【文章內(nèi)容簡介】 程） ? 硬件 物理層芯片 PHY，數(shù)據(jù)鏈路層的芯片 MAC控制器。 PCI總線接 MAC總線， MAC接 PHY， PHY接網(wǎng)線， PHY和 MAC之間通過相應(yīng)的寄存器傳送數(shù)據(jù)和相互溝通。 在網(wǎng)卡后方是網(wǎng)絡(luò)接口，以及二到三個不等的信號燈，用于顯示目前網(wǎng)絡(luò)的連線狀態(tài)，通常具有 tx和 rx兩個信息。 tx代表正在送出資料， rx代表正在接收資料，若看到兩個燈同時亮則代表目前是處于全雙工的運作狀態(tài)。 ? 程序 固件程序?qū)崿F(xiàn)邏輯鏈路控制和媒體訪問控制的功能，記錄唯一的硬件地址即 MAC地址，網(wǎng)卡上一般有緩存。通過網(wǎng)卡上的 EPROM芯片，可以設(shè)置網(wǎng)卡的中斷 IRQ、基本 I/O端口地址和基本內(nèi)存地址等。 網(wǎng)卡留有 BOOTROM芯片插槽，可以用于無盤站的啟動。使用 boot rom時要注意所使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。 第 45頁 網(wǎng)卡的工作原理 ? 發(fā)送數(shù)據(jù) ? 當(dāng)計算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過計算機(jī)的 PCI總線，將數(shù)據(jù)傳到網(wǎng)卡的 MAC控制器， MAC將數(shù)據(jù)發(fā)往網(wǎng)卡的 PHY。對PHY來說，沒有幀的概念，只是數(shù)據(jù)流，而不管數(shù)據(jù)是地址還是 CRC。每 4bit增加 1bit的檢錯碼，然后把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行流數(shù)據(jù)。 ? 然后按照物理層的編碼規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行信號編碼（ 10BasedT采用 NRZ編碼 ， 100basedT采用 曼徹斯特編碼 ），就可以將信號送到媒體中進(jìn)行傳輸了。 ? 接收數(shù)據(jù) ? 數(shù)據(jù)信號通過網(wǎng)線進(jìn)入網(wǎng)卡的 PHY，網(wǎng)卡收到通過媒體傳輸來的數(shù)據(jù)。 ? 網(wǎng)卡內(nèi)的單片程序先接收數(shù)據(jù)頭的目的 MAC地址，決定是否接受該數(shù)據(jù)。如果不接收該數(shù)據(jù)，網(wǎng)卡將丟棄不管。 ? 如果要接收數(shù)據(jù)，則產(chǎn)生中斷信號通知 CPU， CPU得到中斷信號產(chǎn)生中斷，操作系統(tǒng)就根據(jù)網(wǎng)卡驅(qū)動程序中設(shè)置的網(wǎng)卡中斷程序地址調(diào)用驅(qū)動程序接收數(shù)據(jù)，驅(qū)動程序接收數(shù)據(jù)后放入信號堆棧讓操作系統(tǒng)處理。 第 46頁 網(wǎng)絡(luò)帶寬與網(wǎng)卡傳輸速度 ? 傳輸速度的概念 網(wǎng)卡的傳輸速度是由它的數(shù)據(jù)傳輸速率決定的，網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)傳輸速率和使用的總線相關(guān)。 單位 bps(bit per second) ? 決定因素 網(wǎng)卡和 CPU的數(shù)據(jù)交換是通過計算機(jī)總線進(jìn)行并行傳輸?shù)?，每一次傳送的是若干個 bit。 16位 ISA網(wǎng)卡一次傳送 16位（ bit），即兩個字節(jié)， 32位 PCI網(wǎng)卡一次傳送 32位（ bit），即四個字節(jié)。因此，網(wǎng)卡的傳輸速度是由微處理器的基準(zhǔn)傳輸頻率決定的。 舉例： 對于 32位的 PCI總線網(wǎng)卡，由于 PCI總線的基準(zhǔn)傳輸頻率為 33MHz，且每個周期傳送一次數(shù)據(jù)，因此 32位的 PCI網(wǎng)卡的最大傳輸速度為 33 4 MB/s，約 132 MB/s。 第 47頁 中繼器 ? 信號傳輸與衰減 信號在網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中有衰減和噪音，在線路上傳輸?shù)男盘柟β蕰饾u衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，因此會導(dǎo)致接收錯誤。 ? 信號放大與中繼 中繼器（ repeater）就是為解決這一問題而設(shè)計的。