《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第1页共16页 第五章网络连接设备与技术 【计划课时】10课时(要求预习教材第六章) 5.1网络互联设备概述 计算机与计算机或工作站与服务器进行连接时,除了使用连接介质外,还需要一些中介设备 这些中介设备主要有哪些?起什么作用?这是在网络设计和实施中人们所关心的一些问题 网络互联设备通常可分为两类: 网络传输介质互联设备(与用户节点连接) 网络连接设备(网络内部或网络之间连接 5.1.1常用网络传输介质互联设备 网络线路与用户节点间的衔接设备。常见有: T型连接器 屏蔽或非屏蔽双绞线连接器RJ-45 RS232接口(DB25); ·DB-15接口 VB35同步接口 调制解调器 收发器及光纤收发器 终端匹配器 T型连接器与BNC接插件同是细同轴电缆的连接器,它对网络的可靠性有着至关重要的影 响。同轴电缆与T型连接器是依赖于BNC接插件进行连接的,BNC接插件有手工安装和工 具型安装之分,用户可根据实际情况和线路的可靠性进行选择。 RJ-45非屏蔽双绞线连接器有8根连针,在10BASE-T标准中,仅使用4根,即第1对双绞 线使用第1针和第2针,第2对双绞线使用第3针和第6针(第3对和第4对作备用)。具 体使用时可参照厂家提供的说明书。 DB-25(RS-232)接口是目前微机与线路接口的常用方式 DB-15接口用于连接网络接口卡的AUI接口,可将信息通过收发器电缆送到收发器,然后进 入主干介质 VB35同步接口用于连接远程的高速同步接口。 收发器用于粗同轴电缆与站点网卡间的连接。 光纤收发器用于光纤与无光纤接口的站点网络设备之间的连接。 调制解调器( Modem)其功能是将计算机的数字信号转换成模拟信号或反之,以便在电话线 路或微波线路上传输。调制是把数字信号转换成模拟信号:解调是把模拟信号转换成数字信 号,它一般通过RS-232接口与计算机相连 终端匹配器(也称终端适配器)安装在同轴电缆(粗缆或细缆)的两个端点上,它的作用是 防止电缆无匹配电阻或阻抗不正确。无匹配电阻或阻抗不正确,则会引起信号波形反射, 成信号传输错误。 莆田学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 1 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 第五章 网络连接设备与技术 【计划课时】10 课时（要求预习教材第六章） 5.1 网络互联设备概述 计算机与计算机或工作站与服务器进行连接时，除了使用连接介质外，还需要一些中介设备。 这些中介设备主要有哪些？起什么作用？这是在网络设计和实施中人们所关心的一些问题。 网络互联设备通常可分为两类： ⚫ 网络传输介质互联设备（与用户节点连接） ⚫ 网络连接设备（网络内部或网络之间连接 5.1.1 常用网络传输介质互联设备 网络线路与用户节点间的衔接设备。常见有： • T 型连接器； • 屏蔽或非屏蔽双绞线连接器 RJ-45； • RS232 接口（DB-25）； • DB-15 接口； • VB35 同步接口； • 调制解调器； • 收发器及光纤收发器 • 终端匹配器 ⚫ T 型连接器与 BNC 接插件同是细同轴电缆的连接器，它对网络的可靠性有着至关重要的影 响。同轴电缆与 T 型连接器是依赖于 BNC 接插件进行连接的，BNC 接插件有手工安装和工 具型安装之分，用户可根据实际情况和线路的可靠性进行选择。 ⚫ RJ-45 非屏蔽双绞线连接器有 8 根连针，在 10BASE-T 标准中，仅使用 4 根，即第 1 对双绞 线使用第 1 针和第 2 针，第 2 对双绞线使用第 3 针和第 6 针（第 3 对和第 4 对作备用）。具 体使用时可参照厂家提供的说明书。 ⚫ DB-25（RS-232）接口是目前微机与线路接口的常用方式。 ⚫ DB-15 接口用于连接网络接口卡的 AUI 接口，可将信息通过收发器电缆送到收发器，然后进 入主干介质。 ⚫ VB35 同步接口用于连接远程的高速同步接口。 ⚫ 收发器用于粗同轴电缆与站点网卡间的连接。 ⚫ 光纤收发器用于光纤与无光纤接口的站点/网络设备之间的连接。 ⚫ 调制解调器（Modem）其功能是将计算机的数字信号转换成模拟信号或反之，以便在电话线 路或微波线路上传输。调制是把数字信号转换成模拟信号；解调是把模拟信号转换成数字信 号，它一般通过 RS-232 接口与计算机相连。 ⚫ 终端匹配器（也称终端适配器）安装在同轴电缆（粗缆或细缆）的两个端点上，它的作用是 防止电缆无匹配电阻或阻抗不正确。无匹配电阻或阻抗不正确，则会引起信号波形反射，造 成信号传输错误
