網絡設備介紹課件

常用網絡設備介紹主要內容：網絡調制解調器（Modem）

網絡接口卡（NIC）中繼器與集線器網橋和交換機無線接入點（AccessPoint

）Router）第三層交換機2022/11/251常用網絡設備介紹主要內容：2022/11/221交換機交換機防火墻防火墻交換機主機主機路由器交換機因特網集線器內部網外部訪問子網因特網2022/11/252交換機交換機防火墻防火墻交換機主機主機路由器交換機因特網集線網絡設備在OSI體系中的位置網絡設備的功能層次OSI層次地址類型設備傳輸層及以上應用程序進程地址（端口）網關（協議轉換器）網絡層網絡地址（IP地址）路由器（三層交換機）數據鏈路層物理地址（MAC地址）網橋、交換機（網卡）物理層無中繼器、集線器、（網卡）2022/11/253網絡設備在OSI體系中的位置網絡設備的功能層次OSI層次地址1調制解調器Modem集成了調制和解調功能的設備工作在體系結構的物理層一般是指用于電話網絡的模擬調制解調器目前的調制解調器在自適應、數據壓縮和網絡編碼調制技術等方面已非常成熟，每個話路的數據傳輸速率可高達56kb/s，已基本接近電話線路的最大理論速率。2022/11/2541調制解調器Modem集成了調制和解調功能的設備2022/高速調制解調器V.90建議：ITU-T頒布的56kb/s調制解調器標準提高速度的關鍵服務提供商（ISP、聯機服務商或公司局域網）與電話交換網絡之間采用數字線路連接上行33.6kb/s，下行56kb/s2022/11/255高速調制解調器V.90建議：ITU-T頒布的56kb/s調制2網絡接口卡NIC網絡接口卡（網卡）是連接主機與網絡的基本設備每臺主機都應配置一個或多個網卡每個網卡都有一個或多個網絡接口不能獨立工作，必須依賴于宿主主機連接不同的局域網需要使用不同的網卡以太網卡令牌環(huán)網卡FDDI網卡ATM網卡2022/11/2562網絡接口卡NIC網絡接口卡（網卡）是連接主機與網絡的基本網卡地址：即網卡的物理地址（MAC地址），固化在網卡硬件中（有些網卡可由用戶修改）配置參數（跳線設置/軟件設置/PnP）

?中斷請求號IRQ（一般為3）

?I/O基地址I/OBase（一般為300H）

?存儲器基地址MemoryBase(一般為0C000H)

?全雙工/半雙工

?傳輸速率（僅10/100Mb/s雙速網卡可選）網卡的配置參數2022/11/257網卡地址：即網卡的物理地址（MAC地址），網卡的配置參數2網卡的選用考慮的因素包括：

LAN的類型：Ethernet、TokenRing、ATM、FDDILAN的速度：10M/100M/1000M、4M/16M、25M/155M

網絡接口類型：AUI/BNC、RJ-45、SC/ST/MT-RJ

主機總線類型：ISA、EISA、PCI、USB、PCMCIA

應用場合：服務器、工作站、筆記本其他附加功能：PnP、防病毒、遠程喚醒、鏈路聚合等2022/11/258網卡的選用考慮的因素包括：2022/11/228以太網卡的類型分類速度接口類型介質傳輸速度10Mb/sBNC、AUI、RJ-45同軸電纜、雙絞線100Mb/sRJ-45雙絞線1Gb/sRJ-45、ST、SC、MT-RJ雙絞線、多模/單模光纖10Gb/sST、SC、MT-RJ、LC多模/單模光纖總線接口ISA、PCI、PCI-E、miniPCI、miniPCI-E、PCMCIA、USB、并行接口技術體系LAN、WLAN、Bluetooth、紅外協議體系Ethernet、TokenRing、FDDI、ATM2022/11/259以太網卡的類型分類速度接口類型介質傳輸速度10Mb/sBNC3集線器（HUB）多端口的中繼器，工作在物理層功能：在網段之間復制比特流，信號整形和放大可認為它是將總線折疊到鐵盒子中的集中連接設備特點：具有與中繼器同樣的特點可改變網絡物理拓撲形式：總線連接→星形連接邏輯上仍是一個總線型共享介質網絡端口數：8，12，16，242022/11/25103集線器（HUB）多端口的中繼器，工作在物理層2022/1集線器的類型：按速度劃分傳統集線器傳輸速度為10Mb/s（10Base-T網絡）快速以太網集線器傳輸速度為100Mb/s（100Base-T網絡）10/100M自適應集線器傳輸速度自適應內部有兩個網段：10M和100M，集線器根據連接速度將主機連接到不同網段上。網段之間用交換方式連接。保護投資，便于升級2022/11/2511集線器的類型：按速度劃分傳統集線器2022/11/2211用集線器構建的網絡的特點所有主機共享帶寬無法限制沖突和廣播適用于小型網絡2022/11/2512用集線器構建的網絡的特點所有主機共享帶寬2022/11/22例：用集線器搭建簡單的網絡以1臺服務器，3臺PC機為例：一臺HUB4塊UTP接口的網卡4臺PC機8個RJ45接頭（水晶頭）若干米UTP雙絞線

