绞线的用途 双绞线主要用于星型局域网布线。双绞双绞线主要用于星型局域网布线。双绞线的局域网标准包括线的局域网标准包括10BASE-T、100BASE-T和和1000BASE-T，其中参，其中参数含义如表所示。数含义如表所示。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考双绞线参数含义

9、 黄院信息BASEBASE10(10010(100、1000)1000)T T5 52 2基基 带带信信 号号方式方式数数 据据 率率 为为10Mbit/s10Mbit/s(100Mbit/s(100Mbit/s、1000Mbit/1000Mbit/s)s)双绞线双绞线(最最大大长长度度100m)100m)粗粗 同同轴轴 电电缆缆最最 大大长长 度度500m500m细细 同同轴轴 电电缆缆最最 大大长长 度度185m185m提要目录第1节第2节第3节小结思考 屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的比较屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的比较 黄院信息吞吐量成本 连接器抗噪性尺寸和可扩展性STP10Mbps昂贵类似于

10、电话连接器和插孔更好最大网段长度是100米每个逻辑段最多仅能容纳1024个节点UTP10Mbps便宜过滤和平衡技术抵消噪声100Mbps（CAT5）非常昂贵（CAT5、6）提要目录第1节第2节第3节小结思考2.同轴电缆同轴电缆同轴电缆(coaxialcable)是由一根空心的外圆柱体及其所包围的单根导线组成，柱体和导线之间用绝缘材料填充。同轴电缆的频率特性比双绞线好，能进行较高速率的传输。又由于它的屏蔽性能好，抗干扰能力强，因此通常用于基带传输。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考常见同轴电缆常见同轴电缆黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考常见同轴电缆常见同轴电缆黄院信息提要目录第

11、1节第2节第3节小结思考同轴电缆分类同轴电缆分类按照带宽的不同，可以把同轴电缆可为2种基本类型:基带同轴电缆宽带同轴电缆目前常用的是基带电缆，其屏蔽线是用铜做成的网状套，特征阻抗为50欧姆(如RG-8型和RG-58型)。宽带同轴电缆常用的电缆的屏蔽层通常是用铝冲压成的，特征阻抗为75欧姆(如RG-59型)。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考同轴电缆分类同轴电缆分类按照电缆直径的大小，基带同轴电缆可以分成粗同轴电缆和细同轴电缆2种。粗同轴电缆的直径是10mm，特性阻抗是50。粗同轴电缆的其局域网标准是10BASE5。细同轴电缆的直径是5mm，特性阻抗也是50。细同轴电缆的局域网标准是10

12、BASE2。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考细同轴电缆细同轴电缆细同轴电缆：中心有一个铜的或敷铜箔膜的铝导线，中轴上包围着一层绝缘泡沫材料。10Base2：“10”代表了它的数据传输速度为10Mbps，“Base”代表了它使用基带传输，“2”代表了最大段长度为185（或粗略为200）米。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考细同轴电缆细同轴电缆电缆系统:细缆(RG-58A/U)（5毫米，50欧姆）BNC连接器插头（安装在两端）BNC桶型连接器（连接两段细缆）BNC终端匹配器（50欧姆）中继器（最多四个）黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考细同轴电缆细同轴电缆黄院信息提要目录

13、第1节第2节第3节小结思考细同轴电缆细同轴电缆电缆系统:细缆(RG-58A/U)（5毫米，50欧姆）BNC连接器插头（安装在两端）BNC桶型连接器（连接两段细缆）BNC终端匹配器（50欧姆）中继器（最多四个）黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考细同轴电缆细同轴电缆技术参数：（1）最大的干线段长度:185米；（2）最大网络干线电缆长度:925米；（3）每条干线段支持的最大结点数:30；（4）BNC-T型连接器之间的最小距离:0.5米。特点：（1）容易安装；（2）造价较低；（3）抗干扰能力强；（4）维护和扩展困难；（5）断点多，可靠性差。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考粗同轴电缆粗

