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1、计计算算机机网网络络第七章常用网络设备第七章常用网络设备计计算算机机网网络络教学目标：教学目标：1、了解、了解网卡、中继器、集线器和调制解调器网卡、中继器、集线器和调制解调器的特的特点与功能点与功能2、掌握、掌握网桥、交换机、路由器网桥、交换机、路由器的特点与功能的特点与功能计计算算机机网网络络一、一、OSIOSI模型中需要的网络设备模型中需要的网络设备物理层：物理层：通信用的互连设备为：通信用的互连设备为：DTE和和DCE。DTE为数据终端设备，如计算机、终端等；为数据终端设备，如计算机、终端等；DCE为数据通信设备或电路连接设备，例如调制解调为数据通信设备或电路连接设备，例如调制解调器、中
2、继器、集线器等。器、中继器、集线器等。数据传输通常是经过数据传输通常是经过DTEDCE，再经过，再经过DCEDTE的路径。的路径。数据链路层：数据链路层：网络接口卡（网卡）、网桥、交换机，地址网络接口卡（网卡）、网桥、交换机，地址类型为物理地址（类型为物理地址（MAC地址）地址）网络层：网络层：路由器、三层交换机，地址类型为网络地址（路由器、三层交换机，地址类型为网络地址（IP地址）地址）传输层及以上：传输层及以上：网关（协议转换器）网关（协议转换器）计计算算机机网网络络二、网络接口卡二、网络接口卡n网络接口卡（网络接口卡（NIC）：连接主机与网络必需的设备）：连接主机与网络必需的设备每台主机
3、都应配置一个或多个网卡每台主机都应配置一个或多个网卡;每个网卡都有一个或多个网络接口每个网卡都有一个或多个网络接口;不能独立工作，必须依赖于宿主主机；不能独立工作，必须依赖于宿主主机；网卡工作在网卡工作在数据链路层数据链路层，传输的数据为，传输的数据为帧帧。n连接不同的局域网需要使用不同的网卡连接不同的局域网需要使用不同的网卡以太网卡以太网卡令牌环网卡令牌环网卡FDDI网卡网卡ATM网卡网卡计计算算机机网网络络二、网络接口卡二、网络接口卡n以太网卡的结构以太网卡的结构发送发送/接收部件接收部件负责信号的发送、接收负责信号的发送、接收载波检测部件载波检测部件检测介质上是否有信号检测介质上是否有信
4、号曼曼彻彻斯斯特特编编码码/解解码码器器对对发发送送的的数数据据编编码码，变变换换成成适适合合于在于在LANLAN上传输的信号或把接收的信号解码为二进制数据上传输的信号或把接收的信号解码为二进制数据LANLAN管理部件管理部件主机总线接口部件主机总线接口部件CPUCPU(部部分分网网卡卡有有)增增强强网网卡卡智智能能化化，减减少少网网络络传传输输对对主主机机CPUCPU的依赖，提高传输效率。的依赖，提高传输效率。计计算算机机网网络络二、网络接口卡二、网络接口卡n网卡的地址网卡的地址存在形式存在形式由网卡的生产厂商固化在每块网卡只读存储器由网卡的生产厂商固化在每块网卡只读存储器(ROM)中。中。
5、作用作用计算机或设备之间进行通信时，需要使用计算机或设备之间进行通信时，需要使用MAC地址地址格式格式MAC地址由地址由48位二进制数组成，使用位二进制数组成，使用12个十六进制数字来表个十六进制数字来表示，如示，如00-80-C8-EF-D2-C3。计计算算机机网网络络二、网络接口卡二、网络接口卡n网卡的功能网卡的功能数据缓存数据缓存匹配主机数据处理速率与网络的传输速率匹配主机数据处理速率与网络的传输速率封装封装/解封装解封装加上控制字段加上控制字段以帧为单位进行传输以帧为单位进行传输卸下控制字段卸下控制字段介质访问控制介质访问控制协调系统对共享介质的访问，以太网卡采用协调系统对共享介质的访
6、问，以太网卡采用CSMA/CD方法、令牌方法、令牌环网卡采用环网卡采用Token Passing方法方法串串/并转换并转换将主机的并行数据转换成串行位流将主机的并行数据转换成串行位流数据编码数据编码/解码解码转换为适合网络介质传输的信号形式（电信号或光信号）转换为适合网络介质传输的信号形式（电信号或光信号）数据发送数据发送/接收接收计计算算机机网网络络三、基本概念三、基本概念n广播：广播：向网络上的所有设备发送数据。向网络上的所有设备发送数据。n广播域：广播域：一个网络中一节点发出的广播信息，所有节点都一个网络中一节点发出的广播信息，所有节点都能收到。能收到。n广播风暴：广播风暴：网络长时间被
