第4章网络互连设备及应用技术课件.ppt
人民邮电出版社,第4章 网络互连设备及应用技术,人民邮电出版社,本章学习要点：l 了解局域网互连的基本概念l 掌握局域网常用互连设备的类型、层次与原理l 掌握各层设备的作用、特点与应用l 熟练掌握集线器与交换机的区别与使用l 熟练掌握虚拟局域网的设计原则、实现条件和划分方法l 了解OSI模型与局域网互连设备之间的关系,人民邮电出版社,4.1 网络互连概述4.2 物理层的互连设备4.3 数据链路层的互连设备4.4 虚拟局域网4.5 网络层的互连设备,4.6 高层的互连设备,4.7 网络互连设备的应用场合,人民邮电出版社,4.1 网络互连概述,网络互连（联）就是指不同网段、网络或子网之间通过网络的连接或互连设备（中继器、网桥、路由器或网关等）实现各个网络段或子网间的互相连接，其目的在于实现各个网段或子网之间的数据传输、通信、交互与资源共享。,人民邮电出版社,1.什么是网络的连接或互连？（1）网络的延伸（2）网络的分段 提高可靠性。分散了负荷。提高了安全性。,人民邮电出版社,2.互连网络的类型（1）网络互连的应用类型 局域网之间的互连（LAN-LAN）局域网与广域网的互连（LAN-WAN）局域网通过广域网与Internet之间的互连（LAN-WAN-Internet）多个远程局域网之间互连为广域网（LAN-WAN-LAN）（2）互连局域网的类型,人民邮电出版社,1）同构网（homogeneous net）2）异构网（heterogeneous net）所谓“异构网”（heterogeneous net）是指网络具有完全不同的传输性质和通信协议。目前，不同类型的网络之间的连接大多是异构网间的连接。,人民邮电出版社,1.互连网络必须要解决的问题 在进行网络互连时，人们必须面对如下一些问题：l 如何在物理上把两种不同的网络连接起来。l 如何实现一种网络与另一种网络的互访与通信。l 如何解决两种不同网络之间在协议方面的差异。l 如何处理两种网络之间在传输速率方面的差别。,人民邮电出版社,4.1.1 网络互连的层次,1.网间互连中的三个重要概念（1）网络的互连（Interconnection）（2）网络的互通（Intercommunication）（3）网络的互操作（Interoperability）2.网间互连设备的层次（1）网间互连设备（2）网间互连设备的层次,人民邮电出版社,4.2 物理层的互连设备,4.2.1 中继器 中继器（Repeater）又称转发器或收发器，它工作在OSI模型的第一层，即物理层。1.中继器的功能 第一，中继器具有接收、放大、整形和转发网络信息的作用，可以起到扩充网络规模（扩充网络连接距离或工作站数目）的作用；第二，使用带有不同接口的中继器，可以连接两个使用不同的传输介质、不同类型的以太网段。,人民邮电出版社,图4-2 光纤收发器,图4-1 用中继器再生信号,人民邮电出版社,2.中继器使用的规则（中继规则）,图4-3 10Mb/s以太网的5-4-3规则,人民邮电出版社,3.中继器的应用特点（1）中继器的主要优点 中继器安装简单、可以轻易地扩展网络的长度、使用方便、价格相对低廉，它是最便宜的扩展 网络距离的设备。,人民邮电出版社,（2）中继器的主要缺点中继器用于局域网之间有条件的连接。一般情况下，互联网络的第1层可以不同，但是第27层应当使用相同或兼容协议。中继器可以连接两个使用不同传输介质和物理端口，但使用相同介质访问控制方法的网络。中继器不能进行通信分段，多个网段使用中继器互联后，将增加网络的信息量，易发生阻塞。中继器不能控制广播风暴。使用中继器扩展网段和网络距离时，其数目有所限制。,人民邮电出版社,4.使用和选择中继器时应注意的事项 网段的接口 网段扩展的极限距离 使用中继器互联网络时，应注意所连接的各网段的高层（27层）协议应当相兼容。,人民邮电出版社,4.2.2 以太网集线器,集线器（Hub）主要指共享式集线器，它工作在OSI模型的第一层，即物理层。它也被称为多端口中继器。由于集线器与中继器以相同的方式进行工作，因此具有同样的基本功能，遵循同样的规则。1.使用集线器网络的拓扑结构2.集线器的分类（1）独立型共享式集线器（2）堆叠式集线器（3）模块化集线器,人民邮电出版社,图4-5 堆叠式集线器,图4-4 以太网的独立型集线器,人民邮电出版社,3.