14、同轴电缆同轴粗缆：中心为铜导体或敷铜箔膜的铝导体。10Base5：“10”代表10Mbps的吞吐量，“Base”代表是基带传输，“5”代表了粗缆网的电缆最大网段长度为500米。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考粗同轴电缆粗同轴电缆电缆系统：粗缆(RG-11A/U)：（10毫米，50欧姆）N-系列连接器插头：（安装在两端）N-系列桶型连接器：（连接两段）N-系列终端匹配器：（50欧姆）中继器：（干线段的长度不超过500米，最多四个）黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考粗同轴电缆粗同轴电缆黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考粗同轴电缆主要技术参数粗同轴电缆主要技术参数（1）最大

15、干线段长度：500米。（2）最大网络干线电缆长度：2500米。（3）每条干线段支持的最大结点数：100。（4）收发器之间最小距离：米。（5）收发器电缆的最大长度：50米。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考粗同轴电缆主要主要特点粗同轴电缆主要主要特点（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）地理覆盖范围大，最长距离可达2500米；（3）安装、维护和扩展困难；（4）造价高。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考同轴电缆用途同轴电缆用途(比较比较)粗同轴电缆适用于比较大型的局域网，它的距离长、可靠性高。由于安装时不需要切断，因此，可以根据需要灵活高速地调整计算机的入网位置。但粗缆网络必须安装收

16、发器和收发器跳线，安装难度大，所以总体造价高。细同轴电缆的安装相对简单，造价低。但是，由于安装过程中要切断电缆，然后，再把电缆接在T型连接器两端，所以，当接头多时容易产生接触不良的隐患(这是目前细缆以太网的最常见故障之一)。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考3.光缆光缆光缆是光导纤维电缆的简称。光导纤维是一种传输光束的纤细而柔韧的介质。光缆由一束纤维组成。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质，它有以下几个优点：(1)频带较宽。(2)电磁绝缘性能好。(3)衰减较小。(4)成本低。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考光缆结构光缆结构黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考光缆结构光

17、缆结构黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考常见光缆外观常见光缆外观黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考光导纤维光导纤维光纤：即光导纤维，是一种传输光束的细而柔韧的媒质。主要性能指标：衰减、许可角、数值孔径、色散。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考衰减衰减1.衰减：作为数据载体的信号（这里是光信号）在功率上的损失或减弱。它的单位是分贝。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考许可角许可角2.许可角：许可角是指特定的光纤能接受光信号作为其入射角信号的角度。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考数值孔径数值孔径3.数值孔径NA：表示一根特定的光纤网线容纳光信号能力。黄院信息

18、提要目录第1节第2节第3节小结思考色散色散4.色散：是指不同波长的光穿过光纤时的散射开的现象。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考光纤通信光纤通信光纤通信系统的组成：光源、光纤、光发送机和光接收机。光源光源是光波产生的根源；光纤光纤是传输光波的导体；光发送机光发送机负责产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤；光接收机光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再作相应处理黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考光纤通信光纤通信黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考光纤通信特点光纤通信特点优点：（1)传输频带宽、通信容量大，；（2)线路损耗低、传

19、输距离远；（3)抗干扰能力强，应用范围广；（4)线径细、质量小；（5)抗化学腐蚀能力强；（6)光纤制造资源丰富。缺点：质地较脆、机械强度低黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考光纤分类光纤分类1按照模数分：单模、多模；2按照折射率分布分：跳变式光纤、渐变式光纤3其它分类方法黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考单模单模/多模多模黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考折射率分布折射率分布黄院信息纤芯纤芯和保护层的交界面保护层跳变式光纤常数阶梯型变化常数渐变式光纤随着半径的增加而按一定规律减小，呈近似抛物线型变化保护层的折射率提要目录第1节第2节第3节小结思考其它分类方法其它分类方法常

20、见的网络类型与光纤的型号对照表黄院信息网络类型单模光纤波长-尺寸多模光纤波长-尺寸以太网1300nm-8/125微米850nm-62.5/125微米高速以太网1300nm-8/125微米1300nm-62.5/125微米令牌环网专利-8/125微米专利-62.5/125微米ATM网1300nm-8/125微米1300nm-62.5/125微米高速光纤环网1300nm-8/125微米1300nm-62.5/125微米提要目录第1节第2节第3节小结思考光缆的标号光缆的标号黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考光纤用途光纤用途在普通计算机网络中安装光缆是从用户设备开始的。因为光缆只能单向传输。为