NICHUBUTPPC機服務器2022/11/2513例：用集線器搭建簡單的網絡以1臺服務器，3臺PC機為例：NI網絡交換機網絡交換機和網橋屬同一類設備，工作在數據鏈路層但網絡交換機的端口數多，并且交換速度快。在這個意義上，網絡交換機可看作是多端口的高速網橋。交換機比網橋優(yōu)越的地方：交換速度快，可實現線速轉發(fā)；能解決網絡主干上的通信擁擠問題；端口密度高，一臺交換機可連接多個網段，降低了組網成本。工作原理與網橋類似：學習源地址（構造轉發(fā)表）過濾本網段幀（隔離沖突域）轉發(fā)異網段幀（交換）廣播未知幀（尋找目的站點）2022/11/2514網絡交換機網絡交換機和網橋屬同一類設備，工作在數據鏈路層20交換機的特點交換機通過內部的交換矩陣把網絡劃分為多個網段——每個端口為一個沖突域；交換機能夠同時在多對端口間無沖突地交換幀。2022/11/2515交換機的特點交換機通過內部的交換矩陣把網絡劃分為多個網段——例：交換網絡的帶寬若交換機每個端口帶寬為BW，則交換機構成的網絡網絡總帶寬＝(BW×n)/2～BW×nn＝8，BW=10Mb/s時，網絡總帶寬最高可達80Mb/s；若每個交換機端口只連接一臺計算機，則每臺計算機的可用帶寬為10Mb/s。比較：10Mb/s的8口集線器構成的網絡（連接了8臺計算機）網絡總帶寬仍為10Mb/s；網絡中每臺計算機的帶寬為1.25Mb/s。

2022/11/2516例：交換網絡的帶寬若交換機每個端口帶寬為BW，則交換機構成的交換機的三種轉發(fā)方式存儲轉發(fā)（Storeandforward）整個幀完整接收后，對幀進行差錯檢驗，然后再進行轉發(fā)操作。優(yōu)點：進行差錯校驗，錯誤不會擴散到目的網段。缺點：延遲比較大。直通轉發(fā)（Cut-through）只要收到幀的前6個字節(jié)（目的MAC地址），就開始進行轉發(fā)操作。優(yōu)點：交換延遲小。缺點：無法進行差錯校驗，幀錯誤會擴散到目的網段。無碎片直通轉發(fā)（Fragmentfreecut-through）接收到一幀的前64字節(jié)后，再進行轉發(fā)操作。小于64字節(jié)的幀不轉發(fā)。小于64字節(jié)的幀一般是沖突造成的幀碎片（錯誤幀）優(yōu)點：交換速度較快，并且降低了錯誤幀轉發(fā)的概率缺點：長度大于64字節(jié)的錯誤幀仍會轉發(fā)，轉發(fā)延時大于直通轉發(fā)。2022/11/2517交換機的三種轉發(fā)方式存儲轉發(fā)（Storeandforwa使用網絡交換機的好處分割沖突（碰撞）域——減少了沖突允許建立多個連接——提高了網絡總體帶寬減少了每個網段中的站點數——提高了站點平均擁有帶寬允許全雙工連接——提高帶寬、消除沖突能夠連接不同速度的網段2022/11/2518使用網絡交換機的好處分割沖突（碰撞）域——減少了沖突2022網絡交換機的應用場合作為LAN核心主干連接設備，如網絡中心、數據中心等；網絡通信流量很大的應用場合，如圖像處理、視頻流等；對網絡響應速度要求比較高的場合。2022/11/2519網絡交換機的應用場合作為LAN核心主干連接設備，如網絡中心、以網橋/交換機為核心的網絡的特點每個網段獨享帶寬最佳可達到每臺主機獨享帶寬可以限制沖突，但不能限制廣播有可能產生廣播風暴適用于小型部門級網絡到大型園區(qū)網絡大型網絡中需解決廣播問題2022/11/2520以網橋/交換機為核心的網絡的特點每個網段獨享帶寬2022/1虛擬局域網（VLAN）VLAN是一種網絡構造和用戶的組織形式：通過交換機（或路由器）劃分；由網段和站點構成的邏輯工作組。用交換機劃分的若干個VLAN在邏輯上完全獨立（可看成是分離的物理網絡），廣播幀不會跨越邏輯網絡邊界。VLAN能夠限制廣播域的范圍——抑制廣播幀的泛濫。VLAN可跨越交換機。同一VLAN中的成員不受物理位置的限制，可以像處于同一個局域網中那樣互相訪問。2022/11/2521虛擬局域網（VLAN）VLAN是一種網絡構造和用戶的組織形式VLAN示意圖2022/11/2522VLAN示意圖2022/11/2222VLAN能夠隔離（限制）廣播域VLAN劃分前，整個網絡都在一個廣播域中2022/11/2523VLAN能夠隔離（限制）廣播域VLAN劃分前，整個網絡都在一VLAN劃分后，網絡被分割成幾個較小的廣播域2022/11/2524VLAN劃分后，網絡被分割成幾個較小的廣播域2022/11/VLAN的優(yōu)點提高管理效率站點的物理位置改變無需重新布線和配置用戶性質改變后很容易通過軟件將其從一個VLAN劃分到另一個VLAN控制廣播數據增強了網絡的安全性實現虛擬工作組用戶的工作地點不必在同一個物理地點可在企業(yè)內建立靈活的、動態(tài)化的組織結構2022/11/2525VLAN的優(yōu)點提高管理效率2022/11/2225VLAN劃分的方法基于端口（靜態(tài)劃分）根據端口號劃分VLAN基于MAC地址（動態(tài)劃分）根據用戶計算機的MAC地址劃分VLAN基于網絡地址或網絡協議類型（動態(tài)）根據用戶計算機的IP地址劃分VLAN2022/11/2526VLAN劃分的方法基于端口（靜態(tài)劃分）2022/11/222主干(Trunk)主干用于實現跨交換機的VLAN，它是指交換機之間用于傳輸多個VLAN信息的鏈路主干上傳輸的數據包加上特殊標簽（通常是802.1q和Cisco的ISL等）——稱為貼標簽（Tagging）2022/11/2527主干(Trunk)主干用于實現跨交換機的VLAN，它是指交換VLAN間通信不同VLAN間的計算機即使連在同一臺交換機上也不能互相通信VLAN間通信只能通過第三層設備實現路由器三層交換機2022/11/2528VLAN間通信不同VLAN間的計算機即使連在同一臺交換機上也8.5無線接入點（AP）AP是位于無線局域網拓撲中心位置的無線基站設備。AP的功能是實現無線客戶端之間以及無線局域網和有線局域網之間的互聯AP有兩類通信端口：符合IEEE802.3標準的有線以太網端口符合IEEE802.11標準的WLAN端口802.11b：無線傳輸速率最高為11Mb/s802.11g：無線傳輸速率最高為54Mb/s802.11n：無線傳輸速率最高約為300Mb/s2022/11/25298.5無線接入點（AP）AP是位于無線局域網拓撲中心位置8.6路由器（Router）工作在OSI第三層（網絡層）。功能：在網絡之間轉發(fā)網絡分組；為網絡分組尋找最佳傳輸路徑；實現子網隔離，限制廣播風暴。目的地址無法識別時，路由器將其丟棄，而不是廣播。提供邏輯地址，以識別互聯網上的主機；提供廣域網服務。應用：把LAN連入廣域網或作為廣域網的核心連接設備。用路由器進行網絡互聯的特點：用路由器連接起來的若干個網絡，它們仍是各自獨立的。要想從一個網絡訪問用路由器連接起來的另一個網絡中的站點，必須指定該站點的邏輯地址（IP地址），通過廣播是無法與之進行通信的。2022/11/25308.6路由器（Router）工作在OSI第三層（網絡層）。用路由器進行網絡互聯

