5.3網絡互聯網設備本節內容物理層互聯設備

數據鏈路層互聯設備

網絡層互聯設備

應用層互聯設備

物理層互聯設備-中繼器中繼器（RPrepeater）是連接網絡線路的一種裝置，常用于兩個網絡節點之間物理信號的雙向轉發工作。中繼器主要完成物理層的功能，負責在兩個節點的物理層上按位傳遞信息，完成信號的復制、調整和放大功能，以此來延長網絡的長度中繼器也可以完成不同媒體的轉接工作中繼器的特性中繼器僅作用于物理層。放大信號，補償信號衰減，支持遠距離的通信由于中繼器工作在物理層，在網絡之間實現的是物理層連接，因此中繼器只能連接相同的局域網。中繼器可以連接相同或不同傳輸媒體中繼器將多個獨立的物理網連接起來，組成一個大的物理網絡，擴大了局域網的物理范圍。中繼器的使用中繼器是擴充網絡距離的最簡單、最廉價的方法，但當負載增加時，性能急劇下降，所以只有網絡負載很輕和要求不嚴格的條件下才能使用。注意：（1）中繼器主要用于網絡段間的延伸，用中繼器連接的以太網不能形成回路。（2）必須遵守MAC（介質訪問控制）協議的定時特性，即不能用集中器將電纜無限的連接起來。物理層互聯設備-集線器集線器（Hub）工作于OSI參考模型的第一層物理層，以廣播模式工作。集線器內部采用了電器互連結構，可連接多個用戶結點，且每個結點都通過一條專用電纜和集線器連接，所以從某種意義上講，可以將集線器看作是多端口的中繼器。主要用于共享網絡。如下圖所示。集線器集線器的分類和特點

1)根據速度的不同，目前市面上用于小型局域網的HUB可分為10Mb/s、100Mb/s和10/100Mb/s自適應三個類型。

傳輸的內容不涉及語音、圖像，傳輸量相對較小時選擇10Mb/s。傳輸量相對較大時，且涉及多媒體的應用，應選擇100Mb/s或10/100Mb/s自適應集線器2)根據工作方式的不同，HUB可分為共享式HUB、堆疊共享式HUB以及切換式HUB三大類。

共享式Hub提供了所有連接點的站點間共享一個最大頻寬。共享式Hub不過濾或重新生成信號，所有與之相連的站點必須以同一速度工作（10Mbps或100Mbps）。所以共享式Hub比切換式Hub價格便宜。

集線器的分類和特點堆疊共享式Hub堆疊共享式Hub是共享式Hub中的一種，當它們級連在一起時，可看作是網中的一個大Hub。當6個8口的Hub級連在一起時，可以看作是1個48口的Hub。切換式Hub

一個切換式Hub重新生成每一個信號并在發送前過濾每一個包，而且只將其發送到目的地址。切換式Hub可以使10Mbps和100Mbps的站點用于同一網段中。用戶數目的擴展堆疊堆疊是解決單個集線器端口不足的一種方法，但堆疊的層數不能太多；可堆疊層數越多，說明集線器的穩定性越高，但用戶實際可享有的帶寬就越小。級聯級聯是在網絡中增加用戶數的另一種方法，但使用時有條件限制，即Hub必須提供可聯級的端口，此端口上常標有“Uplink”或“MDI”的字樣，與其他的Hub進行級聯。如果沒有提供專門的端口而必須級聯時，連接兩個集線器的雙絞線在制作時必須進行錯線（即使用交叉線連接）。優點集線器可擴充網絡的規模，即延伸網絡的距離和增加網絡的節點數目。集線器安裝極為簡單，幾乎不需要配置。缺點集線器限制了介質的極限距離。集線器沒有數據過濾的功能。集線器使用數量的限制。集線器互連網絡中的多個節點共享網絡集線器的帶寬。集線器不能控制廣播風暴。集線器Hub的品牌和價格目前提供集中器產品的公司也有多家，如Bay

Network、

Cabletron、

Chipcom、3Com、LANnet以及D-

Link

等。數據鏈路層互聯設備-網橋

網橋（Bridge）是一個局域網與另一個局域網之間建立連接的橋梁。網橋是屬于數據鏈路層的一種設備，它的作用是擴展網絡和通信手段，在各種傳輸介質中轉發數據信號，擴展網絡的距離，同時又有選擇地將有地址的信號從一個傳輸介質發送到另一個傳輸介質，并能有效地限制兩個介質系統中無關緊要的通信。

