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1、数据通信第七章第1页，共49页，编辑于2022年，星期六终端设备终端设备终端设备输入信息的方式终端设备输入信息的方式o直接输入直接输入：直接通过键盘、鼠标、按钮等。：直接通过键盘、鼠标、按钮等。o通过间接媒介输入通过间接媒介输入：先将数据记录在磁盘：先将数据记录在磁盘等媒介上，在借助磁盘机等设备把信息输等媒介上，在借助磁盘机等设备把信息输入到网络中。入到网络中。o通过检测装置输入通过检测装置输入：通过例如传感器等设：通过例如传感器等设备检测某些物理量，采样量化成数据后再备检测某些物理量，采样量化成数据后再输入到传送系统。输入到传送系统。第2页，共49页，编辑于2022年，星期六终端设备的组成和
2、功能终端设备的组成和功能o终端设备通常由输入、输出设备，控制设备和传输控制器组成。终端设备通常由输入、输出设备，控制设备和传输控制器组成。o功能：功能：n完成信息的输入、输出；完成信息的输入、输出；n进行线路连接；进行线路连接；n进行传输控制；进行传输控制；n对信息进行编码和译码；对信息进行编码和译码；n进行差错控制及校验；进行差错控制及校验；n对信息进行缓冲和储存。对信息进行缓冲和储存。输入输入设备控制设备控制输出输出设备控制设备控制传输传输控制控制MODEM用户用户第3页，共49页，编辑于2022年，星期六终端设备的分类终端设备的分类o通用终端通用终端：打印类终端、显示类终端和识别类终端：
3、打印类终端、显示类终端和识别类终端o复合终端复合终端：是一种面向某种应用业务，能按需配置输入：是一种面向某种应用业务，能按需配置输入/输出设备，输出设备，而且终端本身可以进行相关信息处理的设备。如销售终端，票而且终端本身可以进行相关信息处理的设备。如销售终端，票务终端等。务终端等。o智能终端智能终端：是一种带有微处理器的高级终端，它不但可以输入输出信息，：是一种带有微处理器的高级终端，它不但可以输入输出信息，还可以存储、处理、控制数据信息。智能终端通常具有人机交互能力，具还可以存储、处理、控制数据信息。智能终端通常具有人机交互能力，具有本机数据处理与存储功能，还具有与多种通信网络相兼容的能力及
4、自珍有本机数据处理与存储功能，还具有与多种通信网络相兼容的能力及自珍段能力。例如电脑。段能力。例如电脑。o虚拟终端虚拟终端：是指计算机支持各种各样实际终端的过渡终端或标准终端：是指计算机支持各种各样实际终端的过渡终端或标准终端 第4页，共49页，编辑于2022年，星期六调制解调器调制解调器o调制解调器（调制解调器（MODEM）的功能主要是完成数据信号的编码调制到）的功能主要是完成数据信号的编码调制到模拟信号在模拟信道上传输；同时在模拟信道上将模拟信号解调解模拟信号在模拟信道上传输；同时在模拟信道上将模拟信号解调解码成原始的数据信号。码成原始的数据信号。o为了提高数据传输速率，为了提高数据传输速
5、率，通常在调制之前要对数据进行冗余压缩通常在调制之前要对数据进行冗余压缩，在接在接收端进行恢复收端进行恢复。同时还增加了纠检错功能确保数据传输的可靠性。同时还增加了纠检错功能确保数据传输的可靠性。o电话线常用的是电话线常用的是CCITT制定的制定的V系列建议。系列建议。o按照传输介质分有线和无线按照传输介质分有线和无线MODEMo按照带宽分窄带和宽带按照带宽分窄带和宽带MODEM第5页，共49页，编辑于2022年，星期六常用的无线常用的无线MODEM芯片芯片序号序号型号型号调制方式调制方式速率速率典型应用典型应用1CMX429AFFSK1200/2400MPT13272CMX469AFFSK/
6、MSK1200/2400/4800Data-Over Radio3CMX589AGMSK4kbps to 200kbpsCellular Digital Packet Data4FX929B4-Level FSK4800 to 19200 b/sRCR STD-47 and RD-LAP*Systems5nRF2401GFSK0 to1MbpsWireless mouse,keyboard,joystick第6页，共49页，编辑于2022年，星期六无线无线MODEM芯片芯片nRF2401o工作频段工作频段2.4Go单片单片GFSK收发芯片收发芯片o多信道工作多信道工作n125 信道信道n信道切