HUB路由器沖突域2沖突域1路由器可以隔離沖突域和廣播域

HUB

HUB沖突域3廣播域2廣播域12022/11/2531用路由器進行網絡互聯HUB路由器沖突域2沖突域1路由表路由器如何確定最佳路由？——路由表（RoutingTable）路由表是保存到達其他網絡的路由信息的數據庫包含目的網絡地址（號）、傳輸路徑、傳輸開銷等根據目的網絡地址查找路由表并確定分組轉發(fā)路徑的過程稱為路由選擇（Routing）。路由表的信息隨網絡拓撲的變化而變化——建立、更新路由表的算法稱為路由算法（RoutingAlgorithm）：網絡中的每個路由器都會根據路由算法定時地或在網絡拓撲發(fā)生變化時更新其路由表；靜態(tài)路由：由網絡管理員預先手工設置路由信息；動態(tài)路由：由路由器在運行時動態(tài)地建立與更新。自動學習、記憶網絡的變化并根據路由算法重新計算路由的協議稱為路由選擇協議（RoutingProtocol）。2022/11/2532路由表路由器如何確定最佳路由？——路由表（RoutingT路由表的例子2.0AB2022/11/2533路由表的例子2.0AB2022/11/2233路由表的基本內容172.16.2.0172.16.1.0172.16.4.0AB路由器A的路由表.3.1.2.3目的網絡地址路徑（下一結點）路徑成本/開銷172.16.1.0直接交付0172.16.2.0直接交付0172.16.4.0172.16.2.21路徑：用下一路由器對應端口的IP地址來表示。路徑成本/開銷：用線路速度、距離或跨越的路由器的個數（步跳數）、成本、線路可靠性等表示。（大多數情況下用步跳數來表示）2022/11/2534路由表的基本內容172.16.2.0172.16.1.017路由表的基本內容（續(xù)）注意：路由器是根據網絡號來轉發(fā)IP數據包的，所以路由表中存放的是目的網絡號，而不是目的主機號。類比：郵政局在城市間轉發(fā)信件依據的是城市名而不是收信人姓名。這樣做的優(yōu)點是路由表?。ňW絡的數目要比主機少的多），節(jié)省路由器的存儲空間，路由表的路由更新速度快。2022/11/2535路由表的基本內容（續(xù)）注意：路由器是根據網絡號來轉發(fā)IP數據路由器的路由選擇過程也采用存儲轉發(fā)的方法：接收并緩存IP數據分組；提取分組中的目的主機的IP地址；計算目的主機所在的網絡地址；用目的網絡地址查找路由表決定轉發(fā)路徑：如果目的網絡地址就是與輸入接口連接的網絡，則丟棄；如果目的網絡地址就是與輸出接口連接的網絡，則直接遞交；如果找到匹配項，則通過對應接口轉發(fā)出去；如果有默認路徑，則通過與默認路徑對應的接口轉發(fā)出去；未查到，丟棄該分組。比較：交換機也用查表的方法決定轉發(fā)路徑，但該表是“端口-MAC地址”表，存放的是端口與目的MAC地址之間的關系，要用幀中的MAC地址查表；而路由器中的路由表是“端口-網絡地址”表，存放的是端口與目的網絡地址之間的關系，故要從分組中提取IP地址，并解析出其中的網絡地址部分來查表。2022/11/2536路由器的路由選擇過程也采用存儲轉發(fā)的方法：2022/11/2路由器的結構路由處理器CPU、RAM、IOS路由表協議軟件網絡接口（LAN、WAN、CONSOLE）輸入接口，輸出接口交換結構（SwitchingFabric）

