网络设备管理.ppt
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1、网络设备管理,第1章 网络的基本概念,1.1 通信网的一般模型,1.1.1 通信网相关概念 1.协议 协议(Protocol)是一种通信约定,它主要由语法、语义和时序 3部分组成(即协议的三要素)。2.实体 实体(Entity)是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。3.接口 接口(Interface)是节点或节点内相邻层之间用于交换信息的连接点。4.信号 信号是数据的电磁或电子编码。在通信系统中,信号可分为模拟信号和数字信号。5.信道 信道是用于传送信息的介质。信道可分为模拟信道和数字信道两大类。,1.开放系统互联参考模型 OSI参考模型是研究如何把开放式系统连接起来的标准,它将计算机网络
2、分为7层,如图1-1所示。其中,最右侧一列是数据单元名称,即各个层次的对等实体之间交换的数据单元的名称。协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU)就是对等实体之间通过协议传送的数据。图1-1中的APDU表示应用层的协议数据单元,PPDU是表示层的协议数据单元,SPDU表示会话层的协议数据单元,TPDU表示传输层的协议数据单元。,1.1.2 通信网络模型,1)物理层 物理层(Physical Layer)的主要功能是完成相邻节点之间原始比特流的传输,主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过程特性。2)数据链路层 数据链路层的主要功能是在物理层提供比特流传输服务的基础上,在通信的
3、实体之间建立数据链路连接,以帧为单位传送数据信息,采用差错控制、流量控制等方法,使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。3)网络层 网络层(Network Layer)的主要功能是完成网络中主机间的报文传输,通过路由算法为分组选择最佳路径。4)传输层 传输层的主要功能是向用户提供可靠的端到端服务,透明地传送报文。5)会话层 会话层主要负责在网络中的两个节点之间建立和维持通信。6)表示层 表示层(Presentation Layer)向应用层提供信息表示,将不同系统的表示方法转换成标准形式。7)应用层 应用层(Application Layer)的主要功能是直接为用户服务,为软件提供接口以使程序
4、能使用网络服务。,1.1.2 通信网络模型,2.TCP/IP参考模型 TCP/IP参考模型分成网络接口层、网络层、传输层和应用层 4个层次,如图1-2所示。1)网络接口层 网络接口层与OSI参考模型的数据链路层和物理层相对应,它不是TCP/IP协议的一部分,但它是TCP/IP参考模型赖以存在的与各种通信网进行通信的接口。TCP/IP没有对网络接口层给出具体的规定。2)网络层 网络层有4个主要的协议:IP协议、Internet控制报文协议、地址解析协议和逆地址解析协议。3)传输层 TCP/IP参考模型的传输层提供了两个主要的协议,即传输控制协议和用户数据报协议。4)应用层 在TCP/IP参考模型
5、中,应用层包含所有的高层协议。,1.1.2 通信网络模型,1.1.3 通信网络的主要功能,(1)数据传输。(2)资源共享。(3)分布处理。(4)提高安全性与可靠性。,1.2 通信网的构成,1.2.1 网络软件系统 1.网络操作系统 网络操作系统是负责管理整个网络资源和方便网络用户使用的软件的集合。网络操作系统是运行在服务器之上的,因此,有时也把它称为服务器操作系统。2.网络管理软件 网络管理软件能够进行配置网络节点,收集并管理网络信息等操作,以保障网络正常、可靠地运行。3.网络服务器软件 服务器软件运行于特定的网络操作系统之下,提供用户所需的网络服务。4.网络应用软件 网络应用软件是能够与服务
6、器进行通信,直接为用户提供网络服务的软件。5.网络协议 网络协议是网络上所有设备(网络服务器、计算机终端、交换机、路由器、防火墙等)之间通信规则的集合,它规定了通信时信息必须采用的格式和这些格式的含义。,1.2.2 网络硬件系统,1.计算机系统 计算机系统主要完成数据信息的收集、存储、处理等任务,并提供各种网络资源。根据其在网络中的用途可分为服务器和工作站两部分。2.数据通信系统 1)通信控制处理机 通信控制处理机负责主机与网络的信息传输控制,具体实现线路传输控制、差错检测与恢复、代码转换以及数据帧的封装和拆封等功能。2)网络互联设备 网络互联设备主要用来实现网络中主机与主机、网络与网络之间的