7、大量的广播数据包占用，使正常网络长时间被大量的广播数据包占用，使正常的通信无法正常进行，导致网络性能急剧下降，甚至瘫痪的通信无法正常进行，导致网络性能急剧下降，甚至瘫痪n冲突域：冲突域：在以太网中不能有两点同时发信息，否则就冲突在以太网中不能有两点同时发信息，否则就冲突例：标准以太网例：标准以太网(CSMA/CD)(CSMA/CD)就是一个冲突域，也是一个广播域就是一个冲突域，也是一个广播域 说明：说明：广播域可以跨越网段，基于广播域可以跨越网段，基于数据链路层数据链路层；冲突域只发生在；冲突域只发生在同一个网段，基于同一个网段，基于物理层物理层。在以太网中，在以太网中，冲突域是由冲突域是由H
8、ubHub组织的，一个组织的，一个HubHub的所有端口的所有端口都在一个冲突域内也在一个广播域内。都在一个冲突域内也在一个广播域内。一个广播域包含一个或多个冲突域，一个冲突域一定是一一个广播域包含一个或多个冲突域，一个冲突域一定是一个广播域，反之不然个广播域，反之不然。计计算算机机网网络络四、中继器和集线器四、中继器和集线器1、中继器（、中继器（Repeater）计计算算机机网网络络四、中继器和集线器四、中继器和集线器n3-4-5规规则则计计算算机机网网络络四、中继器和集线器四、中继器和集线器n功能与特点：功能与特点：中继器是中继器是物理层物理层上的设备；上的设备；中继器对中继器对信号进行复
9、制和放大信号进行复制和放大，延长网络的距离；，延长网络的距离；不能检错和纠错不能检错和纠错，扩散错误；，扩散错误；中继器中继器不对信号进程存储不对信号进程存储，信号延迟小；，信号延迟小；中继器延长网络距离有限，遵循中继器延长网络距离有限，遵循3-4-5规则；规则；用中继器连接的网络是一个用中继器连接的网络是一个冲突域。冲突域。计计算算机机网网络络四、中继器和集线器四、中继器和集线器2、集线器（、集线器（Hub）集线器本质为一个集线器本质为一个多端口的中继器多端口的中继器，工作在工作在物理层物理层。功能：在网段之间复制比特流，功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大。信号整形和放大。特点：特点
10、：具有与中继器同样的特点；具有与中继器同样的特点；改改变变网网络络的的物物理理拓拓扑扑结结构构形形式式：总总线线连连接接星星形形连连接接，逻辑上仍是一个总线型共享介质网络，采用广播方式逻辑上仍是一个总线型共享介质网络，采用广播方式端口数：端口数：8、16、24计计算算机机网网络络四、中继器和集线器四、中继器和集线器n集线器的类型集线器的类型按结构划分按结构划分独立式（独立式（Stand aloneStand alone）固定端口配置，扩充时用级连的方法。固定端口配置，扩充时用级连的方法。堆叠式（堆叠式（StackableStackable）固定配置，用堆叠方法进行扩充，堆叠在一固定配置，用堆叠
11、方法进行扩充，堆叠在一起的起的HUBHUB在逻辑相当于一台单独的在逻辑相当于一台单独的HUBHUB，统一，统一管理。管理。模块化（模块化（ModuleModule）又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。计计算算机机网网络络四、中继器和集线器四、中继器和集线器按速度划分按速度划分传统集线器传统集线器 传输速度为传输速度为10Mb/s10Mb/s（10Base-T10Base-T网络）网络）快速以太网集线器快速以太网集线器 传输速度为传输速度为100Mb/s 100Mb/s（100Base
12、-T100Base-T网络）网络）10/100M10/100M自适应集线器自适应集线器 传输速度自适应，内部有两个网段：传输速度自适应，内部有两个网段：10M10M和和100M100M，集线器，集线器根据连接速度将主机连接到不同网段上。根据连接速度将主机连接到不同网段上。计计算算机机网网络络四、中继器和集线器四、中继器和集线器n以集线器为核心的网络特点以集线器为核心的网络特点所有主机共享带宽所有主机共享带宽无法限制冲突和广播无法限制冲突和广播适用于小型网络适用于小型网络n例：用集线器搭建简单的网络例：用集线器搭建简单的网络NICHUBUTPPC机机服务器服务器计计算算机机网网络络四、中继器和集
13、线器四、中继器和集线器n共享信道共享信道LAN的缺点的缺点冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突，因此实际带宽为冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突，因此实际带宽为34Mb/s（10M）网络中站点越多，冲突现象越严重；网络中站点越多，冲突现象越严重；网络总带宽网络总带宽BW，由于共享信道使得每个站点的平均拥有带宽为，由于共享信道使得每个站点的平均拥有带宽为BW/n。n解决的方法解决的方法提高网络传输速度，将局域网的速度提高，但没有从根本上解决问提高网络传输速度，将局域网的速度提高，但没有从根本上解决问题，冲突仍然存在；题，冲突仍然存在；网络分段，减少每个网段中站点的数量网络分段，减少每个网段中站
