《网络技术基础》课程讲义(2002年6月)第五章网络连接常用设备与ⅥLAN技术第1页共15页 第五章网络连接常用设备与ⅥLAN技术 【计划课时】8课时(要求预习教材第二章2.4~2.6节与第四章 5.1网络连接设备 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 OS层次网络连接设备 作用 寻址功能 物理层 中继器 在电缆段间复制比特 数据链路层网桥 在LAN之间存储转发帧 MAC地址 网络层 路由器 在不同的网络间存储转发分组P地址 传输层及以上网关 提供不同体系间互联接口 5.1.1中继器( repeater)P133 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:
《网络技术基础》课程讲义(2002 年 6 月) 第五章 网络连接常用设备与 VLAN 技术 第 1 页 共 15页 第五章 网络连接常用设备与 VLAN 技术 【计划课时】8 课时（要求预习教材第二章 2.4～2.6 节与第四章，） 5.1 网络连接设备 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 网桥 路由器 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 提供不同体系间互联接口 —— MAC 地址 IP 地址 —— 5.1.1 中继器（repeater） P133 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： 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(2002年6月)第五章网络连接常用设备与ⅥLAN技术第2页共15页 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)。 ③应用: 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) ④分类 总线拓扑普通中继器( repeater或 regenerator) 星形拓扑集线器(hub)实际上是一种多端口的普通中继器( multiport repeater) 5.1.2网桥( br idge)P133 ①数据链路层设备一一识别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) 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) 透明网桥( transparent bridge)主要用于以太网环境(标准:IEEE802.1) 源路由选择网桥(SRB, source routing bridge)主要用于令牌环环境(标准:IEE802.5) 【透明网桥】 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:
《网络技术基础》课程讲义(2002 年 6 月) 第五章 网络连接常用设备与 VLAN 技术 第 2 页 共 15页 ·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 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）。 ③ 应用： ·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） ④ 分类： ·总线拓扑 普通中继器（repeater 或 regenerator） ·星形拓扑 集线器（hub） 实际上是一种多端口的普通中继器（multiport repeater） 5.1.2 网桥（bridge） P133 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） 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）： ·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】 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：
《网络技术基础》课程讲义(2002年6月)第五章网络连接常用设备与ⅥLAN技术第3页共15页 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 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。 【源路由网桥】P13 其特点是由发送帧的源工作站负责路由选择,每个源工作站都配置一张“路由选择表” 源路由网桥处理帧的技术原理可以归纳为 广播路由选择帧(源站以广播方式向目的站发送一个路由选择帧,沿所有可能的路径传送 在传送中,每个路由选择帧都记下所经过的路径。) ·接收路由选择帧(当路由选择帧到达目的站后,就沿原路径返回源站,带回路由信息) ·生成路由选择表(源站从所有可能的路径中按一定规则—一—如最先发回路由选择帧的路由或 最小的网络节点数等—一选择一条最佳路由,记入本站的路由选择表中) 封装源路由信息(凡从这个源站向这个目的站发送的帧,其首部都封装有源站所确定的路由 信息) 除了上述两种桥接技术,还有所谓“源路由透明网桥″(SRT)技术,适合在以太网和令牌环网 的混合环境下的通信。 5.1.3路由器( router)P136 ①网络层设备一一识别IP地址 ②特点 互连网络之间IP数据报的接收、存储和转发 路由器=CPU+内存+路由协议+(安全防火墙) ③应用 ·不同网络间信息的传送(只送往已知网络,不知就丢弃) 内外网隔离 ④分类 专用路由器
