網(wǎng)絡(luò)的硬件與互連設(shè)備課件

網(wǎng)絡(luò)的硬件與互連設(shè)備6.1傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸?shù)拿襟w，可分為有線和無線兩種。1.雙絞線

雙絞線是布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)，雙絞線有兩種：①非屏蔽雙絞線（UTP）

通常分為7類，常用的有3、5、6類，技術(shù)特性如P112表5-1所示。②有屏蔽雙絞線（STP）在雙絞線和外層保護(hù)套中間加了一層金屬屏蔽層，可以減少電磁干擾，減少輻射，防止信息被竊聽，一般用于電磁干擾或輻射嚴(yán)重的場(chǎng)合。雙絞線在網(wǎng)絡(luò)上的最大長(zhǎng)度受到限制，因此較適合在小范圍的局域網(wǎng)中配置。Date22.同軸電纜由內(nèi)外導(dǎo)體所組成，P114圖5-575Ω同軸電纜(寬帶同軸電纜)____傳送模擬信號(hào)。50Ω同軸電纜(基帶同軸電纜)____傳送數(shù)字信號(hào)。(有兩類)①粗纜：網(wǎng)絡(luò)段長(zhǎng)度500米（應(yīng)用：10BASE5）②細(xì)纜：網(wǎng)絡(luò)段長(zhǎng)度185米（應(yīng)用：10BASE2）Note：同軸電纜現(xiàn)在已經(jīng)基本不用了。Date33.光導(dǎo)纖維電纜

光纖通信傳送的是光信號(hào)。發(fā)送時(shí)：電光轉(zhuǎn)換，接收時(shí)：光電轉(zhuǎn)換。有兩種光纖：?jiǎn)文Ｊ絖____僅允許一束光通過（以激光作為光源）多模式_____允許多束光通過（以發(fā)光二級(jí)管作為光源）優(yōu)點(diǎn)：頻帶寬、通信容量大。傳輸損耗小傳輸（中繼）距離長(zhǎng)（可達(dá)120km)。保密性好、抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：價(jià)格較貴、安裝較為困難。一般用于大型局域網(wǎng)的主干網(wǎng)上。4.無線傳輸介質(zhì)

①無線電波通信②衛(wèi)星通信等Date4網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展與互連概述Date5交換機(jī)交換機(jī)防火墻防火墻交換機(jī)主機(jī)主機(jī)路由器交換機(jī)因特網(wǎng)集線器企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)外部訪問子網(wǎng)因特網(wǎng)Date6網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在OSI體系中的位置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能層次OSI層次地址類型設(shè)備傳輸層及以上應(yīng)用程序進(jìn)程地址（端口）網(wǎng)關(guān)（協(xié)議轉(zhuǎn)換器）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)地址（IP地址）路由器（三層交換機(jī)）數(shù)據(jù)鏈路層物理地址（MAC地址）網(wǎng)橋、交換機(jī)（網(wǎng)卡）物理層無中繼器、集線器Date7中繼器（集線器）的概念結(jié)構(gòu)Date8網(wǎng)橋（交換機(jī)）的概念結(jié)構(gòu)網(wǎng)段2網(wǎng)段1應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層PHYDL網(wǎng)橋主機(jī)2主機(jī)1PHY網(wǎng)絡(luò)層Date9路由器的概念結(jié)構(gòu)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層PHYDL互連網(wǎng)層路由器主機(jī)1主機(jī)2DLPHY子網(wǎng)1子網(wǎng)2Date10網(wǎng)關(guān)的概念結(jié)構(gòu)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層PHYDLIP應(yīng)用層/傳輸層網(wǎng)關(guān)主機(jī)2主機(jī)1PHYDLIP網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)2Date116.2網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)卡）是連接主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的基本設(shè)備工作在數(shù)據(jù)鏈路層每臺(tái)主機(jī)都應(yīng)配置一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)卡每個(gè)網(wǎng)卡都有一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口連接不同的局域網(wǎng)需要使用不同的網(wǎng)卡以太網(wǎng)卡令牌環(huán)網(wǎng)卡FDDI網(wǎng)卡ATM網(wǎng)卡Date12網(wǎng)卡的功能數(shù)據(jù)緩存匹配主機(jī)數(shù)據(jù)處理速率與網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率封裝/解封裝加上控制字段→以幀為單位進(jìn)行傳輸→卸下控制字段介質(zhì)訪問控制CSMA/CD、TokenRing串/并轉(zhuǎn)換將主機(jī)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行位流數(shù)據(jù)編碼/解碼轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)傳輸?shù)男盘?hào)形式數(shù)據(jù)發(fā)送/接收Date13網(wǎng)卡的結(jié)構(gòu)發(fā)送/接收部件——負(fù)責(zé)信號(hào)的發(fā)送、接收載波檢測(cè)部件——檢測(cè)介質(zhì)上有否信號(hào)發(fā)送/接收控制部件及數(shù)據(jù)緩沖區(qū)編碼/解碼器——將數(shù)據(jù)編碼轉(zhuǎn)換為傳輸信號(hào)或反之LAN管理部件主機(jī)總線接口部件計(jì)算機(jī)總線通信線路Date14網(wǎng)卡地址：即網(wǎng)卡的物理地址（MAC地址），固化在網(wǎng)卡硬件中（有些網(wǎng)卡可由用戶修改）配置參數(shù)（跳線設(shè)置/軟件設(shè)置/PnP）