14、点的数量,使冲突的概率减小使冲突的概率减小实现网络分段的设备：实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器网桥、交换机、路由器 *网桥和交换机可以隔离（分割）冲突域网桥和交换机可以隔离（分割）冲突域 *路由器不仅可以隔离（分割）冲突域，还能隔离（分割）广播域路由器不仅可以隔离（分割）冲突域，还能隔离（分割）广播域计计算算机机网网络络四、中继器和集线器四、中继器和集线器HUBHUB广播域广播域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域网桥或网络交换机网桥或网络交换机v交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域HUB冲突域冲突域/广播广播域域网段网段2网段网段1
15、总带宽总带宽:BW*2结点带宽结点带宽:BW/4总带宽总带宽:BW结点带宽结点带宽:BW/8n网络分段示意网络分段示意计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机1、网桥、网桥网桥是网桥是存储转发存储转发设备，工作在设备，工作在数据链路层数据链路层。用网桥连接的多。用网桥连接的多个网段对外呈现为一个单独的物理网络，具有惟一的网络地个网段对外呈现为一个单独的物理网络，具有惟一的网络地址。址。网桥的数据网桥的数据转发转发功能是利用功能是利用路由表路由表来实现不同局域网之间的来实现不同局域网之间的帧转发工作；若没有路由表，网桥无法确定帧是否需要转发帧转发工作；若没有路由表，网桥无
16、法确定帧是否需要转发以及如何转发。以及如何转发。网桥的主要工作是网桥的主要工作是构建和维护路由表构建和维护路由表，网桥的路由表记录了，网桥的路由表记录了不同结点的物理地址与网桥端口不同结点的物理地址与网桥端口的关系。的关系。n网桥的分类网桥的分类网桥按照其路由表的建立方法分为：网桥按照其路由表的建立方法分为：透明网桥：透明网桥：由网桥负责路由选择由网桥负责路由选择，网桥和路由对各个站点透，网桥和路由对各个站点透明，是以太网中常用的设备。明，是以太网中常用的设备。源路由网桥：源路由网桥：由源站点负责路由选择由源站点负责路由选择，网桥和路由对站点不，网桥和路由对站点不透明透明计计算算机机网网络络五
17、、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机（1）透明网桥）透明网桥：网桥有网桥有寻址和路由选择寻址和路由选择能力能力，路由选择采用，路由选择采用查表法：查表法：网桥内的网桥内的路由表路由表描述了到达每个站点的路由；描述了到达每个站点的路由；转发表主要由转发表主要由端口号和发送帧的结点的端口号和发送帧的结点的MACMAC地址地址组成。组成。工作原理工作原理缓存：缓存：网桥首先会对收到的数据帧进行网桥首先会对收到的数据帧进行缓存缓存并处理并处理过滤：过滤：判断收到的帧目标节点是否位于发送帧的网段中判断收到的帧目标节点是否位于发送帧的网段中若在一个网段，则网桥若在一个网段，则网桥过滤，不把该帧转发到
18、其他端口过滤，不把该帧转发到其他端口转发：转发：若帧的目标节点位于另一个网络，网桥就将帧发若帧的目标节点位于另一个网络，网桥就将帧发往正确的网段。往正确的网段。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机学习：学习：当网桥收到帧时，网桥首先在当网桥收到帧时，网桥首先在路由表路由表中查找该帧的中查找该帧的源地址（源地址（MACMAC地址），转发表中若没有该帧的源地址，则将地址），转发表中若没有该帧的源地址，则将该帧的源该帧的源MACMAC地址及其所对应的网桥端口信息加入到转发表地址及其所对应的网桥端口信息加入到转发表中，这个过程称为中，这个过程称为逆向学习逆向学习。广播：广播
19、：如果如果在转发表中找不到目标地址在转发表中找不到目标地址，则按，则按广播广播的办法的办法把该数据发送给与该网桥连接的除发送该数据的网段外的把该数据发送给与该网桥连接的除发送该数据的网段外的所有网段。所有网段。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机网桥转发的实例网桥转发的实例转发表转发表计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机u转发表（路由表）的建立转发表（路由表）的建立刚加电时转发表为空；刚加电时转发表为空；在转发过程中在转发过程中逆向学习逆向学习路由；路由；逆向学习逆向学习检查收到的报文的源检查收到的报文的源MACMAC地址：若收到的地址：