集线器的应用特点（1）优点l 集线器可扩充网络的规模，即延伸网络的距离和增加网络的节点数目。l 集线器安装极为简单，几乎不需要配置。l 集线器可以连接多个物理层不同；但高层（27层）协议相同或兼容的网络。,人民邮电出版社,（2）缺点l 集线器限制了介质的极限距离，例如：10BASET中的100m。l 集线器没有数据过滤的功能，它将收到的数据发送到所有的端口，因此，使用中继器连接多个网络后，会增加网络的信息量，易发生阻塞。l 集线器使用数量的限制，低速以太网应遵循的“5-4-3”规则。l 集线器互连网络中的多个节点共享网络集线器的带宽，因此，当节点数目过多时，冲突增加，网络性能急剧下降。l 集线器向所有端口转发广播信息，因此它不能控制广播风暴。,人民邮电出版社,4.集线器使用时应注意的因素 中继规则 集线器互联网络的条件 网络接口 传输速率 共享带宽,人民邮电出版社,4.3 数据链路层的互连设备,网络中数据链路层的互连设备主要指，基于网络物理地址进行过滤和网络分段，这层的设备具有物理层和数据链路层两层的功能，它们既可以用于局域网的延伸、扩展节点；也可以用于将负荷过重的网络划分为较小的网段，以达到改善网络性能和提高网络安全性的目的。,人民邮电出版社,4.3.1 网桥,1.网桥的定义 网桥（bridge）是指用来连接两个或多个在数据链路层以上具有相同或兼容协议的网络互连设备。网桥一般由软件和硬件组成，它工作在OSI模型的第二层。网桥是一种基于物理地址来过滤、存储和转发数据帧的互连设备，它通过对网络上的数据帧进行筛选来实现网络分段，改善网络性能的。它可以实现基于端口MAC地址的过滤和分段。,人民邮电出版社,2.网桥的理论功能（1）站表 站地址 端口 时间（2）自学习功能与站表的管理（3）过滤和转发功能,人民邮电出版社,图4-6 连接两个本地局域网的网桥,人民邮电出版社,3.网桥的实际作用与设计要点（1）网络分段（2）延伸网络的距离（3）网桥互联网络的条件（4）网桥的设计要点,人民邮电出版社,4.网桥的分类（1）按网桥硬件所处的位置分类（2）按网桥分布的地理范围分类5.网桥的应用特点,人民邮电出版社,（1）优点 网桥通过对不需要传递的数据进行过滤来实现基于物理地址的网络间的通信分段。网桥既可以互联两个或多个网络。即网桥可以连接使用不同传输介质、不同介质访问控制方式；但高层（第37层）协议相同或相兼容的有条件同构的网络。由于网桥的过滤性能，隔离了不需要传播和出错的信息帧。当网络出现故障时，一般只会影响故障网段。因此，使用网桥还可以提高可靠性。（2）缺点,人民邮电出版社,网桥互联的多个网络要求在“数据链路层”以上的各层（第37层）采用相同或相兼容的协议。网桥需要处理接收到的数据信息，需要先存储，再查找站表，因此，会耗费时间，增加了时延及数据的传输时间，降低了网络性能。网桥不能对广播分组进行过滤，它传递所有的广播信息，因此对于避免广播风暴，网桥无能为力。由于网桥具有比中继器更高的智能，因此，一般来说价格比中继器贵。网桥在将两个或多个局域网互联成一个大的网络时，分解了网络的流量提高了整体效率。但是，网桥没有路径选择的能力，网桥不能对网络进行分析，以实现传输数据时的最佳路由。,人民邮电出版社,4.3.2 第二层以太网交换机,交换机和交换式集线器均被称为交换机（Switch）。它也是工作在OSI模型的第二层的设备。目前，交换机正在迅速代替共享式集线器，并成为组建和升级以太局域网的首选设备。1.以太网交换机与集线器的异同 以太网交换机除了包括集线器的所有特性外，还具有自动寻址、交换和处理等功能。,人民邮电出版社,（1）不同之处 在OSI模型中所处的位置不同 工作原理不同 网络工作方式和冲突的范围不同 节点享有的带宽不同 端口通信模式不同 逻辑拓扑结构不同 集线器组成的网络逻辑拓扑为总线型；而交换机组成的网络逻辑拓扑为星型。（2）相同之处,人民邮电出版社,2.广播域和冲突域的概念 在选择网络互连设备时，广播域（范围）和冲突域（范围）是两个重要的概念。（1）广播域（2）“冲突域”,人民邮电出版社,3.有关交换机的基本概念（1）交换机端口参数和类型 单/多MAC地址：端口密度：高速端口：管理端口：其他连接端口：（2）背板带宽：（3）MAC地址与支持MAC地址的数量 MAC地址的作用 MAC地址的组成。