《网络技术基础》课程讲义(2002 年 6 月) 第五章 网络连接常用设备与 VLAN 技术 第 3 页 共 15页 ·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。 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。 【源路由网桥】 P135 其特点是由发送帧的源工作站负责路由选择，每个源工作站都配置一张“路由选择表”。 源路由网桥处理帧的技术原理可以归纳为： ·广播路由选择帧（源站以广播方式向目的站发送一个路由选择帧，沿所有可能的路径传送， 在传送中，每个路由选择帧都记下所经过的路径。） ·接收路由选择帧（当路由选择帧到达目的站后，就沿原路径返回源站，带回路由信息） ·生成路由选择表（源站从所有可能的路径中按一定规则——如最先发回路由选择帧的路由或 最小的网络节点数等——选择一条最佳路由，记入本站的路由选择表中） ·封装源路由信息（凡从这个源站向这个目的站发送的帧，其首部都封装有源站所确定的路由 信息） 除了上述两种桥接技术，还有所谓“源路由透明网桥”（SRT）技术，适合在以太网和令牌环网 的混合环境下的通信。 5.1.3 路由器（router） P136 ① 网络层设备——识别 IP 地址 ② 特点： ·互连网络之间 IP 数据报的接收、存储和转发 ·路由器=CPU+内存+路由协议+（安全防火墙） ③ 应用 ·不同网络间信息的传送（只送往已知网络，不知就丢弃） ·内外网隔离 ④ 分类 ·专用路由器
《网络技术基础》课程讲义(2002年6月)第五章网络连接常用设备与ⅥLAN技术第4页共15页 普通计算机作路由器(配备 Windows2000等) Cisco公司是世界上最著名的路由器制造商。 路由器在因特网界也被称为“网关”( gateway)。其任务是管理子网之间或子网到因特网之间所 进行的网络通信。客户机上一般须设置一个默认网关的P地址,这样当一台主机准备向另一台主机 发送消息时,源主机在P数据包中加入了其自身的地址以及目标主机的地址。当主机准备向不在本 地网上的另一台主机(根据目标网络和子网地址确定)发送数据报时一一主机将检查目标主机的网 络ID,并把它与本地路由表相比较—一主机就把数据报转发给它的默认路由器(默认网关),然后 由该路由器负责将数据报发送到不同的网络或另一台路由器,直到该数据报到达最终目的地。如果 没指明默认网关,通信将被限制在该台主机所在的本地网络上 路由器和网桥的区别:网桥被设计用于同一LAN不同网段的互连,路由器设计用于不同LAN 之间的互连,而且如果网桥不知道下一个合适的目标地址,它们就将帧送到除接收端口之外的所有 活动端口(这个过程叫做所谓“ flooding-—泛滥),而如果路由器不知道通往某个目标地址的路由, 它们就丢弃数据包并向源站点发回一个出错信息。由于功能扩展,路由器要求更复杂的软件(决定 和控制数据包路由的协议)以及比讨论网桥时所考虑的更广泛的过滤数据库。 5.1.4交换机( switch) ·第二层交换机——多端口网桥 易产生广播风暴 解决方法:使用ⅥAN技术(基于物理端口或MAC地址,管理不便) 第三层交换机 基于硬件实现路由功能(路由转发速度和带宽于比路由器可高出数十倍甚至更多) 支持IP(ⅥLAN管理方便) 所谓“二层交换机”,简言之,就是它能识别MAC层的信息(能够剥离并处理包含MAC地址 的帧信息);所谓“三层交换机”,简言之,就是它不仅能识别MAC层的信息(能够剥离并处理包 含MAC地址的帧信息),而且能识别P层的信息(能将剥离并处理包含P地址的数据报信息还 有所谓“四层交换机”,其含义由此类推。 我校校园网使用的核心交换机是具有交换机和路由器双重功能的三层千兆位以太网交换机。它 们象传统的交换机一样在第2层工作,只根据MAC地址转发或丢弃数据包。它们也象传统的路由