?中斷請(qǐng)求號(hào)IRQ（一般為3）

?I/O基地址I/OBase（一般為300H）

?存儲(chǔ)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(wǎng)卡可選）網(wǎng)卡的配置參數(shù)Date15網(wǎng)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網(wǎng)絡(luò)接口類型：AUI/BNC、RJ-45、SC/ST主機(jī)總線類型：ISA、PCI、USB、PCMCIA應(yīng)用場(chǎng)合：服務(wù)器、工作站、筆記本其他附加功能：PnP、防病毒、遠(yuǎn)程喚醒等Date166.3中繼器與集線器1.中繼器（Repeater）工作在物理層功能：信號(hào)整形和放大，在網(wǎng)段之間復(fù)制比特流，P120圖5-10特點(diǎn)：不進(jìn)行存儲(chǔ)——信號(hào)延遲小不檢查錯(cuò)誤——會(huì)擴(kuò)散錯(cuò)誤不對(duì)信息進(jìn)行任何過濾可進(jìn)行介質(zhì)轉(zhuǎn)換——如UTP轉(zhuǎn)換為光纖用中繼器連接的多個(gè)網(wǎng)段是一個(gè)沖突域應(yīng)用注意事項(xiàng)：應(yīng)遵守以太網(wǎng)的5-4-3規(guī)則(P120圖5-11)Date172.集線器（HUB）多端口的中繼器，工作在物理層功能：在網(wǎng)段之間復(fù)制比特流，信號(hào)整形和放大可認(rèn)為它是將總線折疊到鐵盒子中的集中連接設(shè)備特點(diǎn)：具有與中繼器同樣的特點(diǎn)可改變網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)湫问剑嚎偩€連接→星形連接邏輯上仍是一個(gè)總線型共享介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)：8，12，16，24Date18獨(dú)立式（Standalone）固定端口配置，擴(kuò)充時(shí)用級(jí)連的方法。堆疊式（Stackable）固定配置，用堆疊方法進(jìn)行擴(kuò)充——堆疊連接在一起的HUB在邏輯相當(dāng)于一臺(tái)單獨(dú)的HUB，可統(tǒng)一管理。模塊化（Module）又稱機(jī)箱式，由一臺(tái)帶有底板、電源的機(jī)箱和若干塊多端口的接口卡（線卡）組成?？伸`活按需配置，通過插入不同的插卡滿足需求（如插入交換卡、路由卡、加密卡等）。集線器類型：按結(jié)構(gòu)形式劃分Date19用集線器構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)所有主機(jī)共享帶寬無法限制沖突和廣播適用于小型網(wǎng)絡(luò)Date20例：用集線器搭建簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)以1臺(tái)服務(wù)器，3臺(tái)PC機(jī)為例：一臺(tái)HUB4塊UTP接口的網(wǎng)卡4臺(tái)PC機(jī)8個(gè)RJ45接頭（水晶頭）若干米UTP雙絞線

