第4章-常用的网络设备课件

主讲：林元乖主讲：林元乖 网络层设备在网络中连接示意图网络层设备在网络中连接示意图 网络层属于OSI模型第三层，解决不同网络之间数据通信，即网际间的数据通信问题。工作在网络层设备主要功能是为网络间数据包提供传输路由，即设备在收到数据包后，选择到达目标主机最佳路径，并沿该路径传送数据包到目的计算机上。此外网络层设备还解决网络拥挤，网络流量控制问题。路由器是工作在网络层最典型设备，高档交换机也能提供路由功能，俗称“三层交换机”，是工作在校园网中实现网络层互连最常见设备。主讲：林元乖主讲：林元乖4.4路由器路由器4.4.14.4.1路由器概述路由器概述路由器（路由器（Router）是一种连接多个网）是一种连接多个网络或网段的网络设备，它将不同网络络或网段的网络设备，它将不同网络或网段之间的数据信息进行交换，从或网段之间的数据信息进行交换，从而构成一个更大的网络，工作在而构成一个更大的网络，工作在OSI模模型的网络层，如图型的网络层，如图4-16所示。所示。主讲：林元乖主讲：林元乖4.4.14.4.1路由器概述路由器概述图4-16 路由器工作在OSI/RM中的示意图主讲：林元乖主讲：林元乖路由器硬件系统路由器软件系统网络层设备网络层设备-路由器路由器 主讲：林元乖主讲：林元乖路由器功能介绍路由器功能介绍 1）连接不同网络，在不同网络间接收转发送。2）选择最合理的路由，引导不同网络间通信。3）在转发过程中，按照预定的规则，把大的数据包分解成适当大小数据包，到达目的地后，再把分解包还原。4）多协议路由器还可以连接使用不同协议的网络。主讲：林元乖主讲：林元乖4.4.14.4.1路由器概述路由器概述u根据目前路由器的发展情况，可从以下五个方面根据目前路由器的发展情况，可从以下五个方面进行分类。进行分类。1、按处理能力来划分、按处理能力来划分u从处理能力可将路由器分为高端路由器和中低端从处理能力可将路由器分为高端路由器和中低端路由器。通常将背板交换能力大于路由器。通常将背板交换能力大于40Gbps以上以上的路由器称为高端路由器，背板交换能力在的路由器称为高端路由器，背板交换能力在40Gbps以下的路由器称为中低端路由器。以下的路由器称为中低端路由器。主讲：林元乖主讲：林元乖4.4.14.4.1路由器概述路由器概述2、按结构分、按结构分 从结构上，可将路由器分为模块化结构与非模块从结构上，可将路由器分为模块化结构与非模块化结构。通常中高端路由器为模块化结构，低端化结构。通常中高端路由器为模块化结构，低端路由器为非模块化结构。路由器为非模块化结构。3、按所处网络位置分、按所处网络位置分 从网络位置划分，路由器可分为核心路由器与接从网络位置划分，路由器可分为核心路由器与接入路由器。核心路由器位于网络中心，通常使用入路由器。核心路由器位于网络中心，通常使用的是高端路由器，要求快速的包交换能力与高速的是高端路由器，要求快速的包交换能力与高速的网络接口，通常是模块化结构。接入路由器位的网络接口，通常是模块化结构。接入路由器位于网络边缘，通常使用的是中低端路由器，要求于网络边缘，通常使用的是中低端路由器，要求相对低速的端口以及较强的接入控制能力。相对低速的端口以及较强的接入控制能力。主讲：林元乖主讲：林元乖4.4.14.4.1路由器概述路由器概述 4、按功能分、按功能分 从功能分，路由器可分为通用路由器与专用路由从功能分，路由器可分为通用路由器与专用路由器。一般所说的路由器为通用路由器。专用路器。一般所说的路由器为通用路由器。专用路由器通常为实现某种特定功能而对路由器接口、由器通常为实现某种特定功能而对路由器接口、硬件等作专门优化。硬件等作专门优化。5、按性能分、按性能分 从性能上分，路由器可分为线速路由器和非线速从性能上分，路由器可分为线速路由器和非线速路由器。线速路由器是高端路由器，能以介质路由器。线速路由器是高端路由器，能以介质速率转发数据包；中低端路由器是非线速路由速率转发数据包；中低端路由器是非线速路由器。