《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第1页共16页 第五章网络连接设备与技术 【计划课时】10课时(要求预习教材第六章) 5.1网络互联设备概述 计算机与计算机或工作站与服务器进行连接时,除了使用连接介质外,还需要一些中介设备 这些中介设备主要有哪些?起什么作用?这是在网络设计和实施中人们所关心的一些问题 网络互联设备通常可分为两类: 网络传输介质互联设备(与用户节点连接) 网络连接设备(网络内部或网络之间连接 5.1.1常用网络传输介质互联设备 网络线路与用户节点间的衔接设备。常见有: T型连接器 屏蔽或非屏蔽双绞线连接器RJ-45 RS232接口(DB25); ·DB-15接口 VB35同步接口 调制解调器 收发器及光纤收发器 终端匹配器 T型连接器与BNC接插件同是细同轴电缆的连接器,它对网络的可靠性有着至关重要的影 响。同轴电缆与T型连接器是依赖于BNC接插件进行连接的,BNC接插件有手工安装和工 具型安装之分,用户可根据实际情况和线路的可靠性进行选择。 RJ-45非屏蔽双绞线连接器有8根连针,在10BASE-T标准中,仅使用4根,即第1对双绞 线使用第1针和第2针,第2对双绞线使用第3针和第6针(第3对和第4对作备用)。具 体使用时可参照厂家提供的说明书。 DB-25(RS-232)接口是目前微机与线路接口的常用方式 DB-15接口用于连接网络接口卡的AUI接口,可将信息通过收发器电缆送到收发器,然后进 入主干介质 VB35同步接口用于连接远程的高速同步接口。 收发器用于粗同轴电缆与站点网卡间的连接。 光纤收发器用于光纤与无光纤接口的站点网络设备之间的连接。 调制解调器( Modem)其功能是将计算机的数字信号转换成模拟信号或反之,以便在电话线 路或微波线路上传输。调制是把数字信号转换成模拟信号:解调是把模拟信号转换成数字信 号,它一般通过RS-232接口与计算机相连 终端匹配器(也称终端适配器)安装在同轴电缆(粗缆或细缆)的两个端点上,它的作用是 防止电缆无匹配电阻或阻抗不正确。无匹配电阻或阻抗不正确,则会引起信号波形反射, 成信号传输错误。 莆田学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 1 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 第五章 网络连接设备与技术 【计划课时】10 课时（要求预习教材第六章） 5.1 网络互联设备概述 计算机与计算机或工作站与服务器进行连接时，除了使用连接介质外，还需要一些中介设备。 这些中介设备主要有哪些？起什么作用？这是在网络设计和实施中人们所关心的一些问题。 网络互联设备通常可分为两类： ⚫ 网络传输介质互联设备（与用户节点连接） ⚫ 网络连接设备（网络内部或网络之间连接 5.1.1 常用网络传输介质互联设备 网络线路与用户节点间的衔接设备。常见有： • T 型连接器； • 屏蔽或非屏蔽双绞线连接器 RJ-45； • RS232 接口（DB-25）； • DB-15 接口； • VB35 同步接口； • 调制解调器； • 收发器及光纤收发器 • 终端匹配器 ⚫ T 型连接器与 BNC 接插件同是细同轴电缆的连接器，它对网络的可靠性有着至关重要的影 响。同轴电缆与 T 型连接器是依赖于 BNC 接插件进行连接的，BNC 接插件有手工安装和工 具型安装之分，用户可根据实际情况和线路的可靠性进行选择。 ⚫ RJ-45 非屏蔽双绞线连接器有 8 根连针，在 10BASE-T 标准中，仅使用 4 根，即第 1 对双绞 线使用第 1 针和第 2 针，第 2 对双绞线使用第 3 针和第 6 针（第 3 对和第 4 对作备用）。具 体使用时可参照厂家提供的说明书。 ⚫ DB-25（RS-232）接口是目前微机与线路接口的常用方式。 ⚫ DB-15 接口用于连接网络接口卡的 AUI 接口，可将信息通过收发器电缆送到收发器，然后进 入主干介质。 ⚫ VB35 同步接口用于连接远程的高速同步接口。 ⚫ 收发器用于粗同轴电缆与站点网卡间的连接。 ⚫ 光纤收发器用于光纤与无光纤接口的站点/网络设备之间的连接。 ⚫ 调制解调器（Modem）其功能是将计算机的数字信号转换成模拟信号或反之，以便在电话线 路或微波线路上传输。调制是把数字信号转换成模拟信号；解调是把模拟信号转换成数字信 号，它一般通过 RS-232 接口与计算机相连。 ⚫ 终端匹配器（也称终端适配器）安装在同轴电缆（粗缆或细缆）的两个端点上，它的作用是 防止电缆无匹配电阻或阻抗不正确。无匹配电阻或阻抗不正确，则会引起信号波形反射，造 成信号传输错误