21、了实现双向通信，光缆就必需成对使用，一路用于接收，另一路用于发送。光缆两端通过SC或ST光学连接器与设备相连。在光缆布线时需要格外谨慎。连接每条光缆时都要磨光端头，通过电烧烤或化学环氯工艺与光学连接器连在一起，确保光通道不被阻塞。光纤不能拉得太紧，要留有一定长度的跳线。光纤走向不能成直角。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考传输介质综合应用传输介质综合应用光缆主要用于网络设备的互联，同轴电缆和双绞线主要用于网络设备到桌面主机的连接。同轴电缆用于总线型局域网布线，双绞线用于星型局域网布线，其典型的布线方式如图所示。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考传输介质综合应用传输介质综合应用黄

22、院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考选择介质考虑的因素选择介质考虑的因素（1）数据传输速度。（2）在某网络拓扑结构中的使用。（3）距离要求。（4）电缆和电缆组件的成本。（5）要求的其他网络设备。（6）安装的灵活性和方便性。（7）可防止外界干扰。（8）升级选择。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考二二.局域网设备局域网设备局域网设备主要包括中继器、集线器、网桥、LAN交换机和路由器。无线局域网设备在后边章节介绍。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考1.中继器中继器目前，从计算机网络文献来看，中继器具有2个含义其狭义含义特指一种设备，该设备称为repeater其广义含义泛指一类设备

23、，这些设备具有中继功能。中继器是物理层设备黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考中继器中继器通常说到中继器是特指repeater这种设备。本章所讲的中继器也是狭义的中继器。有些设备不仅仅具有中继功能，它们还具有其他更重要的功能，有时，中继功能仅是其中较小的一个。从这个角度来看，局域网中的集线器、LAN交换机和路由器都首先是中继器。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考中继器典型用途中继器典型用途由于局域网传输介质的长度都有一定限制，例如，以太网中粗同轴电缆的最大长度是500m，细同轴电缆的最大长度是185m，双绞线的最大长度是100m。因此，当主机之间的距离大于一定数值时，就需要中继器

24、延长传输介质的距离。当然，中继器的数量也是有一定限制的，不可能无限制地延长下去。例如，以太网中中继器的个数不能超过4个。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考中继器使中继器使2个远程主机互联个远程主机互联黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考中继器其他用途中继器其他用途有的中继器在实现中继功能的同时，还能进行传输介质类型的转换，即该中继器可以连接2种传输介质。例如，一个接口连接同轴电缆，另一个接口连接双绞线。这种设备称为transceiver。中继器是物理层设备，因为，它只是对物理层的通信编码信号进行再生和放大，而不涉及其他高层的功能。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考2.集线

25、器顾名思义，集线器是一种把网络联线(简称网线)集中到一起的器件，因此，被形象地称为Hub。集线器实质上是一个多端口的中继器，它在实现中继功能的同时，汇接多台主机。主机通过集线器连接成的局域网是星型结构。集线器的出现使局域网的结构从以总线型为主变为以星型结构为主。实际上，集线器构成的星型局域网在本质上也是总线型的，因为，集线器主板的数据总线相当于同轴电缆总线的作用黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考集线器基本结构集线器基本结构黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考集线器的分类集线器的分类按照总线带宽的大小，可以把Hub分为10Mbit/s、100Mbit/s和10M/100M自适应Hu

26、b等3种；按照端口数目的多少，可以把Hub分为8口Hub、16口Hub和24口Hub等3种。按照Hub 与Hub的连接方式，可以把Hub分成独立式Hub、可堆叠Hub、模块式Hub。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考独立式独立式Hub独立式Hub：此类Hub可以通过UTP级普通端口实现连接。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考独立式独立式Hub的优点的优点配置简单、价格低廉、使用方便，而且共享工作方式使之容易利用空闲端口侦听网络状态，便于定位故障源。独立式Hub的缺点是数据率较低(一般是10Mbit/s)，不能检测复杂的网络事件，也不能对特定的端口分配专用的带宽，另外，其管理功能