目前一些新的宽带接入路由器也有线速转器。目前一些新的宽带接入路由器也有线速转发能力。发能力。主讲：林元乖主讲：林元乖4.4.24.4.2路由器技术的发展路由器技术的发展路由器技术的发展，大致可以划分为路由器技术的发展，大致可以划分为五代五代。1、第一代路由器：集中转发，总线交换、第一代路由器：集中转发，总线交换2、第二代路由器：集中、第二代路由器：集中+分布转发，接口模块化，分布转发，接口模块化，总线交换总线交换3、第三代路由器：分布转发，总线交换、第三代路由器：分布转发，总线交换4、第四代路由器：、第四代路由器：ASIC分布转发，网络交换分布转发，网络交换5、第五代路由器技术：网络处理器分布转发，网、第五代路由器技术：网络处理器分布转发，网络交换络交换主讲：林元乖主讲：林元乖4.4.34.4.3路由器的结构路由器的结构u从计算机的观点看，路由器由硬件和软从计算机的观点看，路由器由硬件和软件组成。硬件主要由中央处理器、内存、件组成。硬件主要由中央处理器、内存、接口、控制端口等物理硬件和电路组成，接口、控制端口等物理硬件和电路组成，如图如图4-17所示；软件主要由路由器的所示；软件主要由路由器的IOS操作系统组成。操作系统组成。主讲：林元乖主讲：林元乖路由器物理硬件构造路由器物理硬件构造RAMROMFlashNVRAMInterfaceLineCPU（非易失性随机存储器）（非易失性随机存储器）主讲：林元乖主讲：林元乖图4-17 路由器主板主讲：林元乖主讲：林元乖1、中央处理器、中央处理器u路由器的中央处理器（路由器的中央处理器（CPU）与计算机的）与计算机的中央处理器（中央处理器（CPU）是相同的概念，负责）是相同的概念，负责配置管理和数据包的转发工作。不同系列配置管理和数据包的转发工作。不同系列和型号的路由器，其中的和型号的路由器，其中的CPU也不相同。也不相同。Cisco路由器一般采用路由器一般采用Motorola 68030和和Orion/R4600两种处理器。路由器对数据两种处理器。路由器对数据包的处理速度很大程度上取决于包的处理速度很大程度上取决于CPU的类的类型和性能。型和性能。主讲：林元乖主讲：林元乖2、内存、内存路由器通常采用以下几种不同类型的内存，每种路由器通常采用以下几种不同类型的内存，每种内存以不同方式协助路由器工作。内存以不同方式协助路由器工作。只读内存（只读内存（ROMROM）主要用于系统初始化等功能，如系统加电自检代主要用于系统初始化等功能，如系统加电自检代码（码（POSTPOST）、系统引导区代码（）、系统引导区代码（BootStrapBootStrap）和备）和备份的份的IOSIOS操作系统。操作系统。闪存（闪存（FlashFlash）闪存是可读可写的存储器，主要用来保存数据，闪存是可读可写的存储器，主要用来保存数据，一般存放着当前使用中的一般存放着当前使用中的IOSIOS。主讲：林元乖主讲：林元乖 非易失性非易失性RAMRAM（NVRAMNVRAM）非易失性非易失性RAMRAM是可读可写的存储器，在系统重新启是可读可写的存储器，在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。动或关机之后仍能保存数据。NVRAMNVRAM仅用于保存启仅用于保存启动配置文件，所以其容量较小，其速度较快，成动配置文件，所以其容量较小，其速度较快，成本也较高。本也较高。随机存储器（随机存储器（RAMRAM）RAMRAM也是可读可写的存储器，但它存储的内容在系也是可读可写的存储器，但它存储的内容在系统重启或关机之后将被清除。统重启或关机之后将被清除。RAMRAM主要用于暂时存主要用于暂时存放操作系统和数据的存储器，让中央处理器能迅放操作系统和数据的存储器，让中央处理器能迅速访问这些信息，其存取速度优于前面的三种存速访问这些信息，其存取速度优于前面的三种存取速度。取速度。