7、换时间信道切换时间n）o集中器的功能集中器的功能n将多条输入的大量低、中速率数据进行合并，再经一条或几条高速线路送到将多条输入的大量低、中速率数据进行合并，再经一条或几条高速线路送到另一个集中器或者前端处理机。另一个集中器或者前端处理机。n在纯争用的情况下，可作为可编程的交换设备（称为端口选择器）在纯争用的情况下，可作为可编程的交换设备（称为端口选择器）n可完成报文交换功能或存储转发报文功能。可完成报文交换功能或存储转发报文功能。n具有进行远程网络处理功能。具有进行远程网络处理功能。o集中器的技术集中器的技术n争用争用n轮询轮询n存储转发存储转发n排队排队第15页，共49页，编辑于2022年，
8、星期六集中器例子（集中器例子（MPT集群系统）集群系统）第16页，共49页，编辑于2022年，星期六前端处理器前端处理器o前前端端处处理理器器实实际际上上是是为为了了减减轻轻主主机机处处理理数数据据的的负负担担，各各终终端端发发送送来来的的数数据据通通过过通通信信线线路路，首首先先进进入入前前段段处处理理器器进进行行预预处处理理，如如纠纠检检错错、转转换换数数据据代代码码等等。例例如如外置外置MODEM、独立显卡。、独立显卡。电脑外置MODEM电话线电脑内置MODEM电话线FEC利用MODEM内部处理器实现FEC利用电脑处理器资源实现硬猫软猫第17页，共49页，编辑于2022年，星期六网络设备
9、网络设备-网络设备的分类网络设备的分类o物理层网络设备物理层网络设备 o数据链路层网络设备数据链路层网络设备 o网络层网络设备网络层网络设备o传输层上的网络设备传输层上的网络设备第18页，共49页，编辑于2022年，星期六各层上的网络设备各层上的网络设备HUBSWITCHROUTERGATEWAY第19页，共49页，编辑于2022年，星期六物理层网络设备物理层网络设备 物理层网络设备主要解决数据终端设备（物理层网络设备主要解决数据终端设备（DTE）与数据通信设备（）与数据通信设备（DCE）之间的接）之间的接口问题。主要设备有：中继器、网络收发器、网络传输媒体转换设备等。中继器用口问题。主要设备
10、有：中继器、网络收发器、网络传输媒体转换设备等。中继器用于扩展局域网长度，在连接网络及其他设备时还有不同名称：于扩展局域网长度，在连接网络及其他设备时还有不同名称：o多路复用器类。用于增加通信传输媒质的有效性，提高效率。多路复用器类。用于增加通信传输媒质的有效性，提高效率。o中继器类，例如：中继器类，例如：n令牌环网中继器，用于令牌环网中继器，用于MAU之间，或工作站与之间，或工作站与MAU之间扩展距离。之间扩展距离。n以太网中继器。用于连接多个以太网，包括传统的以太网和快速以太网中继器等。以太网中继器。用于连接多个以太网，包括传统的以太网和快速以太网中继器等。o集线器，多口中继器。例如：集线
11、器，多口中继器。例如：n以太网集线器（以太网集线器（HUB)nFDDI集中器。集中器是一种数据传输中的功能部件，他将多个数据流的数据汇集到相对集中器。集中器是一种数据传输中的功能部件，他将多个数据流的数据汇集到相对较少的物理传输媒质中，以提高传输效率。较少的物理传输媒质中，以提高传输效率。o媒体转换类，例如：媒体转换类，例如：n以太网以太网-E1转换（转换（10Base-T），对以太网数据缓存转换格式加载到），对以太网数据缓存转换格式加载到E1上传输。上传输。第20页，共49页，编辑于2022年，星期六中继器中继器-物理层设备物理层设备o由于数据信号在网络介质上传输时，会随着距离的增加而衰减，
12、中继由于数据信号在网络介质上传输时，会随着距离的增加而衰减，中继器的主要作用之一就是解决信号衰减的问题。器的主要作用之一就是解决信号衰减的问题。快速以太网中继器快速以太网中继器(Repeater)o中继器主要用于拓展网络的长度，它的功能为从一个端口接收数据信中继器主要用于拓展网络的长度，它的功能为从一个端口接收数据信号，然后将这些信号整形、放大，最后将之传送到其他端口上号，然后将这些信号整形、放大，最后将之传送到其他端口上(画图画图举例举例)。o中继器不检测它所传送的信号信息，仅仅是将不理想的信号再现为完中继器不检测它所传送的信号信息，仅仅是将不理想的信号再现为完美的信号。美的信号。o中继器工
