第5章网络互联设备和多层交换

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

第5章 网络互联设备和多层交换 章本章要点： 本章要点：◆ 了解网络互联的基本概念及各层网络互联设备 掌握中继器和集线器的性能、 ◆ 掌握中继器和集线器的性能、作用和分类 掌握网桥和交换机的特点、 ◆ 掌握网桥和交换机的特点、工作原理和性能参数 掌握路由器的结构、 ◆ 掌握路由器的结构、分类和工作原理 初步了解路由选择、 ◆ 初步了解路由选择、路由表和等基本概念 ◆ 掌握网关的分类和作用 ◆ 掌握三层交换和多层交换的概念

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

第5章 网络互联设备和多层交换 章目5.1 网络互联概述

录

5.2 物理层互联设备-中继器 物理层互联设备- 5.3 5.4 5.5 5.6 数据链路层互联设备- 数据链路层互联设备-网桥 网络层互联设备- 网络层互联设备-路由器 高层互联设备- 高层互联设备-网关 三层交换和高层交换

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.1 网络互联概述网络互连：将分布在不同地理位置的网络， 网络互连：将分布在不同地理位置的网络，通过一 定的方法， 定的方法，用一种或多种通信处理设备相互连接起 以构成更大规模的网络系统。 来，以构成更大规模的网络系统。 “互连”和“互联”两个术语的区 互连” 互联” 别：

互连( 互连 (Internet-connection):指仅是物理上连接在一 ) 实现网络距离上的延伸。 起 ， 实现网络距离上的延伸 。 例如使用中继器连接扩大 网络距离(连接的是同构网) 网络距离(连接的是同构网)。 互联( 互联(Internet-working):指不仅在物理上连接在一 ) 而且在逻辑上也连接在一起。包括协议组的转换、 起，而且在逻辑上也连接在一起。包括协议组的转换、 数据包的封装等。互联的网络可以是同构的， 数据包的封装等。互联的网络可以是同构的，也可以是 异构的。 异构的。

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.1 网络互联概述网络互联类型 计算机网络有LAN、WAN、MAN,网络互联主要 计算机网络有 、 、 , 是这几种网络之间的互联： 是这几种网络之间的互联：(1)局域网之间的互联(LAN-LAN)即近距离的网络互连。 局域网之间的互联( 局域网之间的互联 )即近距离的网络互连。 同构网的互联 异构网的互联 (2)局域网与城域网的互联(LAN-MAN) 局域网与城域网的互联( 局域网与城域网的互联 ) (3)局域网与广域网的互联(LAN-WAN) 局域网与广域网的互联( 局域网与广域网的互联 ) (4)多个远程局域网利用公用网互联(LAN-WAN-LAN) 多个远程局域网利用公用网

互联( 多个远程局域网利用公用网互联 ) (5)广域网与广域网的互联(WAN-WAN) 广域网与广域网的互联( 广域网与广域网的互联 )

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.1 网络互联概述网络互联层次网络互联主要是将不同网段、 网络互联主要是将不同网段、网络或子网之间通过网络互联设备连接起来 。 网络之间互联主要有中继器和网桥(用于局域网)。 网络之间互联主要有中继器和网桥(用于局域网)。 网际之间互联主要有路由器和网关(用于广域网)。 网际之间互联主要有路由器和网关(用于广域网)。

网络互联类型 OSI/RM共有 个层次，不同功能层次的网络互联时， OSI/RM共有 7个层次，不同功能层次的网络互联时，所选 择网络互联设备也不同。 它们和OSI/RM 的对应关系如图所示。 OSI/RM的对应关系如图所示 择网络互联设备也不同 。 它们和 OSI/RM 的对应关系如图所示 。

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.2 物理层互联设备-中继器 物理层互联设备-物理层互联设备只作用于物理层， 物理层互联设备只作用于物理层，主要的设备就是中继 中继器也称转发器或收发器，Hub也是一种中继器 也是一种中继器。 器。中继器也称转发器或收发器，Hub也是一种中继器。物理 层互联设备可以将传送过来的二进制位信号进行复制、整形、 层互联设备可以将传送过来的二进制位信号进行复制、整形、 再生和转发。主要用于局域网传输距离的延伸，增加节点数， 再生和转发。主要用于局域网传输距离的延伸，增加节点数， 以及连接采用不同传输介质和接口的同构网(如以太网)。 以及连接采用不同传输介质和接口的同构网(如以太网)。

