网络设备及原理 • 网卡 • HUB/中继器 • 网桥 • 交换机 • 路由器 • 网关 张 震 zzcoolboy@gmail.com 网络设备的常用表示图标 中继器和集线器Hub Hub 网桥Bridge 路由器Router 网关Gateway 交换机Switch 1、网卡的主要功能 之间通信的关键部件 • 网卡主要实现的是MAC层的功能但也有一些物理层的功能 • 网卡的主要功能  编码和解码物理层的功能负责比特流的曼彻斯特编码与译码 、数据的封装和解封  向网络上发送数据 并 => 串  从网络上接收数据 串 => 并  查看目标地址  数据流控制 • 网卡又称为网络适配器或通信适配器是实现工作站 2、网络地址一 使它和网络上所有别的计算机区别开。 • 每块网卡都有自己唯一的标识硬件地址MAC Address全球范围内唯一。 • 制造商将第一个网卡的地址固化在芯片上这样每一个网卡也就是网络上每台计算机都具有了唯一的地址。 • 除了发送数据网卡也必须向络表明自己的位置和地位 3、网络地址二 在微软的Windows操作系统中使用 IPCONFIG/ALL 就可以看到网卡的详细信息在其中会看到网卡的硬件地址。 •如何查看网卡的地址 • HUB / 中继器 HUB HUB PC01 当 PC01 给 PC02 发数据包的时候 PC05不能 给 PC06 发数据包。 该网络的逻辑结构 PC02 PC05 PC06 •共享式网络 带宽共享 HUB 网桥是工作在OSI 模型的第二层在多个使用相同的通信协议的网络段之间传输数据包的设备。 • 工作在OSI 模型的第二层——数据链路层。 • 根据数据包包头中目标网卡的MAC地址硬件地址转发数据包。 • 可以隔离交通用于网络分段。 • 无条件的专发广播帧不能隔断三层广播。 • 有源网卡的MAC 地址建立路由表。 • 网桥只能同时转发一路信号。 网桥一 HUB HUB PC01 PC02 PC05 PC06 网桥 网桥二 可以看懂数据包的包头 不转发返回 1、PC01 给 PC02 发送数据包 数据包 1 2 不转发返回 •当信号通过网桥时网桥内部有一张表记录各个端口这内有哪些网卡并且通过肉卡的MAC 地址记住网卡。 Port 1 Port 2 Port 3 MAC5 MAC6 MAC1 MAC2 MAC3 端口号 网关的MAC地址 网桥三 1、PC01 给 PC05 发送数据包 HUB HUB PC01 PC02 数据包 PC05 PC06 网桥 可以看懂数据包的包头 1 5 网桥四 •如果网桥识别出目的地址同发送该数据包给该地址。如果没有识别出目的地址则将数据包发送给所有的段。达到了PC01 和PC02 通信的时候 PC05 和PC06 也能通信的目的。 通过网桥进行数据包的隔离实现了网络的分段也叫做网络的划分。 •HUB HUB PC01 PC02 PC05 PC06 网桥 网桥五 ••当网桥收到的数据包是广播帧它将转发到各个端口上去。 数据包不停的循环转发开成网络风暴这样会存在问题。 HUB HUB HUB 数据包转发 HUB HUB 广播帧转发 网桥 •网桥会无条件的转发广播帧形成广播风暴网桥不可以连成环。 网桥六 • 网桥是如何工作的 1. 网桥是工作在OSI 模型的第二层能看懂第二层的包头根据包头的目标地址网卡的MAC 地址决定如何转发数据包。 2. 见到数据包的MAC 地址在相应的端口上将数据包转到相应的端口上去。 3. 如果网桥接受的是广播帧它将无条件的转发到所有端口。 4. 如果网格从数据包上找不到该端口的地址它会将数据包转发到所有端口上去。 网桥七 HUB HUB 网桥 • 网桥通过查看数据包的源地址自动生成相应的表。 网桥八 交换机一 • 交换机可以看网桥在局域网应用的一个升级版 • 交换机的特点 1、整体速度快 ASICApplication Specific Integrated Circuit特殊用途集成电路。应用 ASIC 技术在硬件上实现了数据包的转发从而以更快而且更有效的方式使数据帧直接穿过多个分段。——线速级的转发。 2、实现多路同时转发 交换机就是多个网桥叠加在一起。这样交换机就象一个立交桥可以实现多路转发。 一 、 交换机的概念 •LAN交换机用于多个LAN网段的相互连接它在网络设备之间进行专用的无冲突的通讯同时支持多个设备之间的对话。 •只有几个用户数的网段称为微型网段微型网段允许建立专用网段即每个网段只有一个用户每个用户立即对整个带宽访问不会发生冲突。 •LAN 交换机属第二层设备用于终端设备接收和解决带宽问题。 •最近LAN交换机涉及到OSI的多层具有处理高带宽应用得协议。 交换机二 二 、VLAN交换工作原理 一、LAN交换机在功能上类似透明桥 1、当交换机通电时它们通过分析所有相邻网络的输入帧源地址获取网络拓扑结构。如交换机从链路1上接收到一个来自主机A的帧则该交换机推断可通过网络连接链路1访问主机A。