網(wǎng)絡設備介紹(課件).ppt

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2020 2 14 1 常用網(wǎng)絡設備介紹 主要內(nèi)容 網(wǎng)絡調(diào)制解調(diào)器 Modem 網(wǎng)絡接口卡 NIC 中繼器與集線器網(wǎng)橋和交換機無線接入點 AccessPoint 路由器 Router 第三層交換機 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(wǎng) 集線器 內(nèi)部網(wǎng) 外部訪問子網(wǎng) 因特網(wǎng) 2020 2 14 3 網(wǎng)絡設備在OSI體系中的位置 網(wǎng)絡設備的功能層次 2020 2 14 4 1調(diào)制解調(diào)器Modem 集成了調(diào)制和解調(diào)功能的設備工作在體系結(jié)構的物理層一般是指用于電話網(wǎng)絡的模擬調(diào)制解調(diào)器目前的調(diào)制解調(diào)器在自適應 數(shù)據(jù)壓縮和網(wǎng)絡編碼調(diào)制技術等方面已非常成熟 每個話路的數(shù)據(jù)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 2020 2 14 5 高速調(diào)制解調(diào)器 V 90建議 ITU T頒布的56kb s調(diào)制解調(diào)器標準提高速度的關鍵服務提供商 ISP 聯(lián)機服務商或公司局域網(wǎng) 與電話交換網(wǎng)絡之間采用數(shù)字線路連接上行33 6kb s 下行56kb s 2020 2 14 6 2網(wǎng)絡接口卡NIC 網(wǎng)絡接口卡 網(wǎng)卡 是連接主機與網(wǎng)絡的基本設備每臺主機都應配置一個或多個網(wǎng)卡每個網(wǎng)卡都有一個或多個網(wǎng)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(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 2020 2 14 7 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(wǎng)卡可選 網(wǎng)卡的配置參數(shù) 2020 2 14 8 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 4M 16M 25M 155M網(wǎng)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 2020 2 14 9 以太網(wǎng)卡的類型 2020 2 14 10 3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(wǎng)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(zhì)網(wǎng)絡端口數(shù) 8 12 16 24 2020 2 14 11 集線器的類型 按速度劃分 傳統(tǒng)集線器傳輸速度為10Mb s 10Base T網(wǎng)絡 快速以太網(wǎng)集線器傳輸速度為100Mb s 100Base T網(wǎng)絡 10 100M自適應集線器傳輸速度自適應內(nèi)部有兩個網(wǎng)段 10M和100M 集線器根據(jù)連接速度將主機連接到不同網(wǎng)段上 網(wǎng)段之間用交換方式連接 保護投資 便于升級 2020 2 14 12 用集線器構建的網(wǎng)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(wǎng)絡 2020 2 14 13 例 用集線器搭建簡單的網(wǎng)絡 以1臺服務器 3臺PC機為例 一臺HUB4塊UTP接口的網(wǎng)卡4臺PC機8個RJ45接頭 水晶頭 若干米UTP雙絞線 NIC HUB UTP PC機 服務器 2020 2 14 14 網(wǎng)絡交換機 網(wǎng)絡交換機和網(wǎng)橋?qū)偻活愒O備 工作在數(shù)據(jù)鏈路層但網(wǎng)絡交換機的端口數(shù)多 并且交換速度快 在這個意義上 網(wǎng)絡交換機可看作是多端口的高速網(wǎng)橋 交換機比網(wǎng)橋優(yōu)越的地方 交換速度快 可實現(xiàn)線速轉(zhuǎn)發(fā) 能解決網(wǎng)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(wǎng)段 降低了組網(wǎng)成本 工作原理與網(wǎng)橋類似 學習源地址 構造轉(zhuǎn)發(fā)表 過濾本網(wǎng)段幀 隔離沖突域 轉(zhuǎn)發(fā)異網(wǎng)段幀 交換 廣播未知幀 尋找目的站點 2020 2 14 15 交換機的特點 交換機通過內(nèi)部的交換矩陣把網(wǎng)絡劃分為多個網(wǎng)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 2020 2 14 16 例 交換網(wǎng)絡的帶寬 若交換機每個端口帶寬為BW 則交換機構成的網(wǎng)絡網(wǎng)絡總帶寬 BW n 2 BW nn 8 BW 10Mb s時 網(wǎng)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(wǎng)絡 連接了8臺計算機 網(wǎng)絡總帶寬仍為10Mb s 網(wǎng)絡中每臺計算機的帶寬為1 25Mb s 2020 2 14 17 交換機的三種轉(zhuǎn)發(fā)方式 存儲轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)操作 優(yōu)點 進行差錯校驗 錯誤不會擴散到目的網(wǎng)段 缺點 延遲比較大 直通轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(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 錯誤幀 優(yōu)點 交換速度較快 并且降低了錯誤幀轉(zhuǎn)發(fā)的概率缺點 長度大于64字節(jié)的錯誤幀仍會轉(zhuǎn)發(fā) 轉(zhuǎn)發(fā)延時大于直通轉(zhuǎn)發(fā) 2020 2 14 18 使用網(wǎng)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(wǎng)絡總體帶寬減少了每個網(wǎng)段中的站點數(shù) 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(wǎng)段 2020 2 14 19 網(wǎng)絡交換機的應用場合 作為LAN核心主干連接設備 如網(wǎng)絡中心 數(shù)據(jù)中心等 網(wǎng)絡通信流量很大的應用場合 如圖像處理 視頻流等 對網(wǎng)絡響應速度要求比較高的場合 2020 2 14 20 以網(wǎng)橋 交換機為核心的網(wǎng)絡的特點 