2022/11/2537路由器的結構路由處理器2022/11/2237路由器的網絡接口

LAN接口：一個或多個EthernetWAN接口：一個或多個Sync/AsyncSerial撥號類接口：BRI，PRI等控制臺CONSOLE2022/11/2538路由器的網絡接口LAN接口：一個或多個Ethernet20內部結構2022/11/2539內部結構2022/11/2239三種交換結構（存儲器）（總線）（交叉開關）2022/11/2540三種交換結構（存儲器）（總線）（交叉開關）2022/11/2輸入端口數據鏈路層:如以太網等物理層:位的接收分散化的交換:

給定數據報目的地址,在路由表中查找輸出端口目標:以線速實現輸入端口處理排隊:若數據報到達太快，來不及處理時2022/11/2541輸入端口數據鏈路層:物理層:分散化的交換:2022/11/輸出端口對來自于交換引擎的分組進行緩沖(Buffering)根據調度規(guī)則從數據報隊列中選擇數據報，重新封裝后發(fā)送出去。2022/11/2542輸出端口對來自于交換引擎的分組進行緩沖(Buffering輸出端口緩沖

當來自于交換引擎的數據報太多以至于來不及發(fā)送時就需要進行緩沖處理。否則輸出端口緩沖溢出會引起排隊延遲和分組丟失（如下圖右）!2022/11/2543輸出端口緩沖當來自于交換引擎的數據報太多以至于來不及發(fā)送時路由器組網的優(yōu)缺點優(yōu)點限制了沖突域；可以用于LAN或WAN的環(huán)境；可以連接不同介質的網絡和不同體系結構的網絡；可以為分組確定傳輸的最佳路徑；可以過濾廣播信息。缺點昂貴；必須用于可路由協議網絡；配置復雜；處理速度比橋接器慢。2022/11/2544路由器組網的優(yōu)缺點優(yōu)點2022/11/2244無線路由器是將AP和路由器功能結合在一起的網絡設備。特別適合于家庭或小型辦公室環(huán)境的組網，使多臺計算機共享一條寬帶連接。常見無線路由器的基本配置為：支持IEEE802.11b/g無線接口；1個10/100MWAN接口，4個10/100MLAN接口；支持CSMA/CA、CSMA/CD、TCP/IP、DHCP、ICMP、NAT、PPPoE等協議；支持VPN、QoS、內置防火墻；支持64/128/152位WEP、WPA、IEEE802.1X、TKIP、AES等加密與安全機制；支持遠程和Web管理。2022/11/2545無線路由器是將AP和路由器功能結合在一起的網絡設備。2022使用無線路由器組建家庭網絡2022/11/2546使用無線路由器組建家庭網絡2022/11/22468.7第三層交換機可以看成是結合了路由器功能的交換機。但只具有基本路由功能第三層交換機利用網絡層協議中的包頭信息來增強第二層交換功能，在源IP地址和目的IP地址之間建立基于數據鏈路層的高速交換式虛擬連接。具有第三層交換功能的設備包括第三層交換機和某些帶有第三層交換功能的路由器。2022/11/25478.7第三層交換機可以看成是結合了路由器功能的交換機。2第三層交換的基本原理兩種主要類型：網絡中心交換IBM公司的ARIS（AggregateRoute-basedIPSwitching）、Ipsilon公司的IPSwitching、Cisco公司的TagSwitching以及IETF的多協議標記交換（MPLS，MultiprotocolLabelSwitching）強調交換機核心層的速度，完全用ASIC硬件以線速實現路由和交換端系統驅動交換3COM公司的FastIP和Cabletron公司的SecureFast所采用的方法是在第三層路由一次，然后在第二層用ASIC硬件實現端到端的交換2022/11/2548第三層交換的基本原理兩種主要類型：2022/11/2248多協議標簽交換（MPLS）基本思想是給數據包“貼”上標簽，此標簽在交換域的入口結點貼上，在中間交換結點讀出，最后在交換域的出口結點刪除，路徑上的所有交換機都根據標簽確定數據包的轉發(fā)路徑。交換過程1）標簽交換域中的相鄰路由器使用路由協議建立目的網絡可達性①，然后使用標簽發(fā)布協議LDP在路由器間共享標簽信息②，以發(fā)現和構造與標簽相對應的虛路徑。各路由交換機再根據這些路徑構造出分組轉發(fā)表。2）當一個IP數據包進入交換域時，入口邊緣路由器就給數據包貼上標簽，然后根據轉發(fā)表將數據包發(fā)給下一個交換節(jié)點③。2022/11/2549多協議標簽交換（MPLS）基本思想是給數據包“貼”上標簽，此3）所有的中間交換節(jié)點都按照標簽進行轉發(fā)④。由于標簽只具有本地意義，所以每經過一個交換節(jié)點，標簽就要更換一次。4）當IP數據包離開交換域時，出口邊緣路由器將標簽刪除，其后按傳統方法進行轉發(fā)⑤。2022/11/25503）所有的中間交換節(jié)點都按照標簽進行轉發(fā)④。由于標簽只具有本快速IP交換（FastIP）基本思想是源端主機在傳送數據前先發(fā)送一個快速IP連接請求，該請求被路由到目的主機，目的主機回送一個包含其MAC地址的NHRP應答包給源端主機。如果源端主機和目的端主機存在二層交換通路，當NHRP應答包到達源端主機時將在經過的每一個交換機中建立目的端主機MAC地址和端口的映射表（捷徑），隨后源端主機可根據目的端主機MAC地址直接通過交換機中已建立的捷徑交換數據包，不再經過三層路由。交換過程1）第二層交換引擎對進入交換機的數據包進行匹配判斷。對于一個流中的數據包，如果交換表中含有與之匹配的捷徑，則交換引擎就通過捷徑直接轉發(fā)該數據包；否則將它歸為候選包，并在交換表中建立部分捷徑。然后將數據包提交給路由模塊。2022/11/2551快速IP交換（FastIP）基本思想是源端主機在傳送數據2）路由模塊以傳統的方式計算路由，然后經第二層交換引擎將數據包轉發(fā)到目的。轉發(fā)時，交換機要重寫第二層幀的幀頭。這個修改后的數據包稱為使能包。交換引擎將其轉發(fā)出去并完成下列操作：根據使能包的目的MAC地址計算該數據包應該從哪個接口轉發(fā)；根據使能包目的IP地址查找在上一步中建立的部分捷徑并將其填寫完整。該捷徑項將包含重寫數據流中后續(xù)包幀頭所需的所有信息。3）當交換機收到同一個流中的后續(xù)數據包后，交換引擎利用數據包中的目標IP地址查找在第三步建立的完整捷徑。地址匹配后，交換引擎根據捷徑重寫幀頭信息，然后直接轉發(fā)給目的主機（不再經過路由引擎）。2022/11/25522）路由模塊以傳統的方式計算路由，然后經第二層交換引擎將數據第三層交換機的應用代替?zhèn)鹘y路由器作為企業(yè)網和校園網的核心2022/11/2553第三層交換機的應用代替?zhèn)鹘y路由器作為企業(yè)網和校園網的核心20第三層交換的優(yōu)勢無阻塞線速交換和路由極高的吞吐量多協議路由支持支持多種VLAN的劃分具有帶寬預留（RSVP）及具有CoS和QoS的業(yè)務量優(yōu)先級處理，支持IEEE802.1p和DifferServ。支持訪問控制列表ACL，能夠以線速對所有數據包進行過濾，提供基于防火墻的安全策略。支持安全用戶認證，配合用戶計費，增強用戶管理。高性價比。設備投資低于以路由器為核心的骨干網。2022/11/2554第三層交換的優(yōu)勢無阻塞線速交換和路由2022/11/2254本章小結各種網絡設備實現的功能層次網絡接口卡中繼器和集線器網橋和交換機無線訪問點路由器第三層交換機各種網絡設備之間的區(qū)別2022/11/2555本章小結各種網絡設備實現的功能層次2022/11/2255常用網絡設備介紹主要內容：網絡調制解調器（Modem）