5.2.1 中继器(Repeater)中继器的功能仅仅是将信号整形、 再生数字信号， 中继器的功能仅仅是将信号整形 、 再生数字信号 ， 以维持通过局域网的电平， 以维持通过局域网的电平 ， 扩大局域网的传输距 中继器是一个再生器而不是一个放大器， 离 。 中继器是一个再生器而不是一个放大器 ， 一 个中继器可以连接两个以上的网络段， 个中继器可以连接两个以上的网络段 ， 通常用于 局域网之间的互联。 局域网之间的互联。

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.2 物理层互联设备-中继器 物理层互联设备-局域网对中继器的使用有一定限制， 局域网对中继器的使用有一定限制 ， 这就是 节中介绍的5-4-3-2-1中继规则。利用中继 中继规则。 在 4.2节中介绍的 节中介绍的 中继规则 器连接的网络虽然在物理上可以是两个以上的网 但在逻辑上是将它们合并为一个网

络， 络 ， 但在逻辑上是将它们合并为一个网络 ， 属于 同一个冲突域。由于受冲突直径的限制， 同一个冲突域 。 由于受冲突直径的限制 ， 构建时 一定要遵守中继规则。 一定要遵守中继规则 。 如果需要连接的网络希望 是各自独立，则需要选用后面介绍的互联设备。 是各自独立，则需要选用后面介绍的互联设备。

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.2 物理层互联设备-中继器 物理层互联设备-5.2.2 集线器集线器(Hub)是一种基于星型结构的共享式网络设备， 集线器(Hub)是一种基于星型结构的共享式网络设备，作 用和中继器类似，执行相同的功能，遵循相同的中继规则。 用和中继器类似，执行相同的功能，遵循相同的中继规则。 Hub是一种多端口的中继器 是一种多端口的中继器， Hub是一种多端口的中继器，每个端口都具有发送与接收数 据的能力。当某个端口收到连接该端口上的主机发来的数据 据的能力。当某个端口收到连接 就转发至其它端口。在数据转发之前， 时，就转发至其它端口。在数据转发之前，每个端口都对它 进行再生、整形，并重新定时。 Hub连接以太网时 连接以太网时， 进行再生、整形，并重新定时。用Hub连接以太网时，虽然 物理上是星型结构，但逻辑上仍是一个总线型结构 结构。 物理上是星型结构，但逻辑上仍是一个总线型结构。

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.2 物理层互联设备-中继器 物理层互联设备-1. 集线器的分类 按传输速率可以分为：10Mbps 100Mbps Mbps、 Mbps、 (1)按传输速率可以分为：10Mbps、100Mbps、 1000Mbps 10/100Mbps Mbps、 1000Mbps、10/100Mbps 按照集线器的结构方式分为: (2)按照集线器的结构方式分为:独立型集线器 堆叠式集线器 模块化集线器

2.集线器的特点：P112 集线器的特点： 3. 广播风暴 所谓广播风暴是一种在网上广播的消息导致 大量响应、 每个响应又导致大量响应的状态， 大量响应 、 每个响应又导致大量响应的状态 ， 网络长时间被 大量的广播数据包所占用，使正常的通信无法正常进行。 大量的广播数据包所占用，使正常的通信无法正常进行。

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.3 数据链路层互联设备-网桥 数据链路层互联设备-网桥作用于物理层和数据链路层，用于网络中节点的物理地址过滤、 网桥作用于物理层和数据链路层，用于网络中节点的物理地址过滤、 作用于物理层和数据链路层 网络分段以及跨网段数据帧的转发。它既可以延伸局域网的距离， 网络分段以及跨网段数据帧的转发。它既可以延伸局域网的距离，扩充节

