【正文】 1 第三章 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備 本章學(xué)習(xí)要點(diǎn) : ?了解網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本概念 ?掌握網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的類型、層次與原理 ?掌握各層設(shè)備的作用、特點(diǎn)與應(yīng)用 ?掌握 Inter硬件接入設(shè)備的可選類型 ?熟練掌握集線器與交換機(jī)的區(qū)別與使用 ?了解 OSI模型與網(wǎng)間互聯(lián)設(shè)備的關(guān)系 2 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)概述 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) ：所謂網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是指根據(jù)實(shí)際情況選 擇合適的技術(shù)和設(shè)備將相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算 機(jī)連接起來，從而達(dá)到數(shù)據(jù)交換和資源共享的 目的。 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的類型 1. 網(wǎng)絡(luò)延伸 隨著局域網(wǎng)范圍的擴(kuò)展，電纜的長度需要增長 但是，每種局域網(wǎng)的最大距離都是有限制的。 3 ? 10BASET： 100m ? 10BASE2： 185m ? 10BSEE5： 500m 2. 網(wǎng)絡(luò)分段 在組建局域網(wǎng)時(shí)，往往需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分段。所 謂網(wǎng)絡(luò)分段是指將一個大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分解成幾 個小的局域網(wǎng)，然后通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備（交換 機(jī)、網(wǎng)橋或路由器）將各個子網(wǎng)連接成一個整 體網(wǎng)絡(luò)。 4 3. 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的類型 （ 1）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的應(yīng)用類型 ? 局域網(wǎng)之間的互聯(lián) ? 局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的互聯(lián) ? 局域網(wǎng)通過廣域網(wǎng)與 Inter之間的互聯(lián) ? 多個遠(yuǎn)程局域網(wǎng)之間互聯(lián)為廣域網(wǎng) 5 （ 2）互聯(lián)局域網(wǎng)的類型 ? 同構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 所謂同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是指具有相同特性和性質(zhì)的網(wǎng) 絡(luò)，也就是說它們具有相同的通信協(xié)議，呈 現(xiàn)給接入設(shè)備的界面也相同。 ? 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 所謂異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是指具有完全不同的傳輸性質(zhì) 和通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。 6 4. 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)必須解決的問題 ? 如何在物理上把兩種不同的網(wǎng)絡(luò)連接起來。 ? 如何實(shí)現(xiàn)一種網(wǎng)絡(luò)與另一種網(wǎng)絡(luò)的互訪與 通信。 ? 如何解決兩種不同網(wǎng)絡(luò)之間在協(xié)議方面的 差異。 ? 如何處理兩種網(wǎng)絡(luò)之間在傳輸速率方面的 差別。 7 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的層次 1. 網(wǎng)間互聯(lián)中的幾個重要概念 （ 1）網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)接 互聯(lián)接（簡稱互連）：指在物理網(wǎng)絡(luò)之間必須 存在一條以上的物理連接線路。 （ 2）網(wǎng)絡(luò)的互通 互通信（簡稱互通）：指在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)接的基礎(chǔ) 上，網(wǎng)絡(luò)之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的手段。 8 （ 3）網(wǎng)絡(luò)的互操作 指網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)具有透明地訪問對方資源的 能力，這種能力是建立在互聯(lián)接和互通基礎(chǔ)之 上，通過高層軟件實(shí)現(xiàn)的。 注意： 互聯(lián)接、互通和互操作分別表示了不同 層次的內(nèi)涵，互聯(lián)接是網(wǎng)絡(luò)連接的物質(zhì)基礎(chǔ)， 互通是通信手段，互操作是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的最終目 的，只有解決好這三個層次上的問題才能真正 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的 “ 互聯(lián) ” 。 9 2. 網(wǎng)間互連設(shè)備的層次 ? 物理層的設(shè)備 ? 主要設(shè)備有： 中繼器 和 集線器 。 ? 物理層互連設(shè)備的主要功能：對不同電纜段之間的信號進(jìn)行復(fù)制、整形、再生和轉(zhuǎn)發(fā)位信號。 ? 使用物理層互連設(shè)備連接的網(wǎng)絡(luò) 在物理上 成為 一個網(wǎng)絡(luò) 。 ? 適用范圍：局域網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展。 10 ? 數(shù)據(jù)鏈路層的互連設(shè)備 ? 主要設(shè)備有： 網(wǎng)橋 和 傳統(tǒng)交換機(jī)。 ? 功能：數(shù)據(jù)存儲、接收、根據(jù)物理地址進(jìn)行過濾和有目的地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。 ? 網(wǎng)絡(luò)層的互連設(shè)備 ? 主要設(shè)備有：路由器。 ? 功能：路徑選擇、擁塞控制和控制廣播信息 ? 主要用于：不同網(wǎng)絡(luò)之間的互連。如，當(dāng)一個局域網(wǎng)通過廣域網(wǎng)與遠(yuǎn)程局域網(wǎng)連接時(shí)，就應(yīng)當(dāng)使用這層設(shè)備。 11 ? 高層互連設(shè)備 ? 主要設(shè)備：網(wǎng)關(guān)。 ? 當(dāng)互連的網(wǎng)絡(luò)的傳輸層及以上層協(xié)議不同時(shí)就需要網(wǎng)關(guān)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。 ? 目前使用最多的是：應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)。 12 物理層的互聯(lián)設(shè)備 1. 中繼器 ? 中繼器的功能 用于連接兩個網(wǎng)絡(luò)的電纜段。它可以放大、 整形、再生電纜上的數(shù)字信號，并按原來的 方向重新發(fā)送該再生信號。 ? 中繼器的使用規(guī)則 在 10Mb/s以太網(wǎng)中應(yīng)遵循 543規(guī)則。 13 ? 使用和選擇中繼器時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) ? 網(wǎng)段的接口。 ? 網(wǎng)段擴(kuò)展的極限距離。 ? 使用中繼器時(shí)，應(yīng)注意所連接的各個網(wǎng)段的高層協(xié)議的兼容。 2. 以太網(wǎng)集線器 ? 集線器的分類 14 ? 獨(dú)立型共享式集線器 ? 堆疊式集線器 ? 模塊化集線器 ? 使用集線器時(shí)應(yīng)注意的因素 ? 中繼規(guī)則。低速以太網(wǎng)的 543規(guī)則，高速以太網(wǎng)的級連規(guī)定。 ? 集線器工作在物理層，因此要求它所連接的各個網(wǎng)段，在物理層以上使用相同或兼容協(xié)議。 15 ? 網(wǎng)絡(luò)接口。 RJ45， BNC， AUI，光纖接口。把雙絞線，細(xì)纜，粗纜或光纖等不同傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)連接在一起。 ? 傳輸速率。 ? 共享帶寬。 