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第2页共16页 网络连接设备用于将一个网络的几个网段( segments)连接起来,或将几个网络(LAN-LAN, WAN-WAN,LAN-WAN)连接起来形成一个互联网络( interwork or internet)。习惯上,将它们分成 五类:中继器、网桥、交换机、路由器和网关 网络连接设备 connecting devices 联网设备 网际互连设备 Networking devices Internetworking devices 中继器 网桥 交换机 路由器 网关 OSI层次 网络连接设备 作用 寻址功能 物理层 中继器/集线器 在电缆段间复制比特 数据链路层网桥几2交换机在LAN之间存诸转发帧MAC地址 网络层 路由器/L3交换机在不同的网络间存储转发分IP地址 组(数据报) 传输层及以上网关 提供不同体系间互联接口 5.1.物理层网络连接设备 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 传输层 传输层 网络层 数据链路层 贴继瓷网络层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 OS/RM中的物理层 网络连接设备
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 2 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 网络连接设备用于将一个网络的几个网段（segments）连接起来，或将几个网络（LAN-LAN， WAN-WAN，LAN-WAN）连接起来形成一个互联网络（interwork or internet）。习惯上，将它们分成 五类：中继器、网桥、交换机、路由器和网关。 OSI 层次 网络连接设备 作用 寻址功能 物理层 数据链路层 网络层 传输层及以上 中继器/集线器 网桥/L2 交换机 路由器/L3 交换机 网关 在电缆段间复制比特 在 LAN 之间存储转发帧 在不同的网络间存储转发分 组（数据报） 提供不同体系间互联接口 —— MAC 地址 IP 地址 —— 5.1.1 物理层网络连接设备 网络连接设备 connecting devices 联网设备 Networking devices 网际互连设备 Internetworking devices 中继器 网 桥 交换机 路由器 网 关
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第3页共16页 a中继器( repeater) 由于存在损耗,在线路上传输的信号功率会逐渐衰减,信号在网络传输介质中有衰减和噪音 使有用的数据信号变得越来越弱,衰减到一定程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误。因此 为了保证有用数据的完整性,并在一定范围内传送,要用中继器把所接收到的弱信号分离,并再生 放大以保持与原数据相同。 中继器是连接网络线路的一种装置,常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继 器是最简单的网络互联设备,主要完成物理层的功能,负责在两个节点的物理层上按位传递信息 完成信号的复制、调整和放大功能,以此来延长网络的长度。 ①物理层设备(局域网中最简单、成本最低的网络连接设备) ②特点 电信号再生放大转发中继器的作用是功能是对弱信号进行再生和转发。中继器检测由某个 端口接收的输入信号,将其恢复为原始的波形和振幅,然后以最小的延迟将这些经过重整(重 定时和恢复)的信号重新发送到接收端口之外的其他各个端口。 ·无检错、纠错功能错误的数据经中继器后仍被复制到另一电缆段。 用中继器连接的各网段属于同一个网络,具有相同的网络地址对数据链路层以上的协议来 讲,用中继器互联起来的若干段电缆与单根电缆之间并没有差别(除了有一定时延)。 用中继器连接的网络段都必须使用同样的介质访问方法。一般情况下,中继器的两端连接的 是相同的媒体,但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作(如粗、细电缆混接)。 ③应用: 中继器一般用于传统以太网之类的总线型电缆系统 增加信号传送距离 相同物理层协议的LAN内(同一网络不同网段)的互连 从理论上讲中继器的使用是无限的,网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的,因为网 络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定,中继器只能在此规定范围内进行有效的工作,否则 会引起网络故障。以太网络标准中就约定了一个以太网上只允许出现5个网段,最多使用4个中继 器,而且其中只有3个网段可以挂接计算机终端。 b集线器(hub) 实际上是一种多端口的普通中继器( multiport repeater)。以集线器为中心的优点是:当网络系 统中某条线路或某节点出现故障时,不会影响网上其他节点的正常工作。集线器可分为无源 ( Passive)集线器、有源( Active)集线器和智能( Intelligent)集线器, 无源集线器只负责把多段介质连接在一起,不对信号作任何处理,每一种介质段只允许扩展到 莆田学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 3 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 a.中继器（repeater） 由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，信号在网络传输介质中有衰减和噪音， 使有用的数据信号变得越来越弱，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。