網絡接口卡（NIC）中繼器與集線器網橋和交換機無線接入點（AccessPoint

）Router）第三層交換機2022/11/2556常用網絡設備介紹主要內容：2022/11/221交換機交換機防火墻防火墻交換機主機主機路由器交換機因特網集線器內部網外部訪問子網因特網2022/11/2557交換機交換機防火墻防火墻交換機主機主機路由器交換機因特網集線網絡設備在OSI體系中的位置網絡設備的功能層次OSI層次地址類型設備傳輸層及以上應用程序進程地址（端口）網關（協議轉換器）網絡層網絡地址（IP地址）路由器（三層交換機）數據鏈路層物理地址（MAC地址）網橋、交換機（網卡）物理層無中繼器、集線器、（網卡）2022/11/2558網絡設備在OSI體系中的位置網絡設備的功能層次OSI層次地址1調制解調器Modem集成了調制和解調功能的設備工作在體系結構的物理層一般是指用于電話網絡的模擬調制解調器目前的調制解調器在自適應、數據壓縮和網絡編碼調制技術等方面已非常成熟，每個話路的數據傳輸速率可高達56kb/s，已基本接近電話線路的最大理論速率。2022/11/25591調制解調器Modem集成了調制和解調功能的設備2022/高速調制解調器V.90建議：ITU-T頒布的56kb/s調制解調器標準提高速度的關鍵服務提供商（ISP、聯機服務商或公司局域網）與電話交換網絡之間采用數字線路連接上行33.6kb/s，下行56kb/s2022/11/2560高速調制解調器V.90建議：ITU-T頒布的56kb/s調制2網絡接口卡NIC網絡接口卡（網卡）是連接主機與網絡的基本設備每臺主機都應配置一個或多個網卡每個網卡都有一個或多個網絡接口不能獨立工作，必須依賴于宿主主機連接不同的局域網需要使用不同的網卡以太網卡令牌環(huán)網卡FDDI網卡ATM網卡2022/11/25612網絡接口卡NIC網絡接口卡（網卡）是連接主機與網絡的基本網卡地址：即網卡的物理地址（MAC地址），固化在網卡硬件中（有些網卡可由用戶修改）配置參數（跳線設置/軟件設置/PnP）

?中斷請求號IRQ（一般為3）

?I/O基地址I/OBase（一般為300H）

?存儲器基地址MemoryBase(一般為0C000H)

?全雙工/半雙工

?傳輸速率（僅10/100Mb/s雙速網卡可選）網卡的配置參數2022/11/2562網卡地址：即網卡的物理地址（MAC地址），網卡的配置參數2網卡的選用考慮的因素包括：

