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1、第4章 网络互连设备及应用技术 w本章学习要点：wl l了解局域网互连的基本概念了解局域网互连的基本概念wl l掌掌握握局局域域网网常常用用互互连连设设备备的的类类型型、层次与原理层次与原理wl l掌掌握握各各层层设设备备的的作作用用、特特点点与与应应用用wl l熟熟练练掌掌握握集集线线器器与与交交换换机机的的区区别别与使用与使用wl l熟熟练练掌掌握握虚虚拟拟局局域域网网的的设设计计原原则则、实现条件和划分方法实现条件和划分方法wl l了了解解OSI模模型型与与局局域域网网互互连连设设备备之之间的关系间的关系4.1 4.1 网络互连概述网络互连概述4.2 4.2 物理层的互连设备物理层的互连
2、设备4.3 4.3 数据链路层的互连设备数据链路层的互连设备4.4 4.4 虚拟局域网虚拟局域网4.5 4.5 网络层的互连设备网络层的互连设备4.6 4.6 高层的互连设备高层的互连设备4.7 4.7 网络互连设备的网络互连设备的应用场合应用场合4.1 网络互连概述w网网络络互互连连（联联）就就是是指指不不同同网网段段、网网络络或或子子网网之之间间通通过过网网络络的的连连接接或或互互连连设设备备（中中继继器器、网网桥桥、路路由由器器或或网网关关等等）实实现现各各个个网网络络段段或或子子网网间间的的互互相相连连接接，其其目目的的在在于于实实现现各各个个网网段段或或子子网网之之间间的的数据传输、
3、通信、交互与资源共享。数据传输、通信、交互与资源共享。w1.什么是网络的连接或互连？什么是网络的连接或互连？w（1）网络的延伸网络的延伸w（2）网络的分段网络的分段w提高可靠性。提高可靠性。w分散了负荷。分散了负荷。w提高了安全性。提高了安全性。w2.互连网络的类型互连网络的类型w（1）网络互连的应用类型网络互连的应用类型w 局局 域域 网网 之之 间间 的的 互互 连连（LAN-LAN）w局局域域网网与与广广域域网网的的互互连连（LAN-WAN）w局局域域网网通通过过广广域域网网与与Internet之之间间的的互连（互连（LAN-WAN-Internet）w多多个个远远程程局局域域网网之之间
4、间互互连连为为广广域域网网（LAN-WAN-LAN）w（2）互连局域网的类型互连局域网的类型w1）同构网（同构网（homogeneousnet）w2）异构网（异构网（heterogeneousnet）w所所 谓谓“异异 构构 网网”（heterogeneousnet）是是指指网网络络具具有有完完全全不不同同的的传传输输性性质质和和通通信信协协议议。目目前前，不不同同类类型型的的网网络络之之间的连接大多是异构网间的连接。间的连接大多是异构网间的连接。w1.互连网络必须要解决的问题互连网络必须要解决的问题ww在在进进行行网网络络互互连连时时，人人们们必必须须面面对对如如下下一些问题：一些问题：wl
5、 l如如何何在在物物理理上上把把两两种种不不同同的的网网络络连接起来。连接起来。wl l如如何何实实现现一一种种网网络络与与另另一一种种网网络络的互访与通信。的互访与通信。wl l如如何何解解决决两两种种不不同同网网络络之之间间在在协协议方面的差异。议方面的差异。wl l如如何何处处理理两两种种网网络络之之间间在在传传输输速速率方面的差别。率方面的差别。4.1.14.1.1 网络互连的层次网络互连的层次w1.网间互连中的三个重要概念网间互连中的三个重要概念w（1）网络的互连（网络的互连（Interconnection）w（2）网络的互通（网络的互通（Intercommunication）w（3