7、连接,数据信号的变换以及路由选择等功能。3)传输介质 传输介质是传输数据信号的物理通道,有线介质包括双绞线、同轴电缆、光纤,无线介质包括微波、红外线和卫星。,1.3 通信网数据交换技术,1.3.1 电路交换 电路交换(Circuit Switching)技术是在通信设备间通过交换设备中的线路连接实际建立了一条专用的物理线路,在连接被拆除前,其两端的设备单独占用此线路进行数据传输。1.电路交换的过程(1)建立线路。(2)数据传输。(3)释放线路。2.电路交换方式的优点(1)连接建立后,数据以固定速率传输,传输延时短。(2)由于物理线路被单独占用,所以不可能发生冲突。(3)适用于实时大批量连续的数
8、据传输。3.电路交换方式的缺点(1)建立连接可能需要涉及多个设备或线缆,这需要花费很长的时间。(2)连接建立后,线路是专用的,即使空闲也不能被其他设备使用,这会造成一定的浪费。(3)对通信双方而言,必须做到双方的收发速度、编码方法、信息格式和传输控制等一致才能完成通信。,1.3.2 报文交换,报文交换是一种存储转发技术,它没有在通信设备间建立一条物理线路。发送设备将发送的信息作为一个整体并附加目的地址交给交换设备,交换设备接收并暂时存储此报文,等到有合适的输出线路时把此报文转发给下一个交换设备。1.报文交换方式的优点(1)线路的利用率高。(2)报文在传输时没有大小的限制。(3)通信量变得很大时
9、,报文交换网络仍然可以接收报文。(4)能够建立报文优先级。(5)支持多点传输。(6)根据地址字段进行复制和转发,中间节点可进行数据格式转换。2.报文交换方式的缺点(1)数据的传输延时比较长。(2)中间节点必须具备很大的存储空间。(3)任何报文都必须排队等待。,1.3.3 分组交换,1.分组交换的方式 分组交换主要有虚电路交换和数据报两种方式。1)虚电路交换方式 虚电路(Virtual Circuit,VC)交换方式在分组发送前需要在发送方与接收方之间建立一条逻辑通路,即虚电路。每个分组除了包含数据之外,还包含一个虚电路标识符。预先建好的路径上的每个节点都知道把这些分组引导到哪里去,而不再需要路
10、由选择判定。虚电路交换方式包括虚电路的呼叫建立、数据传输和呼叫释放 3个过程。数据块中仅含少量的地址信息,用户的数据块沿着相同的路径按顺序到达目的地,这使接收站点处理起来很方便。如果虚电路中的某个节点或线路出现故障,将导致虚电路传输失效。因此,虚电路交换方式较适合站点之间大批量的数据传输。2)数据报方式 在数据报方式中,每个数据报都包含源节点和目的节点的地址信息,节点间不需要建立从源主机到目的主机的固定连接,源主机发送的每一个分组都独立地选择一条传输路径,每个分组在通信子网中可以通过不同的传输路径从源主机到达目的主机。其中,一个被单独处理的分组称为数据报。2.分组交换的优缺点 分组交换的优点是
11、具有分段差错流量控制功能,传输质量高,能对线路动态多路复用,信道利用率高,可在不同终端之间通信,服务质量可靠,经济性好。分组交换的缺点是延时不固定,平均延时较长。,1.4 网络拓扑结构,1.总线型网络拓扑结构 总线型网络拓扑结构采用一根中央主电缆作为总线,各节点直接与总线相连接,信息沿总线逐个节点地广播传送,如图1-3所示。2.星型网络拓扑结构 星型网络拓扑结构是以中央节点为中心,各从节点与中央节点通过点到点的方式连接,中央节点可直接与从节点通信,而从节点之间必须经过中央节点才能通信,如图1-4所示。3.环型网络拓扑结构 环型网络拓扑结构指的是网络中的各节点通过环路接口连接在一起,形成一个首尾
12、相接的闭合环,如图1-5所示。,图1-3 总线型拓扑,图1-4 星型拓扑,图1-5 环型拓扑,1.4 网络拓扑结构,4.树型网络拓扑结构 树型网络拓扑结构是总线型网络拓扑结构的扩展,它是在总线型网络拓扑结构上加分支形成的,如图1-6所示。5.网状网络拓扑结构 网状网络拓扑结构是一种不规则的混合结构,它的每一个节点都与其他节点互联。这种连接方法主要利用冗余的连接实现节点与节点之间的高速传输和高容错性能,以提高网络的数据传输速度和可靠性,如图1-7所示。,图1-6 树型拓扑,图1-7 网状网络拓扑,1.5 局域网、城域网和广域网,1.局域网 局域网(Local Area Network,LAN)是
13、最常见的计算机网络,它是指在一个很小的范围内连接计算机、网络设备以及外部设备的网络。局域网覆盖的地区范围通常在几千米以内,并以某个单位或部门为中心进行网络设计。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制,少的可以只有两台,多的可达几百台。2.城域网 城域网(Metropolitan Area Network,MAN)是介于广域网与局域网之间的一种高速网络,其覆盖范围可达数百千米,传输速率从64千比特每秒至几吉比特每秒。通常是将一个地区或一座城市内的局域网连接起来构成城域网。3.广域网 广域网(Wide Area Network,WAN)是覆盖范围为一个国家,甚至全球的一类数据通信网络,一般是指为用