27、是可选的，一般比较弱。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考独力式独力式Hub用途用途独力式Hub主要用于办公室、网络教室、业务室以及家庭范围的小型工作组局域网。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考(2)可堆叠可堆叠Hub此类Hub也可以独立使用，也按照CSMA/CD方式操作。不同的是，它具有专用的级联端口，建网时，往往是若干个可堆叠Hub通过该端口把Hub主板的高速总线连接起来构成堆叠式Hub。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考可堆叠式可堆叠式Hub的级联的级联黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考堆叠式堆叠式Hub的工作原理的工作原理与一个Hub的原理一样，串联起来的

28、总线被主机按照CSMA/CD存取，每个端口的可用带宽是Hub总带宽的平均值，与主机数量成反比。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考堆叠式堆叠式Hub的特点的特点1可堆叠Hub最大的特点是具备良好的可扩展性通过增加Hub的数量即可轻松满足用户主机增长的需求。因此，可堆叠Hub特别适用于用户数量增长快的工作组局域网。尽管在建网初期，可堆叠Hub的平均端口成本会高于独立式Hub，但是，随着主机数量的增加，平均端口成本会迅速下降。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考堆叠式堆叠式Hub的特点的特点2可堆叠Hub的另一个特点是，在堆叠起来的多个Hub中只需要有一个Hub是具有管理功能的，其他H

29、ub同时具有可管理性。另外，堆叠式Hub还具有即插即用(plug&play)、电源备份及端口防窃听/冒名等高级安全功能。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考堆叠式堆叠式Hub的应用的应用由于网络直径长度的限制，堆叠的个数也有限制，一般级联Hub的个数是68，最大的可达10个。例如，10BASE-T和100BASE-T标准中可堆叠Hub的个数是8个。注意：一个可堆叠式Hub带来的延时相当于10m的UTP的延时，因此，8个堆叠起来的Hub的延时相当于80m的UTP。可见，堆叠在带来扩展性的同时，占用了主机之间的链路长度。这一点在局域网布线时要给予充分的考虑。黄院信息提要目录第1节第2节第3节

30、小结思考(3)模块式模块式Hub此类Hub的外形象一块大型的接口卡，它一般固定在机箱背板(baseboard)的插槽中使用。多个模块式Hub的级联通过机箱背板上的总线实现。一般地，一个机箱具有414个插槽。多个模块式Hub共存一个机箱构成一个机箱式集线器，它可以容纳不同类型局域网的模块式Hub。例如，以太网Hub、令牌环MAU、FDDIHub以及ATM模块。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考模块式模块式Hub的特点的特点灵活性好，它可以适应复杂的、大型的网络环境。另外，它的容错能力、扩展性和升级能力在3种Hub中都是最强的。模块式Hub的缺点是平均端口成本较高，因为，平均端口成本包含机

31、箱和背板的成本。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考模块式模块式Hub和机箱和机箱Hub黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考3.网桥局域网互联方式包括2种，一种是桥接方式，另一种是路由方式。网桥就是桥接方式的设备。我们前面介绍的中继器和集线器主要用于主机之间的连接，而网桥主要用于局域网之间的互联。网桥的基本功能结构如图所示。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考网桥的基本功能结构网桥的基本功能结构黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考网桥工作原理网桥工作原理网桥从端口接收来自与端口相连的局域网主机发送的信号，进行解码和拆装得到MAC帧，然后把MAC帧存放在数据存储器的接收缓

32、冲区内。网桥协议实体对帧进行合法性检查，例如，长度检查和CRC校验。如果帧有差错就将其丢弃。对于有效帧，如果帧的目的地位于源主机同一网段上，则将帧丢弃；如果目的地不在该端口连接的网段上，则查阅站表，以确定目的地址所对应的网桥端口。如果找到对应的端口，则把帧从缓冲中读出，转发给该端口；如果找不到，则向所有端口(除源端口)广播该帧。上述工作过程称为过滤转发。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考网桥的学习功能网桥的学习功能除了过滤转发功能之外，网桥还有一项基本功能，称为学习。站表就是通过学习功能建立的。学习的过程是这样的：当网桥接收到帧时，它读取源MAC地址，然后在站表中登记MAC地址与端口的