6、）网络的互操作（网络的互操作（Interoperability）w2.网间互连设备的层次网间互连设备的层次w（1）网间互连设备网间互连设备w（2）网间互连设备的层次网间互连设备的层次4.2 4.2 物理层的互连设备物理层的互连设备w中继器中继器w中中继继器器（Repeater）又又称称转转发发器器或或收收发发器器，它工作在它工作在OSI模型的第一层，即物理层。模型的第一层，即物理层。w1.中继器的功能中继器的功能w第第一一，中中继继器器具具有有接接收收、放放大大、整整形形和和转转发发网网络络信信息息的的作作用用，可可以以起起到到扩扩充充网网络络规规模模（扩扩充充网网络络连连接接距距离离或或工工
7、作作站站数数目目）的的作作用；用；w第第二二，使使用用带带有有不不同同接接口口的的中中继继器器，可可以以连连接接两两个个使使用用不不同同的的传传输输介介质质、不不同同类类型型的以太网段。的以太网段。图图4-2光纤收发器光纤收发器 图图4-1用中继器再生信号用中继器再生信号2.中继器使用的规则（中继规则）中继器使用的规则（中继规则）图图4-310Mb/s以太网的以太网的5-4-3规则规则w3.中继器的应用特点中继器的应用特点w（1）中继器的主要优点中继器的主要优点w中中继继器器安安装装简简单单、可可以以轻轻易易地地扩扩展展网网络络的的长长度度、使使用用方方便便、价价格格相相对对低低廉廉，它它是是
8、最最便便宜宜的的扩扩展展网网络络距距离离的设备。的设备。w（2）中继器的主要缺点中继器的主要缺点w中中继继器器用用于于局局域域网网之之间间有有条条件件的的连连接接。一一般般情情况况下下，互互联联网网络络的的第第1层层可可以以不不同同，但但是是第第27层层应应当当使使用用相相同同或或兼兼容容协协议议。中中继继器器可可以以连连接接两两个个使使用用不不同同传传输输介介质质和和物物理理端端口，但使用相同介质访问控制方法的网络。口，但使用相同介质访问控制方法的网络。w中中继继器器不不能能进进行行通通信信分分段段，多多个个网网段段使使用用中中继继器器互互联联后后，将将增增加加网网络络的的信信息息量量，易发
9、生阻塞。易发生阻塞。w中继器不能控制广播风暴。中继器不能控制广播风暴。w使使用用中中继继器器扩扩展展网网段段和和网网络络距距离离时时，其数目有所限制。其数目有所限制。w4.使用和选择中继器时应注意的事项使用和选择中继器时应注意的事项w网段的接口网段的接口w网段扩展的极限距离网段扩展的极限距离w使使用用中中继继器器互互联联网网络络时时，应应注注意意所所连连接接的的各各网网段段的的高高层层（27层层）协议应当相兼容。协议应当相兼容。4.2.24.2.2 以太网集线器以太网集线器w集集线线器器（Hub）主主要要指指共共享享式式集集线线器器，它它工工作作在在OSI模模型型的的第第一一层层，即即物物理理
