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1、计算机网络设备第1页，本讲稿共74页本章要点n传输介质n网络互联设备（网卡、中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关）n网络综合设备2第2页，本讲稿共74页4.1 传输介质n传输介质分两类 n有线 n双绞线、同轴电缆、光纤 n无线n微波、卫星、红外线、激光 3第3页，本讲稿共74页1双绞线 n每一对双绞线由绞合在一起的相互绝缘的两根铜线组成，直径约为1mm。n如：电话线，有两对（四芯）双绞线的，也有一对（两芯）的。n双绞线可用于传输模拟信号和数字信号。n传输速率与线的粗细、长短有关，线的直径越大，传输距离越短，则传输速率越高。n分两种：n非屏蔽双绞线（UTP）n屏蔽双绞线（STP）4第4页，
2、本讲稿共74页非屏蔽双绞线（UTP）n有五种质量级别（即1、2、3、4、5类），5类最好，通常用3类、5类。n3类：10Mbps以下的数据传输n5类：100Mbps快速以太网、150Mbps的ATM n特点：n抗干扰能力差n价格便宜n安装方便，适用于点到点连接和多点连接，传输距离100米 5第5页，本讲稿共74页屏蔽双绞线（STP）n是在双绞线的外面再加上一个用金属丝编织成的屏蔽层。n特点：n抗干扰能力强，误码率低，传输速率较高。n支持远距离传输（十几千米）和有较多网络结点的场合。6第6页，本讲稿共74页双绞线连接器的连接方式n非屏蔽双绞线通常使用RJ45连接器nEIA 568A芯1 芯2 芯
3、3 芯4 芯5 芯6 芯7 芯8白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕nEIA 568B芯1 芯2 芯3 芯4 芯5 芯6 芯7 芯8白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕7第7页，本讲稿共74页两种常用的双绞线跳线类型n直通线：适用于主机到Hub或主机到交换机，双绞线的两端需同时选用A类接法或B类接法。n交叉线：适用于同类设备连接，如：主机到主机、Hub到Hub等，双绞线的一端应采用A类接法，另一端应采用B类接法。8第8页，本讲稿共74页2同轴电缆 n由同轴的内外两个导体组成，内导体是一根金属线，外导体是一根圆柱形的套管，一般是细金属线编织的网状结构，内外导体之间有绝缘层。n用同轴电缆作为传
4、输介质还需要：n两端的终结器（50欧姆或75欧姆）n中间连接需要收发器、T形头、筒形连接器等 n可分为 n基带同轴电缆（50欧姆同轴电缆）n宽带同轴电缆（75欧姆同轴电缆）9第9页，本讲稿共74页基带同轴电缆n常用于局域网。n可分为 n细缆 一般不超过180m n粗缆 一般不超过500m n要加长需接中继器 n优点：n抗干扰性强，支持多点连接n缺点：n物理可靠性不好，极易出故障 10第10页，本讲稿共74页宽带同轴电缆n常用于高带宽数据通信，支持多路复用。n如：有线电视 11第11页，本讲稿共74页3.光纤 n按使用场合可分为 n室外光纤 需防水、防晒、防压、防化学腐蚀等 n室内光纤 主要考虑
5、灵活 n按光线传播的角度可分为 n单模光纤 纤芯较细n多模光纤 纤芯较粗12第12页，本讲稿共74页单模光纤和多模光纤特性比较多模单模适合近距离低速度传输适合远距离高速度传输芯粗芯细价格较低价格昂贵散射大，效率较低散射小，效率较高13第13页，本讲稿共74页n光纤和一般电线传输的最大不同之处：n光纤截面积小；n光纤材料为玻璃，具不导电特性；n光纤使用光线来传输信号，电线用电来传送信号。14第14页，本讲稿共74页光纤的特点：n传输速率高；n传输损耗小；n抗电磁干扰性强，误码率低；n保密性好，不易被窃听；n重量轻，体积小，铺设容易；n分接线路不易；n造价很高。15第15页，本讲稿共74页铺设光纤
