第2章 网络设备和综合布线

一 局域网的主要特点 1.覆盖有限的地理范围 2.传输速率高（通常在10Mb/s~1000Mb/s之间） 3.误码率低（通常低于10-8） 一 局域网的主要特点 1.覆盖有限的地理范围 2.传输速率高（通常在10Mb/s~1000Mb/s之间） 3.误码率低（通常低于10-8） 4.单位自己建设和拥有，易于维护和管理 5.主要技术要素 拓扑结构 传输介质 介质访问控制方法

二 局域网的拓扑结构 1. 总线型拓扑结构 2. 环形拓扑结构 3. 星形拓扑结构 ……

（1）所有节点都连接到一条作为公共传输介质的总线上信息的传输以“共享介质”方式进行。 物理上的星型，逻辑上的总线结构。 1. 总线型拓扑结构 （1）所有节点都连接到一条作为公共传输介质的总线上信息的传输以“共享介质”方式进行。 物理上的星型，逻辑上的总线结构。

（2）总线型的优越性 一个节点失效不影响其他节点的工作 节点的增删不影响全网的运行 结构简单 接入灵活 扩展容易 可靠性高

（1）特点： 以共享介质方式进行数据传输 每个节点都与两个相邻的节点相连 节点之间采用点到点的链路 网络中的所有节点构成一个闭合的环 2.环形拓扑结构 （1）特点： 以共享介质方式进行数据传输 每个节点都与两个相邻的节点相连 节点之间采用点到点的链路 网络中的所有节点构成一个闭合的环 环中的数据沿着一个方向绕环逐站传输

（2）环形的主要问题 环中某一位置的断开将导致整个网络瘫痪。

3.星形拓扑结构 （1）特点： 存在一个中心节点 每个节点通过点到点的链路与中心节点连接 所有通信都通过中心节点进行 交换局域网是一种典型的星形拓扑结构。 逻辑拓扑结构和物理拓扑结构的完全统一的。

1.传输介质作用 传输信号经过的各种物理环境 物理上将计算机相互连接起来的介质 2.传输介质的种类 （1）同轴电缆 三 局域网传输介质 1.传输介质作用 传输信号经过的各种物理环境 物理上将计算机相互连接起来的介质 2.传输介质的种类 （1）同轴电缆 （2）非屏蔽双绞线（UTP） （3）屏蔽双绞线（STP） （4）光缆

（1）同轴电缆

同轴电缆的特点 1.优点 传输距离较远，覆盖的地域范围较大 技术非常成熟 2.缺点 电缆硬，折曲困难，重量重 3.局域网常用同轴电缆 粗同轴电缆：特征阻抗50Ω，直径1cm 细同轴电缆：特征阻抗50Ω，直径0.5cm 4.同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线

（2）非屏蔽双绞线和RJ-45连接器

非屏蔽双绞线 1.优点 尺寸小、重量轻、容易弯曲 价格便宜 容易安装和维护 RJ-45连接器牢固、可靠 2.缺点 抗干扰能力较弱 传输距离比较短 UTP分为：3类线、4类线、5类线和超5类线 UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线

屏蔽双绞线 1.优点 传输质量较高 电缆尺寸和重量与UTP相当 2.缺点 安装不合适有可能引入外界干扰

（3）光缆

1.光缆的特点 (1)优点 传输速率高 传输距离远 传输损耗低 抗干扰能力强 (2)缺点 价格相对较高 安装比较困难 2.光纤的分类 多模光纤 单模光纤（质量比多模光纤好：快、量大、贵） 另外按照制作工艺分：跳变式（折射率为常数）、渐变式（折射率随光纤半径增大而减小） 3.光缆适合于楼宇内部的结构化布线

交换式以太网、交换机工作原理

一 共享式以太网存在的主要问题 1.覆盖的地理范围有限 以太网覆盖的地理范围随网络速度的增加而减小 2.网络总带宽容量固定 一 共享式以太网存在的主要问题 1.覆盖的地理范围有限 以太网覆盖的地理范围随网络速度的增加而减小 2.网络总带宽容量固定 以太网的固定带宽被网络中的所有节点共同拥有 节点增加，冲突概率增大，带宽浪费也越严重 3.不能支持多种速率 以太网的传输介质是共享的