20、若收到的报文的源报文的源MACMAC地址不在转发表中，则插入到表中。地址不在转发表中，则插入到表中。想一想：如前图，当刚打开电源时，若站点想一想：如前图，当刚打开电源时，若站点A A向站点、向站点、C C发发送了一个报文，网桥是如何转发该报文的？送了一个报文，网桥是如何转发该报文的？*透明网桥工作原理为：基于转发表的过滤、转发和广播。透明网桥工作原理为：基于转发表的过滤、转发和广播。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机循环连接和生成树算法循环连接和生成树算法为了提高可靠性，在为了提高可靠性，在LANLAN之间设置并行的两个或多个网桥，这之间设置并行的两个或多个网桥，
21、这种配置引起了另外一些问题，在拓扑结构中产生了回路，可种配置引起了另外一些问题，在拓扑结构中产生了回路，可能引发无限循环。能引发无限循环。A网桥网桥LAN1LAN21234计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机生成树算法（生成树算法（Spanning treeSpanning tree）用来构造一个用来构造一个逻辑上的无环网络逻辑上的无环网络实现方法：实现方法：屏蔽网络中的冗余网桥接口屏蔽网络中的冗余网桥接口生成树的计算过程由网桥之间生成树的计算过程由网桥之间BPDUBPDU来完成。来完成。BPDUBPDU：网桥协议数据单元，网桥之间交换信息的协议数据：网桥协议数据单
22、元，网桥之间交换信息的协议数据单元。单元。pBPDUBPDU由根网桥标识符、发送端网桥到达根网桥的根路由根网桥标识符、发送端网桥到达根网桥的根路径代价、发送端径代价、发送端网桥标识符网桥标识符和发送端端口标识符等信和发送端端口标识符等信息组成。息组成。p网桥的标识符网桥的标识符为网桥的地址再加优先级别。为网桥的地址再加优先级别。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机 R 10LAN5LAN4LAN3LAN1LAN210 R 20 D 10 D 20 D 20 R 1010 R 2020 R 10 D 10网桥网桥2网桥网桥1网桥网桥5网桥网桥3网桥网桥4D：指定端口R
23、：根端口计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机生成树算法的计算过程：生成树算法的计算过程：推选根网桥推选根网桥根网桥是优先级别最高的网桥，若优先级别相同，则根网桥是优先级别最高的网桥，若优先级别相同，则标识符最小的网桥作为根网桥。标识符最小的网桥作为根网桥。在推选期间，所有网桥都用在推选期间，所有网桥都用BPDUBPDU广播自己的优先级别广播自己的优先级别和地址，网桥收到比自己优先级别高的和地址，网桥收到比自己优先级别高的BPDUBPDU时，就不时，就不再广播自己，转发这个具有高优先级别的再广播自己，转发这个具有高优先级别的BPDUBPDU。最终只能有一个网桥推选为根
24、网桥。最终只能有一个网桥推选为根网桥。在本例中，在本例中，网桥网桥1 1被推选为根网桥。被推选为根网桥。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机u在其它所有网桥上选择根端口在其它所有网桥上选择根端口：要求是到达根网桥路径代：要求是到达根网桥路径代价最小的端口。价最小的端口。由根网桥广播一个由根网桥广播一个BPDUBPDU，所有非根网桥的各端口收到数据，所有非根网桥的各端口收到数据后，通过计算机后，通过计算机花销（路径代价）花销（路径代价）来决定把哪个端口作为来决定把哪个端口作为根端口。根端口。本例中的各非根网桥的根端口如图所示。本例中的各非根网桥的根端口如图所示。LAN
25、5LAN4LAN3LAN1LAN210 R 20 D 10 D 20 D 20 R 1010 R 2020 R 10 D 10网桥网桥2网桥网桥1网桥网桥5网桥网桥3网桥网桥4计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机决定决定指定网桥指定网桥指定网桥指定网桥和各网络的和各网络的指定端口指定端口指定端口指定端口若只有一个网桥连到某若只有一个网桥连到某LANLAN，则它一定是该，则它一定是该LANLAN的指定网桥；的指定网桥；若有多个，则到根网桥花费最小的被选为该若有多个，则到根网桥花费最小的被选为该LANLAN的指定网的指定网桥。（桥。（本例中，网桥本例中，网桥3 3被阻塞