6、的成本：n室外光纤（占总成本的大部分）；n室内光纤（占总成本的小部分）；n连接室内和室外光纤 熔接（略高于室内光纤成本）16第16页，本讲稿共74页双绞线、同轴电缆、光纤特性比较 类 型特 性双绞线同轴电缆光纤电缆基带宽带频宽110M350M150400M 2G以上噪声免疫力差高频时高，低频时低较基频差良好，较双绞线同轴电缆佳安装维修价格 最低便宜中等昂贵安全保密性最低中等优于基频最佳17第17页，本讲稿共74页4.无线传输介质 n有线传输介质n需铺设线路，且不能随意移动。n无线传输介质n不需铺设传输线，允许设备在一定范围内移动，适合边远山区等难于铺设传输线的地区。n常用有三种：n微波与卫星通
7、信 n红外线通信 n激光通信 18第18页，本讲稿共74页微波与卫星通信 n微波的频率范围：100MHz-10GHz n微波的特点：n频率高，频段范围很宽，故微波信道的容量很大；n微波能穿透电离层而不反射到地面，故只能直线传播，因为地球是圆的，因此微波的传播距离受到限制。n有两种通信方式n地面微波接力通信 地面微波中继站 n卫星通信 微波中继站放在人造卫星上 n以上两种通信方式n相同点：频带宽，容量大，信号所受干扰小，通信稳定。n不同点：卫星传播时延大。19第19页，本讲稿共74页红外线通信n用红外线来传输信号n发送端：有红外线发送器n接收端：有红外线接收器n发送端与接收端之间必须在可视范围内
8、，中间不允许有障碍物。n特点n具有很强的方向性，很难窃听，但传输距离有限。n 如：掌上电脑与主机连接 20第20页，本讲稿共74页激光通信n利用激光来传输信号，即将激光束调制成光脉冲，以传输数据。n配置一对激光收、发器n优点n难于窃听，不易被干扰n缺点n不能传太远，易受环境影响，有少量污染。21第21页，本讲稿共74页4.2 网卡（NIC）n网卡的分类n按支持的计算机种类：n标准以太网卡、PCMCIA网卡n按支持的传输速率：n10Mb/s、100Mb/s、10/100Mb/s自适应、1000Mb/sn按支持的传输介质：n双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡、光纤网卡n按支持的总线类型：nISA网卡、
9、PCI网卡22第22页，本讲稿共74页网卡的总线类型nISA（工业标准结构）nPCI（外围部件互相连接）nMCA（微通道结构）nEISA（扩展的工业标准结构）nPCI23第23页，本讲稿共74页网卡的配置参数n中断请求IRQ3nI/O地址300Hn存储器基地址24第24页，本讲稿共74页网卡的接口类型nAUI接口（粗同轴电缆）nBNC接口（细同轴电缆）nRJ-45接口25第25页，本讲稿共74页网卡的制造商n3Com等26第26页，本讲稿共74页网卡的选用n网卡的材质和制作工艺；n选择适当的品牌；n根据网络类型选择网卡；n根据计算机插槽总线类型选购网卡；n根据使用环境来选择网卡。27第27页，
10、本讲稿共74页4.3 中继器28第28页，本讲稿共74页4.4 集线器n是将分散的、用于连接网络设备的线路集中在一起，以便管理和维护，故称为集线器或集中器。n集线器提供两类端口：n用于连接节电的RJ-45端口n用于连接粗缆的AUI端口、用于连接细缆的BNC端口或是连接光纤的F/O端口。29第29页，本讲稿共74页4.4.1 集线器的工作过程n缺点：n不安全因素；n容易造成网络塞车，降低网络效率；n采用非双工传输，网络通信效率低。30第30页，本讲稿共74页4.4.2 集线器的特点n用户带宽共享，带宽受限n采用广播方式，易造成网络风暴n非双工传输，网络效率低31第31页，本讲稿共74页4.4.3