每個網(wǎng)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(chǎn)生廣播風暴適用于小型部門級網(wǎng)絡到大型園區(qū)網(wǎng)絡大型網(wǎng)絡中需解決廣播問題 2020 2 14 21 虛擬局域網(wǎng) VLAN VLAN是一種網(wǎng)絡構造和用戶的組織形式 通過交換機 或路由器 劃分 由網(wǎng)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(wǎng)絡 廣播幀不會跨越邏輯網(wǎng)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(wǎng)中那樣互相訪問 2020 2 14 22 VLAN示意圖 2020 2 14 23 VLAN能夠隔離 限制 廣播域 VLAN劃分前 整個網(wǎng)絡都在一個廣播域中 2020 2 14 24 VLAN劃分后 網(wǎng)絡被分割成幾個較小的廣播域 2020 2 14 25 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(zhì)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(shù)據(jù)增強了網(wǎng)絡的安全性實現(xiàn)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(nèi)建立靈活的 動態(tài)化的組織結(jié)構 2020 2 14 26 VLAN劃分的方法 基于端口 靜態(tài)劃分 根據(jù)端口號劃分VLAN基于MAC地址 動態(tài)劃分 根據(jù)用戶計算機的MAC地址劃分VLAN基于網(wǎng)絡地址或網(wǎng)絡協(xié)議類型 動態(tài) 根據(jù)用戶計算機的IP地址劃分VLAN 2020 2 14 27 主干 Trunk 主干用于實現(xiàn)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?shù)臄?shù)據(jù)包加上特殊標簽 通常是802 1q和Cisco的ISL等 稱為貼標簽 Tagging 2020 2 14 28 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(xiàn)路由器三層交換機 2020 2 14 29 8 5無線接入點 AP AP是位于無線局域網(wǎng)拓撲中心位置的無線基站設備 AP的功能是實現(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標準的有線以太網(wǎng)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 s 2020 2 14 30 8 6路由器 Router 工作在OSI第三層 網(wǎng)絡層 功能 在網(wǎng)絡之間轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡分組 為網(wǎng)絡分組尋找最佳傳輸路徑 實現(xiàn)子網(wǎng)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(lián)網(wǎng)上的主機 提供廣域網(wǎng)服務 應用 把LAN連入廣域網(wǎng)或作為廣域網(wǎng)的核心連接設備 用路由器進行網(wǎng)絡互聯(lián)的特點 用路由器連接起來的若干個網(wǎng)絡 它們?nèi)允歉髯元毩⒌?要想從一個網(wǎng)絡訪問用路由器連接起來的另一個網(wǎng)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 2020 2 14 31 用路由器進行網(wǎng)絡互聯(lián) 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 沖突域3 廣播域2 廣播域1 2020 2 14 32 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(wǎng)絡的路由信息的數(shù)據(jù)庫包含目的網(wǎng)絡地址 號 傳輸路徑 傳輸開銷等根據(jù)目的網(wǎng)絡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(wǎng)絡中的每個路由器都會根據(jù)路由算法定時地或在網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時更新其路由表 靜態(tài)路由 由網(wǎng)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(wǎng)絡的變化并根據(jù)路由算法重新計算路由的協(xié)議稱為路由選擇協(xié)議 RoutingProtocol 2020 2 14 33 路由表的例子 2 0 A B 2020 2 14 34 路由表的基本內(nèi)容 172 16 2 0 172 16 1 0 172 16 4 0 A B 路由器A的路由表 3 1 2 3 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(shù) 步跳數(shù) 成本 線路可靠性等表示 大多數(shù)情況下用步跳數(shù)來表示 2020 2 14 35 路由表的基本內(nèi)容 續(xù) 注意 路由器是根據(jù)網(wǎng)絡號來轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包的 所以路由表中存放的是目的網(wǎng)絡號 而不是目的主機號 類比 郵政局在城市間轉(zhuǎn)發(fā)信件依據(jù)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(wǎng)絡的數(shù)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 2020 2 14 36 路由器的路由選擇過程 也采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方法 接收并緩存IP數(shù)據(jù)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(wǎng)絡地址 用目的網(wǎng)絡地址查找路由表決定轉(zhuǎn)發(fā)路徑 如果目的網(wǎng)絡地址就是與輸入接口連接的網(wǎng)絡 則丟棄 如果目的網(wǎng)絡地址就是與輸出接口連接的網(wǎng)絡 則直接遞交 如果找到匹配項 則通過對應接口轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(wǎng)絡地址 表 存放的是端口與目的網(wǎng)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(wǎng)絡地址部分來查表 2020 2 14 37 路由器的結(jié)構 路由處理器CPU RAM IOS路由表協(xié)議軟件網(wǎng)絡接口 LAN WAN CONSOLE 輸入接口 輸出接口交換結(jié)構 