中繼器工作在物理層，完成物理線路的連接，對衰減的信號進(jìn)行放大，保持與原數(shù)據(jù)相同，從而延長網(wǎng)絡(luò)傳輸距離。 第 48頁 集線器 多端口中繼器（ Multiport Repeater） 是 20世紀(jì) 90年代前后最常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 ? 功能 信號放大 ? 工作原理 使用廣播技術(shù)，各節(jié)點計算機(jī)發(fā)出來的信號通過集線器集中，集線器再把信號整形、放大后，信息包被廣播發(fā)送到其它所有端口 。 ? 分類 ? 按帶寬分類，集線器有 10Mbps集線器、 100Mbps集線器、 10/100Mbps自適應(yīng)集線器等類型。 ?按管理方式分類，集線器有啞集線器（ Damp Hub）和智能集線器（ Intelligent Hub）兩種 ?按照擴(kuò)展方式分類，集線器有可堆疊集線器和不可堆疊集線器兩種。 第 49頁 橋連接器 網(wǎng)橋（ Bridge）是一個網(wǎng)段與另一個網(wǎng)段之間建立連接的橋梁，是一種數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。網(wǎng)橋端口讀取每一個數(shù)據(jù)幀，根據(jù)源 MAC地址和目的 MAC地址決定是否轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個網(wǎng)段，這在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬。 0 1 A1 A2 B1 B2 B3 端口 M A C 0 A 1 A2 1 B 1 B 2 B 3 網(wǎng)橋 B2 → B3 A1 → A2 B2 → B3 B2 → B3 A1 → A2 第 50頁 橋連接器（動畫演示） 網(wǎng)橋（ Bridge）的工作原理 動畫演示 第 51頁 交換機(jī) ? 概念 交換機(jī)（ Switch）是一種能夠在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。所謂交換，就是將數(shù)據(jù)或信息從一個端口轉(zhuǎn)發(fā)到另一個端口，交換技術(shù)避免了傳統(tǒng)廣播技術(shù)所帶來的數(shù)據(jù)沖突，可以大大的提高網(wǎng)絡(luò)的通信能力。 ? 分類 ?廣域網(wǎng)交換機(jī)，主要是應(yīng)用于電信城域網(wǎng)互聯(lián)、互聯(lián)網(wǎng)接入等領(lǐng)域的廣域網(wǎng)中，提供通信用的基礎(chǔ)平臺。 ?局域網(wǎng)交換機(jī)，應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)，用于連接終端設(shè)備，如服務(wù)器、工作站、集線器、路由器、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，提供高速獨立通信通道。 如果不作特殊說明，我們說的交換機(jī)即指局域網(wǎng)交換機(jī)。 第 52頁 交換機(jī)硬件組成 交換機(jī)硬件一般有以下幾個部分組成： ?總線，處理器模塊和交換模塊通過總線相連 ?處理器模塊，包括 CPU、 Flash、內(nèi)存等部分， Flash 芯片用于存儲交換機(jī)所需要的所有軟件和相關(guān)配置，系統(tǒng)啟動后 FLASH中存儲的程序，加載到工作內(nèi)存 ?交換模塊，通過總線與處理器模塊進(jìn)行通信完成數(shù)據(jù)傳輸 ? 接口，如：以太網(wǎng)接口、快速以太網(wǎng)接口、千兆以太網(wǎng)接口、 FDDI/CDDI接口、 令牌環(huán)接口、 ATM接口，以及用于進(jìn)行交換機(jī)的配置和管理的 console通信端口。 ?管理模塊 交換機(jī)正面 交換機(jī)背面 第 53頁 交換機(jī)功能與工作原理 ? 基本功能 交換機(jī)的基本功能就是 數(shù)據(jù)交換 。傳統(tǒng)交換機(jī)本質(zhì)上是具有流量控制能力的多端口網(wǎng)橋，即二層交換機(jī)。二層交換機(jī)的工作原理和網(wǎng)橋一樣，是工作在鏈路層的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備 ? 幀交換技術(shù) ?