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第2页共16页 网络连接设备用于将一个网络的几个网段( segments)连接起来,或将几个网络(LAN-LAN, WAN-WAN,LAN-WAN)连接起来形成一个互联网络( interwork or internet)。习惯上,将它们分成 五类:中继器、网桥、交换机、路由器和网关 网络连接设备 connecting devices 联网设备 网际互连设备 Networking devices Internetworking devices 中继器 网桥 交换机 路由器 网关 OSI层次 网络连接设备 作用 寻址功能 物理层 中继器/集线器 在电缆段间复制比特 数据链路层网桥几2交换机在LAN之间存诸转发帧MAC地址 网络层 路由器/L3交换机在不同的网络间存储转发分IP地址 组(数据报) 传输层及以上网关 提供不同体系间互联接口 5.1.物理层网络连接设备 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 传输层 传输层 网络层 数据链路层 贴继瓷网络层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 OS/RM中的物理层 网络连接设备
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 2 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 网络连接设备用于将一个网络的几个网段（segments）连接起来，或将几个网络（LAN-LAN， WAN-WAN，LAN-WAN）连接起来形成一个互联网络（interwork or internet）。习惯上，将它们分成 五类：中继器、网桥、交换机、路由器和网关。 OSI 层次 网络连接设备 作用 寻址功能 物理层 数据链路层 网络层 传输层及以上 中继器/集线器 网桥/L2 交换机 路由器/L3 交换机 网关 在电缆段间复制比特 在 LAN 之间存储转发帧 在不同的网络间存储转发分 组（数据报） 提供不同体系间互联接口 —— MAC 地址 IP 地址 —— 5.1.1 物理层网络连接设备 网络连接设备 connecting devices 联网设备 Networking devices 网际互连设备 Internetworking devices 中继器 网 桥 交换机 路由器 网 关
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第3页共16页 a中继器( repeater) 由于存在损耗,在线路上传输的信号功率会逐渐衰减,信号在网络传输介质中有衰减和噪音 使有用的数据信号变得越来越弱,衰减到一定程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误。因此 为了保证有用数据的完整性,并在一定范围内传送,要用中继器把所接收到的弱信号分离,并再生 放大以保持与原数据相同。 中继器是连接网络线路的一种装置,常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继 器是最简单的网络互联设备,主要完成物理层的功能,负责在两个节点的物理层上按位传递信息 完成信号的复制、调整和放大功能,以此来延长网络的长度。 ①物理层设备(局域网中最简单、成本最低的网络连接设备) ②特点 电信号再生放大转发中继器的作用是功能是对弱信号进行再生和转发。中继器检测由某个 端口接收的输入信号,将其恢复为原始的波形和振幅,然后以最小的延迟将这些经过重整(重 定时和恢复)的信号重新发送到接收端口之外的其他各个端口。 ·无检错、纠错功能错误的数据经中继器后仍被复制到另一电缆段。 用中继器连接的各网段属于同一个网络,具有相同的网络地址对数据链路层以上的协议来 讲,用中继器互联起来的若干段电缆与单根电缆之间并没有差别(除了有一定时延)。 用中继器连接的网络段都必须使用同样的介质访问方法。一般情况下,中继器的两端连接的 是相同的媒体,但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作(如粗、细电缆混接)。 ③应用: 中继器一般用于传统以太网之类的总线型电缆系统 增加信号传送距离 相同物理层协议的LAN内(同一网络不同网段)的互连 从理论上讲中继器的使用是无限的,网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的,因为网 络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定,中继器只能在此规定范围内进行有效的工作,否则 会引起网络故障。以太网络标准中就约定了一个以太网上只允许出现5个网段,最多使用4个中继 器,而且其中只有3个网段可以挂接计算机终端。 b集线器(hub) 实际上是一种多端口的普通中继器( multiport repeater)。以集线器为中心的优点是:当网络系 统中某条线路或某节点出现故障时,不会影响网上其他节点的正常工作。集线器可分为无源 ( Passive)集线器、有源( Active)集线器和智能( Intelligent)集线器, 无源集线器只负责把多段介质连接在一起,不对信号作任何处理,每一种介质段只允许扩展到 莆田学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 3 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 a.中继器（repeater） 由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，信号在网络传输介质中有衰减和噪音， 使有用的数据信号变得越来越弱，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。因此 为了保证有用数据的完整性，并在一定范围内传送，要用中继器把所接收到的弱信号分离，并再生 放大以保持与原数据相同。 中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继 器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息， 完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。 ① 物理层设备（局域网中最简单、成本最低的网络连接设备） ② 特点： ·电信号再生放大转发 中继器的作用是功能是对弱信号进行再生和转发。中继器检测由某个 端口接收的输入信号，将其恢复为原始的波形和振幅，然后以最小的延迟将这些经过重整（重 定时和恢复）的信号重新发送到接收端口之外的其他各个端口。 ·无检错、纠错功能 错误的数据经中继器后仍被复制到另一电缆段。 ·用中继器连接的各网段属于同一个网络，具有相同的网络地址 对数据链路层以上的协议来 讲，用中继器互联起来的若干段电缆与单根电缆之间并没有差别（除了有一定时延）。 ·用中继器连接的网络段都必须使用同样的介质访问方法。一般情况下，中继器的两端连接的 是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作（如粗、细电缆混接）。 ③ 应用： 中继器一般用于传统以太网之类的总线型电缆系统。 ·增加信号传送距离 ·相同物理层协议的 LAN 内（同一网络不同网段）的互连 从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网 络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则 会引起网络故障。以太网络标准中就约定了一个以太网上只允许出现 5 个网段，最多使用 4 个中继 器，而且其中只有 3 个网段可以挂接计算机终端。 b.集线器（hub） 实际上是一种多端口的普通中继器（multiport repeater）。以集线器为中心的优点是：当网络系 统中某条线路或某节点出现故障时，不会影响网上其他节点的正常工作。集线器可分为无源 （Passive）集线器、有源（Active）集线器和智能（Intelligent）集线器。 无源集线器只负责把多段介质连接在一起，不对信号作任何处理，每一种介质段只允许扩展到