通过这种处理建立一个表。 14 13 12 网络号 主机地址 1 2 3 2、交换机以该表为基础进行通信。当交换机的某接口收到一个信息帧时交换机在内部表中查看该帧得目的地址。如表中包含目的地址则该帧被发送到指定的端口。 3、如果未发现任何关联则该帧采用广播法发往除输入端口以外的所有端口。 二、LAN交换机除具有拓扑结构、转发和过滤功能外还具有独特等新功能设备间的特定通信、多个并发会话、全双工通信等功能。 交换机三 三 、 LAN 交换转发 LAN 交换机主要有两种转发方式 • 存储转发(store-and-forward ) LAN 交换机将整个帧拷贝到入站缓冲区并由计算机执行循环冗余校验(CRC)如果出现CRC错误或该帧是小帧(包括CRC小于64字节)/ 大帧(包括CRC小于1518字节)/则丢弃该帧如果帧没有任何错误LAN交换机在转发或交换时寻找目的地址确定外出接口然后将帧转发到目的地址。 • 直通(cut-through) LAN 交换机仅将目的地址(跟在序号后的6个字节)拷贝到入站缓冲区然后在交换表中寻找目的地址 确定外出接口 将帧转发到目的地。直通方式交换一旦读到目的地址并确定出站接口就开始转发因而减少了等待时间。 有些交换可以先将每个端口配置为直通交换方式当到达用户定义的出错限制时将自动改变到存储转发方式。一旦错率降到限制以下端口自动转回到直通交换模式。 交换机四 第2层交换与第3层交换 交换表 Input Output Frame L2 Switch Frame Input Output Frame Packet L3 Switch Frame Packet 路由表 L2: L3: Packet 交换机五 学习本章的目的: 路由器一 •理解路由器的概念。 •理解路由器的功能、作用 。 •路由器的结构与组成 一、路由器概念 •路由器---互连网络的枢纽 •路由器工作在下三层协议中其中最高层为网 络层如TCP/IP的IP层或SPX/IPX的IPX层。关 键地位是因为它 处于网络层 •路由器具有很强的异种网互联能力互联的两个 物理网络其最低二层协议可互不相同通过路由 器第三层得到统一 •CISCO路由器均是多协议路由器能同时支持多种不同的网络层协议(IP、IPX、APPLETALK)并可以“使能”或“禁止”某些特定协议。 路由器二 二、路由器基本功能、作用一 • 路由器的一个基本功能是连接多个独立的网络或 子网 • 适用场合 局域网-到-局域网连接 局域网-到-广域网连接 远程接入 LAN 1 LAN 2 LAN 3 路由器三 三、路由器基本功能、作用(二) ••送。 ••••••••路由器四 工作在OSI 模型的第三层 根据目标网络号Net ID做数据帧的转发包括数据报的寻径和传是对一组机器做的路由 子网隔离抑制广播风暴防止广播风暴Broadcast Storm 路由与非路由协议路由机制路由表和网络号 维护路由表并与其它路由器交换路由信息静态和动态 不做协议的翻译 在可路由的不同网段之间转发数据帧 IP 数据报的差错处理及简单的拥塞控制。 实现对 IP 数据报表的过滤、记帐 四、路由器基本功能、作用(三) • 对于不同规模网络路由器作用的侧重点有所不 同 主干网 地区网 地区网 园区网 园区网 • 主干网路由选择主干网上的路由器必须知道 到达所有下层网络的路径这需要维护庞大的路 由表并对连接状态变化作出尽可能迅速的反应 树型体系的互联 路由器五 五、路由器基本功能、作用(四) • 地区网路由器主要作用是网络连接和路由选择 即连接下层各个基层网络单位园区网同时负责 下层网络之间的数据转发。 • 园区网路由器主要作用是分隔子网各个子网在 逻辑上独立而路由器是唯一能够分隔它们的设备 它负责子网之间报文转发和广播隔离同时在边 界上的路由器与上层网络连接。 路由器六 • IP地址相当于家庭电话MAC地址相当于身份证号。 IP NetWork ID Host ID ••网络号 NetWork ID对网络地标识。 主机号 Host ID是个人机器号。 IP是地址200.200.200.10 子网掩吗255.255.255.0 路由器七 路由器 HUB/交换机 HUB/交换机 六、中路由器是如何工作的 1. 在网络上由主机发送数据包数据包通过网线传到路由器上。 2. 路由器检查数据包的报头。报头中包含目标网的 IP 和源网卡的 IP 地址。 3. 路由器读出目标地址并且读出目标地址中的网络号根据网络号进行路由的选择。 路由器八 ••路由器相当由邮局按照网络号分发数据包 路由器转发数据包的依据不是具体网卡的 MAC 地址而是这些机器的共同地址即网络号。 路由器 HUB HUB 200.200.200. X 路由器九 • 路由器可以隔离广播。路由器见到广播帧后简单的丢掉所以路由器是可以成环的。 网络A 网络B 网络D 网络C • 路由器可以选择一条通路来进行数据传输。 