數(shù)據(jù)鏈路層的互聯(lián)設(shè)備 當(dāng)使用數(shù)據(jù)鏈路層的互聯(lián)設(shè)備來連接兩個或兩 個以上的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，允許物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的 協(xié)議相同或不同，但網(wǎng)絡(luò)層以上的協(xié)議要兼容 或相同。 16 網(wǎng)橋 ? 網(wǎng)橋的定義和應(yīng)用條件 網(wǎng)橋是用來連接兩個或多個在數(shù)據(jù)鏈路層以下 具有相同或兼容協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，它由軟 件和硬件共同組成。 網(wǎng)橋工作在 OSI的第 2層， IEEE802的 MAC 子層。使用網(wǎng)橋連接多個網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這些網(wǎng)絡(luò)的 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層可以使用相同或不同的協(xié) 議，但高層的協(xié)議應(yīng)當(dāng)相同或兼容。 17 一個典型的網(wǎng)橋是包括具有 CPU、存儲器和兩 個網(wǎng)絡(luò)接口的計(jì)算機(jī)。網(wǎng)橋不運(yùn)行應(yīng)用軟件， 它只完成一個功能： 幀過濾 ，在需要時(shí)網(wǎng)橋才 轉(zhuǎn)發(fā)幀。特別地，如果一臺計(jì)算機(jī)向同一網(wǎng)段 上的另一臺計(jì)算機(jī)發(fā)送幀，網(wǎng)橋就無需向另一 網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)該幀。當(dāng)然，如果局域網(wǎng)支持廣播或 組播，網(wǎng)橋就必須傳輸每一個廣播幀或組播幀 使這個擴(kuò)展橋接局域網(wǎng)象單個較大的局域網(wǎng)。 18 為決定是否要轉(zhuǎn)發(fā)幀，網(wǎng)橋使用幀頭部的物理 地址。網(wǎng)橋知道網(wǎng)中每臺計(jì)算機(jī)的位置。當(dāng)幀 從一個網(wǎng)段到達(dá)時(shí)，網(wǎng)橋就取出并檢查目標(biāo)地 址。如果目的計(jì)算機(jī)所在網(wǎng)段與該幀所到達(dá)的 網(wǎng)段相同，網(wǎng)橋不轉(zhuǎn)發(fā)而把它丟棄。如果目的 計(jì)算機(jī)不在該幀所到達(dá)的網(wǎng)段上，則網(wǎng)橋把該 幀轉(zhuǎn)發(fā)到另一網(wǎng)段。 19 ?網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 網(wǎng)段 A 網(wǎng)段 B 網(wǎng)橋 MAC1 MAC2 MAC3 MAC4 MAC5 MAC6 1 2 2 MAC6 2 MAC5 2 MAC4 1 MAC3 1 MAC2 1 MAC1 端口 站地址 端口管理軟件 網(wǎng)橋協(xié)議實(shí)體 緩存 端口 2 端口 1 1 2 站表 （ A） （ B） （ C） （ X） （ Y） （ Z） 圖 31 網(wǎng)橋內(nèi)部結(jié)構(gòu) 20 ?透明網(wǎng)橋 目前使用最多的網(wǎng)橋是 透明網(wǎng)橋 (transparent bridge)。透明 是指局域網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所 發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因 為網(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f都是看不見的。 21 ?透明網(wǎng)橋的逆向?qū)W習(xí)功能和轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程 ?逆向?qū)W習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)表的建立 一個網(wǎng)橋首次啟動時(shí)，這個轉(zhuǎn)發(fā)表是空的，每 條記錄都是隨著時(shí)間增加逐漸加上去的。那么 這些記錄是怎樣被增加上去的呢？如圖 31所 示，假設(shè)主機(jī) A向網(wǎng)段 B中的一個主機(jī)發(fā)送一 個幀，網(wǎng)橋接收到這個幀，并且記錄： 從主 機(jī) A來的幀由端口 1接收到 。按這種方法網(wǎng)橋 就可以建立起這個轉(zhuǎn)發(fā)表。 22 在端口 x收到幀 站表中有目的站 方向?yàn)槎丝?x 按站表中方向轉(zhuǎn)發(fā)幀 源站在站表中 更新站表和定時(shí)器 將源站地址加入站表 并置新的定時(shí)器 向除 x以外的所有 端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀 丟棄此幀 N Y Y Y N 透明網(wǎng)橋工作流程 N 23 ?