33、关联，同时为该关联计时，在计时时间段内，该关联有效。计时时间到期后，需要重新学习。计时时间称为生存期。典型的站表记录结构如下表所示。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考MACMAC地址地址端口端口生存期生存期端口状态端口状态网桥工作流程网桥工作流程网桥的操作由端口管理软件和网桥协议软件负责执行，其工作流程如图所示。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考说明说明可以看出，站表在网桥的操作中是必不可少的。Hub就没有这个数据库，因为，Hub按照CSMA/CD操作，它不用了解端口连接的主机网络接口卡的MAC地址。而交换式局域网中用于连接主机的交换机具有站表。下面，我们介绍网桥的种类。从中读

34、者可以看到，许多新型的网络设备都是从网桥发展来的。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考网桥分类（一）网桥分类（一）按照网桥连接的网段的种类(例如，以太网还是令牌环网)，可以把网桥分成混合网桥和非混合网桥。混合网桥是指能够连接不同种类局域网的网桥，例如，网桥一端连接以太网，而另一端连接令牌环网。非混合网桥是指连接同种局域网的网桥，它又可以分为透明网桥(transparentbridge)和源路由网桥(sourceroutingbridge)。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考透明网桥透明网桥透明的含义是指在MAC帧中不包含路由信息，即帧中不携带帧应该经过的网桥的标识信息帧的转发完全

35、由网桥决定，用户主机不知道网桥的存在，网桥的操作对用户是透明的。前面介绍的网桥实质上就是透明网桥。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考源路由网桥源路由网桥源路由的含义是源主机在发出的帧中封装了路由信息，即去往目的主机应该经过的网桥序列。源路由网桥根据帧中携带的路由信息进行过滤转发帧。因此，用户必须掌握网络的拓扑结构，以便知道到达哪个主机应该经过哪些网桥。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考源路由网桥源路由网桥为了得到路由信息，用户需要事先通过广播方式发送一种称为发现帧(discoveryframe)的特殊帧去探测路由。发向全网的发现帧返回时记录了它们经过的路由，用户根据这些信息登记

36、去往某特定目的地的最佳路由。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考网桥分类（二）网桥分类（二）另外，按照网桥端口数量，可以把网桥分成双端口网桥和多端口网桥。双端口网桥只有2个端口，因而，它只能连接2个网段。多端口网桥具有3个以上的端口，因而，它能连接多个网段。可以这样说，多端口网桥的发展导致了用于多个网段互联的LAN交换机的诞生。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考网桥分类（三）网桥分类（三）按照所连接网段的距离，可以把网桥分成本地网桥和远程网桥。本地网桥连接的网段距网桥较近，一般在100m数量级。远程网桥连接的网段中的某一个距网桥较远，一般在1km数量级，超过了通过中继器所能延长的

37、距离。这时，远程网桥之间的通信技术超出了局域网范围，需要支持长距离通信的数据传输技术，例如，电话网、分组交换网、帧中继等。可以这样说，远程网桥的发展导致了用于远距离LAN互联的WAN交换机的诞生。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考4.交换机交换机的基本用途是连接局域网(而不是连接主机)，使局域网的直径得以扩展。交换机的用途如图所示。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考交换机的基本用途交换机的基本用途黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考交换机的作用交换机的作用交换机还具有提高局域网性能的作用。这一点可以从下图中看出。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考交换机工作原理交换

38、机工作原理交换机的作用很象多端口网桥，因此，其基本工作原理与网桥是一致的。但是，交换机的结构比网桥要复杂得多，功能要比网桥强大得多。交换机对网桥的发展主要集中在交换结构、通信容量、可管理性、生成树标准和VLAN标准的改进等方面。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考a.交换机的结构交换机的结构以太网交换结构基本可以分为3类，即总线结构、共享存储器结构以及交换矩阵结构。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考总线结构的交换机总线结构的交换机在总线结构的交换机中，各个数据处理模块共享交换机背板上的一条总线，把它作为数据在交换机内部流动的通路。从每个输入端口进入的数据被输入处理部件(交换机协议