13、作于中继器工作于OSI模型的物理层，因此只能连接具有相同物理层协模型的物理层，因此只能连接具有相同物理层协议的网络。议的网络。o中继器一般不能超过中继器一般不能超过3-5个，因为不能纠正误码。个，因为不能纠正误码。o最常见的就是使用最常见的就是使用HUB进行中继。进行中继。第21页，共49页，编辑于2022年，星期六数据链路层网络设备数据链路层网络设备该设备为网络提供建立该设备为网络提供建立/拆除数据链路、帧传输、差错与流量控制、拆除数据链路、帧传输、差错与流量控制、数据链路管理功能。主要设备有：数据链路管理功能。主要设备有：o网络适配器（网卡）。网络适配器（网卡）。o网桥。用于把一个较大的网
14、桥。用于把一个较大的LAN分割成多个网段，或将两个以上的分割成多个网段，或将两个以上的LAN互接为一个逻辑上的互接为一个逻辑上的LAN。o网络交换机。主要进行信息包的接收，暂时存储、发送，交换等。分为帧交网络交换机。主要进行信息包的接收，暂时存储、发送，交换等。分为帧交换机和信元交换机（换机和信元交换机（ATM）两大类。）两大类。第22页，共49页，编辑于2022年，星期六网络适配器网络适配器o也称为网络控制器、网卡，是也称为网络控制器、网卡，是PC或各种计算机连接到或各种计算机连接到网络上的关键接口部件。网络上的关键接口部件。o网络适配器的作用：网络适配器的作用：n提供网络物理层接口提供网络
15、物理层接口n实现和计算机系统总线信号之间的连接与通信实现和计算机系统总线信号之间的连接与通信n实现网络协议中的数据链路层的大部分功能实现网络协议中的数据链路层的大部分功能n支持桌面管理接口（支持桌面管理接口（DMI）和连线化管理）和连线化管理n可以进行自动远程管理和对网上可以进行自动远程管理和对网上PC进行远程控制进行远程控制n可以进行开机、关机、存储及系统维护等。可以进行开机、关机、存储及系统维护等。第23页，共49页，编辑于2022年，星期六网桥网桥-链路层设备链路层设备网网桥桥是是运运行行在在数数据据链链路路层层上上的的网网络络设设备备，网网桥桥可可以以将将一一个个较较大大的的LAN分分
16、割割成成多多个个网网段段，或或者者将将两两个个以以上上的的LAN互互联联成成一一个个逻逻辑辑上上的的LAN。网网桥桥的的主主要要功功能能，用用于于连连接接网网段段，增增加加网网络络范范围围；进进行行寻寻址址和和路路径径选选择择；具具有有某某些些网网络络管管理理功功能。能。o网桥工作在数据链路层，将两个网桥工作在数据链路层，将两个LAN连起来，根据连起来，根据MAC地址来转发帧，可以看地址来转发帧，可以看作一个作一个“低层的路由器低层的路由器”（路由器工作在网络层，根据网络地址如（路由器工作在网络层，根据网络地址如IP地址进行转地址进行转发）。发）。o远程网桥通过一个通常较慢的链路（如电话线）连
17、接两个远程远程网桥通过一个通常较慢的链路（如电话线）连接两个远程LAN，对本，对本地网桥而言，性能比较重要，而对远程网桥而言，在长距离上可正常运行是更重要地网桥而言，性能比较重要，而对远程网桥而言，在长距离上可正常运行是更重要的。的。o按照传输媒质分为有线网桥和无线网桥按照传输媒质分为有线网桥和无线网桥o按照协议处理方式不同分为透明网桥和源路由选择网桥按照协议处理方式不同分为透明网桥和源路由选择网桥第24页，共49页，编辑于2022年，星期六透明网桥透明网桥(transparent bridge)l透透明明网网桥桥(transparent bridge)或或生生成成树树网网桥桥(spannin
18、g tree bridge)。支支持持这这种种设设计计的的人人首首要要关关心心的的是是完完全全透透明明。装装有有多多个个LAN的的单单位位在在买买回回IEEE标标准准网网桥桥之之后后，只只需需把把连连接接插插头头插入网桥，无需设置地址开关，无需设置路由表或参数，现有插入网桥，无需设置地址开关，无需设置路由表或参数，现有LAN的运行完全不受网桥的任何影响。的运行完全不受网桥的任何影响。透明网桥以混杂方式工作，它接收与之连接的所有透明网桥以混杂方式工作，它接收与之连接的所有LAN传送的每一帧。传送的每一帧。当一帧到达时，通过查询网桥中一张大型散列表里的目的地址而作出决定是否转发和转当一帧到达时，通
19、过查询网桥中一张大型散列表里的目的地址而作出决定是否转发和转发到哪里。发到哪里。在插入网桥之初，所有的散列表均为空。在插入网桥之初，所有的散列表均为空。由于网桥不知道任何目的地的位置，因而采用扩散算法由于网桥不知道任何目的地的位置，因而采用扩散算法(flooding algorithm)：把每个到来的、目的地：把每个到来的、目的地不明的帧输出到连在此网桥的所有不明的帧输出到连在此网桥的所有LAN中（除了发送该帧的中（除了发送该帧的LAN）。）。随着时间的推移，网桥将了解每个目的地的位置。随着时间的推移，网桥将了解每个目的地的位置。一旦知道了目的地位置，发往该处的帧就只放到适当的一旦知道了目的地