SwitchingFabric 2020 2 14 38 路由器的網(wǎng)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CONSOLE 2020 2 14 39 內(nèi)部結(jié)構 2020 2 14 40 三種交換結(jié)構 存儲器 總線 交叉開關 2020 2 14 41 輸入端口 數(shù)據(jù)鏈路層 如以太網(wǎng)等 物理層 位的接收 分散化的交換 給定數(shù)據(jù)報目的地址 在路由表中查找輸出端口目標 以線速實現(xiàn)輸入端口處理排隊 若數(shù)據(jù)報到達太快 來不及處理時 2020 2 14 42 輸出端口 對來自于交換引擎的分組進行緩沖 Buffering 根據(jù)調(diào)度規(guī)則從數(shù)據(jù)報隊列中選擇數(shù)據(jù)報 重新封裝后發(fā)送出去 2020 2 14 43 輸出端口緩沖 當來自于交換引擎的數(shù)據(jù)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 2020 2 14 44 路由器組網(wǎng)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(zhì)的網(wǎng)絡和不同體系結(jié)構的網(wǎng)絡 可以為分組確定傳輸?shù)淖罴崖窂?可以過濾廣播信息 缺點昂貴 必須用于可路由協(xié)議網(wǎng)絡 配置復雜 處理速度比橋接器慢 2020 2 14 45 無線路由器 是將AP和路由器功能結(jié)合在一起的網(wǎng)絡設備 特別適合于家庭或小型辦公室環(huán)境的組網(wǎng) 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(xié)議 支持VPN QoS 內(nèi)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 2020 2 14 46 使用無線路由器組建家庭網(wǎng)絡 2020 2 14 47 8 7第三層交換機 可以看成是結(jié)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(wǎng)絡層協(xié)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(shù)據(jù)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 2020 2 14 48 第三層交換的基本原理 兩種主要類型 網(wǎng)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(xié)議標記交換 MPLS MultiprotocolLabelSwitching 強調(diào)交換機核心層的速度 完全用ASIC硬件以線速實現(xiàn)路由和交換端系統(tǒng)驅(qū)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(xiàn)端到端的交換 2020 2 14 49 多協(xié)議標簽交換 MPLS 基本思想是給數(shù)據(jù)包 貼 上標簽 此標簽在交換域的入口結(jié)點貼上 在中間交換結(jié)點讀出 最后在交換域的出口結(jié)點刪除 路徑上的所有交換機都根據(jù)標簽確定數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)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(xié)議建立目的網(wǎng)絡可達性 然后使用標簽發(fā)布協(xié)議LDP在路由器間共享標簽信息 以發(fā)現(xiàn)和構造與標簽相對應的虛路徑 各路由交換機再根據(jù)這些路徑構造出分組轉(zhuǎn)發(fā)表 2 當一個IP數(shù)據(jù)包進入交換域時 入口邊緣路由器就給數(shù)據(jù)包貼上標簽 然后根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將數(shù)據(jù)包發(fā)給下一個交換節(jié)點 2020 2 14 50 3 所有的中間交換節(jié)點都按照標簽進行轉(zhuǎn)發(fā) 由于標簽只具有本地意義 所以每經(jīng)過一個交換節(jié)點 標簽就要更換一次 4 當IP數(shù)據(jù)包離開交換域時 出口邊緣路由器將標簽刪除 其后按傳統(tǒng)方法進行轉(zhuǎn)發(fā) 2020 2 14 51 快速IP交換 FastIP 基本思想是源端主機在傳送數(shù)據(jù)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(jīng)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(jù)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(shù)據(jù)包 不再經(jīng)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(shù)據(jù)包進行匹配判斷 對于一個流中的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包提交給路由模塊 2020 2 14 52 2 路由模塊以傳統(tǒng)的方式計算路由 然后經(jīng)第二層交換引擎將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目的 轉(zhuǎn)發(fā)時 交換機要重寫第二層幀的幀頭 這個修改后的數(shù)據(jù)包稱為使能包 交換引擎將其轉(zhuǎn)發(fā)出去并完成下列操作 根據(jù)使能包的目的MAC地址計算該數(shù)據(jù)包應該從哪個接口轉(zhuǎn)發(fā) 根據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包后 交換引擎利用數(shù)據(jù)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(jù)捷徑重寫幀頭信息 然后直接轉(zhuǎn)發(fā)給目的主機 不再經(jīng)過路由引擎 2020 2 14 53 第三層交換機的應用 代替?zhèn)鹘y(tǒng)路由器作為企業(yè)網(wǎng)和校園網(wǎng)的核心 2020 2 14 54 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(xié)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(shù)據(jù)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(wǎng) 2020 2 14 55 本章小結(jié) 各種網(wǎng)絡設備實現(xiàn)的功能層次網(wǎng)絡接口卡中繼器和集線器網(wǎng)橋和交換機無線訪問點路由器第三層交換機各種網(wǎng)絡設備之間的區(qū)別