在數據鏈路層擴展局域網是使用網橋。網橋工作在數據鏈路層，它根據MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉發。網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉發到哪一個接口。在數據鏈路層擴展局域網網橋的內部結構站表接口管理軟件網橋協議實體緩存接口1接口2①②③網段B網段A1112①③⑤2②④⑥2站地址接口網橋網橋④⑤⑥接口1接口212網橋的功能緩存：網橋首先會對收到的數據幀進行緩存并處理過濾：判斷入幀的目標節點是否位于發送這個幀的網段中，如果是，網橋就不把幀轉發到網橋的其他端口轉發：如果幀的目標節點位于另一個網絡，網橋就將幀發往正確的網段擴散：如果在表中找不到目標地址，則按擴散的辦法將該數據發送給與該網橋連接的除發送該數據的網段外的所有網段。網橋的功能學習：每當幀經過網橋時，網橋首先在網橋表中查找幀的源MAC地址，如果該地址不在網橋表中，則將有該MAC地址及其所對應的網橋端口信息加入數據幀要去往的目標MAC地址使用的網橋端口MACA端口3MACB端口2MACC端口1過濾通信量。擴大了物理范圍。提高了可靠性。(故障只影響個別網段)可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網）的局域網。使用網橋帶來的好處網橋的分類

（1）按網橋硬件所處的位置分類網橋按照其硬件所處的位置可以分為內部網橋和外部網橋兩種。在服務器內部安裝、使用兩塊網卡加上相應的軟件就可以組成內部網橋；而外部網橋一般為專用的硬件設備。（2）按網橋分布的地理范圍分類網橋按照分布的地理范圍，可以分為近程網橋和遠程網橋

交換機(Switch)：是更先進的網橋,具備網橋的所有功能外，還通過在節點或虛電路間創建臨時邏輯連接，使得整個網絡的帶寬得到最大化的利用。通過交換機連接的網段內的每個節點，都可以使用網絡上的全部帶寬來進行通信，而不是各個節點共享帶寬。網絡層互聯設備交換機交換機交換機的工作原理

交換機又稱為交換式集線器

,它不僅具備了集線器的功能，可以同時連接多個網絡區段，但是在功能上又類似于網橋，可以對數據進行過濾，同時它還可以在多個端口間同時對話．發送和接收數據各不影響。它會記憶哪個地址接在哪個端口上，并決定將數據包送往何處，而不會送到其它不相關的端口.以太網交換機工作原理示意圖三種交換技術三種交換技術知識

在這筆者對三種交換技術知識進行一個詳細說明：

1)端口交換

端口交換技術最早出現在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條以太網段（每條網段為一個廣播域），不用網橋或路由連接，網絡之間是互不相通的。根據支持的程度，端口交換還可細分為：

·模塊交換：將整個模塊進行網段遷移。

端口組交換：通常模塊上的端口被劃分為若干組，每組端口允許進行網段遷移。

·端口級交換：支持每個端口在不同網段之間進行遷移。這種交換技術是基于OSI第一層上完成的，具有靈活性和負載平衡能力等優點。如果配置得當，那么還可以在一定程度進行客錯，但沒有改變共享傳輸介質的特點，自而未能稱之為真正的交換。

三種交換技術

2）幀交換

幀交換是目前應用最廣的局域網交換技術，它通過對傳統傳輸媒介進行微分段，提供并行傳送的機制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來講每個公司的產品的實現技術均會有差異，但對網絡幀的處理方式一般有以下幾種：

直通交換：提供線速處理能力，交換機只讀出網絡幀的前14個字節，便將網絡幀傳送到相應的端口上。

三種交換技術存儲轉發：通過對網絡幀的讀取進行驗錯和控制。

前一種方法的交換速度非常快，但缺乏對網絡幀進行更高級的控制，缺乏智能性和安全性，同時也無法支持具有不同速率的端口的交換。因此，各廠商把后一種技術作為重點。

三種交換技術

3）信元交換

ATM技術代表了網絡和通訊技術發展的未來方向，也是解決目前網絡通信中眾多難題的一劑“良藥”，ATM采用固定長度53個字節的信元交換。由于長度固定，因而便于用硬件實現。ATM采用專用的非差別連接，并行運行，可以通過一個交換機同時建立多個節點，但并不會影響每個節點之間的通信能力。三種交換技術集線器與交換機的區別從OSI體系結構來看，集線器屬于OSI的第一層物理層設備，而交換機屬于OSI的第二層數據鏈路層設備。這就意味著集線器只是對數據的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對數據傳輸中的短幀、碎片等無法有效處理，不能保證數據傳輸的完整性和正確性；而交換機不但可以對數據的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片等。集線器與交換機的區別