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第4页共16页 最大有效距离的一半 有源集线器类似于无源集线器,但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能。 智能集线器除具有有源集线器的功能外,还可将网络的部分功能集成到集线器中,如网络管理、 选择网络传输线路等。 5.1.2数据链路层网络连接设备——网桥( br idge) 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 传输层 传输层 网络层 网桥 网络层 数据链路层数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 OSl/RM中的数据链路层 网络连接设备 网桥是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于数据链路层的一种设备, 拉梁染⊙两个更多独立的的物理网段连接起来,以形成一个逻辑网络,使这个逻辑网络的行为看 的作用是扩展网络和通信手段,在各种传输介质中转发数据信号,扩展网络的距离,同时又有选 地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质,并能有效地限制两个介质系统中无关 要的通信。网桥可分为本地网桥和远程网桥。本地网桥是指在传输介质允许长度范围内互联网络 网桥:远程网桥是指连接的距离超过网络的常规范围时使用的远程桥,通过远程桥互联的局域网 成为城域网或广域网。如果使用远程网桥,则远程桥必须成对出现 数据链路层设备一一识别MAC地址 特点 帧的接收、存储与转发 起来就像一个单独的物理网络一样。一般情况下,被连接的网络系统都具有相同的逻辑链路 控制规程LLC,但媒体访问控制协议MAC可以不同。 ·纠错(隔离错误帧) 维护硬件地址表,并根据这个表将帧传送给特定的子网 ③应用: 同协议组相同或不同MAC协议的LAN的互连(如以太网与令牌环网连接) 划分网络,减少整个网络数据链路层的广播流量(只有不同网段的信息才能通过网桥)并提高 可靠性(网桥两端形成不同LAN,任一个出现故障(断线等)不会影响另一个) ④分类: ·内桥(由服务器兼任) 外桥(专门计算机) ⑤常用桥接技术(算法) IEEE802委员会为网桥规定了两种桥接技术(算法) 莆田学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 4 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 最大有效距离的一半。 有源集线器类似于无源集线器，但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能。 智能集线器除具有有源集线器的功能外，还可将网络的部分功能集成到集线器中，如网络管理、 选择网络传输线路等。 5.1.2 数据链路层网络连接设备——网桥（bridge） 网桥是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于数据链路层的一种设备， 它的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选 择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关 紧要的通信。网桥可分为本地网桥和远程网桥。本地网桥是指在传输介质允许长度范围内互联网络 的网桥；远程网桥是指连接的距离超过网络的常规范围时使用的远程桥，通过远程桥互联的局域网 将成为城域网或广域网。如果使用远程网桥，则远程桥必须成对出现。 ① 数据链路层设备——识别 MAC 地址 ② 特点： ·帧的接收、存储与转发 将两个或更多独立的的物理网段连接起来，以形成一个逻辑网络，使这个逻辑网络的行为看 起来就像一个单独的物理网络一样。一般情况下，被连接的网络系统都具有相同的逻辑链路 控制规程 LLC，但媒体访问控制协议 MAC 可以不同。 ·纠错（隔离错误帧） 。维护硬件地址表，并根据这个表将帧传送给特定的子网。 ③ 应用： ·同协议组相同或不同 MAC 协议的 LAN 的互连（如以太网与令牌环网连接） ·划分网络，减少整个网络数据链路层的广播流量（只有不同网段的信息才能通过网桥）并提高 可靠性（网桥两端形成不同 LAN，任一个出现故障（断线等）不会影响另一个）。 ④ 分类： ·内桥（由服务器兼任） ·外桥（专门计算机） ⑤ 常用桥接技术（算法） IEEE802 委员会为网桥规定了两种桥接技术（算法）：