26、被阻塞）若多个网桥具有相同的路径代价（花费），选择标识符较若多个网桥具有相同的路径代价（花费），选择标识符较小的网桥作为指定网桥。（小的网桥作为指定网桥。（本例中，网桥本例中，网桥4 4和网桥和网桥5 5到达根到达根网桥的路径代价都为网桥的路径代价都为3030，选择标识符小的网桥，选择标识符小的网桥4 4作为指定作为指定网桥网桥）指定端口指定端口为指定网桥的哪个端口和相应的为指定网桥的哪个端口和相应的LANLAN相连。一个相连。一个网络的其他非指定端口将处于阻塞状态。网络的其他非指定端口将处于阻塞状态。最后，每个网络只有一个端口以及相应的指定网桥推选出最后，每个网络只有一个端口以及相应的指定网
27、桥推选出来。来。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机说明：当网络拓扑发生改变时，所有网桥将重新计算生成说明：当网络拓扑发生改变时，所有网桥将重新计算生成LAN5LAN4LAN3LAN1LAN210 R 20 D 10 D 20 D 20 R 1010 R 2020 R 10 D 10网桥网桥2网桥网桥1网桥网桥5网桥网桥3网桥网桥4计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机（2 2）源路由选择网桥（）源路由选择网桥（SRBSRB）透明网桥易于安装，一般用在透明网桥易于安装，一般用在以太网和令牌总线以太网和令牌总线网络上，而网络上，而令牌环网络一
28、般为源路由选择网桥令牌环网络一般为源路由选择网桥。源路由选择原理源路由选择原理由由源站点源站点负责路由选择（无需构建路由表）；负责路由选择（无需构建路由表）；源站点发送一个源站点发送一个探测帧探测帧来发现路由；来发现路由；探测帧探测帧将沿每一条可能的路径广播；将沿每一条可能的路径广播；网络中的每一个源路由网桥将路由信息插入网络中的每一个源路由网桥将路由信息插入探测帧的探测帧的头部，头部，形式为：形式为：LANLAN，网桥，网桥，LANLAN，网桥，网桥，探测帧到达目的站点时，探测帧到达目的站点时，目的站点把探测帧中的路由目的站点把探测帧中的路由信息作为响应返回信息作为响应返回；源站点把收到的源
29、站点把收到的第一个第一个响应帧中的路由信息作为到达响应帧中的路由信息作为到达目的站点的最佳路由。目的站点的最佳路由。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机LAN1LAN3LAN2LAN4XY主机主机X X将探测到两条路由：将探测到两条路由：路由路由1 1：LAN1LAN1网桥网桥1 1LAN3LAN3网桥网桥3 3LAN2LAN2路由路由2 2：LAN1LAN1网桥网桥2 2LAN4LAN4网桥网桥4 4LAN2LAN2网桥1网桥3网桥4网桥2计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机（3 3）透明网桥和源选径网桥的比较）透明网桥和源选径网桥的比
30、较透明网桥透明网桥源选径网桥源选径网桥服务类型服务类型无连接无连接面向连接面向连接透明性透明性完全透明完全透明不透明不透明配置、管理配置、管理自动配置，容易管理自动配置，容易管理人工配置人工配置最佳路由最佳路由不一定最优不一定最优优化优化路由的确定路由的确定逆向学习逆向学习探测帧探测帧故障处理及拓扑变化故障处理及拓扑变化网桥负责网桥负责主机负责主机负责复杂性及开销复杂性及开销网桥负担网桥负担主机负担主机负担计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机（4 4）网桥的优缺点）网桥的优缺点优点：优点：可实现可实现不同类型的不同类型的LANLAN互连，互连，完成局域网大规模的互联
31、；完成局域网大规模的互联；网桥网桥检查收到的数据帧的正确性检查收到的数据帧的正确性，能够隔离错误帧，不，能够隔离错误帧，不会使错误扩散；会使错误扩散；限制了冲突域的范围限制了冲突域的范围，网桥只转发目的地址在其他网段，网桥只转发目的地址在其他网段的数据帧，把网络分隔成较小的冲突域，提高了网络的的数据帧，把网络分隔成较小的冲突域，提高了网络的性能。性能。隔离故障，一个网段出现故障不会影响其他网段。隔离故障，一个网段出现故障不会影响其他网段。缺点：缺点：无法控制广播域；无法控制广播域；使用使用存储转发存储转发方式，具有缓冲延迟，速度比较慢；方式，具有缓冲延迟，速度比较慢；无流量控制，负载重时会出现