因此 为了保证有用数据的完整性，并在一定范围内传送，要用中继器把所接收到的弱信号分离，并再生 放大以保持与原数据相同。 中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继 器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息， 完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。 ① 物理层设备（局域网中最简单、成本最低的网络连接设备） ② 特点： ·电信号再生放大转发 中继器的作用是功能是对弱信号进行再生和转发。中继器检测由某个 端口接收的输入信号，将其恢复为原始的波形和振幅，然后以最小的延迟将这些经过重整（重 定时和恢复）的信号重新发送到接收端口之外的其他各个端口。 ·无检错、纠错功能 错误的数据经中继器后仍被复制到另一电缆段。 ·用中继器连接的各网段属于同一个网络，具有相同的网络地址 对数据链路层以上的协议来 讲，用中继器互联起来的若干段电缆与单根电缆之间并没有差别（除了有一定时延）。 ·用中继器连接的网络段都必须使用同样的介质访问方法。一般情况下，中继器的两端连接的 是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作（如粗、细电缆混接）。 ③ 应用： 中继器一般用于传统以太网之类的总线型电缆系统。 ·增加信号传送距离 ·相同物理层协议的 LAN 内（同一网络不同网段）的互连 从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网 络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则 会引起网络故障。以太网络标准中就约定了一个以太网上只允许出现 5 个网段，最多使用 4 个中继 器，而且其中只有 3 个网段可以挂接计算机终端。 b.集线器（hub） 实际上是一种多端口的普通中继器（multiport repeater）。以集线器为中心的优点是：当网络系 统中某条线路或某节点出现故障时，不会影响网上其他节点的正常工作。集线器可分为无源 （Passive）集线器、有源（Active）集线器和智能（Intelligent）集线器。 无源集线器只负责把多段介质连接在一起，不对信号作任何处理，每一种介质段只允许扩展到
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第4页共16页 最大有效距离的一半 有源集线器类似于无源集线器,但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能。 智能集线器除具有有源集线器的功能外,还可将网络的部分功能集成到集线器中,如网络管理、 选择网络传输线路等。 5.1.2数据链路层网络连接设备——网桥( br idge) 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 传输层 传输层 网络层 网桥 网络层 数据链路层数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 OSl/RM中的数据链路层 网络连接设备 网桥是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于数据链路层的一种设备, 拉梁染⊙两个更多独立的的物理网段连接起来,以形成一个逻辑网络,使这个逻辑网络的行为看 的作用是扩展网络和通信手段,在各种传输介质中转发数据信号,扩展网络的距离,同时又有选 地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质,并能有效地限制两个介质系统中无关 要的通信。网桥可分为本地网桥和远程网桥。本地网桥是指在传输介质允许长度范围内互联网络 网桥:远程网桥是指连接的距离超过网络的常规范围时使用的远程桥,通过远程桥互联的局域网 成为城域网或广域网。如果使用远程网桥,则远程桥必须成对出现 数据链路层设备一一识别MAC地址 特点 帧的接收、存储与转发 起来就像一个单独的物理网络一样。一般情况下,被连接的网络系统都具有相同的逻辑链路 控制规程LLC,但媒体访问控制协议MAC可以不同。 ·纠错(隔离错误帧) 维护硬件地址表,并根据这个表将帧传送给特定的子网 ③应用: 同协议组相同或不同MAC协议的LAN的互连(如以太网与令牌环网连接) 划分网络,减少整个网络数据链路层的广播流量(只有不同网段的信息才能通过网桥)并提高 可靠性(网桥两端形成不同LAN,任一个出现故障(断线等)不会影响另一个) ④分类: ·内桥(由服务器兼任) 外桥(专门计算机) ⑤常用桥接技术(算法) IEEE802委员会为网桥规定了两种桥接技术(算法) 莆田学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 4 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 最大有效距离的一半。 有源集线器类似于无源集线器，但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能。 