NICHUBUTPPC機(jī)服務(wù)器Date216.4網(wǎng)橋與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)共享信道LAN的缺點(diǎn)沖突域中的多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送會(huì)造成沖突；網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)越多，沖突現(xiàn)象越嚴(yán)重；具有n個(gè)站點(diǎn)的總帶寬B的共享網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)站點(diǎn)的平均擁有帶寬為B/n。解決的方法提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速度——沒有從根本上解決問題網(wǎng)絡(luò)分段（微網(wǎng)段化）減少每個(gè)網(wǎng)段中站點(diǎn)的數(shù)量,使沖突的概率減小實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分段的設(shè)備：網(wǎng)橋、交換機(jī)、路由器Date22網(wǎng)絡(luò)分段示意HUBHUB廣播域獨(dú)立的沖突域獨(dú)立的沖突域網(wǎng)橋或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)交換機(jī)只能分隔沖突域，但不能分隔廣播域HUB沖突域/廣播域網(wǎng)段2網(wǎng)段1總帶寬:BW×2結(jié)點(diǎn)帶寬:BW/4總帶寬:BW結(jié)點(diǎn)帶寬:BW/8Date23網(wǎng)橋

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，工作在數(shù)據(jù)鏈路層，用于兩個(gè)或多個(gè)同類網(wǎng)絡(luò)的連接。網(wǎng)橋的功能：①過濾和轉(zhuǎn)發(fā)1210111220網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)A網(wǎng)絡(luò)B接受目標(biāo)地址為11~20的分組，并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)B接受目標(biāo)地址為0~10的分組，并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)A……信息包中源地址和目標(biāo)地址在同一網(wǎng)絡(luò)，則過濾。Date24②學(xué)習(xí)功能EX:網(wǎng)絡(luò)B增加了21號(hào)站，當(dāng)網(wǎng)橋接收21號(hào)站信息時(shí)，發(fā)現(xiàn)該站地址在路徑表中找不到，則將其添加進(jìn)去，這就是網(wǎng)橋的學(xué)習(xí)功能。Date25用網(wǎng)橋進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以連接兩個(gè)或多個(gè)相同的網(wǎng)絡(luò)；能夠隔離不需要轉(zhuǎn)發(fā)的信息幀；限制了沖突域的范圍；隔離故障。缺點(diǎn)：無法控制廣播；只能用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，速度比較慢；無流量控制，負(fù)載重時(shí)會(huì)出現(xiàn)丟幀現(xiàn)象。Date26交換機(jī)交換機(jī)與集線器的異同：1.不同之處①在OSI模型中所處的位置不同交換機(jī)——工作在數(shù)據(jù)鏈路層集線器——工作在物理層②工作原理不同集線器——將某個(gè)端口傳送來的信號(hào)經(jīng)放大后傳輸給其他所有端口。交換機(jī)——通過檢查數(shù)據(jù)包中的目標(biāo)物理地址（MAC）來選擇目標(biāo)端口，為通信雙方提供一條獨(dú)占的線路。③端口通信方式不同2.相同之處如：連線方式、物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、故障指示等。Date27交換機(jī)的特點(diǎn)交換機(jī)通過內(nèi)部的交換矩陣把網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)網(wǎng)段——每個(gè)端口為一個(gè)沖突域；交換機(jī)能夠同時(shí)在多對(duì)端口間無沖突地交換幀。Date28例：交換網(wǎng)絡(luò)的帶寬若交換機(jī)每個(gè)端口帶寬為BW，則交換機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)總帶寬＝BW×nn＝8，BW=10Mb/s時(shí)，網(wǎng)絡(luò)總帶寬最高可達(dá)80Mb/s；若每個(gè)交換機(jī)端口只連接一臺(tái)計(jì)算機(jī)，則每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可用帶寬為10Mb/s。比較：10Mb/s的8口集線器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)（連接了8臺(tái)計(jì)算機(jī)）網(wǎng)絡(luò)總帶寬仍為10Mb/s；網(wǎng)絡(luò)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的帶寬為1.25Mb/s。