MAC地址的数量（4）交换机的类型,人民邮电出版社,图4-9 堆叠式交换机,图4-7 独立交换机,图4-8 千兆以太网模块化交换机,人民邮电出版社,3.选择交换机的要点 在选择交换机时，可以从“技术的角度”、“应 用规模”和“品牌角度”等3个方面进行选择。（1）按“应用规模”选择（2）从“技术角度”进行选择（3）支持的MAC地址数量4.局域网交换机的主要指标,人民邮电出版社,4.4 虚拟局域网,4.4.1 虚拟局域网概述1.虚拟局域网的基本概念（1）什么是虚拟局域网？（1）VLAN使用的技术标准1996年3月发布的IEEE 802.1Q标准就是VLAN的标准。（2）VLAN的分类与技术基础（3）VLAN的适用场合2.建立VLAN时的技术条件（1）硬件条件（2）软件条件,人民邮电出版社,3.虚拟局域网的功能特点 VLAN的一组站点并不局限于某一个物理网络或范围内，VLAN的成员站点和用户可以位于一个城市内的不同物理区域，甚至是位于不同的国家。因此，他们之间的相互通信，完全不受物理位置的限制，就仿佛是位于同一个局域网之中。,人民邮电出版社,（1）使用VLAN技术具有以下优点 简化网络管理、保护原有投资 能够控制广播风暴 能够提高网络的整体安全性,人民邮电出版社,（2）使用VLAN技术的缺点 在有些VLAN的技术中，初始配置过于复杂。当使用局域网交换机的端口划分VLAN成员的方法时，用户从一个交换机的端口移动到另一个端口时，网络管理员必须对VLAN的成员重新配置。需要专职的网络管理员和必要的专业技术支持。,人民邮电出版社,4.4.2 虚拟局域网实现的基本原则,1.兼容性2.尽可能的使用支持VLAN的交换机3.尽可能的采用树型拓扑结构4.按需选择VLAN技术,人民邮电出版社,4.1.3 虚拟局域网划分的基本方法,1.基于交换机端口划分的VLAN,图4-10 按端口划分的VLAN示意图,人民邮电出版社,（1）端口划分虚拟网成员的技术分类 第一代端口VLAN技术 第二代端口VLAN技术,人民邮电出版社,（2）基于交换机端口划分VLAN的技术特点 优点：缺点：,人民邮电出版社,图4-11 按MAC地址划分的VLAN示意图,2.基于MAC地址划分的VLAN,人民邮电出版社,3.基于网络层地址划分VLAN4.基于网络层协议划分VLAN,人民邮电出版社,4.5 网络层的互连设备,工作在OSI模型网络层的互连设备主要有路由器与第三层交换机。4.5.1 路由器 可以将路由器定义为用来连接两个及以上复杂网络的、具有路由选择的，网络层使用可路由协议的工作在OSI参考模型第三层的网络互联设备。,人民邮电出版社,1.路由器的基本概念（1）路由器的基本概念2.路由器的工作原理和基本功能（1）路由器的工作原理（2）路由器的路径选择3.路由器和网桥或第二层交换机的区别4.路由器在局域网中的典型应用,人民邮电出版社,5.路由器的分类6.路由器的应用特点 路由器最主要的功能是选择合适的路由，引导网络通信。7.路由器在实际网络连接中的作用（1）延伸距离（2）使用路由器将局域网连接到Internet（3）多个局域网的远程连接8.小型企业网络使用调制解调器和路由器的方案,人民邮电出版社,图4-14 用路由器实现远程局域网的连接或接入Internet,人民邮电出版社,4.5.2 第三层交换机,1.第三层交换机的概念 第三层交换机工作在OSI参考模型的第三层，因此，它除了具有第二层的功能外，还具有第三层的“选路”（路由）功能，其功能主要是由硬件实现的。2.第三层交换机与路由器的联系与区别3.第三层交换机和路由器的应用示例 路由器和第三层交换机的典型应用如图4-15所示。在连接局域网中的各个子网时，第三层交换机是推荐的选择，而在通过广域网连接远程子网或者是Internet时，路由器则是最佳的选择。,人民邮电出版社,图4-15 路由器和第三层交换机的典型应用,人民邮电出版社,4.6 高层的互连设备,1.网关的定义和基本概念（1）网关的定义 网关（Gateway）就是将两个或多个在高层使用不同协议的网络段连接在一起的软硬件。它的主要作用是实现不同网络传输协议的翻译和转换工作，因此又叫做网间协议转换器。网关的硬件用来提供不同网络的接口，软件则实现不同网络协议之间的转换。,