生成樹算法（ Spanning Tree) 如果擴(kuò)展局域網(wǎng)內(nèi)沒有產(chǎn)生環(huán)，前面所講的 策略可以很好地工作。環(huán)的產(chǎn)生使得幀有可 能永遠(yuǎn)在擴(kuò)展局域網(wǎng)中循環(huán)。如下圖所示， 網(wǎng)橋 B B4和 B6就形成了一個環(huán)。 24 B3 B5 B2 A B C D E F G H I B7 B1 B6 B4 25 ?環(huán)產(chǎn)生的原因 ①網(wǎng)絡(luò)由不只一個管理員管理，在這種情況 下，可能沒有人知道網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)，這就 意味著可能添加一個引起環(huán)的網(wǎng)橋而無人知 道。 ②有目的地在網(wǎng)絡(luò)中建立環(huán)，以便在網(wǎng)橋發(fā) 生故障時(shí)提供冗余。 26 無論環(huán)是怎樣產(chǎn)生的，網(wǎng)橋必須能正確處理 環(huán)。那么，我們讓網(wǎng)橋運(yùn)行一個分布式生成 樹算法可以解決這個問題。 27 ?生成樹算法 怎樣才能產(chǎn)生一棵生成樹呢？實(shí)際上產(chǎn)生生成 樹的主要思想就是為網(wǎng)橋選擇轉(zhuǎn)發(fā)分組的端 口。具體算法如下： 首先假定每個網(wǎng)橋都有一個唯一的標(biāo)示符，不 妨設(shè)為： B B B3，以此類推。 （ 1）選擇具有最小標(biāo)示符的網(wǎng)橋作為生成樹 的根。 （ 2）每個網(wǎng)橋計(jì)算到根的最短路徑，并記下 路徑經(jīng)過它的那些端口。 28 （ 3）所有連接到給定局域網(wǎng)的網(wǎng)橋選出一個 負(fù)責(zé)向根網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)幀的指派網(wǎng)橋。 B3 B5 B2 A B C D E F G H I B7 B1 B6 B4 A B B5 C D B2 E F B1 G H B4 29 由于擴(kuò)展局域網(wǎng)中的網(wǎng)橋不能看到整個網(wǎng)絡(luò)的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更不用說窺視其他網(wǎng)橋的內(nèi)部，看 他們的標(biāo)示符了。因此，為了實(shí)現(xiàn)上述算法， 網(wǎng)橋彼此間需要交換配置消息，然后根據(jù)這些 消息確定他們是否是 根網(wǎng)橋 或 指派網(wǎng)橋 。 30 ?配置消息包含以下 3條信息： ? 正在發(fā)送信息的網(wǎng)橋的標(biāo)示符。 ? 發(fā)送網(wǎng)橋認(rèn)定的根網(wǎng)橋的標(biāo)示符。 ? 從發(fā)送網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋的距離，以跳數(shù)來衡量 ?初始化時(shí)，每個網(wǎng)橋都認(rèn)為自己是根，并給 每個端口發(fā)送配置信息，標(biāo)志自己是根并給出 到根的距離為 0。在某個端口接收到配置消息 后，網(wǎng)橋要檢查這個消息是否優(yōu)于該端口已經(jīng) 記錄的配置消息。 31 ?如果新消息優(yōu)于當(dāng)前記錄的消息，網(wǎng)橋則丟 棄舊消息并保存新消息。然而，它首先給到根 的距離字段加 1，因?yàn)?，這個網(wǎng)橋到根的距離 比發(fā)送消息的網(wǎng)橋到根的距離遠(yuǎn)一跳。 ?當(dāng)一個網(wǎng)橋接收到表示它不是根網(wǎng)橋的配置 消息時(shí)（這個消息來自一個有更小標(biāo)示符的網(wǎng) 橋），這個網(wǎng)橋會終止生成自己的配置消息。 32 下面舉一個例子 假定把從節(jié)點(diǎn) Y到節(jié)點(diǎn) X，距離是 d的配置消 息表示為（ Y,d,X)。下面以節(jié)點(diǎn) B3的活動為 例，介紹上述過程。 33 B3 B5 B2 A B C D E F G H I B7 B1 B6 B4 (B2,0,B2) ① ② ③ (B1,1,B2) ④ ⑤ ⑥ 34 3 網(wǎng)橋的實(shí)際作用和設(shè)計(jì)要點(diǎn) （ 1）網(wǎng)絡(luò)分段 網(wǎng)橋常用來分割一個負(fù)載過重的網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)椋? 網(wǎng)橋具有幀過濾功能，這樣，一個設(shè)計(jì)良好的 網(wǎng)絡(luò)可以使大多數(shù)數(shù)據(jù)幀不用跨越網(wǎng)橋就可以 傳送，從而減少獨(dú)立網(wǎng)段上的信息流量，通常 一個設(shè)計(jì)良好的網(wǎng)絡(luò)，可以阻