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网络工程设计与应用 第3章 计算机网络设备 清华大学出版社 ISBN 978-7-302-26755-3 网络工程设计与应用 传输介质和连接器 • 传输介质 • 连接器 • 直通线、交叉线和全反线 网络工程设计与应用 传输介质 • 传输介质有两大类： –有线传输介质和无线传输介质 • 有线传输介质有： –双绞线；同轴电缆；光缆。 • 常用的无线传输介质有： –无线电；红外线；微波；激光。 网络工程设计与应用 UTP-5非屏蔽双绞线 • 非屏蔽双绞线（UTP）集中多对双绞线，外面包 一层塑料增强保护层形成 • 价格便宜、安装方便。其特性阻抗为100Ω • 双绞线施工用到的组网工具有： – 压线钳、打线器、电缆测试仪等 网络工程设计与应用 光纤 • 光纤的纤芯采用高纯度的二氧化硅，并掺有少量的掺杂剂， 以提高纤芯的光折射率 • 光传输工作原理是：光纤通过特定角度射入光纤的光来工作 • 光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信 方式，起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机 网络工程设计与应用 光纤技术性能参数 网络工程设计与应用 连接器 • 连接器用于实现网络节点设备之间的连接，连接器的位置 在连接线的两端。 – 以端节点与访问节点之间的连接器为例 – 一般把端节点一侧的设备称为数据终端设备（DTE） – 访问节点一侧的设备称为数据电路端接设备（DCE） – DTE为插头（针），DEC为插座（孔） • 连接器的机械尺寸和线序的排列是有规则的，属于物理层 协议 网络工程设计与应用 RJ45连接器的线序排列 • 遵循EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B标准 • 标准规定的线序必须严格遵守，UTP-5使用时选择 橙和绿两个线对，原因有两个 – 一是开放性要求，二是每根线的材质不一样 网络工程设计与应用 光纤有3种连接器 • 光纤的连接是一种对接耦 合式连接 – 1、ST型连接器 – 2、SC型连接器 – 3、FC型连接器 网络工程设计与应用 网络中常用的连接器和接口名称 网络工程设计与应用 直通线、交叉线和全反线 • 直通线用于异种设备之间的连接 • 交叉线用于同种设备之间的连接 • 全反线计算机连接网络设备的控制口 网络工程设计与应用 网络适配器 • 网络适配器的用途 • 网络适配器的连接 网络工程设计与应用 网络适配器的用途 • 网络适配器也称为网卡 • 提供网络中计算机主机与网络传输系统之间 的网络接口 • 按有无物理上的通信线缆分类，分为有线网 卡和无线网卡 网络工程设计与应用 网络适配器的连接 • 从CPU的观点来看，网卡同任何I/O控制器设备是一 样的 • 可以把网络环境看成是计算机的外部设备，网卡就 是I/O适配器 网络工程设计与应用 调制解调器 • 调制解调器的作用 • Modem的标准和分类 • Modem的基本功能 网络工程设计与应用 调制解调器的作用 • 调制解调器(Modem)属于DCE，是一种信号 变换设备 • 调制解调器是属于通信子网的设备，但是位 置通常在用户一侧 • 调制解调器用来把计算机设备输出的数字信 号变换成模拟信号 网络工程设计与应用 Modem的标准和分类 • Modem的调制方式和数据传输率的标准由国际电 信联盟(ITU)制订 • Modem的主要分类方法有： – 1、按通信设备 – 2、按数据传输方式 – 3、按通信方式(数据传输方向) – 4、按照Modem支持的物理接口 – 5、按Modem安装的位置 网络工程设计与应用 Modem的基本功能 • 1、提供双向同时通信方式； • 2、自动拨号和应答，安全可靠回呼； • 3、自动线路质量检测、自动协商速率； • 4、自动呼叫监视、呼叫等待和自动重拨； • 5、支持常用的文件传输协议； • 6、具有存储电话号码、自动故障诊断、声光指示 等； • 7、支持与Hayes AT命令集兼容，可以进行编程控 制； • 8、可用于普通电话线路或专线； • 9、具有差错控制、数据压缩和传真功能。 网络工程设计与应用 网桥 • 网桥的功用 • 网桥的工作原理 网络工程设计与应用 网桥的功用 • 网桥是在数据链路层实现网络互连的网络互 连设备 • 网桥被广泛用于异种局域网的互连 • 网桥的特点是： –具有过滤功能，减少网络拥塞 –网桥扩展了LAN的有效长度 –防止错误扩散，网桥隔断了某些潜在的网络故障 网络工程设计与应用 网桥的工作原理 • 网桥具有自学习功能，网桥采用逆向学习的方法获 得路径信息 • 透明网桥能够一边转发帧，一边通过学习建立起端 口和网络地址的对照表 • 网桥的操作过程是： – 侦听每个端口上是否有帧到达； – 保存到达帧的源MAC地址以及接收它的端口号到站表缓 冲区； – 查看接收到的每个帧的目的MAC地址，若站缓冲区中无 此地址，广播MAC地址，转发该帧到所有其它端口，若 站缓冲区中存在该MAC地址，则转发到相应端口，若源 MAC地址和目的MAC地址所对应的端口相同，则将该帧 丢弃 网络工程设计与应用 路由器 • 路由器的作用 • 路由器的结构 • 路由器的工作原理 网络工程设计与应用 路由器的作用 • 路由器(Router)是在网络层实现互连的网络设备 • 路由器通过IP分组中的IP地址标识，查找路由表中 的表项，确定如何转发IP分组 网络工程设计与应用 路由器的结构 • 路由器由输入端口、交换结构、选路处理器（路 由选择模块）、输出端口组成 • 路由器的交换结构有三种交换方式： – 1、经内存交换、2、经一根总线交换 、3、经一个互 联网络交换 网络工程设计与应用 路由器的工作原理 • 路由器可以根据网络层的协议类型、网络号、主机 的网络地址、子网掩码、高层协议的类型等来监控、 拦截和过滤信息 • 路由器通过IP地址和子网掩码的组合区分各个子网 • 路由器还有流量控制能力，可以采用优化的路由算 法均衡网络负载 • 路由器也需要操作系统才能进行网络系统配置 – 路由器的主要技术指标 – 路由器类型指标 – 路由器的性能指标 网络工程设计与应用 交换机 • 交换机概述 • 交换机的工作原理 • 交换机的工作方式 • 交换机的分类 • 以太网交换机 • 交换机的级联和堆叠 • 多层交换的概念 • 局域网采用三层交换技术 • 三层交换与传统路由器的比较 网络工程设计与应用 交换机概述 • 交换机（switch）是一个多端口的网桥，交换机是 一种组网设备 网络工程设计与应用 交换机的重要特性 • 交换机的重要特性主要包括： – 1、MAC地址表的大小； – 2、端口的自适应能力； – 3、模块的热插拔； – 4、端口限速； – 5、背板总线带宽； – 6、转发速率； – 7、端口聚合。 网络工程设计与应用 交换机的工作原理 • 交换机从源端口读取帧，依据帧的目的MAC地址， 通过MAC地址（转发）表，将帧交换到目的端口 • 交换机采用“逆向学习”获得地址表的信息 网络工程设计与应用 交换机的工作方式 • 交换机的交换方式有三种： –存储转发； –直通； –碎片丢弃 网络工程设计与应用 交换机的分类 • 根据物理结构可分为： –独立式； –堆叠式； –模块化 网络工程设计与应用 以太网交换机 • 以太网交换机用来构建以太网 • 以太网交换机依据在组网中位置和作用的不 同，分为 –核心层交换机、汇聚层交换机和接入层交换机 –管理接口用于对交换机进行配置和控制管理 –交换机支持VLAN，初始时，交换机的所有端口 均属于VLAN 1 网络工程设计与应用 多层交换的概念 • 一个想法是使交换机既保持交换的高性能， 又具有路由能力，这种思想导致了三层路由 交换机的出现 • 三层交换机能够实现路由器的全部功能，是 Intranet的主要组网设备 网络工程设计与应用 局域网采用三层交换技术 • 局域网采用的三层交换技术主要有两种： –下一跳解析协议；NetFlow交换 网络工程设计与应用 • 其原理是：假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交 换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址 与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。 若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。 若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信， 发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包，而“ 缺省网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当 发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时， 如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC 地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块 根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请 求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存 此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层 交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向B发送的数据 包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。由于仅仅 在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交 换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速 度，同时比相同路由器的价格低很多。 网络工程设计与应用 三层交换与传统路由器的比较 网络工程设计与应用 网络服务器主机 • 服务器主机基本概念 • 服务器主机和集群技术 网络工程设计与应用 服务器主机基本概念 • 服务器是软件的概念 • 人们通常讲的服务器其实是装有服务器软件 的主机 • 服务器的类型可以依据4方面进行划分 • 可靠性通常采用冗余技术，冗余技术是一种 部件级的“热备概念” 网络工程设计与应用 服务器主机和集群技术 • 刀片式服务器是一种高可用、高密度的低成本服务 器平台，适合集群计算环境 • 每个刀片就是一块系统主板，刀片单元包含： – CPU、硬盘、内存、网络接口等器件， • 机箱为多个刀片单元提供共享的基础设施（如背板、 电源等） • 服务器主机均采用SMP（对称式多处理器）技术 – SMP指在一台计算机上汇集多个CPU，各CPU之间共享 内存系统及系统总线 • 服务器集群技术的主要特点