网络互联设备课件

单击此处编辑母版标题样式,Hong Chen,March,2014,Department of Building Services Engineering,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,20,14,-0,3,Mechanic &Electric Engineering C. HONG,*,网络,互联,设备,网络,互联,设备,1,.,网络传输介质,2,.,网络连接设备,3,.,网络,互联,设备,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,1,.,网络传输介质,有线传输介质,双绞线（,UTP-,Unshielded Twisted-Pair,、,STP,),、,同轴电缆（,Coaxial Cable),、,光纤（,Fiber Optic Cable,）,无线传输介质,无线电频率传输（,Radio Wave),、,微波传输（,Micro Wave,）、,红外传输（,Infrared Light),Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,评价传输介质的性能,带宽,传输介质带宽以,Hz,为单位，不同编码方式，可得到不同带宽。,成本,安装难易程度,衰减性,抗干扰性,电磁干扰,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,双绞线,（,twisted wire,）,信道,双绞线 ：,一对绞合在一起的相互绝缘的导线。,双绞线的带宽可达,268kHz,，具有,24,条音频通道的容量,。,双绞线的,衰减量,与其,长度成正比,。,模拟话音传输的双绞线的长度不超过,5,6km,。,由于双绞线存在着分布电抗，因此其,衰减量,随着,频率的升高而增大,。,返回,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,UTP,类型及其应用,返回,UTP,类型,性能,用途,CAT-1,None,None,CAT-2,1MHZ,Telephone wiring,CAT-3,16MHZ,10BaseT,，,Token Ring 4MHZ,，,ISDN low speed,CAT-4,20MHZ,Token Ring 16MHZ,CAT-5,100MHZ,100BaseTX,，,100VG-Any LAN,，,Token Ring 20MHZ,，,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,同轴电缆（,Coaxial Cable,）,同轴电缆,构成如图示。有很好的保密性和抗干扰性。,细,RG-58,，,粗,RG-11 and RG-8,。,-,同轴电缆的,频带宽度,要比双绞线宽得多，其上限频率一般可达到,几百兆赫兹,以上 。,衰减,与频率的,平方根成正比,；因此在远距离传输和宽带工作时仍需要用到均衡器。,-,同轴电缆目前,主要用于,本地网（,LAN,）、有线电视（,CATV,）和海底电缆通信中。,返回,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,光纤（,Fiber Optic Cable,）,单模光纤,石英光纤，,当芯层直径和折射率梯度变小时，光纤中只可能有一种模式的光可以沿光纤传送,。,心径,8-10,微米，包层直径,125,微米。,广泛用于通信主干网。,外层,芯层,光导纤维结构与光的传播原理,阶跃折射率型,光纤结构,如图示，芯层是由较高折射率的材料制成，外包层是折射率较低的材料，只要光的人射角足够小，光信号就能沿着芯层传播，并且在两层之间产生全反射。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,光纤传输特点,传输损耗小、频带宽、信号畸变小，,传输距离几乎不受限制，且不受电磁干扰,在,1000Base-LX,中，当使用,62.5,微米多模光纤时，最大无中继传输距离为,550m,，当使用单模光纤时为,3000m,。,多模光纤,当光纤的,直径远大于光的波长,时，光在这种光纤中传播时可以有多个入射角和多种模式,。,心径,62.5,、,50,微米，包层直径,125,微米。,主要用于接入网和短距离信号传输。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,电磁频谱及其用途,返回,名称,频率范围,波长,主要传播方式,用途,超低频,VLF,3,30 kHz,电话,长波,30,300 kHz,1,10km,地表面波传播,导航广播（远距离）,中波,300,3000kHz,0.1,1 km,地表面波传播,AM,广播（船舶、飞行通信）,短波,3,30MHz,10,100 m,地表波、电离层反射传播,（,Citizens Band,）,调幅广播,超短波,VHF,30,300MHz,1,10 m,直射波传播,对流层散射传播,TV and FM,广播,Ultra High Freq.,30,3000MHz,1 m,直射波传播,TV,Super HF,3,30GHz,Terrestrial and satellite,微波,Extreme HF,30,300GHz,实验,红外,infrared,300GHz,TV Remote Control,Lasers,Laser surgery,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,无线电频率传输（,Radio Wave),单频通信,信号的载波频率是单一值，可用频率遍及整个无线电频率范围。,小功率价低、易安装；带宽两种,1Mbit/s,和,10Mbit/s,，,常用,1Mbit/s,；抗干扰性差。,扩频通信,频率范围,902-928Hz,或更高。,带宽,2-6Mbit/s,，,频率高传输率高；,衰减与频率有关，传输距离是无线电通信方式中最长的；,抗干扰和抗窃听性较好。