10、层层。它它也也被被称称为为多多端端口口中中继继器器。由由于于集集线线器器与与中中继继器器以以相相同同的的方方式式进进行行工工作作，因因此此具具有有同同样样的的基基本本功能，遵循同样的规则。功能，遵循同样的规则。w1.使用集线器网络的拓扑结构使用集线器网络的拓扑结构w2.集线器的分类集线器的分类w（1 1）独立型共享式集线器独立型共享式集线器w（2 2）堆叠式集线器堆叠式集线器w（3 3）模块化集线器模块化集线器w图图4-5堆叠式集线器堆叠式集线器 图图4-4以太网的独立型集线器以太网的独立型集线器w3.集线器的应用特点集线器的应用特点w（1）优点优点wl l集集线线器器可可扩扩充充网网络络的的
11、规规模模，即即延延伸网络的距离和增加网络的节点数目。伸网络的距离和增加网络的节点数目。wl l集集线线器器安安装装极极为为简简单单，几几乎乎不不需需要配置。要配置。wl l集集线线器器可可以以连连接接多多个个物物理理层层不不同同；但高层（但高层（27层）协议相同或兼容的网络。层）协议相同或兼容的网络。w（2）缺点缺点wl l集集线线器器限限制制了了介介质质的的极极限限距距离离，例如：例如：10BASET中的中的100m。wl l集集线线器器没没有有数数据据过过滤滤的的功功能能，它它将将收收到到的的数数据据发发送送到到所所有有的的端端口口，因因此此，使使用用中中继继器器连连接接多多个个网网络络后
12、后，会会增增加加网网络络的的信信息量，易发生阻塞。息量，易发生阻塞。wl l集集线线器器使使用用数数量量的的限限制制，低低速速以以太网应遵循的太网应遵循的“5-4-3”规则。规则。wl l集集线线器器互互连连网网络络中中的的多多个个节节点点共共享享网网络络集集线线器器的的带带宽宽，因因此此，当当节节点点数数目目过过多时，冲突增加，网络性能急剧下降。多时，冲突增加，网络性能急剧下降。wl l集集线线器器向向所所有有端端口口转转发发广广播播信信息息，因此它不能控制广播风暴。因此它不能控制广播风暴。w4.集线器使用时应注意的因素集线器使用时应注意的因素w中继规则中继规则w集线器互联网络的条件集线器互
13、联网络的条件w网络接口网络接口w传输速率传输速率w共享带宽共享带宽 4.3 数据链路层的互连设备w网网络络中中数数据据链链路路层层的的互互连连设设备备主主要要指指，基基于于网网络络物物理理地地址址进进行行过过滤滤和和网网络络分分段段，这这层层的的设设备备具具有有物物理理层层和和数数据据链链路路层层两两层层的的功功能能，它它们们既既可可以以用用于于局局域域网网的的延延伸伸、扩扩展展节节点点；也也可可以以用用于于将将负负荷荷过过重重的的网网络络划划分分为为较较小小的的网网段段，以以达达到到改改善善网网络络性性能能和和提提高高网网络络安安全全性的目的。性的目的。4.3.14.3.1 网桥网桥w1.网
14、桥的定义网桥的定义w网网桥桥（bridge）是是指指用用来来连连接接两两个个或或多多个个在在数数据据链链路路层层以以上上具具有有相相同同或或兼兼容容协协议议的的网网络络互互连连设设备备。网网桥桥一一般般由由软软件件和和硬硬件件组组成成，它它工工作作在在OSI模模型型的的第第二二层层。网网桥桥是是一一种种基基于于物物理理地地址址来来过过滤滤、存存储储和和转转发发数数据据帧帧的的互互连连设设备备，它它通通过过对对网网络络上上的的数数据据帧帧进进行行筛筛选选来来实实现现网网络络分分段段，改改善善网网络络性性能能的的。它它可可以以实实现基于端口现基于端口MAC地址的过滤和分段。地址的过滤和分段。w2.