智能集线器除具有有源集线器的功能外，还可将网络的部分功能集成到集线器中，如网络管理、 选择网络传输线路等。 5.1.2 数据链路层网络连接设备——网桥（bridge） 网桥是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于数据链路层的一种设备， 它的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选 择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关 紧要的通信。网桥可分为本地网桥和远程网桥。本地网桥是指在传输介质允许长度范围内互联网络 的网桥；远程网桥是指连接的距离超过网络的常规范围时使用的远程桥，通过远程桥互联的局域网 将成为城域网或广域网。如果使用远程网桥，则远程桥必须成对出现。 ① 数据链路层设备——识别 MAC 地址 ② 特点： ·帧的接收、存储与转发 将两个或更多独立的的物理网段连接起来，以形成一个逻辑网络，使这个逻辑网络的行为看 起来就像一个单独的物理网络一样。一般情况下，被连接的网络系统都具有相同的逻辑链路 控制规程 LLC，但媒体访问控制协议 MAC 可以不同。 ·纠错（隔离错误帧） 。维护硬件地址表，并根据这个表将帧传送给特定的子网。 ③ 应用： ·同协议组相同或不同 MAC 协议的 LAN 的互连（如以太网与令牌环网连接） ·划分网络，减少整个网络数据链路层的广播流量（只有不同网段的信息才能通过网桥）并提高 可靠性（网桥两端形成不同 LAN，任一个出现故障（断线等）不会影响另一个）。 ④ 分类： ·内桥（由服务器兼任） ·外桥（专门计算机） ⑤ 常用桥接技术（算法） IEEE802 委员会为网桥规定了两种桥接技术（算法）：
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第5页共16页 透明网桥( transparent bridge)主要用于以太网环境(标准:IEEE8021) 源路由选择网桥(SRB, source routing bridge)主要用于令牌环环境(标准:正E802.5) 【透明网桥】P242 透明网桥具有通过分析来自所有连接网络的输入封包的源地址来“学习”网络的拓扑结构并建 立起一张自己的路径选择表(站表)的功能。它的表现和操作对网络主机而言是透明的。透明网桥 处理帧的技术原理可以归纳为: 广播未知帧(不知就广播) 学习源地址(建立MAC-端口映射表) 丢弃本网帧(过滤功能) 转发异网帧(按MAC-端口 1 映射表转发) 网桥映射表 特点:使用MAC端口映射表 MAC地址网桥端口 缺点:不能选择最佳路由。 网桥 网桥的数据过滤功能 透明网 桥”( transparent bridge)又称“生成树网桥"( spanning tree bridge)。所谓“透明”的含义可以 这样理解:装有多个LAN的单位在买回EEE标准网桥之后,只需把连接插头插入网桥,就 万事大吉。不需要改动硬件和软件,无需设置地址开关,无需装入路由表或参数。总之什么 也不干,只须插入电缆就完事,现有LAN的运行完全不受网桥的任何影响 ●透明网桥采用的算法是“逆向学习法”,基本思想是利用每个MAC帧中的源地址字段。桥显 然能看见所连接的任一LAN上传送的帧。当一个帧到达一个特写的端口时,查看源地址即 可知道在哪个LAN上可访问哪台机器。 使用透明网桥必须注意不可出现“桥接循环”,即连接的任何两个LAN间不可存在多条网桥路 径。否则要么出现网络通信失败,要么导致网络阻塞( congesting 解决桥接循环问题采用的方法是“生成树算法”(STA, Spanning Tree Algorithm)它将冗余 的路径设置成阻塞状态,提高了网络循环连接的可用性,同时消除了桥接循环带来的问题。 生成树算法利用了一个来自图论的基本结论;对于那些由许多节点以及连接节点的边组成的连 通图,存在一棵“生成树”,它保证了图的连通性,同时又没有一个闭合环。 莆田学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 5 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 ·透明网桥（transparent bridge） 主要用于以太网环境 （标准：IEEE 802.1） ·源路由选择网桥（SRB，source routing bridge） 主要用于令牌环环境 （标准：IEEE 802.5） 【透明网桥】 P242 透明网桥具有通过分析来自所有连接网络的输入封包的源地址来“学习”网络的拓扑结构并建 立起一张自己的路径选择表（站表）的功能。它的表现和操作对网络主机而言是透明的。透明网桥 处理帧的技术原理可以归纳为： ·广播未知帧（不知就广播） ·学习源地址（建立 MAC-端口映射表） ·丢弃本网帧（过滤功能） ·转发异网帧（按 MAC-端口 映射表转发） 特点：使用 MAC-端口映射表 缺点：不能选择最佳路由。 ⚫ “ 透明网 桥”(transparent bridge)又称“生成树网桥”(spanning tree bridge)。所谓“透明”的含义可以 这样理解：装有多个 LAN 的单位在买回 IEEE 标准网桥之后，只需把连接插头插入网桥，就 万事大吉。