20、位置，发往该处的帧就只放到适当的LAN上，而不再散发。上，而不再散发。第25页，共49页，编辑于2022年，星期六透明网桥透明网桥(transparent bridge)n透明网桥采用的算法是逆向学习法透明网桥采用的算法是逆向学习法(backward learning)。网桥按混杂的方式工作，故它。网桥按混杂的方式工作，故它能看见所连接的任一能看见所连接的任一LAN上传送的帧。查看源地址即可知道在哪个上传送的帧。查看源地址即可知道在哪个LAN上可访问哪台上可访问哪台机器，于是在散列表中添上一项。机器，于是在散列表中添上一项。n当计算机和网桥加电、断电或迁移时，网络的拓扑结构会随之改变。为了处当
21、计算机和网桥加电、断电或迁移时，网络的拓扑结构会随之改变。为了处理动态拓扑问题，每当增加散列表项时，均在该项中注明帧的到达时间。理动态拓扑问题，每当增加散列表项时，均在该项中注明帧的到达时间。n每当目的地已在表中的帧到达时，将以当前时间更新该项。每当目的地已在表中的帧到达时，将以当前时间更新该项。n这样，从表中每项的时间即可知道该机器最后帧到来的时间。这样，从表中每项的时间即可知道该机器最后帧到来的时间。n网桥中有一个进程定期地扫描散列表，清除时间早于当前时间若干分钟的全网桥中有一个进程定期地扫描散列表，清除时间早于当前时间若干分钟的全部表项。部表项。n于是，如果从于是，如果从LAN上取下一台
22、计算机，并在别处重新连到上取下一台计算机，并在别处重新连到LAN上的话，那么在几上的话，那么在几分钟内，它即可重新开始正常工作而无须人工干预。分钟内，它即可重新开始正常工作而无须人工干预。n这个算法同时也意味着，如果机器在几分钟内无动作，那么发给它的帧将不这个算法同时也意味着，如果机器在几分钟内无动作，那么发给它的帧将不得不散发，一直到它自己发送出一帧为止。得不散发，一直到它自己发送出一帧为止。第26页，共49页，编辑于2022年，星期六网网桥桥利用利用ARP广播学广播学习习MAC地址地址以太网头以太网头类型：类型：ARPIPv4头头广播出源及目的的广播出源及目的的IP与与MAC地址对照关系地
23、址对照关系第27页，共49页，编辑于2022年，星期六源路由选择源路由选择(source routing)网桥网桥n透明网桥的优点是易于安装，只需插进电缆即大功告成。但这种网桥并没有透明网桥的优点是易于安装，只需插进电缆即大功告成。但这种网桥并没有最佳地利用带宽。这两个（或其他）因素的相对重要性导致了最佳地利用带宽。这两个（或其他）因素的相对重要性导致了802委员会内委员会内部的分裂。支持部的分裂。支持CSMA/CD和令牌总线的人选择了透明网桥，而令牌环的支持者则偏爱一和令牌总线的人选择了透明网桥，而令牌环的支持者则偏爱一种称为源路由选择的网桥（受到种称为源路由选择的网桥（受到IBM的鼓励）的
24、鼓励）n源路由选择的前提是互联网中的每台机器都知道所有其他机器的最佳路径。如何得源路由选择的前提是互联网中的每台机器都知道所有其他机器的最佳路径。如何得到这些路由是源路由选择算法的重要部分。获取路由算法的基本思想是：如果不知到这些路由是源路由选择算法的重要部分。获取路由算法的基本思想是：如果不知道目的地地址的位置，源机器就发布一广播帧，询问它在哪里。每个网桥都转发该道目的地地址的位置，源机器就发布一广播帧，询问它在哪里。每个网桥都转发该查找帧查找帧(discovery frame)，这样该帧就可到达互联网中的每一个，这样该帧就可到达互联网中的每一个LAN。当答复回来时，。当答复回来时，途经的网
25、桥将它们自己的标识记录在答复帧中，于是，广播帧的发送者就可以得到确切的途经的网桥将它们自己的标识记录在答复帧中，于是，广播帧的发送者就可以得到确切的路由，并可从中选取最佳路由。路由，并可从中选取最佳路由。第28页，共49页，编辑于2022年，星期六两种网桥的比较两种网桥的比较特点特点透明网透明网桥桥源路由源路由选择选择网网桥桥注解注解连连接方式接方式无无连连接接面向面向连连接接透明性透明性完全透明完全透明不透明不透明透明网透明网桥对桥对主机来主机来说说是完全不可是完全不可见见的，而且它与所有的，而且它与所有现现在的在的802产产品完全兼容。源路由品完全兼容。源路由选择选择网网桥桥既不透明又不兼