Date29交換機(jī)的三種轉(zhuǎn)發(fā)方式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)（Storeandforward）整個(gè)幀完整接收后，對(duì)幀進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)，然后再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作。優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)，錯(cuò)誤不會(huì)擴(kuò)散到目的網(wǎng)段。缺點(diǎn)：延遲比較大。直通轉(zhuǎn)發(fā)（Cut-through）只要收到幀的前6個(gè)字節(jié)（目的MAC地址），就開始進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作。優(yōu)點(diǎn)：交換延遲小。缺點(diǎn)：無法進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)，幀錯(cuò)誤會(huì)擴(kuò)散到目的網(wǎng)段。無碎片直通轉(zhuǎn)發(fā)（Fragmentfreecut-through）接收到一幀的前64字節(jié)后，再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作。小于64字節(jié)的幀不轉(zhuǎn)發(fā)。小于64字節(jié)的幀一般是沖突造成的幀碎片（錯(cuò)誤幀）優(yōu)點(diǎn)：交換速度較快，并且降低了錯(cuò)誤幀轉(zhuǎn)發(fā)的概率缺點(diǎn)：長(zhǎng)度大于64字節(jié)的錯(cuò)誤幀仍會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)大于直通轉(zhuǎn)發(fā)。Date30使用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的好處分割沖突（碰撞）域——減少了沖突允許建立多個(gè)連接——提高了網(wǎng)絡(luò)總體帶寬允許全雙工連接能夠連接不同速度的網(wǎng)段Date31網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合作為L(zhǎng)AN核心主干連接設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)中心、數(shù)據(jù)中心等；網(wǎng)絡(luò)通信流量很大的應(yīng)用場(chǎng)合，如圖像處理、視頻流等；對(duì)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度要求比較高的場(chǎng)合。Date326.5無線接入點(diǎn)（AP）AP是位于無線局域網(wǎng)拓?fù)渲行奈恢玫臒o線基站設(shè)備。AP的功能是實(shí)現(xiàn)無線客戶端之間以及無線局域網(wǎng)和有線局域網(wǎng)之間的互聯(lián)AP有兩類通信端口：符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的有線以太網(wǎng)端口符合IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)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/sDate33AP的基本配置天線：802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)的AP往往只有1根天線，而802.11n標(biāo)準(zhǔn)的AP則具有2根以上的天線。有線網(wǎng)絡(luò)接口：包括局域網(wǎng)端口和廣域網(wǎng)端口局域網(wǎng)接口類型一般都是以太網(wǎng)接口廣域網(wǎng)接口類型根據(jù)所連網(wǎng)絡(luò)不同而有所不同Phone/ISDN接口：用于通過電話線連網(wǎng)以太網(wǎng)接口：用于通過園區(qū)局域網(wǎng)或ADSL連網(wǎng)USB端口（某些AP配置）連接打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)無線打印功能連接外置硬盤，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)或P2P下載功能Date34AP的工作模式AP可支持的組網(wǎng)方式包括：基礎(chǔ)架構(gòu)模式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)橋接模式點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)橋接模式無線中繼模式Date35基礎(chǔ)架構(gòu)模式最基本的無線局域網(wǎng)構(gòu)建模式。適用場(chǎng)合：無線客戶端連接有線網(wǎng)絡(luò)便攜式無線客戶端移動(dòng)漫游家庭、辦公室Date36點(diǎn)對(duì)點(diǎn)橋接模式這種模式多用于兩個(gè)局域網(wǎng)距離并不很遠(yuǎn)，但由于中間的地帶有阻礙，不方便布線連接的場(chǎng)合。連接范圍約300米，采用定向天線后可將距離擴(kuò)展到上千米Date37點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)橋接模式能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)分散的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。中心AP發(fā)送，遠(yuǎn)程AP接收用于多個(gè)建筑物的局域網(wǎng)之間的互聯(lián)中心AP要使用全向天線，遠(yuǎn)程AP要使用定向天線