15、网桥的理论功能网桥的理论功能w（1）站表站表w站地址站地址w端口端口w时间时间w（2）自学习功能与站表的管理自学习功能与站表的管理w（3）过滤和转发功能过滤和转发功能w图图4-6连接两个本地局域网的网桥连接两个本地局域网的网桥w3.网桥的实际作用与设计要点网桥的实际作用与设计要点w（1）网络分段网络分段w（2）延伸网络的距离延伸网络的距离w（3）网桥互联网络的条件网桥互联网络的条件w（4）网桥的设计要点网桥的设计要点w4.网桥的分类网桥的分类w（1）按网桥硬件所处的位置分类按网桥硬件所处的位置分类w（2）按网桥分布的地理范围分类按网桥分布的地理范围分类w5.网桥的应用特点网桥的应用特点w（1）
16、优点优点w网网桥桥通通过过对对不不需需要要传传递递的的数数据据进进行行过过滤滤来来实实现现基基于于物物理理地地址址的的网网络络间间的的通通信分段。信分段。w网网桥桥既既可可以以互互联联两两个个或或多多个个网网络络。即即网网桥桥可可以以连连接接使使用用不不同同传传输输介介质质、不不同同介介质质访访问问控控制制方方式式；但但高高层层（第第37层层）协议相同或相兼容的有条件同构的网络。协议相同或相兼容的有条件同构的网络。w由由于于网网桥桥的的过过滤滤性性能能，隔隔离离了了不不需需要要传传播播和和出出错错的的信信息息帧帧。当当网网络络出出现现故故障障时时，一一般般只只会会影影响响故故障障网网段段。因因
17、此此，使使用用网桥还可以提高可靠性。网桥还可以提高可靠性。w（2）缺点缺点w网网桥桥互互联联的的多多个个网网络络要要求求在在“数数据据链链路路层层”以以上上的的各各层层（第第37层层）采采用用相相同同或或相相兼兼容容的的协协议。议。w网网桥桥需需要要处处理理接接收收到到的的数数据据信信息息，需需要要先先存存储储，再再查查找找站站表表，因因此此，会会耗耗费费时时间间，增增加加了了时时延及数据的传输时间，降低了网络性能。延及数据的传输时间，降低了网络性能。w网网桥桥不不能能对对广广播播分分组组进进行行过过滤滤，它它传传递递所所有有的的广广播播信信息息，因因此此对对于于避避免免广广播播风风暴暴，网网
18、桥桥无无能能为力。为力。w由由于于网网桥桥具具有有比比中中继继器器更更高高的的智智能能，因因此，一般来说价格比中继器贵。此，一般来说价格比中继器贵。w网网桥桥在在将将两两个个或或多多个个局局域域网网互互联联成成一一个个大大的的网网络络时时，分分解解了了网网络络的的流流量量提提高高了了整整体体效效率率。但但是是，网网桥桥没没有有路路径径选选择择的的能能力力，网网桥桥不不能能对对网网络络进进行行分析，以实现传输数据时的最佳路由。分析，以实现传输数据时的最佳路由。4.3.24.3.2 第二层以太网交换机第二层以太网交换机w交交换换机机和和交交换换式式集集线线器器均均被被称称为为交交换换机机（Swit
19、ch）。它它也也是是工工作作在在OSI模模型型的的第第二二层层的的设设备备。目目前前，交交换换机机正正在在迅迅速速代代替替共共享享式式集集线线器器，并并成成为为组组建建和和升升级级以以太太局局域域网网的的首首选设备。选设备。w1.以太网交换机与集线器的异同以太网交换机与集线器的异同w以以太太网网交交换换机机除除了了包包括括集集线线器器的的所所有有特特性性外，还具有自动寻址、交换和处理等功能。外，还具有自动寻址、交换和处理等功能。w（1）不同之处不同之处w 在在OSI模型中所处的位置不同模型中所处的位置不同w工作原理不同工作原理不同w网络工作方式和冲突的范围不同网络工作方式和冲突的范围不同w节点