26、容。如果既不透明又不兼容。如果要用源路由要用源路由选择选择网网桥桥，主机必，主机必须须知道知道桥桥接模式，必接模式，必须须主主动动地参地参与工作。与工作。配置方式配置方式自自动动手工手工路由路由次次优优化化优优化化源路由源路由选择选择网网桥桥的几个不多的的几个不多的优优点之一是：从理点之一是：从理论论上上讲讲，它可，它可使用最佳路由，而透明网使用最佳路由，而透明网桥则桥则只限于生成只限于生成树树，另外，源路由，另外，源路由选选择择网网桥还桥还可以很好地利用网可以很好地利用网间间的并行网的并行网桥桥来分散来分散载载荷。不荷。不过过在在实际实际中，网中，网桥桥能否利用能否利用这这些理些理论论上的上
27、的优优点是令人点是令人怀怀疑的。疑的。定位定位逆向学逆向学习习发现帧发现帧逆向学逆向学习习的缺点是：网的缺点是：网桥桥必必须须一直等到碰巧有一特一直等到碰巧有一特别别的的帧帧到来，到来，才能知道目的地在何才能知道目的地在何处处。查查找找帧帧的缺点是：在有并行网的缺点是：在有并行网桥桥的大型互的大型互联联网中，会网中，会发发生指数生指数级级的的帧帧爆炸。爆炸。失效失效处处理理由网由网桥处桥处理理由主机由主机处处理理复复杂杂性性在网在网桥桥中中在主机中在主机中由于主机数量通常比网由于主机数量通常比网桥桥大一两个数量大一两个数量级级，因此，最好把，因此，最好把额额外外的开的开销销和复和复杂杂性放到少
28、量的网性放到少量的网桥桥中而不是全部的主机中。中而不是全部的主机中。第29页，共49页，编辑于2022年，星期六利用网桥和交换网络链接两个利用网桥和交换网络链接两个LANLAN-1LAN-2网桥网桥MODEM交换网络MODEM第30页，共49页，编辑于2022年，星期六网络交换机网络交换机-链路层设备链路层设备o根据交换机所交换的分组长度可以分为分组长度可变的帧交换机和分组长度根据交换机所交换的分组长度可以分为分组长度可变的帧交换机和分组长度固定为固定为53字节的字节的ATM交换机。交换机。o根据交换机涉及技术可分为：以太网交换机；快速以太网交换机；多根据交换机涉及技术可分为：以太网交换机；快
29、速以太网交换机；多功能交换机；功能交换机；FDDI交换机；交换机；ATM交换机；路由交换机（第三层交换机）交换机；路由交换机（第三层交换机）等。等。o根据应用规模分：企业级；部门级；工作组级交换机。根据应用规模分：企业级；部门级；工作组级交换机。o交换机的重要指标交换机的重要指标n端口类型（端口类型（RJ45自适应）自适应）n端口速率（端口速率（10M/100M自适应）自适应）n缓冲器缓冲能力缓冲器缓冲能力n端口数目及类型端口数目及类型n每端口的地址数每端口的地址数n抗广播风暴能力抗广播风暴能力n接口的灵活性和可适应性等。接口的灵活性和可适应性等。第31页，共49页，编辑于2022年，星期六交
30、换式技术发展过程交换式技术发展过程o以太网交换机，英文为以太网交换机，英文为SWITCH，也有人翻译为开关，交换器或称，也有人翻译为开关，交换器或称交换式集线器。交换式集线器。o八十年代中后期，由于通信量的急剧增加，促使技术的发展，使局域八十年代中后期，由于通信量的急剧增加，促使技术的发展，使局域网的性能越来越高，最早的网的性能越来越高，最早的1MBPS的速率已广泛地被今天的的速率已广泛地被今天的100BASE-T和和100CG-ANYLAN替代，但是，传统的媒体访问方法都替代，但是，传统的媒体访问方法都局限于使大量的站点共享对一个公共传输媒体的访问，既局限于使大量的站点共享对一个公共传输媒体
31、的访问，既CSMA/CD。o九十年代初，随着计算机性能的提高及通信量的聚增，传统局域网已经愈九十年代初，随着计算机性能的提高及通信量的聚增，传统局域网已经愈来愈超出了自身的负荷，交换式以太网技术应运而生，大大提高了局域网来愈超出了自身的负荷，交换式以太网技术应运而生，大大提高了局域网的性能。与现在基于网桥和路由器的共享媒体的局域网拓扑结构相比，网的性能。与现在基于网桥和路由器的共享媒体的局域网拓扑结构相比，网络交换机能显著的增加带宽。交换技术的加入，就可以建立地理位置相对络交换机能显著的增加带宽。交换技术的加入，就可以建立地理位置相对分散的网络，使局域网交换机的每个端口可平行、安全、同时的互相