Date38無線中繼模式利用AP作為無線中繼器，延伸無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。又稱為無線分布式系統(tǒng)（WDS）適用于需要無線互連的兩個(gè)局域網(wǎng)距離過遠(yuǎn)或中間有障礙物阻擋的場(chǎng)合。注意：并不是所有的AP都支持無線中繼模式Date396.6路由器（Router）工作在OSI第三層（網(wǎng)絡(luò)層）。功能：在網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)分組；為網(wǎng)絡(luò)分組尋找最佳傳輸路徑；實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)隔離，限制廣播風(fēng)暴。目的地址無法識(shí)別時(shí)，路由器將其丟棄，而不是廣播。提供邏輯地址，以識(shí)別互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)；提供廣域網(wǎng)服務(wù)。應(yīng)用：把LAN連入廣域網(wǎng)或作為廣域網(wǎng)的核心連接設(shè)備。用路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的特點(diǎn)：用路由器連接起來的若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它們?nèi)允歉髯元?dú)立的。要想從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)訪問用路由器連接起來的另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)，必須指定該站點(diǎn)的邏輯地址（IP地址），通過廣播是無法與之進(jìn)行通信的。Date40用路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)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HUBHUB沖突域3廣播域2廣播域1Date41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(dá)其他網(wǎng)絡(luò)的路由信息的數(shù)據(jù)庫(kù)包含目的網(wǎng)絡(luò)地址（號(hào)）、傳輸路徑、傳輸開銷等根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址查找路由表并確定分組轉(zhuǎn)發(fā)路徑的過程稱為路由選擇（Routing）。路由表的信息隨網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓兓?、更新路由表的算法稱為路由算法（RoutingAlgorithm）：網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)路由器都會(huì)根據(jù)路由算法定時(shí)地或在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)更新其路由表；靜態(tài)路由：由網(wǎng)絡(luò)管理員預(yù)先手工設(shè)置路由信息；動(dòng)態(tài)路由：由路由器在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地建立與更新。自動(dòng)學(xué)習(xí)、記憶網(wǎng)絡(luò)的變化并根據(jù)路由算法重新計(jì)算路由的協(xié)議稱為路由選擇協(xié)議（RoutingProtocol）。Date42路由器的分類和應(yīng)用接入路由器EX：二級(jí)交換網(wǎng)通過有線寬帶路由器接入Internet，P140圖5-27中間節(jié)點(diǎn)路由器EX：互連多個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)的中間節(jié)點(diǎn)路由器，P141圖5-28Date43路由器組網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)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(zhì)的網(wǎng)絡(luò)和不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)；可以為分組確定傳輸?shù)淖罴崖窂?；可以過濾廣播信息。缺點(diǎn)昂貴；必須用于可路由協(xié)議網(wǎng)絡(luò)；配置復(fù)雜。Date44無線路由器是將AP和路由器功能結(jié)合在一起的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。特別適合于家庭或小型辦公室環(huán)境的組網(wǎng)，使多臺(tái)計(jì)算機(jī)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(gè)10/100MWAN接口，4個(gè)10/100MLA