所谓共享式以太网，指网络中的所有节点共享网络带宽，最典型的是HUB连接的以太网，比如说10兆的hub，总的带宽就是10兆，不管有多少个口都是共用这10兆带宽，所以10兆的hub实际每个端口都达不到10兆的带宽 交换式以太网是指采用了交换技术的以太网，连接设备就是交换机，总的带宽取决于交换机的背板带宽，比如说100兆的交换机，他的每个端口的带宽都是100兆，如果是全双工的带宽就是200兆。如果是24口的交换几，如果背板带宽能达到4.8G，那么这个这个交换机在24口都在使用的情况下，每个端口都能达到100兆的交换速率，那么这个交换机就能达到线速交换，低档的交换机一般背板带宽都不够，都不能达到线速交换。 另外2种模式还有个最重要的区别，就是hub在进行连接的时候是发送的广播信息，每个端口都收到信号，然后那个目的端口反馈信息，再进行数据的传送，如果，结点多了就会引发广播风暴，造成网络瘫痪，而交换机在第一次发送过广播后就记录下mac地址了，再发送数据就是端口对端口的了，速度就会比hub快很多，也不会引起广播风暴。

4.交换的提出 （1）共享以太网存在的问题的解决方法：分段 （2）何谓分段？ 将大型以太网分割成两个或多个小型以太网； 每个段使用CSMA/CD介质访问控制方法维持段内用户的通信； 段与段之间通过“交换”设备沟通； 交换设备在一段接收信息，经处理后转发给另一段。

5.利用集线器组成的大型共享式以太网

局域网交换机：工作于数据链路层，连接较为相似的网络 6. 交换设备的类型 1.交换设备有多种类型 2.常见的交换设备 局域网交换机：工作于数据链路层，连接较为相似的网络 路由器：工作于互联层，实现异型网络互联

7. 以太网交换机组网

（1）将一台计算机直接连到交换机端口；该计算机独享该端口提供的带宽。 （2）将一个网段连到交换机端口；该网段上的所有计算机共享该端口提供的带宽。

二 以太网交换机的工作过程

（1）直接交换 测到目的地址字段，立即转发 （2）存储转发交换 完整地接收整个数据，对数据进行差错检测 （3）改进的直接交换 1. 数据转发方式 （1）直接交换 测到目的地址字段，立即转发 （2）存储转发交换 完整地接收整个数据，对数据进行差错检测 （3）改进的直接交换 接收数据头部，判断头部字段是否正确

2. 地址学习

（1）建立端口/MAC地址映射表需要解决的问题 交换机怎样知道哪台计算机连接哪个端口； 交换机怎样维护地址映射表以保持其“新鲜”。 （2）地址学习 读取帧源地址并记录帧进入交换机的端口（节点只要发送信息，交换机就能建立该表项）； 利用计时器维护表项的“新鲜”性。

3. 通信过滤 （1）目的：隔离本地信息，避免不必要的数据流动。 （2）方法： 利用端口/MAC地址映射表和帧的目的地址决定是否转发或转发到何处。 如果地址表中不存在帧的目的地址，交换机则需要向除接收端口以外的所有端口转发。

通信过滤举例

三 生成树协议 1.交换机级联是否可以出现环路？ 集线器级联不能出现环路（无论是水平还是树型结构） 三 生成树协议 1.交换机级联是否可以出现环路？ 集线器级联不能出现环路（无论是水平还是树型结构） 交换机级联可以出现环路（交换机执行生成树协议） 2.生成树协议 通过实现生成树协议相互的交换信息 利用交换的信息将网络中的环路断开 逻辑上形成一种树形结构 按照逻辑结构转发信息

生成树协议举例

路由选择、路由表的建立与刷新

一 路由选择和路由器 路由器自治：各个路由器独立地对待每个IP数据报 路由器负责为每个IP数据报选择它所认为的最佳路径 1.路由选择 一 路由选择和路由器 1.路由选择 选择一条路径发送IP数据报的过程 2.路由器 进行路由选择的计算机 3.IP互联网 (1)IP互联网是由路由器将多个网络相互联接所组成的 (2)IP互联网采用面向非连接的互联网解决方案 路由器自治：各个路由器独立地对待每个IP数据报 路由器负责为每个IP数据报选择它所认为的最佳路径

4. 什么设备需要具备路由选择功能？ （1）路由器 （2）多宿主主机 （3）普通主机 主要任务就是路由选择 具有多个物理连接 发送IP数据报前，需要决定发送到哪个物理连接更好 （3）普通主机 具有单个物理连接 通过网络与多个路由器相连时，发送IP数据报前需要决定发送给哪个路由器更优

5. 表驱动IP选路的基本思想 （1）在需要路由选择的设备中保存一张IP路由表； （2）IP路由表存储着有关可能的目的地址及怎样到达目的地址的信息； （3）在转发IP数据报时，查询IP路由表，决定把数据报发往何处。