不需要改动硬件和软件，无需设置地址开关，无需装入路由表或参数。总之什么 也不干，只须插入电缆就完事，现有 LAN 的运行完全不受网桥的任何影响。 ⚫ 透明网桥采用的算法是“逆向学习法”，基本思想是利用每个 MAC 帧中的源地址字段。桥显 然能看见所连接的任一 LAN 上传送的帧。当一个帧到达一个特写的端口时，查看源地址即 可知道在哪个 LAN 上可访问哪台机器。 使用透明网桥必须注意不可出现“桥接循环”，即连接的任何两个 LAN 间不可存在多条网桥路 径。否则要么出现网络通信失败，要么导致网络阻塞（congesting）。 解决桥接循环问题采用的方法是“生成树算法”（STA，Spanning Tree Algorithm）。它将冗余 的路径设置成阻塞状态，提高了网络循环连接的可用性，同时消除了桥接循环带来的问题。 生成树算法利用了一个来自图论的基本结论；对于那些由许多节点以及连接节点的边组成的连 通图，存在一棵“生成树”，它保证了图的连通性，同时又没有一个闭合环
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第6页共16页 生成树算法和协议(STP)是一种确保任何两台交换机(多口网桥)之间只有一条数据路径的 自动配置算法。此协议也可进一步增强为每个ⅥLAN建立一个生成树。它在提供路径冗余和网络可 扩展性的同时,保证网络的无环路拓扑。STP允许在两个或多个交换机中可以存在多条路径,但同 一时间只有一条路径可以激活。其余的路径将被置于阻塞模式。如果主路径失败,一条备选路径将 会从阻塞状态转换到转发状态从而重新建立交换机之间的连接。 【源路由网桥】P246 其特点是由发送帧的源工作站负责路由选择,每个源工作站都配置一张“路由选择表”。 源路由网桥处理帧的技术原理可以归纳为 ·广播路由选择帧(源站以广播方式向目的站发送一个路由选择帧,沿所有可能的路径传送 在传送中,每个路由选择帧都记下所经过的路径。) 接收路由选择帧〔当路由选择帧到达目的站后,就沿原路径返回源站,带回路由信息) ·生成路由选择表(源站从所有可能的路径中按一定规则—一—如最先发回路由选择帧的路由或 最小的网络节点数等一一选择一条最佳路由,记入本站的路由选择表中) 封装源路由信息(凡从这个源站向这个目的站发送的帧,其首部都封装有源站所确定的路由 信息) 除了上述两种桥接技术,还有所谓“源路由透明网桥"(SRI)技术,适合在以太网和令牌环网 的混合环境下的通信。 学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 6 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 生成树算法和协议（STP）是一种确保任何两台交换机（多口网桥）之间只有一条数据路径的 自动配置算法。此协议也可进一步增强为每个 VLAN 建立一个生成树。它在提供路径冗余和网络可 扩展性的同时，保证网络的无环路拓扑。STP 允许在两个或多个交换机中可以存在多条路径，但同 一时间只有一条路径可以激活。其余的路径将被置于阻塞模式。如果主路径失败，一条备选路径将 会从阻塞状态转换到转发状态从而重新建立交换机之间的连接。 【源路由网桥】 P246 其特点是由发送帧的源工作站负责路由选择，每个源工作站都配置一张“路由选择表”。 源路由网桥处理帧的技术原理可以归纳为： ·广播路由选择帧（源站以广播方式向目的站发送一个路由选择帧，沿所有可能的路径传送， 在传送中，每个路由选择帧都记下所经过的路径。） ·接收路由选择帧（当路由选择帧到达目的站后，就沿原路径返回源站，带回路由信息） ·生成路由选择表（源站从所有可能的路径中按一定规则——如最先发回路由选择帧的路由或 最小的网络节点数等——选择一条最佳路由，记入本站的路由选择表中） ·封装源路由信息（凡从这个源站向这个目的站发送的帧，其首部都封装有源站所确定的路由 信息） 除了上述两种桥接技术，还有所谓“源路由透明网桥”（SRT）技术，适合在以太网和令牌环网 的混合环境下的通信
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第7页共16页 5.1.3网络层网络连接设备—路由器( router) OSI/RM OSI/RM 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 传输层 路由器 传输层 网络尽 网络尽 网络层 数据锭路层 数据锭路层 数据链路层 物理层 物理尽 物理层 局域网1 局城网2 路由器( Router)是用于连接多个逻辑上分开的网络。逻辑网络是指一个单独的网络或一个子 网。当数据从一个子网传输到另一个子网时,可通过路由器来完成。因此,路由器具有判断网络地 址和选择路径的功能,它能在多网络互联环境中建立灵活的连接,可用完全不同的数据分组和介质 访问方法连接各种子网。路由器是属于网络层的一种互联设备,只接收源站或其他路由器的信息, 它不关心各子网使用的硬件设备,但要求运行与网络层协议相一致的软件。路由器分本地路由器和 远程路由器,本地路由器是用来连接网络传输介质的,如光纤、同轴电缆和双绞线:远程路由器是 用来与远程传输介质连接并要求相应的设备,如电话线要配调制解调器,无线要通过无线接收机和 发射机。 ①识别IP地址 ②特点 互连网络之间IP数据报的接收、存储和转发 路由器=CPU+内存+路由协议+(安全防火墙) ③应用 不同网络间信息的传送(只送往已知网络,不知就丢弃) 内外网隔离 ④分类 ·专用路由器 ·普通计算机作路由器(配备 Windows2000等) Cisco公司是世界上最著名的路由器制造商。 路由器在因特网界也被称为“网关”( gateway)。其任务是管理子网之间或子网到因特网之间所 进行的网络通信。客户机上一般须设置一个默认网关的IP地址,这样当一台主机准备向另一台主机 发送消息时,源主机在IP数据包中加入了其自身的地址以及目标主机的地址。当主机准备向不在本 地网上的另一台主机(根据目标网络和子网地址确定)发送数据报时一一主机将检査目标主机的网 络ID,并把它与本地路由表相比较—一主机就把数据报转发给它的默认路由器(默认网关),然后 由该路由器负责将数据报发送到不同的网络或另一台路由器,直到该数据报到达最终目的地。如果 没指明默认网关,通信将被限制在该台主机所在的本地网络上。 莆田学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 7 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 5.1.3 网络层网络连接设备——路由器（router） 路由器（Router）是用于连接多个逻辑上分开的网络。逻辑网络是指一个单独的网络或一个子 网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。因此，路由器具有判断网络地 址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质 访问方法连接各种子网。路由器是属于网络层的一种互联设备，只接收源站或其他路由器的信息， 它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。路由器分本地路由器和 远程路由器，本地路由器是用来连接网络传输介质的，如光纤、同轴电缆和双绞线；远程路由器是 用来与远程传输介质连接并要求相应的设备，如电话线要配调制解调器，无线要通过无线接收机和 发射机。 ①识别 IP 地址 ② 特点： ·互连网络之间 IP 数据报的接收、存储和转发 ·路由器=CPU+内存+路由协议+（安全防火墙） ③ 应用 ·不同网络间信息的传送（只送往已知网络，不知就丢弃） ·内外网隔离 ④ 分类 ·专用路由器 ·普通计算机作路由器（配备 Windows 2000 等） Cisco 公司是世界上最著名的路由器制造商。 路由器在因特网界也被称为“网关”（gateway）。其任务是管理子网之间或子网到因特网之间所 进行的网络通信。客户机上一般须设置一个默认网关的 IP 地址，这样当一台主机准备向另一台主机 发送消息时，源主机在 IP 数据包中加入了其自身的地址以及目标主机的地址。当主机准备向不在本 地网上的另一台主机（根据目标网络和子网地址确定）发送数据报时——主机将检查目标主机的网 络 ID，并把它与本地路由表相比较——主机就把数据报转发给它的默认路由器（默认网关），然后 由该路由器负责将数据报发送到不同的网络或另一台路由器，直到该数据报到达最终目的地。如果 没指明默认网关，通信将被限制在该台主机所在的本地网络上
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第8页共16页 路由器和网桥的区别: 从工作的协议层看,路由器是网络层设备,而网桥是数据链路层设备,这意味着前者使用的是数据 报且用P地址寻址,后者处理的是帧且只能使用MAC地址寻址。 ·从数据转发模式看,如果网桥不知道下一个合适的目标地址,它们就将帧送到除接收端口之外的 所有活动端口(广播),而路由器向由路由表规定的特写路径转发数据报(路由),如果不知道通 往某个目标地址的路由,它们就丢弃该数据报并向源站点发回一个出错信息。 从网络互连功能看,网桥被设计用来LAN之间的互连,而路由器被设计用来既可进行LAN间互 连,亦可用与LAN与WAN之间的互连,特别是内网和外网间的隔离性互连 路由器是网络中的核心设备。硬件路由器是大家所熟悉的,最典型的就是Csco公司的系列路 由器。软件路由器是个新兴的产品,比如 Tiny Software推出的 Win Route pro软件路由器, Vicomsoft 公司推出的 intemet Gateway软件路由器等等。硬件路由器包括电源、内部总线、主存、闪存、处 理器和操作系统等。同时,它的内部组件还包括专用网卡,用来处理各种各样可能的连接。它的网 络操作系统(oS)中包含路由软件,而软路由器产品则是运行在 Windows系列的操作系统上。 在安全性方面,如果将软路由器安装在一个非常“干净”的系统上,也就是说,系统安装有最新的 维护程序和安全补丁,没有安装其他软件,而且执行NAT,那么,软路由器就能像所有其它 Cisco 提供的硬路由器一样安全可靠。 5.1.4交换机( switch) ①数据链路层(二层)或网络层(三层)设备 ②特点 现代网络中大量使用交换机作为网络互连设备。交换机提供: 高速的数据交换能力 增加网络带宽 低的延迟时间和快速帧的传送 在LAN中支持以太网、快速以太网、AIM、令牌环网等多种网型 交换机更可以在现有的网络上提供固定的带宽给用户以确保用户传送数据的质量:其端口可以 提供不同的传输速度:在传送方式上可提供全双工传输,提高了数据的传送能力。 