14、户提供远距离数据通信业务的传输网络,通常由电信部门负责建设、运营和管理,包括电路交换和包交换网络。目前,世界上最大的广域网Internet已经覆盖了包括中国在内的180多个国家和地区,连接了数万个网络。,网络设备管理,第2章 常见网络设备,2.1 通信方式和接口,2.1.1 串行通信和并行通信 1.串行通信 串行通信是指数据流以串行方式在一个信道上传输,即在一条线路上逐个传送所有比特位的数据。这种传输方式给发送设备和接收设备增加了额外的工作,因为发送方必须明确数据发送的顺序。串行通信的收、发双方只需要使用一条传输信道,成本低,又易于实现,在长距离传输中也比并行通信更加可靠,但因为串行通信方式每
15、次只能发送一个比特位的数据,所以传输速度比较慢。2.并行通信 如果将数字信号分割成两路或两路以上的信号序列同时在信道上传输,则称为并行通信。并行通信时,可以以字或字节为单位并行传输数据,各个位的数据同时传送。并行通信速度快,但使用的通信线路多、成本高,故不宜进行远距离通信。,2.1.2 USB接口,USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)接口是由Compaq、IBM、Microsoft等多家公司于1994年底推出的接口标准,其目的是用于取代逐渐不适应外设需求的传统串、并口。USB接口的特点:(1)热插拔,使用方便。(2)带宽大,速度快。USB 1.1协议支持1.5 Mb
16、/s和12 Mb/s两种数据传送速率规格,USB 2.0协议已经可以提供高达480 Mb/s的数据传输速率。(3)可连接多个设备。,2.1.3 IEEE 1394接口,IEEE 1394接口最初由Apple公司提出,并在1995年由IEEE正式制定为标准。IEEE 1394标准目前有两个版本,即通常所使用的IEEE 1394a和发展中的更高速的IEEE 1394b。IEEE 1394接口的特点:(1)使用方便,支持热插拔(即插即用)。(2)数据传输速度快,IEEE 1394a标准支持的速度高达400 Mb/s,IEEE 1394b标准可将速度提升到800 Mb/s、1.6 Gb/s,甚至3.2
17、 Gb/s。(3)自带供电线路,能提供8 V40 V的可变电压,允许通过的最大电流达到1.5 A,因此,它能为耗电量小的设备供电。(4)真正点对点连接,设备间不分主从。,2.1.4 网卡接口,1.RJ-45接口 RJ-45已是一种最常见的网卡接口。RJ-45接口类似于常见的电话接口RJ-11,但RJ-45是8芯线,而RJ-11是4芯的,通常只接2芯线。2.BNC接口 这种接口用于以细同轴电缆为传输介质的以太网或令牌网。3.AUI接口 这种接口用于以粗同轴电缆为传输介质的以太网或令牌网。4.FDDI接口 这种接口适用于FDDI网络,这种网络具有100 Mb/s的带宽,使用的传输介质是光纤。随着快
18、速以太网的出现,FDDI的速度优越性已不复存在。5.ATM接口 这种接口适用于ATM光纤(或双绞线)网络,它能提供的物理传输速率达155 Mb/s。,2.1.5 插卡相关接口,1.PCI插卡接口 PCI插卡接口是基于PCI局部总线的扩展接口,其位宽为32位或64位,工作频率为33 MHz或66 MHz,数据传输速率为133 Mb/s(32位)和266 Mb/s(64位)。PCI插卡接口是主板的主要扩展插卡接口。2.AGP插卡接口 为了消除PCI在处理3D图形时的瓶颈,Intel公司于1997年推出了AGP,它建立在PCI标准之上,是一种显卡专用接口。AGP主要应用于三维计算机图形(3D图形)的
19、加速。3.PCI Express插卡接口 PCI Express是由Intel提出的总线接口标准,它采用了点对点串行连接,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,提供了高速的数据传输。PCI Express接口根据总线带宽不同而有所差异。较短的PCI Express插卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能够支持热插拔。,2.2 网络传输介质,2.2.1 导向性传输介质 1.双绞线 双绞线一般由两根绝缘铜导线相互缠绕封装在一个电缆套管里,每根铜导线的绝缘层上涂有不同的颜色,以示区别。双绞线的扭线越密,其抗干扰能力就越强,传输性能就越高。双绞线