11、 集线器的分类n按端口数量分：n8口、16口、24口等n按带宽分：n10Mb/s、100Mb/s、10/100Mb/s自适应n按配置的形式分：n独立型集线器、模块化集线器、堆叠式集线器32第32页，本讲稿共74页4.3.4 选择集线器应注意的问题n是普通式或堆叠式n是非智能式或智能式，是否支持网管n端口数量的多少n若选择堆叠，应注意：n支持堆叠的集线器数量最多是多少n集线器备板带宽是多少n是否支持网管功能n最多可支持端口的数量n支持哪几种局域网的协议33第33页，本讲稿共74页4.5 网桥 n网桥 属于结点级的网络互联设备，它在数据链路层对帧进行存储转发。n因为局域网数据链路层分为LLC子层、
12、MAC子层，所以网桥实际上是在MAC子层上实现网络互联，故要求互联的两个网络从应用层到LLC子层，相对应的层次采用相同的协议，即为同构网络，而对MAC子层和物理层可遵循不同的协议，所以网桥可互联IEEE802标准的网，如：总线网、令牌环网、令牌总线网。34第34页，本讲稿共74页网桥的工作原理：n网桥对所连的局域网发来每一帧数据都要检查源地址和目的地址：n如果源地址与目的地址不属同一网络 留下该帧，然后使用另一网络的MAC协议，将此帧发给另一网络。n如果源地址与目的地址属于同一网络 则不转发。35第35页，本讲稿共74页802.3LAN1203数据数据102数据数据站站站站101102网桥网桥
13、1203数据数据LAN2802.4202站站站站站站201203网桥网桥2802.5LAN3站站站站站站30130230336第36页，本讲稿共74页网桥的作用：n从以上原理中，可看出网桥有过滤作用。n过滤作用的用途：当一个网络由于负载很重而性能下降时，可用网桥把它分成两个小局域网，并且每个小局域网内的通信量明显高于网间的通信量，使整个互联网性能提高。n网桥具有隔离作用，使一个网络上故障不会影响另一个网络，所以提高整个网络的可靠性。n可扩大物理范围，增加工作站的最大数目，使不同的物理媒体共存于一个扩展的局域网中。37第37页，本讲稿共74页网桥的类型n根据采用的路由算法的不同，可分为两种：n透
14、明网桥 IEEE802.1网桥标准n源路由选择网桥 IEEE802.5网桥标准 38第38页，本讲稿共74页透明网桥 nIEEE802.1标准中规定，路由选择功能只设在网桥中，局域网上各工作站都不设置路由选择功能。所以网桥中要建立一张站表，内容包括：n站地址 源站地址n端口号 将帧发往目的地址应从哪个端口发出去（或连接哪个网络）nLAN类型 用于标识MAC规程，以便了解是否需进行协议转换n表目登记时间（或帧到达时间）记录帧到达时间，以便保留网络拓扑中最新状态信息，网桥中有一程序，周期性扫描表中项目，清除以前（几分钟）的登记。39第39页，本讲稿共74页n当一个网桥刚连接到局域网上时，其站表是空
15、的。这时若网桥收到一帧，则不能根据站表来决策，而是采用“洪泛法”将收到的帧向除进入端外的所有端口转发，如果这个帧又到了另一网桥，也由同样方法转发，直至到达目的站为止。n举例：40第40页，本讲稿共74页透明网桥的路由选择方法：n透明网桥的优点：n容易安装，无需人工输入路由信息。n缺点：n没有选择最佳路由。查目的地址查目的地址（在站表中）（在站表中）若查到若查到 若没查到，用洪泛法转发此帧，并登记站表若没查到，用洪泛法转发此帧，并登记站表 不在入口端所在局域网中，转发不在入口端所在局域网中，转发在入口端所在局域网中，丢弃此帧在入口端所在局域网中，丢弃此帧41第41页，本讲稿共74页源路由选择网桥
16、 n802.5网桥标准规定 由发送帧的源工作站负责路由选择。所以每个工作站中都配置一张路由选择表；n表中为本站所能到达的工作站都建立一个表目，列出了由本站到达目的站沿途所有工作站和网桥的站址；n由本站发往该目的站所有帧，都将沿着这条路径传输。42第42页，本讲稿共74页源站选择路由的步骤：n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；n在传送中，每个路由选择帧都记下所经过的路径；n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；n源站从所有可能的路径选择一条最佳路由，记入本站的路由选择表中。以后凡从这个目的站发送的帧，其首部都携带源站所确定的路由信息。n优点：n