交换机还提供了ⅥLAN功能,用于控制广播风暴和网络管理 跟网桥相比,网桥所拥有的功能交换机都具备了,但交换机增加了ⅥAN和三层交换功能,拥 有更多的端口(网桥通常只有2至4个)和更高带宽,而且可工作在网络层(第三层) 交换机最重要的性能指标是“背板带宽”( Switching Fabric),即一台交换机在背板处的最大带 宽。背板( backplane)则指交换机或集线器底板( chassis)内的总线或交换矩阵,所有通过该设备」 的流量至少要经过背板一次 ③三种数据包传送方式 Cut- through只检査目的地址,一确认即开始传送(延迟最小,无检错功能) Fragment Free( Modified Cut-through)传送时会检查是否有冲突发生,并可过滤大部分错误(中 等延迟) · Store and Forward接收端口将传送来的整个数据包完整接收下来后存储在缓冲区中,然后进行 检错,只有完好的数据包才能得以向目的地址转发 ④应用 莆田学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 8 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 路由器和网桥的区别： ·从工作的协议层看，路由器是网络层设备,而网桥是数据链路层设备，这意味着前者使用的是数据 报且用 IP 地址寻址，后者处理的是帧且只能使用 MAC 地址寻址。 ·从数据转发模式看，如果网桥不知道下一个合适的目标地址，它们就将帧送到除接收端口之外的 所有活动端口（广播），而路由器向由路由表规定的特写路径转发数据报（路由），如果不知道通 往某个目标地址的路由，它们就丢弃该数据报并向源站点发回一个出错信息。 ·从网络互连功能看，网桥被设计用来 LAN 之间的互连，而路由器被设计用来既可进行 LAN 间互 连，亦可用与 LAN 与 WAN 之间的互连，特别是内网和外网间的隔离性互连。 路由器是网络中的核心设备。硬件路由器是大家所熟悉的，最典型的就是 Cisco 公司的系列路 由器。软件路由器是个新兴的产品，比如 Tiny Software 推出的 WinRoute Pro 软件路由器，Vicomsoft 公司推出的 Internet Gateway 软件路由器等等。硬件路由器包括电源、内部总线、主存、闪存、处 理器和操作系统等。同时，它的内部组件还包括专用网卡，用来处理各种各样可能的连接。它的网 络操作系统（IOS）中包含路由软件，而软路由器产品则是运行在 Windows 系列的操作系统上。 在安全性方面，如果将软路由器安装在一个非常“干净”的系统上，也就是说，系统安装有最新的 维护程序和安全补丁，没有安装其他软件，而且执行 NAT，那么，软路由器就能像所有其它 Cisco 提供的硬路由器一样安全可靠。 5.1.4 交换机（switch） ①数据链路层（二层）或网络层（三层）设备 ②特点 现代网络中大量使用交换机作为网络互连设备。交换机提供： ·高速的数据交换能力 ·增加网络带宽 ·低的延迟时间和快速帧的传送 ·在 LAN 中支持以太网、快速以太网、ATM、令牌环网等多种网型 交换机更可以在现有的网络上提供固定的带宽给用户以确保用户传送数据的质量；其端口可以 提供不同的传输速度；在传送方式上可提供全双工传输，提高了数据的传送能力。 交换机还提供了 VLAN 功能，用于控制广播风暴和网络管理。 跟网桥相比，网桥所拥有的功能交换机都具备了，但交换机增加了 VLAN 和三层交换功能，拥 有更多的端口（网桥通常只有 2 至 4 个）和更高带宽，而且可工作在网络层（第三层）。 交换机最重要的性能指标是“背板带宽”（Switching Fabric），即一台交换机在背板处的最大带 宽。背板（backplane）则指交换机或集线器底板（chassis）内的总线或交换矩阵，所有通过该设备 的流量至少要经过背板一次。 ③三种数据包传送方式： ·Cut-through 只检查目的地址，一确认即开始传送（延迟最小，无检错功能） ·Fragment Free（Modified Cut-through）传送时会检查是否有冲突发生，并可过滤大部分错误（中 等延迟） ·Store and Forward 接收端口将传送来的整个数据包完整接收下来后存储在缓冲区中，然后进行 检错，只有完好的数据包才能得以向目的地址转发。 ④应用
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第9页共16页 Intranet内部网络传送控制 ⑤分类 ·第二层交换机——多端口网桥 解决方法:使用ⅥLN技术(基于物理端口或MAC地址,管理不便) 第三层交换机 基于硬件实现路由功能(路由转发速度和带宽于比路由器可高出数十倍甚至更多) 支持IP(ⅥLAN管理方便) 所谓“二层交换机”,简言之,就是它能识别MAC层的信息(能够剥离并处理包含MAC地址 的帧信息);所谓“三层交换机”,简言之,就是它不仅能识别MAC层的信息(能够剥离并处理包 含MAC地址的帧信息),而且能识别P层的信息(能将剥离并处理包含P地址的数据报信息)还 有所谓“四层交换机”,其含义由此类推。 我校校园网使用的核心交换机是具有交换机和路由器双重功能的三层千兆位以太网交换机。