点数，还可以将负荷过重的网络划分为较小的网络，缩小冲突域。 点数，还可以将负荷过重的网络划分为较小的网络，缩小冲突域。

5.3.1 网桥◆ 网桥的作用网桥(Bridge)可以根据物理地址对数据帧进行过滤和存储转发，实 网桥(Bridge)可以根据物理地址对数据帧进行过滤和存储转发， 现网络分段。当一个数据帧通过网桥时， 现网络分段。当一个数据帧通过网桥时，网桥检查数据帧的源和目的物理 地址，如果这两个地址属于不同的网段， 地址，如果这两个地址属于不同的网段，则网桥将该数据帧转发到另一个 网段，否则不转发。所以，网桥能起到隔离网段的作用， 网段，否则不转发。所以，网桥能起到隔离网段的作用，网络的隔离意味 着缩小了冲突域，提高了网络的有效带宽。网桥连接如图所示。 着缩小了冲突域，提高了网络的有效带宽。网桥连接如图所示。

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.3 数据链路层互联设备-网桥 数据链路层互联设备-网桥的作用有两个方面： ◆ 网桥的作用有两个方面： 将一个负载过重的网络分割成若干小段， 将一个负载过重的网络分割成若干小段，每个网段各 自享用自己独立的带宽，以提高网络的效率， 自享用自己独立的带宽，以提高网络的效率，从而减 少网络的信息流量。 少网络的信息流量。 延伸网络的距离， 延伸网络的距离，因为使用中继器受网络直径和中继 规则的限制，通过网桥可进一步延伸网络的距离。 规则的限制，通过网桥可进一步延伸网络的距离。 网桥的分类: ◆ 网桥的分类: 按网桥所处的位置可分为内桥和外桥两种。 按网桥所处的位置可分为内桥和外桥两种。 按网桥分布的地理范围可分为本地网桥和远程网桥。 按网桥分布的地理范围可分为本地网桥和远程网桥

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.3 数据链路层互联设备-网桥 数据链路层互联设备-内桥:可以由服务器担任 它通过在服务器内部插入 内桥 可以由服务器担任,它通过在服务器内部插入 个以 可以由服务器担任 它通过在服务器内部插入2个以 上的网卡,加上相应的软件就可以作为网桥来使用了 加上相应的软件就可以作为网桥来使用了. 上的网卡 加上相应的软件就可以作为网桥来使用了 一个服务器中最多可以插入4个网卡来连接 个网段. 个网卡来连接4个网段 一个服务器中最多可以插入 个网卡来连接 个网段 外桥:通常是专用的硬件设备 外桥 通常是专用的硬件设备. 通常是专用的硬件设备 本地网桥:用于连接相邻的局域网段 本地网桥 用于连接相邻的局域网段. 用于连接相邻的

局域网段 远程网桥:需要成对使用 在每个网段的一侧安装远程网桥 远程网桥 需要成对使用,在每个网段的一侧安装远程网桥 并 需要成对使用 在每个网段的一侧安装远程网桥,并 通过介质进行连接. 通过介质进行连接

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.3 数据链路层互联设备-网桥 数据链路层互联设备-网桥的学习功能： ◆ 网桥的学习功能： 网桥接收到一个数据帧时，它检查数据帧的源地址( 网桥接收到一个数据帧时，它检查数据帧的源地址(物理 地址) 并将该地址与网桥中的路径表中各项进行对比， 地址 ) , 并将该地址与网桥中的路径表中各项进行对比 ， 如 果在路径中没找到，则将新的源地址加入路径表中， 果在路径中没找到 ， 则将新的源地址加入路径表中 ， 这就是 网桥对网络地址的学习功能。 网桥对网络地址的学习功能 。 这种能力可以使那些经常移动 计算机、更换办公室情况发生时， 计算机 、 更换办公室情况发生时 ， 不需要手工改动路径表中 的数据，能够根据学习到的地址自动重新配置网桥。 因此， 的数据 ， 能够根据学习到的地址自动重新配置网桥 。 因此 ， 通常网桥中都配备具有学习算法的软件。 通常网桥中都配备具有学习算法的软件。 ◆ 网桥的特点： 网桥的特点： 延伸网络的距离、隔离网段，可以互联传输介质不同、 延伸网络的距离、隔离网段，可以互联传输介质不同、 介质访问控制方式不同的网络。 介质访问控制方式不同的网络。但不能互联网络层以上的 协议不同的网络，也不能隔离广播、不能控制广播风暴、 协议不同的网络，也不能隔离广播、不能控制广播风暴、 网桥没有路由功能。 网桥没有路由功能。