32、丢帧现象无流量控制，负载重时会出现丢帧现象计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机2 2、以太网交换机、以太网交换机(Switch)(Switch)交换机和网桥属同一类设备，工作在交换机和网桥属同一类设备，工作在数据链路层数据链路层上。交换机上。交换机端口数多、交换速度快，是一种多端口的高速网桥。端口数多、交换速度快，是一种多端口的高速网桥。n交换机的引入交换机的引入网桥将网络分段，在一定长度上能够网桥将网络分段，在一定长度上能够分割冲突域，提高网络性能，但并不彻底：分割冲突域，提高网络性能，但并不彻底：大型网络分段，随着网段内节点的增多，出现同样的问题大型网络分段，随
33、着网段内节点的增多，出现同样的问题网段越来越多，需要大量的网桥，成本加大，管理复杂；网段越来越多，需要大量的网桥，成本加大，管理复杂；由于网桥缓冲延迟，大量的网桥使用导致性能下降由于网桥缓冲延迟，大量的网桥使用导致性能下降计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机n交换机比网桥优越的地方：交换机比网桥优越的地方：既能解决网络分段问题，又能解决分段后给主干网带来既能解决网络分段问题，又能解决分段后给主干网带来的拥挤问题；的拥挤问题；交换速度快，可实现交换速度快，可实现并行转发并行转发，不同于集线器的共享；，不同于集线器的共享；端口密度高端口密度高，一台交换机可连接多个网段，
34、降低了组网，一台交换机可连接多个网段，降低了组网成本。成本。n工作原理（与网桥类似）：工作原理（与网桥类似）：学习源地址（构造转发表）学习源地址（构造转发表）过滤本网段帧（隔离、分割冲突域）过滤本网段帧（隔离、分割冲突域）转发异网段帧（交换）转发异网段帧（交换）广播未知帧（寻找目的站点）广播未知帧（寻找目的站点）计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机n交换机的特点交换机的特点交换机通过内部的交换机通过内部的交换矩阵交换矩阵把网络划分为多个把网络划分为多个独立网段独立网段，每个端口为一个冲突域每个端口为一个冲突域；交换机能够交换机能够同时同时在多对端口间无冲突地交换帧（
35、并发），在多对端口间无冲突地交换帧（并发），交换机本身构成了一个无冲突域。交换机本身构成了一个无冲突域。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机例：若交换机每个端口带宽为例：若交换机每个端口带宽为B B，则交换机构成的网络，则交换机构成的网络 网络总带宽网络总带宽 (B*n)/2 (B*n)/2 B*nB*n n n8 8，B=10Mb/sB=10Mb/s时，网络总带宽最高可达时，网络总带宽最高可达80Mb/s80Mb/s；连接到交换机端口上的每台计算机的带宽为连接到交换机端口上的每台计算机的带宽为10Mb/s 10Mb/s。比较：比较：10Mb/s 10Mb/s 的的
36、8 8口集线器构成的网络（连接了口集线器构成的网络（连接了8 8台计算机）台计算机）网络总带宽仍为网络总带宽仍为10Mb/s 10Mb/s；网络中每网络中每台台计算机的带宽为计算机的带宽为1.25Mb/s1.25Mb/s。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机n交换机的三种转发方式交换机的三种转发方式存储转发存储转发整个帧完整接收，对帧进行差错检验，再进行转发操作。整个帧完整接收，对帧进行差错检验，再进行转发操作。优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段。优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段。缺点：延迟比较大。缺点：延迟比较大。直通转发直通转发只收到帧的前只收
37、到帧的前6 6个字节（个字节（目的目的MACMAC地址地址），就进行转发操作），就进行转发操作优点：交换延迟小。优点：交换延迟小。缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段。缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段。无碎片直通转发无碎片直通转发收到帧的前收到帧的前6464字节，进行转发操作，小于字节，进行转发操作，小于6464字节的帧不转发。字节的帧不转发。（帧出错的主要原因是冲突，以太网帧的碎片帧为帧出错的主要原因是冲突，以太网帧的碎片帧为64B64B）优点：交换速度较快，降低了错误帧转发的概率优点：交换速度较快，降低了错误帧转发的概率缺点：长度大于缺点：长度大于6464字节的错误