它 们象传统的交换机一样在第2层工作,只根据MAC地址转发或丢弃数据包。它们也象传统的路由 器一样工作在第3层,使用网络层的信息将数据包路由到其他路由器、交换式网络或最终站点上。 不过,与传统的路由器不同的是,常规的路由器将路由表保存在软件中,使用CPU査找和保持 这些地址。而三层交换机往往通过使用ASIC技术,将路由表保存在硬件中,从而获得“线速”路 由(所谓“线速”,指电信号能达到的最大传输速度),其速率几乎10倍于常规的路由器. 我院凤达学生公寓使用的是北京港湾网络公司生产的交换机。该公司推出宽带IP网络的核心交换设 备 Bighammer系列、汇集层中的 FlexHammer智能多层交换机及接入层μ Hammer等全系列以太网 交换机。 学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 9 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 Intranet 内部网络传送控制 ⑤分类 ·第二层交换机——多端口网桥 解决方法：使用 VLAN 技术（基于物理端口或 MAC 地址，管理不便） ·第三层交换机 基于硬件实现路由功能（路由转发速度和带宽于比路由器可高出数十倍甚至更多）； 支持 IP（VLAN 管理方便）。 所谓“二层交换机”，简言之，就是它能识别 MAC 层的信息（能够剥离并处理包含 MAC 地址 的帧信息）；所谓“三层交换机”，简言之，就是它不仅能识别 MAC 层的信息（能够剥离并处理包 含 MAC 地址的帧信息），而且能识别 IP 层的信息（能将剥离并处理包含 IP 地址的数据报信息）。还 有所谓“四层交换机”，其含义由此类推。 我校校园网使用的核心交换机是具有交换机和路由器双重功能的三层千兆位以太网交换机。它 们象传统的交换机一样在第 2 层工作，只根据 MAC 地址转发或丢弃数据包。它们也象传统的路由 器一样工作在第 3 层，使用网络层的信息将数据包路由到其他路由器、交换式网络或最终站点上。 不过，与传统的路由器不同的是，常规的路由器将路由表保存在软件中，使用 CPU 查找和保持 这些地址。而三层交换机往往通过使用 ASIC 技术，将路由表保存在硬件中，从而获得“线速”路 由（所谓“线速”，指电信号能达到的最大传输速度），其速率几乎 10 倍于常规的路由器。 我院凤达学生公寓使用的是北京港湾网络公司生产的交换机。该公司推出宽带 IP 网络的核心交换设 备 BigHammer 系列、汇集层中的 FlexHammer 智能多层交换机及接入层μHammer 等全系列以太网 交换机
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第10页共16页 高校校园网络拓扑示意图 Haerⅵiem管平台 断务器群 Radius Server CERNET D Serve Big Hammer 80 NetHammer 3680 千兆骨干 智能多层交换 Big Hammer 800 CE Flex Hammer 24 Flex Hamer 24 Flex Hammer 5610 Flex Hammer 5610 hAmmer 1024 Hamer 1024 r1024 AHammaer3550-44 AHammmer3550-48 AHammer3550-48 学生宿舍区 教工家起区 教学科研区 办公行政区 ]校园宽带网络校园园区网络_「 5.1.5网关( gateway) 网关用于连接“异构型网络”,理论上可以工作在OSI模型的所有七层。一个“网关”实际上是 个协议转换器。路由器本身只能使用相同的协议实现网际的数据包的传送、接收和中继。而网关 可以接收符合某个协议(如 Apple Talk)格式的数据包,把它转换成符合另一种协议(如TCP/P) 格式的数据包,然后再转发 5.2路由选择原理 5.2.1路由器工作方式 所谓“互连网络”,就是由若干路由器连接起来的一组网络。路由器的主要作用是将所接收到的 信息包按其附加的地址信息传送给另一个网络。一个路由器通常连接几个网络,如果通往目标网络 有几条传输路径可行,路由器将根据预先设定的所谓“计量标准”( metrIc)选择最佳路径 路由选择一一选择最佳路径 最佳判断一一计量标准 学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 10 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 5.1.5 网关（gateway） 网关用于连接“异构型网络”，理论上可以工作在 OSI 模型的所有七层。一个“网关”实际上是 一个协议转换器。路由器本身只能使用相同的协议实现网际的数据包的传送、接收和中继。而网关 可以接收符合某个协议（如 AppleTalk）格式的数据包，把它转换成符合另一种协议（如 TCP/IP） 格式的数据包，然后再转发。 5.2 路由选择原理 5.2.1 路由器工作方式 所谓“互连网络”，就是由若干路由器连接起来的一组网络。路由器的主要作用是将所接收到的 信息包按其附加的地址信息传送给另一个网络。一个路由器通常连接几个网络，如果通往目标网络 有几条传输路径可行，路由器将根据预先设定的所谓“计量标准”（metric）选择最佳路径。 路由选择——选择最佳路径 最佳判断——计量标准