LAN的類型：Ethernet、TokenRing、ATM、FDDILAN的速度：10M/100M/1000M、4M/16M、25M/155M

網絡接口類型：AUI/BNC、RJ-45、SC/ST/MT-RJ

主機總線類型：ISA、EISA、PCI、USB、PCMCIA

應用場合：服務器、工作站、筆記本其他附加功能：PnP、防病毒、遠程喚醒、鏈路聚合等2022/11/2563網卡的選用考慮的因素包括：2022/11/228以太網卡的類型分類速度接口類型介質傳輸速度10Mb/sBNC、AUI、RJ-45同軸電纜、雙絞線100Mb/sRJ-45雙絞線1Gb/sRJ-45、ST、SC、MT-RJ雙絞線、多模/單模光纖10Gb/sST、SC、MT-RJ、LC多模/單模光纖總線接口ISA、PCI、PCI-E、miniPCI、miniPCI-E、PCMCIA、USB、并行接口技術體系LAN、WLAN、Bluetooth、紅外協議體系Ethernet、TokenRing、FDDI、ATM2022/11/2564以太網卡的類型分類速度接口類型介質傳輸速度10Mb/sBNC3集線器（HUB）多端口的中繼器，工作在物理層功能：在網段之間復制比特流，信號整形和放大可認為它是將總線折疊到鐵盒子中的集中連接設備特點：具有與中繼器同樣的特點可改變網絡物理拓撲形式：總線連接→星形連接邏輯上仍是一個總線型共享介質網絡端口數：8，12，16，242022/11/25653集線器（HUB）多端口的中繼器，工作在物理層2022/1集線器的類型：按速度劃分傳統集線器傳輸速度為10Mb/s（10Base-T網絡）快速以太網集線器傳輸速度為100Mb/s（100Base-T網絡）10/100M自適應集線器傳輸速度自適應內部有兩個網段：10M和100M，集線器根據連接速度將主機連接到不同網段上。網段之間用交換方式連接。保護投資，便于升級2022/11/2566集線器的類型：按速度劃分傳統集線器2022/11/2211用集線器構建的網絡的特點所有主機共享帶寬無法限制沖突和廣播適用于小型網絡2022/11/2567用集線器構建的網絡的特點所有主機共享帶寬2022/11/22例：用集線器搭建簡單的網絡以1臺服務器，3臺PC機為例：一臺HUB4塊UTP接口的網卡4臺PC機8個RJ45接頭（水晶頭）若干米UTP雙絞線

NICHUBUTPPC機服務器2022/11/2568例：用集線器搭建簡單的網絡以1臺服務器，3臺PC機為例：NI網絡交換機網絡交換機和網橋屬同一類設備，工作在數據鏈路層但網絡交換機的端口數多，并且交換速度快。在這個意義上，網絡交換機可看作是多端口的高速網橋。交換機比網橋優(yōu)越的地方：交換速度快，可實現線速轉發(fā)；能解決網絡主干上的通信擁擠問題；端口密度高，一臺交換機可連接多個網段，降低了組網成本。工作原理與網橋類似：學習源地址（構造轉發(fā)表）過濾本網段幀（隔離沖突域）轉發(fā)異網段幀（交換）廣播未知幀（尋找目的站點）2022/11/2569網絡交換機網絡交換機和網橋屬同一類設備，工作在數據鏈路層20交換機的特點交換機通過內部的交換矩陣把網絡劃分為多個網段——每個端口為一個沖突域；交換機能夠同時在多對端口間無沖突地交換幀。2022/11/2570交換機的特點交換機通過內部的交換矩陣把網絡劃分為多個網段——例：交換網絡的帶寬若交換機每個端口帶寬為BW，則交換機構成的網絡網絡總帶寬＝(BW×n)/2～BW×nn＝8，BW=10Mb/s時，網絡總帶寬最高可達80Mb/s；若每個交換機端口只連接一臺計算機，則每臺計算機的可用帶寬為10Mb/s。比較：10Mb/s的8口集線器構成的網絡（連接了8臺計算機）網絡總帶寬仍為10Mb/s；網絡中每臺計算機的帶寬為1.25Mb/s。