17、可寻找最佳路由。n缺点：n网络工作站的实现较复杂；n当网络规模很大时，广播帧的数目会剧增，引起拥塞。43第43页，本讲稿共74页网桥的功能n帧的接收与发送：n从所连接的局域网端口接收帧，从帧中获得目标站地址，分析目的站是否属于本网桥所连接的另一个局域网，以决定对该帧是转发还是丢弃。n缓存管理：存储空间要足够大（两类缓冲区）n收缓冲区 暂存从端口收到的、待处理的帧。n送缓冲区 暂存经协议转换等处理后待发送的帧。n协议转换：n将源局域网中采用的帧格式和物理层规程转换为目的局域网所采用的帧格式和物理层规程n差错控制n首先进行差错检测；n再对经协议转换后的MAC帧生成新的CRC码，并填入到新MAC帧的
18、CRC字段。n路由选择功能：n源路由选择网桥 无此功能n透明网桥 有此功能 44第44页，本讲稿共74页4.6 交换机n交换机是数据链路层设备，它可将多个物理局域网网段连接到一个大型网络上。n交换机的工作方式与透明网桥几乎相同，唯一差别是交换机在硬件中执行查表功能，而网桥把它的表存放在随机访问存储器（RAM）中。所以交换机的传输速度很快。n交换机有许多类型：nATM交换机nLAN交换机n不同类型的WAN交换机45第45页，本讲稿共74页4.6.1 交换机的分类n根据使用的技术分为：n以太网交换机n令牌环网交换机nFDDI交换机nATM交换机n快速以太网交换机46第46页，本讲稿共74页交换机的
19、分类n根据应用领域分为：n台式交换机n工作组交换机n主干交换机n企业交换机n分段交换机n端口交换机n网络交换机47第47页，本讲稿共74页4.6.2 交换机的选择n交换端口的数量n交换端口的类型n系统的扩展能力n主干线连接手段n交换机总交换能力n是否需要路由选择能力n是否需要热切换能力n是否需要容错能力n能否与现有设备兼容，顺利连接n网络管理能力48第48页，本讲稿共74页4.6.3 什么是虚拟网(VLAN)?n一个VLAN就是一个广播域。n为了避免在大型交换机上进行的广播所引起的广播风暴，可将其进一步划分为多个VLAN。n在一个VLAN内，由一个工作站发出的信息只能发送到具有相同VLAN号的
20、其他站点，其他VLAN的成员收不到这些信息或广播帧。49第49页，本讲稿共74页使用VLAN的优势n控制网络上的广播风暴n增加网络的安全性n集中化的管理控制 50第50页，本讲稿共74页VLAN的划分n基于端口的VLANn基于 MAC地址的VLANn基于路由的VLANn基于策略的VLAN51第51页，本讲稿共74页4.7 路由器n当互联的局域网数目不多时，使用网桥非常有效，但若互联的局域网数目很多或要将局域网与广域网互联时，则采用路由器为好，因为路由器的互联功能更强。52第52页，本讲稿共74页4.7.1 路由器的基本构成n两个或两个以上的接口n协议至少到网络层n至少支持两种以上的子网协议n一
21、组路由协议53第53页，本讲稿共74页4.7.2 路由器的原理n静态路由表n动态路由表54第54页，本讲稿共74页4.7.3 路由器的基本功能n路由器是在网络层对分组信息进行存储转发，实现多个网络互联。n基本功能：n协议转换 n路由选择 n能支持多种协议的路由选择 n流量控制 n分段和重组功能 n网络管理功能 55第55页，本讲稿共74页协议转换：n能对网络层及其以下各层的协议进行转换。56第56页，本讲稿共74页路由选择：n可选择最佳路由；n可随网络拓扑变化自动调整路由表。57第57页，本讲稿共74页能支持多种协议的路由选择：n因为路由器与协议有关，不同的路由器有不同的路由器协议，支持不同的