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,微波传输（,Micro Wave,）,地面微波,4-6GHz,或,21-23GHz,卫星微波,11-14GHz,，成本较高,带宽,1-10Mbit/s,；,衰减与微波频率有关；,对外界干扰敏感。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,红外传输（,Infrared Light),红外光频率范围,100GHz-,1000THz,；,点对点通信方式数据传输速率,16Mbit/s,，难安装；,广播通行方式传输速率,1Mbit/s,，易安装；,衰减性类似于可见光依赖于光线强度、纯度及大气质量。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,2,、网络连接设备,（,1,）网络连接器：,RJ45-,双绞线用,DIX,（即,AUI,）,-,粗同轴电缆用,BNC-,细同轴电缆用、光纤头,网络连接设备,网络连接器、网络接口卡、调制解调器、中继器、集线器、交换机。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,(2),网卡与,调制解调器,网络适配器(,NIC-,网卡,),提供计算机到网络的物理连接（如,RJ-45,接头连接集线器）,它同时将,PC,机的总线系统中,并行数据转换成网络介质要求的串行数据,，及反转换。,网卡还提供基本的寻址功能，这个,硬件地址（,MAC,地址）,在网卡出产时被烧制在网卡的只读存储器上，并且是唯一的。,分,10Mbit/s,10/100,Mbit/s,100,Mbit/s,1000,Mbit/s,等,.,调制解调器(,modem),进行,数字与模拟信号的转换,，以便能在电话线路或微波收发起上使用。最高速率56,kbit/s,2014-03,Mechanic &Electric Engineering C. HONG,网卡的作用,2014-03,Mechanic &Electric Engineering C. HONG,3,、网络互联设备,中继器（,Hub,）、,网桥（,Switcher,）、路由器、网关。,LAN,WAN,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,（,1,）网桥,-Bridge,网桥,工作在,数据链路层,的存贮转发设备，准确讲是工作在,MAC,子层,上。被连接的网络系统具有相同的逻辑链路控制规程（,LLC,），媒体访问控制（,MAC,）协议可以不同。通过连接相互独立的站点扩大网络的最大传输距离。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,网桥基本功能,源地址跟踪,自动建立所能发现相连站点的,MAC,地址数据库,帧转发和过滤,自动存贮接收来的帧，通过查询地址表寻址，转发到目标地址。过滤与源地址同,LAN,的帧、拒绝特定地址帧的转发（网络管理模块设定）、协议过滤,生成树协议,任何两个,LAN,之间仅有一条逻辑路径；避免扩展,LAN,的逻辑拓扑结构产生回路,协议转换,将要传输的帧转换成目的网络的帧格式后再转发,分帧和重组,如,FDDI,最大帧长度,4500Byte,，,IEEE802.3,以太网最大帧长度,1518Byte,，网桥在,FDDI,和以太网之间转发帧时，要进行帧分割和重组,管理功能,对扩展网络状态进行监视，统计转发、丢失帧,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,网桥分类,透明网桥（,Transparent Bridge,）,自动建立所能发现相连站点的,MAC,地址数据库,源路由网桥（,Source Routing Bridge,）,令牌环网桥，,根据信息包里包含的路由信息,(Routing Information),来传送信息。源站首先通过向全网广播一个,探测数据包,获取所经过网段和网桥的路由信息，然后发送附带路由信息的数据包。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,源路由网桥工作原理图,将探测包沿原路返回,探测包,探测包到站,B,路径,网桥,2 1,网桥,3 2,网桥,4 3,网桥,1,网桥,2,网桥,3,网桥,4,A,B,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,（,2,）路由器,-Router,路由器,完成,OSI,参考模型网络层（第三层）的中继。,路由器作用：,将两个或更多个逻辑上相互独立的子网（,Subnet,）连接起来，每个网络都有自己唯一的网络地址（,Network Address,），路由器具有判断网络地址和选择路由功能，是,LAN,中的,“默认网关”，,WAN,接入设备,。,可以在速度不同、介质不同的网络间进行数据转换，在两个,LAN,间按帧传输数据。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,3COM,路由器,最 高 速 率 支 持,E1,Flex WAN,接 口,内 部 时 钟,可 选 模 块 插 槽,路由器工作,依赖于协议,，在它们使用某种协议进行数据的转发时，它们必须被,设计或配置,成为能够识别该种协议。,返回,3COM OfficeConnect NETBuilder 11x,系 列路由器,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,路由表,Routing Table,路由表,保存本地网络地址到,MAC,地址映射表、路由器标志符与子网地址映射表、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等信息。路由表根据路由通信协议定时更新或按变化情况更新。,静态路由表,在系统安装时就根据网络配置情况，由,系统管理员预先设定,好的路由表。