20、享有的带宽不同节点享有的带宽不同w端口通信模式不同端口通信模式不同w逻辑拓扑结构不同逻辑拓扑结构不同w集集线线器器组组成成的的网网络络逻逻辑辑拓拓扑扑为为总总线线型型；而而交换机组成的网络逻辑拓扑为星型。交换机组成的网络逻辑拓扑为星型。w（2）相同之处相同之处w2.广播域和冲突域的概念广播域和冲突域的概念ww在在选选择择网网络络互互连连设设备备时时，广广播播域域（范范围围）和和冲冲突突域域（范范围围）是是两两个个重重要要的概念。的概念。w（1 1）广播域广播域w（2 2）“冲突域冲突域”w3.有关交换机的基本概念有关交换机的基本概念w（1）交换机端口参数和类型交换机端口参数和类型w单单/多多M
21、AC地址：地址：w端口密度：端口密度：w高速端口：高速端口：w管理端口：管理端口：w其他连接端口：其他连接端口：w（2）背板带宽：背板带宽：w（3）MAC地址与支持地址与支持MAC地址的数量地址的数量wMAC地址的作用地址的作用wMAC地址的组成地址的组成。wMAC地址的数量地址的数量w（4）交换机的类型交换机的类型w图图4-9堆叠式交换机堆叠式交换机 图图4-7独立交换机独立交换机图图4-8千兆以太网模块化交换机千兆以太网模块化交换机w3.选择交换机的要点选择交换机的要点w在在选选择择交交换换机机时时，可可以以从从“技技术术的的角角度度”、“应应用用规规模模”和和“品品牌牌角角度度”等等3个
22、方面进行选择。个方面进行选择。w（1）按按“应用规模应用规模”选择选择w（2）从从“技术角度技术角度”进行选择进行选择w（3）支持的支持的MAC地址数量地址数量w4.局域网交换机的主要指标局域网交换机的主要指标4.4 虚拟局域网w虚拟局域网概述虚拟局域网概述w1.虚拟局域网的基本概念虚拟局域网的基本概念w（1 1）什么是虚拟局域网？什么是虚拟局域网？w（1 1）VLAN使用的技术标准使用的技术标准w1996年年3月发布的标准就是月发布的标准就是VLAN的标准。的标准。w（2 2）VLAN的分类与技术基础的分类与技术基础w（3 3）VLAN的适用场合的适用场合w2.建立建立VLAN时的技术条件时
23、的技术条件w（1 1）硬件条件硬件条件w（2 2）软件条件软件条件w3.虚拟局域网的功能特点虚拟局域网的功能特点wwVLAN的的一一组组站站点点并并不不局局限限于于某某一一个个物物理理网网络络或或范范围围内内，VLAN的的成成员员站站点点和和用用户户可可以以位位于于一一个个城城市市内内的的不不同同物物理理区区域域，甚甚至至是是位位于于不不同同的的国国家家。因因此此，他他们们之之间间的的相相互互通通信信，完完全全不不受受物物理理位位置置的的限限制制，就就仿仿佛佛是是位位于于同同一个局域网之中。一个局域网之中。w（1 1）使用使用VLAN技术具有以下优点技术具有以下优点w简化网络管理、保护原有投资
24、简化网络管理、保护原有投资w能够控制广播风暴能够控制广播风暴w能够提高网络的整体安全性能够提高网络的整体安全性w（2 2）使用使用VLAN技术的缺点技术的缺点w在在有有些些VLAN的的技技术术中中，初初始始配配置置过过于复杂。于复杂。w 当当使使用用局局域域网网交交换换机机的的端端口口划划分分VLAN成成员员的的方方法法时时，用用户户从从一一个个交交换换机机的的端端口口移移动动到到另另一一个个端端口口时时，网网络络管管理理员员必必须须对对VLAN的成员重新配置。的成员重新配置。w需需要要专专职职的的网网络络管管理理员员和和必必要要的的专专业业技术支持。技术支持。4.4.24.4.2 虚拟局域网
25、实现的基本原则虚拟局域网实现的基本原则w1.兼容性兼容性w2.尽可能的使用支持尽可能的使用支持VLAN的交换机的交换机w3.尽可能的采用树型拓扑结构尽可能的采用树型拓扑结构w4.按需选择按需选择VLAN技术技术4.1.34.1.3 虚拟局域网划分的基本方法虚拟局域网划分的基本方法w1.基于交换机端口划分的基于交换机端口划分的VLANww图图4-10按端口划分的按端口划分的VLAN示意图示意图w（1）端口划分虚拟网成员的技术分类端口划分虚拟网成员的技术分类w第一代端口第一代端口VLAN技术技术w第二代端口第二代端口VLAN技术技术w（2）基基于于交交换换机机端端口口划划分分VLAN的的技技术特点