《网络技术基础》课程讲义 第五章网络连接设备与技术 第5页共16页 透明网桥( transparent bridge)主要用于以太网环境(标准:IEEE8021) 源路由选择网桥(SRB, source routing bridge)主要用于令牌环环境(标准:正E802.5) 【透明网桥】P242 透明网桥具有通过分析来自所有连接网络的输入封包的源地址来“学习”网络的拓扑结构并建 立起一张自己的路径选择表(站表)的功能。它的表现和操作对网络主机而言是透明的。透明网桥 处理帧的技术原理可以归纳为: 广播未知帧(不知就广播) 学习源地址(建立MAC-端口映射表) 丢弃本网帧(过滤功能) 转发异网帧(按MAC-端口 1 映射表转发) 网桥映射表 特点:使用MAC端口映射表 MAC地址网桥端口 缺点:不能选择最佳路由。 网桥 网桥的数据过滤功能 透明网 桥”( transparent bridge)又称“生成树网桥"( spanning tree bridge)。所谓“透明”的含义可以 这样理解:装有多个LAN的单位在买回EEE标准网桥之后,只需把连接插头插入网桥,就 万事大吉。不需要改动硬件和软件,无需设置地址开关,无需装入路由表或参数。总之什么 也不干,只须插入电缆就完事,现有LAN的运行完全不受网桥的任何影响 ●透明网桥采用的算法是“逆向学习法”,基本思想是利用每个MAC帧中的源地址字段。桥显 然能看见所连接的任一LAN上传送的帧。当一个帧到达一个特写的端口时,查看源地址即 可知道在哪个LAN上可访问哪台机器。 使用透明网桥必须注意不可出现“桥接循环”,即连接的任何两个LAN间不可存在多条网桥路 径。否则要么出现网络通信失败,要么导致网络阻塞( congesting 解决桥接循环问题采用的方法是“生成树算法”(STA, Spanning Tree Algorithm)它将冗余 的路径设置成阻塞状态,提高了网络循环连接的可用性,同时消除了桥接循环带来的问题。 生成树算法利用了一个来自图论的基本结论;对于那些由许多节点以及连接节点的边组成的连 通图,存在一棵“生成树”,它保证了图的连通性,同时又没有一个闭合环。 莆田学院计算机教研室2003年5月
《网络技术基础》课程讲义 第五章 网络连接设备与技术 第 5 页 共 16 页 莆田学院计算机教研室 2003 年 5 月 ·透明网桥（transparent bridge） 主要用于以太网环境 （标准：IEEE 802.1） ·源路由选择网桥（SRB，source routing bridge） 主要用于令牌环环境 （标准：IEEE 802.5） 【透明网桥】 P242 透明网桥具有通过分析来自所有连接网络的输入封包的源地址来“学习”网络的拓扑结构并建 立起一张自己的路径选择表（站表）的功能。它的表现和操作对网络主机而言是透明的。透明网桥 处理帧的技术原理可以归纳为： ·广播未知帧（不知就广播） ·学习源地址（建立 MAC-端口映射表） ·丢弃本网帧（过滤功能） ·转发异网帧（按 MAC-端口 映射表转发） 特点：使用 MAC-端口映射表 缺点：不能选择最佳路由。 ⚫ “ 透明网 桥”(transparent bridge)又称“生成树网桥”(spanning tree bridge)。所谓“透明”的含义可以 这样理解：装有多个 LAN 的单位在买回 IEEE 标准网桥之后，只需把连接插头插入网桥，就 万事大吉。不需要改动硬件和软件，无需设置地址开关，无需装入路由表或参数。总之什么 也不干，只须插入电缆就完事，现有 LAN 的运行完全不受网桥的任何影响。 ⚫ 透明网桥采用的算法是“逆向学习法”，基本思想是利用每个 MAC 帧中的源地址字段。桥显 然能看见所连接的任一 LAN 上传送的帧。当一个帧到达一个特写的端口时，查看源地址即 可知道在哪个 LAN 上可访问哪台机器。 使用透明网桥必须注意不可出现“桥接循环”，即连接的任何两个 LAN 间不可存在多条网桥路 径。否则要么出现网络通信失败，要么导致网络阻塞（congesting）。 解决桥接循环问题采用的方法是“生成树算法”（STA，Spanning Tree Algorithm）。它将冗余 的路径设置成阻塞状态，提高了网络循环连接的可用性，同时消除了桥接循环带来的问题。 生成树算法利用了一个来自图论的基本结论；对于那些由许多节点以及连接节点的边组成的连 通图，存在一棵“生成树”，它保证了图的连通性，同时又没有一个闭合环