存儲轉(zhuǎn)發(fā)：要求交換機(jī)在收到全部數(shù)據(jù)包后再決定轉(zhuǎn)發(fā)方式，這樣可以在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包以前檢查數(shù)據(jù)的完整性和正確性，減少不必要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。 ?直通交換：提供線速處理能力，交換機(jī)只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前 14個字節(jié)，根據(jù)目的 MAC地址將網(wǎng)絡(luò)幀傳送到相應(yīng)的端口上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 第 54頁 三層交換機(jī)的工作原理及其特點 三層交換機(jī)，其工作原理和傳統(tǒng)的二層交換機(jī)不同，增加了路由功能。 （ 1）假設(shè)有兩個使用 IP 協(xié)議的站點 A（信源）和 B（信宿），通過第三層交換機(jī)進(jìn)行通信。若發(fā)送站點 A 在開始發(fā)送時，已知目的站 B的 IP 地址，但尚不知道它在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的 MAC 地址，則需要采用地址解析（ ARP）來確定 B的 MAC 地址。 A根據(jù)其 TCP/IP協(xié)議屬性配置的子網(wǎng)掩碼計算出網(wǎng)絡(luò)地址，和 B的 IP 地址比較，確定 B是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若 B 與A 在同一子網(wǎng)內(nèi)， A 廣播一個 ARP 請求， B 返回其 MAC 地址， A 得到 B 的 MAC 地址后將這一地址緩存起來，并用此 MAC 地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找 MAC 地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。 （ 2）若兩個站點不在同一子網(wǎng)內(nèi)，則 A 要向其 TCP/IP協(xié)議屬性中配置的“缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā) ARP封包，缺省網(wǎng)關(guān)的 IP 地址對應(yīng)第三層交換機(jī)的第三層交換模塊。當(dāng) A 對缺省網(wǎng)關(guān)的 IP 地址廣播出一個 ARP 請求時，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到 B 的 MAC 地址，則向發(fā)送站 A 回復(fù) B 的 MAC 地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的站廣播一個 ARP 請求，B 得到此 ARP 請求后向第三層交換模塊回復(fù)其 MAC 地址，第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送站 A 。 以后，當(dāng)再進(jìn)行 A 與 B 之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時，將用最終的目的站點的 MAC 地址封包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理，而不再需要經(jīng)過第三層路由系統(tǒng)處理，從而消除了路由選擇時造成的網(wǎng)絡(luò)延遲，提高了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率，解決了網(wǎng)間傳輸信息時路由產(chǎn)生的速率瓶頸。 第 55頁 三層交換機(jī)的分類 ? 按交換機(jī)端口帶寬劃分 ? 對稱式交換機(jī)，各個端口具有相同的帶寬 。 ? 非對稱式交換機(jī)，端口的帶寬不同，用于連接不同角色的計算機(jī) 。 ? 根據(jù)交換機(jī)端口結(jié)構(gòu)劃分 ? 固定端口交換機(jī)，固定端口交換機(jī)所帶有的端口是固定的，不能擴(kuò)展，一般是 16和 24端口。 ? 模塊化交換機(jī)，模塊化交換機(jī)可選擇不同數(shù)量、不同速率和不同接口類型的模塊，以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)需求。 第 56頁 三層交換機(jī)的分類（ Cont.） ? 根據(jù)應(yīng)用層次劃分 ? 