,动态路由表,路由器根据路由协议,(Routing Protocol),提供的功能，,自动学习和记忆网络运行情况,，建立并能自动调整的路由表。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,动态路由表方式,距离矢量法（,DV,）,路由器,周期性地收集,来自别的路由器的,间接资料,建立自己的路由信息表，同时将自己的路由表传递给下一台路由器。每台路由器收到路由变化信息后要更新自身的路由表。,存在无穷计数（,Count-to-Infinity),和增加网络负载问题。仅支持,16,台,以下路由器的网络。,连接状态法（,LV,）,路由器通过获得网上所有路由器的,直接路由资料,在本机内结合成一张完整的路由表。每台路由器向全网广播自己的直接路由资料。,支持路由器达,65535,台,网络。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,连接状态法路由计算原理图,A1,B1,网,A,网,B,网,C,网,D,路由器,1,路由器,3,路由器,2,A1,B1,B1,C1,C1,D1,A1,B1,B1,C1,C1,D1,A 3,B 2,C 1,D 1,路由计算,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,路由选择,路由选择准则：,Hop,数,数据必须经过的中间路由器台数，愈少愈好。,Tick,数,数据传输到目的站所需时间,(1Tick=1/18.2s),愈短愈好。,其他如,收费最短标准,等。,路由选择,路由器按照路由通信协议，查找路由表（包含整个互联网络各节点及节点间的路径情况和相联系的传输费用），基于预先确定的路由选择准则选择最优的路径。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,路由器主要性能参数,路由器主要性能参数：,吞吐量、时延、支持的路由协议、网络协议和管理平台、支持,LAN,接口类型和服务类型。,标准路由协议,IGRP,、,RIP,（小型网）、,OSPF,。,NAT,网络地址转换，,将一个,Internet,唯一地址转换为多个专用网络地址（私有网络地址），连接,Internet,的路由器和边界路由器选用。,VRRP,虚拟路由器冗余协议。,VPN,虚拟专用网。通过加密技术，在公共服务线路中形成一条专用线路，为,Internet,连接提供安全性和保密性。,DHCP,动态主机配置协议。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,（,3,）网关,-Gateway,网关,实现,OSI,参考模型,网络层及以上各层,协议的转换。,网关作用与应用：,实现异构网（不同体系,LAN,、,WAN,网）互联。,网关只能针对特定应用，不可能有通用网关。,网关可以采用硬件实现也可以采用软件实现。,常见网关设备都是用于网络中心的大型计算机系统之间的连接上，为普通用户访问更多类型的大型计算机系统提供帮助。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,主要网关协议,网关,网关协议（,GGPGateway-to-Gateway Protocol,），主要进行路由选择信息交换。,外部网关协议（,EGPExterior Gateway Protocol,），用于两个自治系统（,LAN,）之间路由选择信息交换。自治系统采用,EGP,向,GGP,通报内部路径。,内部网关协议，即路由信息协议（,RIPRouting Information Protocol,）。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,网关结构,直接转换,双边网关。若一个网关连接,N,个不同网络，网关中包含,N,（,N-1,）个协议转换子模块。,间接网关,半网关，每个网络所有者管理半个网关。若网关连接,N,个网络，网关中需要,2N,个协议转换模块。,网,A,网,A ,网间协议,网间协议,网,B,网,A,网间协议网间协议,网,B,网,B,网,A,网,A,协议网,B,协议,网,A,协议网,B,协议,网,B,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,网关实现网络互联层次,网络层实现互联,WAN,与,WAN,互联，网关处理互联网中网络层、数据链路层和物理层协议的转换。,应用层实现互联,连接多个终端的终端控制器,PAD,，本质上网关执行两套（或多套）完整协议。,传输层实现互联,LAN,与,WAN,互联，网关具有将,LAN,传输层及其下各层协议转换成,WAN,传输层及其下各层的协议的功能。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,分析与思考题,1,1.,画出,OSI 7,层模型的方框图，在每一层上标出层名和数字。在每层的右边简短的描述该层的功能。在每层的左边列出和该层操作很接近的网络互连设备。如果一个设备跨越了好几层,(,例如一个网关,),，标出它所跨的层 。,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,分析与思考题,2,2.,在下表中添上缺少的信息，包括中继器、集线器、交换机、网桥、路由器和网关。,OSI,层,层的功能,信息单元,地址类型,网络互连设备,应用层,提供用户功能,程序,表示层,提供字符表示，数据压缩和安全性,字符和单词,会话层,建立，执行和结束会话,运输层,在应用程序进程之间传递消息,消息,应用程序进程地址（端口）,网络层,通过网络发送单个帧,数据包,（数据报）,网络地址,数据链路层,将帧发往目的结点,帧,网卡地址（硬件地址）,物理层,通过物理介质发送信号，表示比特,比特,Hong Chen March,2014,Department of Building Services Engineering,