《网络技术基础》课程讲义(2002 年 6 月) 第五章 网络连接常用设备与 VLAN 技术 第 4 页 共 15页 ·普通计算机作路由器（配备 Windows 2000 等） Cisco 公司是世界上最著名的路由器制造商。 路由器在因特网界也被称为“网关”（gateway）。其任务是管理子网之间或子网到因特网之间所 进行的网络通信。客户机上一般须设置一个默认网关的 IP 地址，这样当一台主机准备向另一台主机 发送消息时，源主机在 IP 数据包中加入了其自身的地址以及目标主机的地址。当主机准备向不在本 地网上的另一台主机（根据目标网络和子网地址确定）发送数据报时——主机将检查目标主机的网 络 ID，并把它与本地路由表相比较——主机就把数据报转发给它的默认路由器（默认网关），然后 由该路由器负责将数据报发送到不同的网络或另一台路由器，直到该数据报到达最终目的地。如果 没指明默认网关，通信将被限制在该台主机所在的本地网络上。 路由器和网桥的区别：网桥被设计用于同一 LAN 不同网段的互连，路由器设计用于不同 LAN 之间的互连，而且如果网桥不知道下一个合适的目标地址，它们就将帧送到除接收端口之外的所有 活动端口（这个过程叫做所谓“flooding”——泛滥），而如果路由器不知道通往某个目标地址的路由， 它们就丢弃数据包并向源站点发回一个出错信息。由于功能扩展，路由器要求更复杂的软件（决定 和控制数据包路由的协议）以及比讨论网桥时所考虑的更广泛的过滤数据库。 5.1.4 交换机（switch） ·第二层交换机——多端口网桥 易产生广播风暴。 解决方法：使用 VLAN 技术（基于物理端口或 MAC 地址，管理不便） ·第三层交换机 基于硬件实现路由功能（路由转发速度和带宽于比路由器可高出数十倍甚至更多）； 支持 IP（VLAN 管理方便）。 所谓“二层交换机”，简言之，就是它能识别 MAC 层的信息（能够剥离并处理包含 MAC 地址 的帧信息）；所谓“三层交换机”，简言之，就是它不仅能识别 MAC 层的信息（能够剥离并处理包 含 MAC 地址的帧信息），而且能识别 IP 层的信息（能将剥离并处理包含 IP 地址的数据报信息）。还 有所谓“四层交换机”，其含义由此类推。 我校校园网使用的核心交换机是具有交换机和路由器双重功能的三层千兆位以太网交换机。它 们象传统的交换机一样在第 2 层工作，只根据 MAC 地址转发或丢弃数据包。它们也象传统的路由
《网络技术基础》课程讲义(2002年6月)第五章网络连接常用设备与ⅥLAN技术第5页共15页 器一样工作在第3层,使用网络层的信息将数据包路由到其他路由器、交换式网络或最终站点上。 不过,与传统的路由器不同的是,常规的路由器将路由表保存在软件中,使用CPU査找和保持 这些地址。而三层交换机往往通过使用ASIC技术,将路由表保存在硬件中,从而获得“线速”路 由(所谓“线速”,指电信号能达到的最大传输速度),其速率几乎10倍于常规的路由器。 5.1.5网关( gateway)Pl38 网关用于连接“异构型网络”,理论上可以工作在OSI模型的所有七层。一个“网关”实际上是 一个协议转换器。路由器本身只能使用相同的协议实现网际的数据包的传送、接收和中继。而网关 可以接收符合某个协议(如 Apple Talk)格式的数据包,把它转换成符合另一种协议(如 TCP/IP) 格式的数据包,然后再转发 5.2路由选择原理 5.2.1路由器工作方式 数据包 到:目的主机(IP地址) 路由器1(物理地址 数据包 路由器1回 翻由是的帮妈理址地址 路由器2 到:目的主机(IP 目的主机(物理地 数据包 目标主机 所谓“互连网络”,就是由若干路由器连接起来的一组网络。路由器的主要作用是将所接收到的 信息包按其附加的地址信息传送给另一个网络。一个路由器通常连接几个网络,如果通往目标网络 有几条传输路径可行,路由器将根据预先设定的所谓“计量标准”( metrIc)选择最佳路径。 路由选择——选择最佳路径 最佳判断一一计量标准 路由器常用计量标准如下: ·跳数(hop)——数据包到达目的地所必须经过的路由器数目 带宽( bandwidth)——链路传输数据流容量的能力
《网络技术基础》课程讲义(2002 年 6 月) 第五章 网络连接常用设备与 VLAN 技术 第 5 页 共 15页 器一样工作在第 3 层，使用网络层的信息将数据包路由到其他路由器、交换式网络或最终站点上。 不过，与传统的路由器不同的是，常规的路由器将路由表保存在软件中，使用 CPU 查找和保持 这些地址。而三层交换机往往通过使用 ASIC 技术，将路由表保存在硬件中，从而获得“线速”路 由（所谓“线速”，指电信号能达到的最大传输速度），其速率几乎 10 倍于常规的路由器。 5.1.5 网关（gateway） P138 网关用于连接“异构型网络”，理论上可以工作在 OSI 模型的所有七层。一个“网关”实际上是 一个协议转换器。路由器本身只能使用相同的协议实现网际的数据包的传送、接收和中继。而网关 可以接收符合某个协议（如 AppleTalk）格式的数据包，把它转换成符合另一种协议（如 TCP/IP） 格式的数据包，然后再转发。 5.2 路由选择原理 5.2.1 路由器工作方式 所谓“互连网络”，就是由若干路由器连接起来的一组网络。路由器的主要作用是将所接收到的 信息包按其附加的地址信息传送给另一个网络。一个路由器通常连接几个网络，如果通往目标网络 有几条传输路径可行，路由器将根据预先设定的所谓“计量标准”（metric）选择最佳路径。 路由选择——选择最佳路径 最佳判断——计量标准 路由器常用计量标准如下： ·跳数（hop）——数据包到达目的地所必须经过的路由器数目 ·带宽（bandwidth）——链路传输数据流容量的能力