主讲：林元乖主讲：林元乖3、接口、接口u路由器与网络的连接部分称为接口，也被路由器与网络的连接部分称为接口，也被称为端口，每个接口都有自己的名字或编称为端口，每个接口都有自己的名字或编号。一个接口的全名称由它的类型标志与号。一个接口的全名称由它的类型标志与数字编号构成，编号从数字编号构成，编号从0开始。路由器有开始。路由器有多种不同的接口，有的路由器只提供固定多种不同的接口，有的路由器只提供固定接口，有的可通过模块改变接口的种类和接口，有的可通过模块改变接口的种类和数量。数量。主讲：林元乖主讲：林元乖4、控制端口和辅助端口、控制端口和辅助端口u所有的路由器都有控制端口（所有的路由器都有控制端口（Console端口），使管理员能够利用终端与路由端口），使管理员能够利用终端与路由器进行通信，完成路由器配置。辅助接器进行通信，完成路由器配置。辅助接口（口（AUI接口）可通过接口）可通过Modem使远程终使远程终端与路由器通信，实现路由器的远程管端与路由器通信，实现路由器的远程管理和配置。理和配置。主讲：林元乖主讲：林元乖路由器接口组成路由器接口组成路由器配置接口路由器配置接口主讲：林元乖主讲：林元乖路由器接口路由器接口局域网接口局域网接口AUIAUI接口接口(同轴电缆同轴电缆)RJ-45RJ-45接口接口SCSC接口接口(光纤光纤)主讲：林元乖主讲：林元乖 路由器接口路由器接口广域网接口广域网接口高速同步串口高速同步串口(serial)(serial)异步串口异步串口(ASYNC)-modem(ASYNC)-modemISDN BRIISDN BRI端口端口 (BRI)(BRI)主讲：林元乖主讲：林元乖路由器的硬件连接路由器的硬件连接 路由器与局域网的连接路由器与局域网的连接1.100Mbps FastEthernet:2.100BaseTX-使用使用5类类UTP和和1类类STP，传，传输输100M，距离，距离100米。米。3.100BaseFX-使用光纤，传输使用光纤，传输100M，距离，距离400米。米。主讲：林元乖主讲：林元乖 路由器与广域网的连接路由器与广域网的连接用户设备用户设备DTEDCE服务提供商服务提供商DTE在在DCEDCE端必须配置时钟频率端必须配置时钟频率Router(config)#interfaceRouter(config)#interface S0 S0Router(config-if)#ClockRouter(config-if)#Clock rate 64000 rate 64000主讲：林元乖主讲：林元乖5、IOS（路由器操作系统）（路由器操作系统）uIOS是路由器专用的操作系统，它提供了是路由器专用的操作系统，它提供了全面的网络服务，实现了丰富的网络功能。全面的网络服务，实现了丰富的网络功能。路由器的配置命令就是由路由器的配置命令就是由IOS解释执行的。解释执行的。主讲：林元乖主讲：林元乖4.4.44.4.4路由器的工作原理路由器的工作原理1、路由器的作用、路由器的作用u路由器的一个作用是连通不同的网络路由器的一个作用是连通不同的网络;u另一个作用是选择信息传送的线路。路由另一个作用是选择信息传送的线路。路由器选择通畅快捷的最近线路，能大大提高器选择通畅快捷的最近线路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。而让网络系统发挥出更大的效益来。主讲：林元乖主讲：林元乖4.4.34.4.3路由器的结构路由器的结构2、路由器的工作原理、路由器的工作原理u当当IP子网中的一台主机发送子网中的一台主机发送IP分组给同一分组给同一IP子网的另一台主机时，它将直接把子网的另一台主机时，它将直接把IP分分组送到网络上，对方就能收到。组送到网络上，对方就能收到。主讲：林元乖主讲：林元乖4.4.34.4.3路由器的结构路由器的结构2、路由器的工作原理、路由器的工作原理图4-18 路由器工作原理用户路由器B用户路由器A计算机A计算机B计算机C 运营商IP网络运营商1路由器运营商2路由器主讲：林元乖主讲：林元乖网络层设备网络层设备 三层交换机三层交换机主讲：林元乖主讲：林元乖三层交换（也称多层交换技术）是在网络三层交换（也称多层交换技术）是在网络模型中第三层实现数据包高速转发。