2022/11/2571例：交換網絡的帶寬若交換機每個端口帶寬為BW，則交換機構成的交換機的三種轉發(fā)方式存儲轉發(fā)（Storeandforward）整個幀完整接收后，對幀進行差錯檢驗，然后再進行轉發(fā)操作。優(yōu)點：進行差錯校驗，錯誤不會擴散到目的網段。缺點：延遲比較大。直通轉發(fā)（Cut-through）只要收到幀的前6個字節(jié)（目的MAC地址），就開始進行轉發(fā)操作。優(yōu)點：交換延遲小。缺點：無法進行差錯校驗，幀錯誤會擴散到目的網段。無碎片直通轉發(fā)（Fragmentfreecut-through）接收到一幀的前64字節(jié)后，再進行轉發(fā)操作。小于64字節(jié)的幀不轉發(fā)。小于64字節(jié)的幀一般是沖突造成的幀碎片（錯誤幀）優(yōu)點：交換速度較快，并且降低了錯誤幀轉發(fā)的概率缺點：長度大于64字節(jié)的錯誤幀仍會轉發(fā)，轉發(fā)延時大于直通轉發(fā)。2022/11/2572交換機的三種轉發(fā)方式存儲轉發(fā)（Storeandforwa使用網絡交換機的好處分割沖突（碰撞）域——減少了沖突允許建立多個連接——提高了網絡總體帶寬減少了每個網段中的站點數——提高了站點平均擁有帶寬允許全雙工連接——提高帶寬、消除沖突能夠連接不同速度的網段2022/11/2573使用網絡交換機的好處分割沖突（碰撞）域——減少了沖突2022網絡交換機的應用場合作為LAN核心主干連接設備，如網絡中心、數據中心等；網絡通信流量很大的應用場合，如圖像處理、視頻流等；對網絡響應速度要求比較高的場合。2022/11/2574網絡交換機的應用場合作為LAN核心主干連接設備，如網絡中心、以網橋/交換機為核心的網絡的特點每個網段獨享帶寬最佳可達到每臺主機獨享帶寬可以限制沖突，但不能限制廣播有可能產生廣播風暴適用于小型部門級網絡到大型園區(qū)網絡大型網絡中需解決廣播問題2022/11/2575以網橋/交換機為核心的網絡的特點每個網段獨享帶寬2022/1虛擬局域網（VLAN）VLAN是一種網絡構造和用戶的組織形式：通過交換機（或路由器）劃分；由網段和站點構成的邏輯工作組。用交換機劃分的若干個VLAN在邏輯上完全獨立（可看成是分離的物理網絡），廣播幀不會跨越邏輯網絡邊界。VLAN能夠限制廣播域的范圍——抑制廣播幀的泛濫。VLAN可跨越交換機。同一VLAN中的成員不受物理位置的限制，可以像處于同一個局域網中那樣互相訪問。2022/11/2576虛擬局域網（VLAN）VLAN是一種網絡構造和用戶的組織形式VLAN示意圖2022/11/2577VLAN示意圖2022/11/2222VLAN能夠隔離（限制）廣播域VLAN劃分前，整個網絡都在一個廣播域中2022/11/2578VLAN能夠隔離（限制）廣播域VLAN劃分前，整個網絡都在一VLAN劃分后，網絡被分割成幾個較小的廣播域2022/11/2579VLAN劃分后，網絡被分割成幾個較小的廣播域2022/11/VLAN的優(yōu)點提高管理效率站點的物理位置改變無需重新布線和配置用戶性質改變后很容易通過軟件將其從一個VLAN劃分到另一個VLAN控制廣播數據增強了網絡的安全性實現虛擬工作組用戶的工作地點不必在同一個物理地點可在企業(yè)內建立靈活的、動態(tài)化的組織結構2022/11/2580VLAN的優(yōu)點提高管理效率2022/11/2225VLAN劃分的方法基于端口（靜態(tài)劃分）根據端口號劃分VLAN基于MAC地址（動態(tài)劃分）根據用戶計算機的MAC地址劃分VLAN基于網絡地址或網絡協議類型（動態(tài)）根據用戶計算機的IP地址劃分VLAN2022/11/2581VLAN劃分的方法基于端口（靜態(tài)劃分）2022/11/222主干(Trunk)主干用于實現跨交換機的VLAN，它是指交換機之間用于傳輸多個VLAN信息的鏈路主干上傳輸的數據包加上特殊標簽（通常是802.1q和Cisco的ISL等）——稱為貼標簽（Tagging）2022/11/2582主干(Trunk)主干用于實現跨交換機的VLAN，它是指交換VLAN間通信不同VLAN間的計算機即使連在同一臺交換機上也不能互相通信VLAN間通信只能通過第三層設備實現路由器三層交換機2022/11/2583VLAN間通信不同VLAN間的計算機即使連在同一臺交換機上也8.5無線接入點（AP）AP是位于無線局域網拓撲中心位置的無線基站設備。AP的功能是實現無線客戶端之間以及無線局域網和有線局域網之間的互聯AP有兩類通信端口：符合IEEE802.3標準的有線以太網端口符合IEEE802.11標準的WLAN端口802.11b：無線傳輸速率最高為11Mb/s802.11g：無線傳輸速率最高為54Mb/s802.11n：無線傳輸速率最高約為300Mb/s2022/11/25848.5無線接入點（AP）AP是位于無線局域網拓撲中心位置8.6路由器（Router）工作在OSI第三層（網絡層）。功能：在網絡之間轉發(fā)網絡分組；為網絡分組尋找最佳傳輸路徑；實現子網隔離，限制廣播風暴。目的地址無法識別時，路由器將其丟棄，而不是廣播。提供邏輯地址，以識別互聯網上的主機；提供廣域網服務。應用：把LAN連入廣域網或作為廣域網的核心連接設備。用路由器進行網絡互聯的特點：用路由器連接起來的若干個網絡，它們仍是各自獨立的。要想從一個網絡訪問用路由器連接起來的另一個網絡中的站點，必須指定該站點的邏輯地址（IP地址），通過廣播是無法與之進行通信的。2022/11/25858.6路由器（Router）工作在OSI第三層（網絡層）。用路由器進行網絡互聯