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.3 数据链路层互联设备-网桥 数据链路层互联设备-5.3.2 交换机交换机和集线器外观相似， 交换机和集线器外观相似 ， 它是一种低价位高性能的多 端口网络设备， 它除了具有集线器的全部特性外， 端口网络设备 ， 它除了具有集线器的全部特性外 ， 还具有自 动寻址、数据交换等功能。 动寻址、数据交换等功能。 交换技术可以工作在网络层及应用层。 因此有所谓的第三层、 交换技术可以工作在网络层及应用层 。 因此有所谓的第三层 、 第四层及高层交换的概念。 第四层及高层交换的概念 。 这里只讨论工作在第二层的交换 Switch) 机(Switch) 。

1. 交换机的工作原理交换机也按存储转发的原理工作，具有数据帧的过滤和地址 交换机也按存储转发的原理工作，具有数据帧的过滤和地址 学习功能。地址学习

功能是： 学习功能。地址学习功能是：首先检查端口传送来的数据帧 物理地址，与交换机内部的动态路径表进行比较， 物理地址，与交换机内部的动态路径表进行比较，若不在路 径表中，则加入路径表中，若在路径表中， 径表中，则加入路径表中，若在路径表中，则将数据帧转发 到对应的目标端口，而且只向目标端口转发数据帧。 14 到对应的目标端口，而且只向目标端口转发数据帧。

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.3 数据链路层互联设备-网桥 数据链路层互联设备-2. 交换机的带宽即交换机的最大传输速率。共享式集线器多个端口共享 即交换机的最大传输速率。 一个带宽.由一个16 16口 Mbps交换机组成的交换式以 一个带宽. 由一个16 口 100 Mbps交换机组成的交换式以 太网，可以为每个端口都提供100 Mbps的专用带宽 的专用带宽， 太网 ， 可以为每个端口都提供100 Mbps 的专用带宽， 则 该交换机的最大数据流通量为16 16× Mbps。 该交换机的最大数据流通量为16×100 Mbps。

3. 交换机的性能参数端口、业务接口、主板(背板)、主处理器、 端口、业务接口、主板(背板)、主处理器、FLASH、 )、主处理器 、 MAC地址的数量。 地址的数量。 地址的数量

4. 交换机的类型独立式、 独立式、模块式和堆叠式三种15

网络互联设备和多层交换

电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

5.4 网络层互联设备-路由器 网络层互联设备-网桥根据第二层地址(MAC地址)转发数据帧。而路由器转发数据包 网桥根据第二层地址(MAC地址)转发数据帧。而路由器转发数据包 根据第二层地址 地址 数据帧 通过第三层地址 第三层地址( IP地址 地址) 时，通过第三层地址(如IP地址),以决定一个数据包如何重新包装及送 到哪里。当它接收到数据包时，负责寻址， 到哪里。当它接收到数据包时，负责寻址，选择转发到下一个节点的最佳 路径。 Internet、Intranet和Extranet中必不可少的设备之一 中必不可少的设备之一。 路径。它是Internet、Intranet和Extranet中必不可少的设备之一。

5.4.1 路由器的基本概念◆ 路由器路由器( router) 路由器 ( router) 用于互联物理层和数据链路层相同或 不同的协议、 网络层使用路由协议、 而传输层以上使用的协 不同的协议、 网络层使用路由协议 、 议必须是相同或兼容的网络。路由器丢弃所有的广播帧， 议必须是相同或兼容的网络 。 路由器丢弃所有的广播帧 ， 所 以可以抑制广播风暴。 以可以抑制广播风暴。