從工作方式來看，集線器是一種廣播模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候其他所有端口都有名收聽到信息，容易產生廣播風暴。當網絡較大的時候網絡性能會受到很大的影響，那么用什么方法避免這種現象的發生呢？交換機就能夠起到這種作用，當交換相工作的時候只有發出請求的端口和目的端口之間相互響應而不影響其他端口，那么交換機就能夠隔離沖突域和有效地抑制廣播風暴的產生。集線器與交換機的區別從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都共享一條帶寬，在同一時刻只能有兩個端口傳送數據，其他端口只能等待；同時集線器只能工作在半雙工模式下。而對于交換機而言，每個端口都有一條獨占的帶寬，當兩個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機不但可以工作在半雙工模式下也可以工作在全雙工模式下。網絡層互聯設備-路由器

路由器（Router）是工作在OSI第三層（網絡層）上的互連設備，如下圖所示。它可以連接不同傳輸速率并運行于各種環境的局域網和廣域網。因為路由器的互連功能更強，因而能獲得更多的信息，為到來的數據分組找到最佳路徑。路由器與網絡協議有關，利用互連網絡協議，可以為網絡管理員提供整個網絡的信息，以便管理網絡。什么是路由選擇一個將數據包發往某個目標網段或主機的路徑就是路由的過程。用戶產生的數據流比如文件，視頻流，電子郵件等等應用被從一個邏輯的源轉發到一個邏輯的目的地。用來表示邏輯源和邏輯目的地的是IP地址，因此我們認為路由的過程是將不同IP地址網段的IP包進行轉發。那么實現這一功能的設備我們稱之為路由器。172.16.1.010.1.1.0路由器的功能在網絡間截獲發送到遠地網段的報文，起轉發的作用。選擇最合理的路由，引導通信。按照預定的規則把大的數據包分解成適當大小的數據包，到達目的地后再把分解的數據包包裝成原有形式。多協議的路由器可以連接使用不同通信協議的網絡段，作為不同通信協議網絡段通信連接的平臺。路由器的主要任務是把通信引導到目的地網絡，然后到達特定的節點站地址。路由表的作用路由器就像網絡中的向導一樣，當IP包來到路由器后有一個很重要的任務就是查看該路由器是否知道這個IP數據包要去的目的地。路由器采用自動學習，依靠路由協議學習或網絡管理員手動配置等方式獲得IP數據包要去往的目的地信息。路由器將這些信息形成“檔案”有選擇的存放在路由表中，以便提供路由服務。路由表Packet路由器的優缺點

優點可以合理、智能地選擇最佳路徑.路由器也可以作為網橋，以處理不可路由的協議.在各個網絡和不同傳輸介質之間提供網絡互連.使用路由器可使互連網絡保持自己的管理控制范圍，保證網絡的安全。缺點使用較多的時間進行處理，致使網絡傳輸性能下降安裝和維護困難，價格較高路由器連接網絡時，需要它們在網絡層以上的各層采用相兼容的協議。應用層互聯設備

–網關在一個計算機網絡中，當連接不同類型而協議差別又較大的網絡時，則要選用網關設備。網關的功能體現在OSI模型的最高層，它將協議進行轉換，將數據重新分組，以便在兩個不同類型的網絡系統之間進行通信。由于協議轉換是一件復雜的事，一般來說，網關只進行一對一轉換，或是少數幾種特定應用協議的轉換，網關很難實現通用的協議轉換。用于網關轉換的應用協議有電子郵件、文件傳輸和遠程工作站登錄等。互連設備互連層次適用場合功能優點缺點中繼器物理層互連相同LAN的多個網段信號放大延長信號傳輸距離互連簡單費用低基本無延遲互連規模