39、实体)提交到总线上，数据被输出处理部件从总线上取走，然后，由输出端口输出。总线结构交换机数据交换原理如下图所示。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考总线结构交换机总线结构交换机黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考说明说明(1)图中总线的存取方式不是按照CSMA/CD进行的，而是采用时分复用方式分配给端口使用，即每个端口在一个时间间隔内使用总线。这是交换机与Hub本质上的区别。正因如此，交换机每端口的带宽是专用，不象Hub那样是平均的。例如，10Mbit/s交换机的每个端口都是10Mbit/s的，而10Mbit/sHub端口的带宽是（10/n）Mbit/s，其中n是端口总数。(2)总

40、线结构交换机属于时分交换机(timedivisionswitch)。与时分对应的是空分交换机(spacedivisionswitch)。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考共享存储器结构交换机共享存储器结构交换机共享存储器结构交换机是总线结构交换机的变型。在共享存储器结构交换机中，从每个输入端口进入的数据被输入处理部件存入同一个存储器，然后，被输出处理部件从存储器中取走，从输出端口输出。共享存储器相当于总线结构交换机中的总线。共享存储器交换机中的存储器是个单点故障隐患只要它出问题，交换机就不能工作。共享存储器交换机适合于小系统、堆叠式系统或较大系统中的分布式交换模块。黄院信息提要目录第1

41、节第2节第3节小结思考交换矩阵结构换机交换矩阵结构换机交换矩阵结构换机又称为纵横制交换机(crossbarswitch)或交叉点交换机(crosspointswitch)。由于高速集成电路技术的发展，这种结构交换机的设计实现变得比较容易。这种交换机背板交换容量可以扩展到100Gbit/s。交换矩阵结构交换机的结构如图所示。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考交换矩阵结构交换矩阵结构(33个交叉点个交叉点)黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考说明说明在交换矩阵结构交换机中，每个模块都连接至其他模块，构成全网状背板。每个模块都有自己的一组连接线，因而不必设置中央交换阵列。背板总容量等于

42、N(N1)V，其中N是连线的数量，N(N-1)是链路的数量，V是一条链路的数据率(一条点对点链路的传输速度可达到1Gbit/s或更高)。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考注：注：一个模块就是一个插板，它插到交换机的背板上。一个交换机具有432块插板，每个插板上有14个连接器)。当帧到达时，插板检查帧的目的地是否在该插板上。如果在，就复制该帧，然后把它通过插板上的数据总线传给该目的地对应的连接器。如果不是，该帧就通过背板的交换矩阵传给目的地所在的插板。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考b.工作原理工作原理(1)端口交换端口交换交换机转发数据时有3种方式，即(1)端口交换：端口交换

43、技术最早出现在底板式集线器中。这类集线器的底板通常划分有多个网段，由于Hub内网段之间不用网桥或路由器连接，网段之间是互不相通的。解决网段互通的办法就是端口交换，其原理是在底板上插入一个主模块，主模块通常被分配到某个网段上，多个网段通过主模块端口进行数据交换。端口交换还是一种共享传输方式，因为，多个网段要共享主模块的总线。因此，端口交换不是真正的交换。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考工作原理工作原理(2)帧交换帧交换存储转发(storeandforward)：交换机接收整个MAC帧，并将之全部存储于内部缓冲器。然后，对帧进行长度检查、地址检查和CRC校验以确定帧的正确性。如果帧无差错

44、，则转发它；否则，丢弃它。存储转发方式适用于正确性要求高的网络。直通交换(cutthrough)：交换机只接收和缓存MAC帧的目的地址、源地址和长度/类型字段，共14个字节。交换机只检查帧的目的地址，然后立即转发数据帧。直通方式的转发延迟小，但是，无效帧及CRC校验错误的帧也被全部转发。直通方式能够提供线速处理能力，适用于转发速度要求高的网络。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考工作原理工作原理(2)帧交换帧交换改进型直通交换(modifiedcutthrough)：直通交换的交换速度非常快，但不能对数据帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全性。同时，也无法支持具有不同速率的端口的交换，只