HUB路由器沖突域2沖突域1路由器可以隔離沖突域和廣播域

HUB

HUB沖突域3廣播域2廣播域12022/11/2586用路由器進行網絡互聯HUB路由器沖突域2沖突域1路由表路由器如何確定最佳路由？——路由表（RoutingTable）路由表是保存到達其他網絡的路由信息的數據庫包含目的網絡地址（號）、傳輸路徑、傳輸開銷等根據目的網絡地址查找路由表并確定分組轉發(fā)路徑的過程稱為路由選擇（Routing）。路由表的信息隨網絡拓撲的變化而變化——建立、更新路由表的算法稱為路由算法（RoutingAlgorithm）：網絡中的每個路由器都會根據路由算法定時地或在網絡拓撲發(fā)生變化時更新其路由表；靜態(tài)路由：由網絡管理員預先手工設置路由信息；動態(tài)路由：由路由器在運行時動態(tài)地建立與更新。自動學習、記憶網絡的變化并根據路由算法重新計算路由的協議稱為路由選擇協議（RoutingProtocol）。2022/11/2587路由表路由器如何確定最佳路由？——路由表（RoutingT路由表的例子2.0AB2022/11/2588路由表的例子2.0AB2022/11/2233路由表的基本內容172.16.2.0172.16.1.0172.16.4.0AB路由器A的路由表.3.1.2.3目的網絡地址路徑（下一結點）路徑成本/開銷172.16.1.0直接交付0172.16.2.0直接交付0172.16.4.0172.16.2.21路徑：用下一路由器對應端口的IP地址來表示。路徑成本/開銷：用線路速度、距離或跨越的路由器的個數（步跳數）、成本、線路可靠性等表示。（大多數情況下用步跳數來表示）2022/11/2589路由表的基本內容172.16.2.0172.16.1.017路由表的基本內容（續(xù)）注意：路由器是根據網絡號來轉發(fā)IP數據包的，所以路由表中存放的是目的網絡號，而不是目的主機號。類比：郵政局在城市間轉發(fā)信件依據的是城市名而不是收信人姓名。這樣做的優(yōu)點是路由表小（網絡的數目要比主機少的多），節(jié)省路由器的存儲空間，路由表的路由更新速度快。2022/11/2590路由表的基本內容（續(xù)）注意：路由器是根據網絡號來轉發(fā)IP數據路由器的路由選擇過程也采用存儲轉發(fā)的方法：接收并緩存IP數據分組；提取分組中的目的主機的IP地址；計算目的主機所在的網絡地址；用目的網絡地址查找路由表決定轉發(fā)路徑：如果目的網絡地址就是與輸入接口連接的網絡，則丟棄；如果目的網絡地址就是與輸出接口連接的網絡，則直接遞交；如果找到匹配項，則通過對應接口轉發(fā)出去；如果有默認路徑，則通過與默認路徑對應的接口轉發(fā)出去；未查到，丟棄該分組。比較：交換機也用查表的方法決定轉發(fā)路徑，但該表是“端口-MAC地址”表，存放的是端口與目的MAC地址之間的關系，要用幀中的MAC地址查表；而路由器中的路由表是“端口-網絡地址”表，存放的是端口與目的網絡地址之間的關系，故要從分組中提取IP地址，并解析出其中的網絡地址部分來查表。2022/11/2591路由器的路由選擇過程也采用存儲轉發(fā)的方法：2022/11/2路由器的結構路由處理器CPU、RAM、IOS路由表協議軟件網絡接口（LAN、WAN、CONSOLE）輸入接口，輸出接口交換結構（SwitchingFabric）

2022/11/2592路由器的結構路由處理器2022/11/2237路由器的網絡接口

LAN接口：一個或多個EthernetWAN接口：一個或多個Sync/AsyncSerial撥號類接口：BRI，PRI等控制臺CONSOLE2022/11/2593路由器的網絡接口LAN接口：一個或多個Ethernet20內部結構2022/11/2594內部結構2022/11/2239三種交換結構（存儲器）（總線）（交叉開關）2022/11/2595三種交換結構（存儲器）（總線）（交叉開關）2022/11/2輸入端口數據鏈路層:如以太網等物理層:位的接收分散化的交換:

給定數據報目的地址,在路由表中查找輸出端口目標:以線速實現輸入端口處理排隊:若數據報到達太快，來不及處理時2022/11/2596輸入端口數據鏈路層:物理層:分散化的交換:2022/11/輸出端口對來自于交換引擎的分組進行緩沖(Buffering)根據調度規(guī)則從數據報隊列中選擇數據報，重新封裝后發(fā)送出去。2022/11/2597輸出端口對來自于交換引擎的分組進行緩沖(Buffering輸出端口緩沖

當來自于交換引擎的數據報太多以至于來不及發(fā)送時就需要進行緩沖處理。否則輸出端口緩沖溢出會引起排隊延遲和分組丟失（如下圖右）!2022/11/2598輸出端口緩沖當來自于交換引擎的數據報太多以至于來不及發(fā)送時路由器組網的優(yōu)缺點優(yōu)點限制了沖突域；可以用于LAN或WAN的環(huán)境；可以連接不同介質的網絡和不同體系結構的網絡；可以為分組確定傳輸的最佳路徑；可以過濾廣播信息。缺點昂貴；必須用于可路由協議網絡；配置復雜；處理速度比橋接器慢。2022/11/2599路由器組網的優(yōu)缺點優(yōu)點2022/11/2244無線路由器是將AP和路由器功能結合在一起的網絡設備。特別適合于家庭或小型辦公室環(huán)境的組網，使多臺計算機共享一條寬帶連接。常見無線路由器的基本配置為：支持IEEE802.11b/g無線接口；1個10/100MWAN接口，4個10/100MLAN接口；支持CSMA/CA、CSMA/CD、TCP/IP、DHCP、ICMP、NAT、PPPoE等協議；支持VPN、QoS、內置防火墻；支持64/128/152位WEP、WPA、IEEE802.1X、TKIP、AES等加密與安全機制；支持遠程和Web管理。2022/11/25100無線路由器是將AP和路由器功能結合在一起的網絡設備。2022使用無線路由器組建家庭網絡2022/11/25101使用無線路由器組建家庭網絡2022/11/22468.7第三層交換機可以看成是結合了路由器功能的交換機。但只具有基本路由功能第三層交換機利