企業(yè)級交換機(jī)，企業(yè)級交換機(jī)屬于一類高端交換機(jī)，一般采用模塊化的結(jié)構(gòu)，可作為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)骨干構(gòu)建高速局域網(wǎng)，通常用于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的最頂層。 ? 部門級交換機(jī)，部門級交換機(jī)是面向部門級網(wǎng)絡(luò)使用的交換機(jī)。部門級交換機(jī)一般具有較為突出的智能型特點，支持基于端口的 VLAN（虛擬局域網(wǎng)），可實現(xiàn)端口管理。 一般認(rèn)為支持 300個信息點 以下中型企業(yè)的交換機(jī)為部門級交換機(jī)。 ? 工作組交換機(jī)，一般沒有網(wǎng)絡(luò)管理功能，按每一個包中的 MAC地址相對簡單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā)，一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息，轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小。 一般認(rèn)為支持 100個信息點 以內(nèi)的交換機(jī)為工作組級交換機(jī)。 ? 桌機(jī)型交換機(jī)，用于連接用戶計算機(jī)。 ? 根據(jù)交換機(jī)工作的協(xié)議層劃分 ?二層交換機(jī)，三層交換機(jī) 等 第 57頁 路由器 ? 概念 路由器（ Router）屬于網(wǎng)絡(luò)層互聯(lián)設(shè)備，用于連接多個邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)。路由器屬于廣域網(wǎng)設(shè)備， ?功能 ? 根據(jù)數(shù)據(jù)包的目標(biāo) IP地址負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)。 ? 路由器在網(wǎng)絡(luò)中還起到隔離網(wǎng)絡(luò)、隔離廣播、路由轉(zhuǎn)發(fā)以及防火墻的作用。 第 58頁 路由器的硬件組成 ? ROM，存放加電自測試（ Power On Self test, POST）診斷所需的指令、自舉程序和操作系統(tǒng)軟件。 ? RAM/DRAM，存儲路由選擇表，地址解析協(xié)議（ ARP）高速緩存，快速交換高速緩存，分組緩沖等 。 ? Flash，可擦除、可編程只讀存儲器（ EPROM），存有操作系統(tǒng)的映像。 ? NVRAM，存儲路由器的備份和啟動配置文件， 路由器重啟或關(guān)閉 NVRAM中的內(nèi)容不會丟失。 ? 配置寄存器，路由器中一個特殊的寄存器，決定路由器的許多啟動和正在運行的選項，包括路由器如何找到 IOS鏡像以及配置文件。 程序 N V R A M 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 當(dāng)前 配置文件 路由表 A R P 表 緩存等 配置文件 備份 操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)接口 R A M F L A SH 第 59頁 路徑選擇與路由表 什么是路由表？ 路由表是一個“目標(biāo)網(wǎng)絡(luò) /下一跳”對照表，存儲了路由器中可到達(dá)的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，以及要到達(dá)該目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)下一跳的路由器端口。 ? 路由表及路由協(xié)議 (Routing Protocol)，如 RIP 路由表的維護(hù) 網(wǎng)絡(luò) 2 路由器 A 路由器 B 路由器 C 路由器 D 網(wǎng)絡(luò) 1 網(wǎng)絡(luò) 3 網(wǎng)絡(luò) 4 網(wǎng)絡(luò) 5 路由 表 1 E 0 2 S 1 路由 表 2 S 0 3 S 1 路由 表 3 S 0 4 S 1 路由 表 4 S 0 5 S 1 E0 S0 S0 S1 S0 S1 S0 E0 第 60頁 交換機(jī)、路由器和 VLAN ? 虛擬局域網(wǎng)（ Virtual LAN， VLAN） VLAN技術(shù)可以將物理上互連的網(wǎng)絡(luò)在邏輯上劃分為多個獨立的網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)相互之間拒絕訪問，從而隔離廣播。 ? VLA