45、能在数据率相等的端口之间进行交换。因此，提出了改进型的直通交换。直通交换的改进型结合了直通交换和存储转发的特性。在改进型直通交换中，交换机存储帧的前64个字节，通过前64个字节判断帧的正确性，然后抛弃不正确或无效的帧。以上3种方式的示意图如图所示。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考交换机数据转发原理交换机数据转发原理黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考(3)信元交换信元交换(cell switching)信元交换处理的帧是长度固定的信元。由于长度固定，因而便于用硬件实现和数据处理调度。当前，具有代表性的信元交换技术是异步传输模式(AsynchronousTransferMode，

46、ATM)，ATM信元的长度是53字节。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考c.交换机分类交换机分类我们结合交换机的应用环境介绍交换机的分类。按照应用环境，局域网交换机可分为企业级交换机部门级交换机工作组交换机桌面型交换机(desktopswitch)校园网交换机(campusSwitch)等产品。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考桌面交换机桌面交换机这是最常见的一种交换机，它有时被称为交换式Hub。它区别于其他交换机的主要特点是端口密度低，一般每端口支持1个MAC地址，端口具有10/100Mbit/s自适应能力。桌面型交换机广泛用于办公室、小型计算机机房和业务量较为集中的业务部门

47、。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考工作组交换机工作组交换机在桌面型交换机不能满足需求时，就要考虑使用工作组型交换机。工作组型交换机的端口密度一般是24个，最多可达48个。每端口能支持14个MAC地址，而且端口的数据率基本上达到100Mbit/s。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考部门交换机部门交换机一个部门交换机通常有816个端口，通常在所有端口上支持全双工操作。虽然，部门交换机的性能要好于工作组交换机的性能，但是，平均端口价格通常与工作组交换机差不多。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考校园网交换机校园网交换机一个校园网交换机的端口密度是1224，也有32个端口的产品

48、。这种交换机一般作为网络的骨干交换机，并具有快速数据交换能力和全双工能力，可提供容错等智能特性，还支持扩充选项以及虚拟局域网(VLAN)等多种功能。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考企业交换机企业交换机与校园网交换机类似，它们之间最大的不同是企业交换机的扩展性较好，它可以通过插入一个底板进一步扩充。例如，在底板上又可以插入多个不同类型的组件，比如以太网中继器、FDDI集中器、令牌环MAU和路由器。企业交换机通常具有非常强大的管理功能，因此，非常适合于企业网络的环境。但是它的成本非常高。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考3Com局域网交换机局域网交换机黄院信息提要目录第1节第2节

49、第3节小结思考交换机应用环境交换机应用环境黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考其他分类其他分类根据交换机配置特点，还可以把局域网交换机分为机架式、带扩展槽固定配置式、不带扩展槽固定配置式3种产品。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考机架式交换机机架式交换机这种交换机扩展性较好，可支持不同的网络类型，如以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM、令牌环及FDDI等，但价格较贵，高端交换机有不少采用的是机架式结构。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考带扩展槽固定配置式交换机带扩展槽固定配置式交换机它是一种有固定端口数并带少量扩展槽的交换机，这种交换机在支持固定端口类型网络的基础上，还

50、可以通过扩展其他网络类型模块来支持其他类型网络。这类交换机的价格居中。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考不带扩展槽固定配置式交换机不带扩展槽固定配置式交换机这类交换机仅支持一种类型的网络(一般是以太网)，可应用于小型企业或办公室环境下的局域网，价格最便宜，应用也最广泛。从MAC技术来看，局域网交换机可以分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种，这些交换机分别适用于以太网、快速以太网、FDDI、ATM和令牌环网等环境。黄院信息提要目录第1节第2节第3节小结思考其他分类（二）其他分类（二）从OSI的分层结构上来看，交换机可分为第