模型中第三层实现数据包高速转发。三层交换技术是：二层交换技术三层转三层交换技术是：二层交换技术三层转发技术发技术不是简单二层交换机和路由器叠加，三层不是简单二层交换机和路由器叠加，三层路由模块直接叠加在二层交换高速背板总路由模块直接叠加在二层交换高速背板总线上，突破传统路由器接口速率限制，速线上，突破传统路由器接口速率限制，速率可达几十率可达几十GbpsGbps。网络层设备网络层设备-三层交换机三层交换机主讲：林元乖主讲：林元乖骨干路由交换机骨干路由交换机主讲：林元乖主讲：林元乖路由器和三层交换机之间区别路由器和三层交换机之间区别1、同属于网络层设备，具有选路和转发功能；、同属于网络层设备，具有选路和转发功能；2、三层交换机转发性能要远远高于路由器；、三层交换机转发性能要远远高于路由器；3、三层交换机主要用于连接不同局域网段；、三层交换机主要用于连接不同局域网段；4、路由器主要连接不同网络类型；、路由器主要连接不同网络类型；5、三层交换机主要是以太网接口，路由器提、三层交换机主要是以太网接口，路由器提供各种广域网接口，用于连接不同广域网供各种广域网接口，用于连接不同广域网链路。链路。主讲：林元乖主讲：林元乖三层交换机在功能上实现了子网间路由功能。三层交换机在功能上实现了子网间路由功能。VLAN20Network 172.16.20.4VLAN30Network 172.16.30.5VLAN10Network 172.16.10.3三层交换机应用三层交换机应用主讲：林元乖主讲：林元乖项目：实现部门子网连通（三层交换机）【项目场景项目场景】如图所示网络拓扑某外语学校办公网络建设项目。在校园网络中规划如图所示网络拓扑某外语学校办公网络建设项目。在校园网络中规划出来不同子网络：教务处子网络和总务处子网络。为解决不同部门之出来不同子网络：教务处子网络和总务处子网络。为解决不同部门之间网络干扰和网络安全，在教务处和总务处之间规划出不同子网络，间网络干扰和网络安全，在教务处和总务处之间规划出不同子网络，地址规划见表。地址规划见表。为实现教务处子网络和总务处子网络之间互相连通，要求通过三层为实现教务处子网络和总务处子网络之间互相连通，要求通过三层交换机设备互相连接，实现不同子网络之间的连通。交换机设备互相连接，实现不同子网络之间的连通。【施工设备施工设备】三层交换机（三层交换机（1台）；网络线（若干）；测试台）；网络线（若干）；测试PC（若干（若干）。【施工过程施工过程】主讲：林元乖主讲：林元乖4.5网关网关4.5.14.5.1网关概述网关概述u网关网关(Gateway)又称网间连接器、协议转又称网间连接器、协议转换器，是多个网络间提供数据转换服务的换器，是多个网络间提供数据转换服务的计算机系统或设备。在使用不同的通信协计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。全功能。主讲：林元乖主讲：林元乖4.5.24.5.2网关的类型网关的类型 按照不同的标准可以将网关分成不按照不同的标准可以将网关分成不同的类别。同的类别。1 1、按连接网络划分、按连接网络划分u按照网关连接网络的不同，可以将网按照网关连接网络的不同，可以将网关分为局域网关分为局域网/主机网关、局域网主机网关、局域网/局局域网网关和因特网域网网关和因特网/局域网网关局域网网关3 3种不种不同的种类。同的种类。主讲：林元乖主讲：林元乖4.5.24.5.2网关的类型网关的类型 局域网局域网/主机网关主机网关u局域网局域网/主机网关主要在大型计算机系统和主机网关主要在大型计算机系统和个人计算机之间提供连接服务。它们大多是个人计算机之间提供连接服务。它们大多是为大型计算机提供终端连接服务的转换器，为大型计算机提供终端连接服务的转换器，通常是一些单功能的电路板。终端设备（例通常是一些单功能的电路板。