32、传输分散的网络，使局域网交换机的每个端口可平行、安全、同时的互相传输信息，而且使局域网可以高度扩充。信息，而且使局域网可以高度扩充。第32页，共49页，编辑于2022年，星期六从网桥、多端口网桥到交换机从网桥、多端口网桥到交换机o局域网交换技术的发展要追溯到两端口网桥。桥是一种存储转发设备，用来连接相似的局域网交换技术的发展要追溯到两端口网桥。桥是一种存储转发设备，用来连接相似的局域网。从互联网络的结构看，桥是属于局域网。从互联网络的结构看，桥是属于DCE级的端到端的连接；从协议层次看，桥是级的端到端的连接；从协议层次看，桥是在逻辑链路层对数据帧进行存储转发；与中继器在第一层、路由器在第三层的
33、功能相似。在逻辑链路层对数据帧进行存储转发；与中继器在第一层、路由器在第三层的功能相似。两端口网桥几乎是和以太网同时发展的。两端口网桥几乎是和以太网同时发展的。o以太网交换技术以太网交换技术(SWITCH)是在多端口网桥的基础上与九十年代初发展起来的，实是在多端口网桥的基础上与九十年代初发展起来的，实现现OSI模型的下两层协议，与网桥有着千丝万缕的关系，甚至被业界人士称为模型的下两层协议，与网桥有着千丝万缕的关系，甚至被业界人士称为“许多联系在一起的许多联系在一起的网桥网桥”，因此现在的交换式技术并不是什么新的标准，而是现有技术的新应用而已，是一种改进了的，因此现在的交换式技术并不是什么新的标
34、准，而是现有技术的新应用而已，是一种改进了的局域网桥，与传统的网桥相比，它能提供更多的端口局域网桥，与传统的网桥相比，它能提供更多的端口(488)、更好的性能、更强的管理功能以及、更好的性能、更强的管理功能以及更便宜的价格。现在某些局域网交换机也实现了更便宜的价格。现在某些局域网交换机也实现了OSI参考模型的第三层协议，实现简单的参考模型的第三层协议，实现简单的路由选择功能，目前很热的第三层交换就是指此。路由选择功能，目前很热的第三层交换就是指此。o以太网交换机又与电话交换机相似，除了提供存储转发以太网交换机又与电话交换机相似，除了提供存储转发(STORE AND FORWORD)方式外方式外
35、还提供了其它的桥接技术，如：直通方式还提供了其它的桥接技术，如：直通方式(CUT THROUGH)。第33页，共49页，编辑于2022年，星期六以太网交换机的工作原理以太网交换机的工作原理o以太网交换机的原理很简单，它检测从以太端口来的数据包以太网交换机的原理很简单，它检测从以太端口来的数据包的源和目的地的的源和目的地的MAC(介质访问层介质访问层)地址，然后与系统内部地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若数据包的的动态查找表进行比较，若数据包的MAC层地址不在查找层地址不在查找表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应的目的端口
36、。的目的端口。192.168.0.111-22-33-44-55-66ARP列表列表192.168.0.1-11-22-33-44-55-66192.168.0.2-11-22-33-44-55-67192.168.0.3-11-22-33-44-55-68192.168.0.311-22-33-44-55-68192.168.0.211-22-33-44-55-67PING 192.168.0.3REPLY 192.168.0.1第34页，共49页，编辑于2022年，星期六交换式以太网技术的优点交换式以太网技术的优点o交换式以太网不需要改变网络其它硬件，包括电缆和用户的网卡，仅需要用交换式交
37、换机改变交换式以太网不需要改变网络其它硬件，包括电缆和用户的网卡，仅需要用交换式交换机改变共享式共享式HUB，节省用户网络升级的费用。，节省用户网络升级的费用。o可在高速与低速网络间转换，实现不同网络的协同。目前大多数交换式以太网都具有可在高速与低速网络间转换，实现不同网络的协同。目前大多数交换式以太网都具有100Mbps的端口，通过与之相对应的的端口，通过与之相对应的100Mbps的网卡接入到服务器上，暂时解决了的网卡接入到服务器上，暂时解决了10Mbps的瓶颈，成为网络局域网升级时首选的方案。的瓶颈，成为网络局域网升级时首选的方案。o它同时提供多个通道，比传统的共享式集线器提供更多的带宽，
38、传统的共享式它同时提供多个通道，比传统的共享式集线器提供更多的带宽，传统的共享式10Mbps/100Mbps以太网采用广播式通信方式，每次只能在一对用户间进行通信，如以太网采用广播式通信方式，每次只能在一对用户间进行通信，如果发生碰撞还得重试，而交换式以太网允许不同用户间进行传送，比如，一个果发生碰撞还得重试，而交换式以太网允许不同用户间进行传送，比如，一个16端口的以太端口的以太网交换机允许网交换机允许16个站点在个站点在8条链路间通信。条链路间通信。o特别是在时间响应方面的优点，使的局域网交换机倍受青睐。它以比路由器低的成本却提供了特别是在时间响应方面的优点，使的局域网交换机倍受青睐。它以