26、术特点w优点：优点：w缺点：缺点：图4-11 按MAC地址划分的VLAN示意图 w2.基于基于MAC地址划分的地址划分的VLANw3.基于网络层地址划分基于网络层地址划分VLANw4.基于网络层协议划分基于网络层协议划分VLAN4.5 网络层的互连设备w工工作作在在OSI模模型型网网络络层层的的互互连连设设备备主要有路由器与第三层交换机。主要有路由器与第三层交换机。w路由器路由器w可可以以将将路路由由器器定定义义为为用用来来连连接接两两个个及及以以上上复复杂杂网网络络的的、具具有有路路由由选选择择的的，网网络络层层使使用用可可路路由由协协议议的的工工作作在在OSI参参考模型第三层的网络互联设备
27、。考模型第三层的网络互联设备。w1.路由器的基本概念路由器的基本概念w（1）路由器的基本概念路由器的基本概念w2.路由器的工作原理和基本功能路由器的工作原理和基本功能w（1 1）路由器的工作原理路由器的工作原理w（2 2）路由器的路径选择路由器的路径选择w3.路由器和网桥或第二层交换机的区别路由器和网桥或第二层交换机的区别w4.路由器在局域网中的典型应用路由器在局域网中的典型应用w5.路由器的分类路由器的分类w6.路由器的应用特点路由器的应用特点w 路由器最主要的功能是选择合适的路由，路由器最主要的功能是选择合适的路由，引导网络通信。引导网络通信。w7.路由器在实际网络连接中的作用路由器在实际
28、网络连接中的作用w（1）延伸距离延伸距离w（2）使用路由器将局域网连接到使用路由器将局域网连接到Internetw（3）多个局域网的远程连接多个局域网的远程连接w8.小小型型企企业业网网络络使使用用调调制制解解调调器器和和路路由由器器的的方案方案图4-14 用路由器实现远程局域网的连接或接入Internet 4.5.24.5.2 第三层交换机第三层交换机w1.第三层交换机的概念第三层交换机的概念w第第三三层层交交换换机机工工作作在在OSI参参考考模模型型的的第第三三层层，因因此此，它它除除了了具具有有第第二二层层的的功功能能外外，还还具具有有第第三三层层的的“选选路路”（路路由由）功功能能，其
29、其功功能主要是由硬件实现的。能主要是由硬件实现的。w2.第三层交换机与路由器的联系与区别第三层交换机与路由器的联系与区别w3.第三层交换机和路由器的应用示例第三层交换机和路由器的应用示例w路路由由器器和和第第三三层层交交换换机机的的典典型型应应用用如如图图4-15所所示示。在在连连接接局局域域网网中中的的各各个个子子网网时时，第第三三层层交交换换机机是是推推荐荐的的选选择择，而而在在通通过过广广域域网网连连接接远远程程子子网网或或者者是是Internet时时，路路由由器器则则是是最佳的选择。最佳的选择。图4-15 路由器和第三层交换机的典型应用 4.6 高层的互连设备w1.网关的定义和基本概念
30、网关的定义和基本概念w（1 1）网关的定义网关的定义w网网关关（Gateway）就就是是将将两两个个或或多多个个在在高高层层使使用用不不同同协协议议的的网网络络段段连连接接在在一一起起的的软软硬硬件件。它它的的主主要要作作用用是是实实现现不不同同网网络络传传输输协协议议的的翻翻译译和和转转换换工工作作，因因此此又又叫叫做做网网间间协协议议转转换换器器。网网关关的的硬硬件件用用来来提提供供不不同同网网络络的的接接口口，软件则实现不同网络协议之间的转换。软件则实现不同网络协议之间的转换。w2.网关的应用场合网关的应用场合w网网关关能能够够连连接接多多个个高高层层协协议议完完全全不不同同的的局局域域网网。因因此此，网网关关是是连连接接局局域域网网和和广广域域网网的首选设备。的首选设备。w3.网关的类型网关的类型w（1）按照网关可以转换的协议数量分类按照网关可以转换的协议数量分类w（2）按照网关的应用类型分类按照网关的应用类型分类4.7 网络互连设备的应用场合图4-17 OSI模型与网间互连设备