终端设备（例如计算机）在安装转换机后，即可通过公共如计算机）在安装转换机后，即可通过公共网络与大型计算机建立连接。如图网络与大型计算机建立连接。如图4-194-19所示所示的是一块工业级嵌入式串口网关模块。的是一块工业级嵌入式串口网关模块。图4-19 嵌入式串口网关模块主讲：林元乖主讲：林元乖4.5.24.5.2网关的类型网关的类型 局域网局域网/局域网网关局域网网关u这种类型的网关与局域网这种类型的网关与局域网/主机网关很类似，不主机网关很类似，不同的是这种网关主要用于连接多个使用不同通同的是这种网关主要用于连接多个使用不同通信协议或数据传输格式的局域网。目前，绝大信协议或数据传输格式的局域网。目前，绝大多数的网关产品都属于这种类型。多数的网关产品都属于这种类型。因特网因特网/局域网网关局域网网关u这种网关主要用于局域网和因特网间的连接，这种网关主要用于局域网和因特网间的连接，它能够允许或禁止局域网中的某些用户访问因它能够允许或禁止局域网中的某些用户访问因特网，以实现对局域网和因特网间的访问和连特网，以实现对局域网和因特网间的访问和连接控制。其功能简单，通常情况下可以由一台接控制。其功能简单，通常情况下可以由一台普通计算机担当。普通计算机担当。主讲：林元乖主讲：林元乖4.5.24.5.2网关的类型网关的类型2 2、按产品功能划分、按产品功能划分u按照网关产品功能的不同，还可以将网关分为按照网关产品功能的不同，还可以将网关分为数据网关、应用网关和安全网关数据网关、应用网关和安全网关3 3种类型。种类型。数据网关数据网关u数据网关通常在多个使用不同协议及数据格式数据网关通常在多个使用不同协议及数据格式的网络间提供数据转换功能。这种转换过程通的网络间提供数据转换功能。这种转换过程通常发生在常发生在OSI/RMOSI/RM的第二层、第三层或第二层与的第二层、第三层或第二层与第三层之间。第三层之间。主讲：林元乖主讲：林元乖4.5.24.5.2网关的类型网关的类型 应用网关应用网关u应用网关是在使用不同数据格式的环境中，进应用网关是在使用不同数据格式的环境中，进行数据翻译功能的专用系统。它能够在接收到行数据翻译功能的专用系统。它能够在接收到一种格式的数据后，将其进行翻译，然后以新一种格式的数据后，将其进行翻译，然后以新的格式进行发送。例如，邮件服务器便是一种的格式进行发送。例如，邮件服务器便是一种典型的具有应用网关功能的设备。典型的具有应用网关功能的设备。主讲：林元乖主讲：林元乖4.5.34.5.3网关与路由器的区别网关与路由器的区别u网关与路由器的区别主要有以下三点：工作层网关与路由器的区别主要有以下三点：工作层次不同、功能不同、产品形式不同。次不同、功能不同、产品形式不同。u从原理上讲，网关实际上是通过重新封装信息，从原理上讲，网关实际上是通过重新封装信息，以使它们能被另一个系统处理，为了完成这项以使它们能被另一个系统处理，为了完成这项任务，网关主要工作在，而路由器只能工作在任务，网关主要工作在，而路由器只能工作在OSI/RMOSI/RM的网络层上。的网络层上。主讲：林元乖主讲：林元乖4.5.34.5.3网关与路由器的区别网关与路由器的区别u路由器的主要作用是在多个网络之间提供通信路由器的主要作用是在多个网络之间提供通信连接服务，而网关除了具有提供网络连接功能连接服务，而网关除了具有提供网络连接功能外，还能够有选择地隔离不同网络间的数据，外，还能够有选择地隔离不同网络间的数据，从而实现保护网络功能。从而实现保护网络功能。u现在的网关产品从根本上讲，已经不能完全归现在的网关产品从根本上讲，已经不能完全归为一种网络硬件。很多时候，网关实际上已经为一种网络硬件。很多时候，网关实际上已经成为能够连接不同网络的软件和硬件的结合产成为能够连接不同网络的软件和硬件的结合产品，而路由器在工作时虽然也在部分程度上依品，而路由器在工作时虽然也在部分程度上依赖软件，但归根结底它仍旧是一种硬件产品赖软件，但归根结底它仍旧是一种硬件产品。