38、帧仍会转发，转发延时大于直通转字节的错误帧仍会转发，转发延时大于直通转发发计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机n网络交换机使用中注意的问题网络交换机使用中注意的问题主干主干/服务器连接服务器连接增加增加1-21-2个高速端口，缓解主干个高速端口，缓解主干/服务器连接的瓶颈问题。服务器连接的瓶颈问题。自动协商：自动协商：速度自动协商：速度自动协商：10/100Mbps10/100Mbps自适应交换机。自适应交换机。半双工半双工/全双工自动协商。全双工自动协商。流量控制流量控制背压技术（背压技术（Back PressureBack Pressure）缓冲区大小有限，为防
39、止溢出（帧丢失），快满时向发送缓冲区大小有限，为防止溢出（帧丢失），快满时向发送端口发送拥塞信号，造成冲突的假象，使发送站点停止发端口发送拥塞信号，造成冲突的假象，使发送站点停止发送。送。根据错误帧出现概率自动在存储转发方式和直通转发方式根据错误帧出现概率自动在存储转发方式和直通转发方式之间进行切换。之间进行切换。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机n以交换机为核心的网络的特点以交换机为核心的网络的特点分割分割冲突域冲突域，减少了冲突，但，减少了冲突，但不能限制广播不能限制广播；每个网段独享带宽，可以并发通信，提高了网络总体带宽每个网段独享带宽，可以并发通信，提高了
40、网络总体带宽允许全双工连接，从而提高带宽；允许全双工连接，从而提高带宽；减少每个网段中的站点数，提高了站点平均拥有带宽；减少每个网段中的站点数，提高了站点平均拥有带宽；能够连接不同速度的网段；能够连接不同速度的网段；不支持不支持远程连接，由路由器完成；远程连接，由路由器完成；在网络安全和网络管理方面功能较弱。在网络安全和网络管理方面功能较弱。计计算算机机网网络络五、网桥与以太网交换机五、网桥与以太网交换机n网络交换机的应用场合网络交换机的应用场合作为作为LANLAN核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等；核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等；网络通信流量很大的应用场合，如图像处理、视频流
41、等；网络通信流量很大的应用场合，如图像处理、视频流等；对网络响应速度要求比较高的场合。对网络响应速度要求比较高的场合。计计算算机机网网络络10Mb/s UTP100Mb/s UTP（连接校园网）连接校园网）1000Mb/s Fiber100Mb/s UTP校园网络结构示意图校园网络结构示意图二级交换机二级交换机千兆主干交换机千兆主干交换机服务器服务器HUB机房计算机机房计算机计计算算机机网网络络六、六、路由器路由器n路由器（路由器（RouterRouter）：互联网的主要节点设备，是）：互联网的主要节点设备，是不同网络不同网络之间相互连接的枢纽，之间相互连接的枢纽，工作在网络层工作在网络层。1
42、 1、功能：、功能：在网络之间转发在网络之间转发网络分组网络分组；为网络分组寻找为网络分组寻找最佳传输路径最佳传输路径；实现子网隔离，限制广播风暴。实现子网隔离，限制广播风暴。(目的地址无法识别时，目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播路由器将其丢弃，而不是广播)提供提供逻辑地址（逻辑地址（IPIP地址），地址），以识别互联网上的主机；以识别互联网上的主机；提供广域网与互联网服务。提供广域网与互联网服务。计计算算机机网网络络六、六、路由器路由器2 2、路由器与网桥（交换机）的区别：、路由器与网桥（交换机）的区别：网桥工作在网桥工作在数据链路层数据链路层，路由器工作在，路由器工作在网络层
43、，网络层，网桥根据网桥根据MACMAC地地址址确定是否转发确定是否转发数据帧数据帧，路由器根据，路由器根据IPIP地址地址确定是否转发确定是否转发分组分组。用网桥互联的两个局域网，它们的物理层与数据链路层协议可以用网桥互联的两个局域网，它们的物理层与数据链路层协议可以不同，但不同，但数据链路层以上的高层要采用相同的协议数据链路层以上的高层要采用相同的协议；用路由器互；用路由器互联两个局域网，则它们的物理层、数据链路层和网络层的协议可联两个局域网，则它们的物理层、数据链路层和网络层的协议可以不同，但以不同，但网络层以上的高层要采用相同的协议。网络层以上的高层要采用相同的协议。网桥对广播数据包采取