Router Router Router Router 路由器十 • 可路由的协议TCP / IP IPX / SPX • 不可路由的协议NetBEUI 不可路由的协议只能识别主机号如主机NetBIOS名称不能识别“网络号主机号”的结构。 路由器十一 • 路由表 • 路由表Routing Table结合目标网络号决定数据包如何转发。 TCP / IP IPX / SPX • 路由器本身不做协议的翻译做的是在可路由协议的不同网段之间转发数据帧的工作。 Router Hub NetBEUI Hub NetBEUI Hub NetBEUI Hub NetBEUI Bridge 路由器十二 Hub IP •器识别网段HUB连接的第三层的网络号是不同的。 Hub IP Hub IP •Hub IP Bridge Router 用路由器连接该网络路由用网桥连接该网络网桥识别网卡HUB连接的两组主机网络号相同。 路由器十三 Console Auxiliary Interfaces RAM NVRAM Flash ROM 外部端口类型的数量(同步、异步、ATM、以太接口等) 路由器十四 内部结构元件 Bootstrap Program Executes Internetwork Operating System Command Executive Programs Active File Configuration Tables Buffers 路由器RAM(内存) 储存当前运行内容 路由器十五 Router> 用户执行状态 只限于路由器的某一些有限的 权限登陆到机器时的缺省状态 Router# 特权执行状态 有检查配置调试等所有权限 通过enble可进入此状态 初始配置状态 以对话的方式来创建一个基 本配置才出厂的机器或删 了startup-config的机器开机 后自动进入或手动用setup 命令进入 Router(config)# 全局配置状态 在特权执行态输入config terminal则进入该态 其它的配置状态 在全局配置状态输入相应的 命令时进入 Router(config-mode)# 开机后60秒内按ctrl-break 则进入该态,在机器不能正 常自动引导时进行手动引 导 > RXBOOT状态 路由器模式 路由器十六 RAM Internetwork Operating System Programs Tables and Buffers Active File Configuration Backup Configuration File Operating Systems I n t e r f a c e s Router# show version Router# show version Flash Router# show processes CPU Router# show protocolsRouter# show processes CPU Router# show protocols Router# show mem Router# show stacks Router# show buffers Router# show mem Router# show stacks Router# show buffers Router# show flash Router# show flash Router# show running config Router# write termRouter# show running-config Router# write term Router# show startup config Router# show configRouter# show startup-config Router# show config NVRAM Router# show interfaces Router# show interfaces 路由器状态命令 路由器十七 控制台端口(console) 辅助口(Aux) 接口(Interfaces) 虚拟终端 vty 0-4 TFTP Server 网管工作站 •配置信息可以来自多种方式 路由器十八 第 3 层交换和路由的比较 路由器 多协议 多种接口类型 全部路由协议 完善的 QoS 完善的 ACL 10/100/1000 以太网 IP/IPX 全部路由协议 简单的 QoS 简单的 ACL 3 层交换 路由器十八 网关一 Ethernet Token 网关Gateway 网关允许在不同体系结构中和环境之间进行通信 • 协议的翻译 但翻译没有通用性 针对于特定的任务的网关 ——Windows 2000 Unix ——TCP / IPX IPX / SPX ——Ethernet Token Ring 本身在第四层但大多数据应用在第七层。 ••Win2000 SMB Unix 网关 NFS 网关二