6. 路由表中的目的地址如何表示？ （1）大型互联网（如因特网）中有可能存在成千上万台主机； （2）路由表中不可能包括所有目的主机的地址信息 内存资源占用巨大 路由表搜索时间很长 （3）隐藏主机信息 IP地址：网络号（netid）和主机号（hostid） IP路由表中保存相关的目的网络信息

二 标准的路由表 1.下一站选路的基本思想 路由表仅指定从该路由器到目的地路径上的下一步，而该路由器并不知道到达目的地的完整路径 二 标准的路由表 1.下一站选路的基本思想 路由表仅指定从该路由器到目的地路径上的下一步，而该路由器并不知道到达目的地的完整路径 2.标准的IP路由表包含许多（N,R）对序偶 N：目的网络的IP地址（使用目的主机IP地址的较少） R：到N路径上的“下一个”路由器的IP地址

3. 标准的路由表举例

4. 基本的下一站路由选择算法

三 子网选路 1.子网环境下的IP路由表：（M，N，R）三元组 M：子网掩码 N：目的网络地址 三 子网选路 1.子网环境下的IP路由表：（M，N，R）三元组 M：子网掩码 N：目的网络地址 R：到网络N路径上的“下一个”路由器的IP地址 2.选路方法 取出IP数据报中的目的IP地址，与路由表表目中的“子网掩码”逐位相“与”，结果再与表目中“目的网络地址”比较，如果相同，说明选路成功，数据报沿“下一站地址”转发出去。

3. 子网选路举例

4. 路由表中的特殊路由 1.默认路由 如果路由表没有明确指明一条到达目的网络的路由信息，就将数据报转发到默认路由指定的路由器 主要目的：缩短路由表的长度、减少路由计算时间 2.特定主机路由 对单个主机（而不是网络）指定一条特别的路径 主要目的：增强安全性、进行网络连通性调试和判断路由表的正确性

四 统一路由选择算法中的路由表 1.特定主机路由表项 掩码：255.255.255.255，目的地址：目的主机IP地址 2.默认路由表项 四 统一路由选择算法中的路由表 1.特定主机路由表项 掩码：255.255.255.255，目的地址：目的主机IP地址 2.默认路由表项 掩码：0.0.0.0，目的地址：默认路由器的IP地址 3.标准网络路由表项 A类网络 – 掩码：255.0.0.0，目的地址：目的A类网络的IP地址 B类网络 – 掩码：255.255.0.0，目的地址：目的B类网络的IP地址 C类网络 – 掩码：255.255.255.0，目的地址：目的C类网络的IP地址 4.子网路由表项 掩码：子网具有的掩码，目的地址：目的子网的IP地址

5. 统一的路由选择算法

（1） IP数据报传输与处理过程

（2） IP数据报传输与处理过程

（3） IP数据报传输与处理过程

主机A向主机B发送 - 主机A发送IP数据报

主机A向主机B发送 - 路由器R2处理和转发IP数据报

主机A向主机B发送 - 路由器R2处理和转发IP数据报

五 路由表的建立与刷新 1. 静态路由 人工指定的路由 2. 动态路由 路由器通过自己学习得到的路由

1. 静态路由 （1）静态路由是由人工建立和管理的； （2）静态路由不会自动发生变化； （3）静态路由必须手工更新以反映互联网拓扑结构或连接方式变化。

（4）静态路由的特点 优势 适用环境 劣势 安全可靠、简单直观，避免了动态路由选择的开销 不太复杂的互联网结构 不适用于复杂的互联网结构：建立和维护工作量大，容易出现路由环 互联网出现故障，静态路由不会自动做出更改

2.动态路由 （1）动态路由可以通过自身学习，自动修改和刷新路由表 （2）动态路由要求路由器之间不断地交换路由信息 （3）优势：更多的自主性和灵活性 （4）适用环境：拓扑结构复杂、网络规模庞大的互联网 自动排除错误路径 自动选择性能更优的路径

（5）路径度量值metric 1.metric：表征路径优劣的数值 2.metric越小，说明路径越好 跳数（hop count）：IP数据报到达目的地必须经过路由器个数； 带宽（bandwidth）：链路的数据能力； 延迟（delay）：将数据从源送到目的地所需的时间； 负载（load）：网络中（如路由器中或链路中）信息流的活动数； 可靠性（reliability）：数据传输过程中的差错率； 开销（cost）：一个变化的数值，通常可以根据带宽、建设费用、维护费用、使用费用等因素由网络管理员指定。

3. 动态路由的劣势 （1）交换路由信息需要占用网络的带宽 （2）路由表的动态修改和刷新需要占用路由器的内存和CPU处理时间，消耗路由器的资源

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