44、的策略是将其转发到所有端口上，所以会网桥对广播数据包采取的策略是将其转发到所有端口上，所以会造成广播风暴；路由器只向特定网络地址的主机转发，若找不到造成广播风暴；路由器只向特定网络地址的主机转发，若找不到目标主机，则丢弃，目标主机，则丢弃，能够抑制广播包，分割广播域能够抑制广播包，分割广播域。网桥连接的多个网络仍是一个网桥连接的多个网络仍是一个单独的逻辑网络单独的逻辑网络（具有相同的网络（具有相同的网络地址）；路由器连接起来的多个网络仍保留各自的独立性和网络地址）；路由器连接起来的多个网络仍保留各自的独立性和网络地址。地址。计计算算机机网网络络六、六、路由器路由器 HUB路由器路由器冲突域冲突
45、域2冲突域冲突域1路由器可以隔离冲突域和广播域路由器可以隔离冲突域和广播域 HUB HUB冲突域冲突域3广播域广播域2广播域广播域13 3、用路由器进行网络互联结构、用路由器进行网络互联结构计计算算机机网网络络六、六、路由器路由器4 4、路由表、路由表问题：路由器如何确定最佳路由？问题：路由器如何确定最佳路由？路由表路由表p路由表路由表保存到达目标网络的路由信息的数据库。由保存到达目标网络的路由信息的数据库。由目的网目的网络地址、传输路径、传输开销络地址、传输路径、传输开销等组成。等组成。p路由选择（路由选择（RoutingRouting）：）：根据目的网络地址查找路由表并确根据目的网络地址查
46、找路由表并确定分组转发路径的过程。定分组转发路径的过程。p路由算法路由算法：路由表随网络拓扑结构的变化而自动建立和更：路由表随网络拓扑结构的变化而自动建立和更新路由表。新路由表。网络中的每个路由器都会根据路由算法定时地或在网络网络中的每个路由器都会根据路由算法定时地或在网络拓扑结构发生变化时更新其路由表；拓扑结构发生变化时更新其路由表；静态路由：由网络管理员预先手工设置路由信息；静态路由：由网络管理员预先手工设置路由信息；动态路由：由路由器在运行时动态地建立与更新。动态路由：由路由器在运行时动态地建立与更新。p路由选择协议：路由选择协议：自动学习、记忆网络的变化并根据路由算自动学习、记忆网络的
47、变化并根据路由算法重新计算路由的协议称为路由选择协议（法重新计算路由的协议称为路由选择协议（Routing Routing ProtocolProtocol）。）。计计算算机机网网络络六、六、路由器路由器2.0ABn路由表路由表计计算算机机网网络络172.16.2.0172.16.1.0172.16.4.0AB路由器路由器A A的路由表的路由表.3.1.2.3目的网络地址目的网络地址路径（下一结点）路径（下一结点）路径成本路径成本/开销开销172.16.1.0直接0172.16.2.0直接0172.16.4.0172.16.2.21六、六、路由器路由器n路由表的基本内容路由表的基本内容计计算算
48、机机网网络络六、六、路由器路由器说明：说明：p路径：路径：用下一路由器对应端口的用下一路由器对应端口的IPIP地址来表示。地址来表示。p路径成本路径成本/开销：开销：用线路速度、距离或跨越的路由器的个数用线路速度、距离或跨越的路由器的个数（步跳数）、成本、线路可靠性等表示。（步跳数）、成本、线路可靠性等表示。（大多数情况下大多数情况下用步跳数来表示用步跳数来表示）p路由器是根据路由器是根据目标网络号来转发目标网络号来转发IPIP数据包数据包的，所以路由表的，所以路由表中存放的是目的网络号，而不是目的主机号。中存放的是目的网络号，而不是目的主机号。类比：邮政局在城市间转发信件依据的是城市名。类比
49、：邮政局在城市间转发信件依据的是城市名。说明：这样做的优点是路由表小（网络的数目要比主机少的说明：这样做的优点是路由表小（网络的数目要比主机少的多）节省路由器的存储空间，路由表的路由更新速度快多）节省路由器的存储空间，路由表的路由更新速度快计计算算机机网网络络六、六、路由器路由器5 5、路由器的路由选择过程、路由器的路由选择过程10.0.0.020.0.0.030.0.0.040.0.0.010.0.0.120.0.0.120.0.0.230.0.0.130.0.0.240.0.0.140.0.0.210.0.0.2R1R2R3目的网目的网络地址络地址路径路径步跳步跳20.0.0.0直接030
50、.0.0.0直接010.0.0.020.0.0.2140.0.0.030.0.0.11R2R2的路由表的路由表AB计计算算机机网网络络六、六、路由器路由器工作过程：工作过程：当路由器收到当路由器收到IPIP数据包时，路由器先从该数据包时，路由器先从该IPIP数据包中取出目数据包中取出目的主机的的主机的IPIP地址，再地址，再根据根据IPIP地址计算出目的主机所在的网络地址计算出目的主机所在的网络的网络地址，然后根据网络地址决定通过哪个接口转发的网络地址，然后根据网络地址决定通过哪个接口转发IPIP数数据包。据包。计计算算机机网网络络六、六、路由器路由器n路由过程路由过程采用存储转发的方法：采用