22、网络层协议；n互联网主机之间的通信受到路由器协议的限制；n多协议路由器，能支持多种协议，如IP、IPX、X.25等，能为不同类型的协议建立和维护不同的路由表；n多协议路由器不仅能连接同构型局域网，还能连接局域网和广域网。58第58页，本讲稿共74页流量控制:n路由器不仅具有缓冲区，而且还能控制收发双方数据流量，使两者更加匹配。59第59页，本讲稿共74页分段和重组功能:n当多个网络通过路由器互联时，各网络传输的数据分组的大小可能不相同，所以需要路由器对分组进行分段或组装。n将接收的大分组分段并封装成小分组，再转发；n将接收的小分组组装大分组，再转发n如果路由器没有分段功能，那么整个互联网就只能
23、按照所允许的某个最短分组进行传输，大大降低了其他网络的功能。60第60页，本讲稿共74页网络管理功能：n因为路由器是连接多种网络的汇集点，网间信息都要通过它；n所以在这里对网络中的信息流、设备进行监视和管理是比较方便的。n高档路由器都配置了网络管理功能，以便提高网络的运行效率、可靠性和可维护性。61第61页，本讲稿共74页IP路由器的操作过程TCPIPLLC1MAC1PH1LAN1TCPIPLLC2MAC2PH2LLC1MAC1PH1LLC2MAC2PH2X.25-3X.25-2X.25-1X.25-3X.25-2X.25-1IPIPX.25网网LAN2 站站A站站BIP路由器路由器1IP路由
24、器路由器262第62页，本讲稿共74页4.7.4 路由器的优缺点n适用于大规模的网络n复杂的网络拓扑结构，负载共享和最优路径n能更好地处理多媒体n安全性高n隔离不需要的通信量n节省局域网的频宽n减少主机负担n不支持非路由协议，安装复杂，价格较高63第63页，本讲稿共74页4.7.5 路由器的分类n从性能档次上分n高、中、低n从结构上分n模块、非模块n从功能上分n骨干级、企业级、接入级n从性能上分n线速、非线速64第64页，本讲稿共74页4.7.6 路由器的选购n接口的速度n交换能力n多业务支持功能n安全问题n提供多服务质量保障65第65页，本讲稿共74页4.8 网关n作用：n网关用于互联异构型
25、网络。n异构型网络：指不同类型网络，至少从网络层到物理层的协议不同，甚至从应用层到物理层的协议都不同。n网关可用于以下几种场合的异构网互联：n异构型局域网n局域网与广域网的互联n广域网与广域网的互联n局域网与主机的互联n指主机的操作系统与网络操作系统不兼容时，仍需通过网关连接。66第66页，本讲稿共74页4.9 调制解调器（Modem）n调制解调器=调制器+解调器 n调制器 将数字信号转变为模拟信号的过程。n解调器 将模拟信号恢复为数字信号的过程。67第67页，本讲稿共74页调制解调器分类n按功能分n普通Modem nCable Modem(用于有线电视)n按外型分n外接式 n插卡式（ISA、
26、PCI）nPCMCIA n无线n按通信线路分n拨号 n专线 n按调制方式分 n调频 n调相 n调幅 n混合调制（实际上常采用）68第68页，本讲稿共74页4.10 网络设备综合n网络设备端口类型n交换机之间的连接n单播/多播/广播69第69页，本讲稿共74页网络设备端口类型nE1/T1端口n高速同步端口n广域网端口，连DDN、X.25等nADSL端口n路由器配置接口nConsole端口：连到计算机上的，用来配置路由器的nAUX端口：用于路由器的远程配置连接用的70第70页，本讲稿共74页交换机之间的连接n双绞线端口的级联n图5-14、图5-15n光纤端口的级联n图5-16、图5-17n交换机的
27、堆叠n图5-18、图5-19、图5-2071第71页，本讲稿共74页堆叠和级联的区别n相同点：增加端口密度。n不同点：n级联可通过双绞线连接不同网络设备厂家的交换机；堆叠只有在自己厂家设备之间，且此设备必须有堆叠功能才可实现；n级联只需一根双绞线（或其他媒介），堆叠需专门的的堆叠模块和堆叠线缆，需单独购买；n交换机的级联理论上没有数量限制，堆叠却有；n级联会产生瓶颈，堆叠不会；n级联是通过某端口与其它设备相连，堆叠是通过背板连接；n级联可以扩长，堆叠不行72第72页，本讲稿共74页单播/多播/广播n单播n图5-21n多播n图5-22n广播n图5-2373第73页，本讲稿共74页作业74第74页，本讲稿共74页