39、比路由器低的成本却提供了比路由器宽的带宽、高的速度，除非有上广域网比路由器宽的带宽、高的速度，除非有上广域网(WAN)的要求，否则，交换机有替代路的要求，否则，交换机有替代路由器的趋势。由器的趋势。第35页，共49页，编辑于2022年，星期六第二层、第三层交换与路由器方案的竞争第二层、第三层交换与路由器方案的竞争o局域网交换机是工作在局域网交换机是工作在OSI第二层的，可以理解为一个多端口网桥，因此传统第二层的，可以理解为一个多端口网桥，因此传统上称为第二层交换；目前，交换技术已经延伸到上称为第二层交换；目前，交换技术已经延伸到OSI第三层的部分功能，既所第三层的部分功能，既所谓第三层交换，第
40、三层交换可以不将广播封包扩散，直接利用动态建立的谓第三层交换，第三层交换可以不将广播封包扩散，直接利用动态建立的MAC地址来通信，似乎可以看懂第三层的信息，如地址来通信，似乎可以看懂第三层的信息，如IP地址、地址、ARP等，具有多路等，具有多路广播和虚拟网间基于广播和虚拟网间基于IP、IPX等协议的路由功能，这方面功能的顺利实现得力等协议的路由功能，这方面功能的顺利实现得力于专用集成电路于专用集成电路(ASIC)的加入，把传统的由软件处理的指令改为的加入，把传统的由软件处理的指令改为ASIC芯片的嵌芯片的嵌入式指令，从而加速了对包的转发和过滤，使得高速下的线性路由和服务质入式指令，从而加速了对
41、包的转发和过滤，使得高速下的线性路由和服务质量都有了可靠的保证。目前，如果没有上广域网的需要，在建网方案中一般量都有了可靠的保证。目前，如果没有上广域网的需要，在建网方案中一般不再应用价格昂贵、带宽有限的路由器。不再应用价格昂贵、带宽有限的路由器。o以太网交换机和路由器的组合设备（市面销售的无线以太网交换机和路由器的组合设备（市面销售的无线AP）方便用户使用。）方便用户使用。第36页，共49页，编辑于2022年，星期六利用网桥和网络交换机组网案例利用网桥和网络交换机组网案例 第37页，共49页，编辑于2022年，星期六虚拟局域网技术虚拟局域网技术 o交换技术的发展，允许区域分散的组织在逻辑上成
42、为一个新的工作组，而且同一工交换技术的发展，允许区域分散的组织在逻辑上成为一个新的工作组，而且同一工作组的成员能够改变其物理地址而不必重新配置节点，这就是用到所谓的虚拟局域作组的成员能够改变其物理地址而不必重新配置节点，这就是用到所谓的虚拟局域网技术网技术(VLAN)。o用交换机建立虚拟网就是使原来的一个大广播区用交换机建立虚拟网就是使原来的一个大广播区(交换机的所有端口交换机的所有端口)逻辑的分逻辑的分为若干个为若干个“子广播区子广播区”，在子广播区里的广播封包只会在该广播区内，在子广播区里的广播封包只会在该广播区内传送，其它的广播区是收不到的。传送，其它的广播区是收不到的。oVLAN通过交
43、换技术将通信量进行有效分离，从而更好地利用带宽，并可从通过交换技术将通信量进行有效分离，从而更好地利用带宽，并可从逻辑的角度出发将实际的逻辑的角度出发将实际的LAN基础设施分割成多个子网，它允许各个局域网基础设施分割成多个子网，它允许各个局域网运行不同的应用协议和拓扑结构。运行不同的应用协议和拓扑结构。o高档网络交换机（带管理功能的三层交换机）可以支持该功能。高档网络交换机（带管理功能的三层交换机）可以支持该功能。第38页，共49页，编辑于2022年，星期六虚拟局域网四种划分方式虚拟局域网四种划分方式 o基于端口划分基于端口划分VLAN；o基于基于MAC地址划分地址划分VLAN；o基于网络层划
44、分基于网络层划分VLAN；o基于组播划分基于组播划分VLAN。第39页，共49页，编辑于2022年，星期六网络层网络设备网络层网络设备该层设备主要功能是将逻辑地址翻译成物理地址，使传输该层设备主要功能是将逻辑地址翻译成物理地址，使传输层可以使用逻辑地址，确定路由，分组交换，拥塞控制和层可以使用逻辑地址，确定路由，分组交换，拥塞控制和流量控制。主要设备有：流量控制。主要设备有：o路由器。为网络互连提供各种类型、各种速率的链路路由器。为网络互连提供各种类型、各种速率的链路或通信子网接口，完成路由算法，提供路由信息，参或通信子网接口，完成路由算法，提供路由信息，参与网络管理。与网络管理。o第三层交换