20、可分为屏蔽双绞线(Shieled Twisted Pair,STP)和非屏蔽双绞线(Unshieled Twisted Pair,UTP)。非屏蔽双绞线的类型:(1)1类线:主要用于语音传输,不用于数据传输。(2)2类线:传输频率为1 MHz,用于语音传输和最高传输速率为4 Mb/s的数据传输。(3)3类线:最高传输速率为10 Mb/s。(4)4类线:用于基于令牌的局域网和10Base-T/100Base-T网络。(5)5类线:传输速率为100 Mb/s的数据传输。(6)超5类线:抗干扰能力更强,具有更高的衰减与串扰比和信噪比,以及更小的延时误差。(7)6类线:6类非屏蔽双绞线采用了预先按一定
21、比例扭绞的十字型塑料骨架,单位长度的扭绞密度比超5类线更为紧密,使抗干扰性能得到改善。,2.2.1 导向性传输介质,2.同轴电缆 根据传输信号的不同,同轴电缆可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型。1)基带同轴电缆 基带同轴电缆是特性阻抗为50 的同轴电缆,用于传输数字信号。基带同轴电缆分为粗缆和细缆两种。粗缆传输距离长,性能高,适用于较大局域网的网络干线。粗缆局域网中每段电缆的长度可达500 m,采用4个中继器连接5个网段后,最大长度可达2 500 m。细缆传输距离短,相对便宜,用T型头与BNC网卡相连,两端需安装50 终端电阻器。细缆网络每段干线的最大长度为185 m,每段干线最多可接入
22、30个用户。粗缆的传输性能优于细缆,在传输速率为10 Mb/s时,粗缆的传输距离可达500 m1 000 m,而细缆的传输距离为200 m300 m。2)宽带同轴电缆 宽带同轴电缆是特性阻抗为75 的CATV电缆,用于传输模拟信号。3)同轴电缆连接设备(1)BNC桶形接头。(2)BNC连接器。(3)BNC T型接头。(4)终端匹配器。,2.2.1 导向性传输介质,3.光纤 光纤是利用全反射原理来传导光束的传输介质,由光纤芯、包层和外部保护层(也叫保护套)组成。1)光纤的分类(1)按照制造材料的不同,光纤分为石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤。(2)按照光的传
23、输模式的不同,光纤分为单模光纤和多模光纤。单模光纤是指光纤只提供一条光路。多模光纤是指使用多条光路传输同一信号,通过光的折射来控制传输速度,主要用于短距离、低速率的通信。(3)按照折射率分布情况的不同,光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤。(4)按照工作波长的不同,光纤分为短波光纤、长波光纤和超长波光纤。短波光纤是指波长为0.8 m0.9 m的光纤,长波光纤是指波长为1.0 m1.7 m的光纤,而超长波光纤则是指波长为2 m以上的光纤。,2.2.1 导向性传输介质,2)光纤通信的优点(1)通信容量大,传输距离远。(2)信号串扰小,保密性能好。(3)抗电磁干扰,传输质量佳。(4)光纤尺寸小、重量轻,便
24、于敷设和运输。(5)材料来源丰富,环境保护好。(6)无辐射,难于窃听。(7)光缆适应性强,寿命长。3)光纤通信的缺点(1)光纤本身并不贵,但光电接口价格较高。(2)将两根光纤精确连接需要专用设备(光纤熔接仪)。(3)质地较脆,机械强度低。,2.2.2 非导向性传输介质,1.短波通信 短波通信又称高频通信,其工作频率范围是3 MHz30 MHz。短波通信可以通过地表以地波形式传播,也可以通过电离层的反射以天波形式传播。这两种传播形式有其各自的频率范围和传输距离。进行地波传播时,陆地和海洋均会引起信号的衰损,因此,短波一般采用天波形式进行传播。2.微波通信 微波通信是指用频率范围为300 MHz1
25、0 GHz的微波信号进行通信。微波通信沿直线进行信号传播,并且不能穿透障碍物,因此,微波通信主要使用视距通信方式,超过视距以后需要中继转发。一般相隔50 km就需要设置中继站,中继站将信号放大后进行转发。远距离微波通信通常要经过数十次中继。微波通信频带宽、容量大,通信方式为直线传播。3.卫星通信 卫星通信是指利用人造卫星进行中转的通信方式。通信卫星一般被发射到赤道上方3.6104 km的同步轨道上,与地球自转同步运行,轨道平面与赤道平面的夹角保持零度,使卫星相对地面静止不动,因此称为同步卫星。卫星通信系统由卫星和地球站(卫星系统形成的链路)两部分组成。卫星在空中起中继站的作用,把从地球站发上来
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