45、机（路由交换机）。它是能完成路由器功第三层交换机（路由交换机）。它是能完成路由器功能的交换机。能的交换机。第40页，共49页，编辑于2022年，星期六路由器路由器-网络层设备网络层设备o路由器是网络层的互联设备，是网络的基本组成部分。路由器是网络层的互联设备，是网络的基本组成部分。o路由器（路由器（Router）是工作在）是工作在OSI第三层（网络层）上、具有连接不同类型第三层（网络层）上、具有连接不同类型网络的能力并能够选择数据传送路径的网络设备。网络的能力并能够选择数据传送路径的网络设备。o路由器有三个特征：工作在网络层上、能够连接不同类型的网络、能够选择数据传路由器有三个特征：工作在网络
46、层上、能够连接不同类型的网络、能够选择数据传的路径。的路径。o我们所说的我们所说的“互联网互联网”，就是由各种路由器连接起来的，因为互联网上存在各种不同类，就是由各种路由器连接起来的，因为互联网上存在各种不同类型的网络，集线器和交换机根本不能胜任这个任务，所以必须由路由器来担当这个角色。型的网络，集线器和交换机根本不能胜任这个任务，所以必须由路由器来担当这个角色。第41页，共49页，编辑于2022年，星期六路由器路由器的另外两个特征的另外两个特征o路由器能连接不同类型的网络路由器能连接不同类型的网络n我们常见的集线器和交换机一般都是用于连接以太网的，但是如果将两我们常见的集线器和交换机一般都是
47、用于连接以太网的，但是如果将两种网络类型连接起来，比如以太网与种网络类型连接起来，比如以太网与ATM网，集线器和交换机就派不上网，集线器和交换机就派不上用场了。用场了。n路由器能够连接不同类型的局域网和广域网，如以太网、路由器能够连接不同类型的局域网和广域网，如以太网、ATM网、网、FDDI网、令牌环网等。网、令牌环网等。n数据从一种类型的网络传输至另一种类型的网络，必须进行帧格式转换。路数据从一种类型的网络传输至另一种类型的网络，必须进行帧格式转换。路由器就有这种能力，而交换机和集线器就没有。由器就有这种能力，而交换机和集线器就没有。o路由器具有路径选择能力路由器具有路径选择能力n在互联网中
48、，从一个节点到另一个节点，可能有许多路径，路由器可以在互联网中，从一个节点到另一个节点，可能有许多路径，路由器可以选择通畅快捷的近路，会大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，选择通畅快捷的近路，会大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，这是集线器和二层交换机所根本不具备的性能。节约网络系统资源，这是集线器和二层交换机所根本不具备的性能。第42页，共49页，编辑于2022年，星期六集线器集线器 vs 交换机交换机 vs 路由器路由器o集线器工作在第一层（即物理层），它没有智能处理能力，对它来说，数据集线器工作在第一层（即物理层），它没有智能处理能力，对它来说，数据只是电流而已
49、，当一个端口的电流传到集线器中时，它只是简单地将电流传只是电流而已，当一个端口的电流传到集线器中时，它只是简单地将电流传送到其他端口，至于其他端口连接的计算机接收不接收这些数据，它就不管送到其他端口，至于其他端口连接的计算机接收不接收这些数据，它就不管了。了。o交换机工作在第二层（即数据链路层），它要比集线器智能一些，对它来说，网络上的交换机工作在第二层（即数据链路层），它要比集线器智能一些，对它来说，网络上的数据就是数据就是MAC地址的集合，它能分辨出帧中的源地址的集合，它能分辨出帧中的源MAC地址和目的地址和目的MAC地址，因此地址，因此可以在任意两个端口间建立联系，但是交换机并不懂得可以
50、在任意两个端口间建立联系，但是交换机并不懂得IP地址，它只知道地址，它只知道MAC地地址。址。o路由器工作在第三层（即网络层），它比交换机还要路由器工作在第三层（即网络层），它比交换机还要“聪明聪明”一些，它能一些，它能理解数据中的理解数据中的IP地址，如果它接收到一个数据包，就检查其中的地址，如果它接收到一个数据包，就检查其中的IP地址，如地址，如果目标地址是本地网络的就不理会，如果是其他网络的，就将数据包转发出本地网络。果目标地址是本地网络的就不理会，如果是其他网络的，就将数据包转发出本地网络。第43页，共49页，编辑于2022年，星期六传输层上的网络设备传输层上的网络设备o主要功能是将消