任务1网络互连设备的认知
网络互连是指利用相应的技术和设备将多个网络或设备连接起来，以达到更大范围的数
据传输和资源共享目的。互连的网络可以是同类型网络，也可以是不同类型网络,或是运行
不同协议的设备和系统.网络互连有两方面的内容：①将多个独立的、小范围的网络连接起
来构成一个较大范围的网络；②将一个节点多、负载重的大网络分解成若干个小网络,再利用互连技术把这些小网络连接起来.
们主要来认知当前两种最主流的网络互连设备，即交换机和路由器。
1。1交换机设备的认知
交换机（Switch)是一种在网络通信系统中完成信息交换功能的设备。它是当前各类局
域网建设的主流设备之一,对局域网性能的提升起到了重要的作用。
1。1。1交换机的基本概念
所谓交换（Switching)，即按照通信双方传输信息的需要，使用手动完成或设备自动完成的方法,把需要传输的信息传输到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机(Switch）就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备.
在局域网络系统中，交换机的诞生改变了其原来采用集线器(HUB）时的共享工作模式
特征。集线器是一种共享设备，它工作在物理层，当同一网段内的某台主机要传输数据给另
一台主机时，数据以广播方式进行传输。因此,在这种方式下,同一个时刻，局域网上只能有一对主机进行通信.如果发生冲突，还需要重新检测信道是否空闲，然后才能再次发送.所有主机都共享局域网的带宽，所以网络传输的效率较低。
交换机改变了共享的工作模式，它内部设计了一条高速带宽的背板总线和内容交换矩阵。所有的接口都挂接在这条背板总线上，当控制电路收到数据包后，负责处理的接口会查交换机内存中的MAC地址映射表，并确定数据包中的目的MAC地址挂接在哪个接口上，
然后通过内部交换矩阵快速将数据包传送到目的接口。如果目的MAC地址不在MAC地址映射表中，则交换机会将其广播到所有接口上.接收的接口会“学习”该地址，并将其添加到MAC地址映射表中。因此,交换机的这种工作方式极大地提高了局域网的工作效率，它可以允许若干对通信同时进行。
1.1。2交换机的工作原理
交换机在本质上和网桥一样。网桥传统上是基于软件的，通过执行代码完成过滤和学习
的过程。而交换机将这些功能移植到了硬件上，而且功能比网桥更加强大，处理能力更强。二层交换技术发展比较成熟,二层交换机属于数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个MAC地址映射表中。具体的工作流程如下。
（1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就
知道源MAC地址的计算机是连在哪个端口上的。
（2）再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查相应的端口.
（3）如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上.
（4）如表中不到相应的端口，则把数据包广播到所有端口上。当目的计算机对源计算
机回应时,交换机又可以学习目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需
要对所有端口进行广播了。
不断地循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到,二层交换机就是这样
建立和维护它自己的地址表。
1.1。3交换机的主要分类
1。按照覆盖范围分类
按照网络的覆盖范围，交换机可以分为以下两类。
（1)局域网交换机：应用于局域网的交换机，用于连接服务器、工作站、交换机、路由
器、防火墙等设备来提供高速独立的通信信道。
（2）广域网交换机：主要用于电信城域网互连、互联网接入等领域的广域网络中。
2。按照传输介质与传输速率分类
按照传输介质与传输速率分，交换机可以分为以下几类。
（1）以太网、快速以太网、千兆位以太网及万兆位以太网交换机。其传输介质主要有同
轴电缆、双绞线、光纤。同轴电缆一般用于以太网中，双绞线和光纤则主要用于快速以太网
和千兆位以太网中，而万兆位以太网则主要是用光纤作为传输介质。
（2）ATM交换机。它是ATM网络中的交换机产品，主要使用在电信网等的主干网段中。
ATM交换机的传输速率一般在150Mb/s左右.
(3)FDDI交换机。FDDI交换机使用光纤作为传输介质，传输速率为100Mb/s，主要为解决以前10Mb/s以太网和16Mb/s令牌环的速度局限问题而设计的。
3.按照交换机工作的协议层分类
按照交换机工作的协议层次分，交换机可以分为以下几类。
交换机 路由器（1)第二层交换机.即工作在OSI模型的第二层（数据链路层)的交换机,它依赖于数
据链路层中的MAC地址等信息来完成不同端口数据间的线速交换，主要功能包括物理编址、
错误校验、帧序列及数据流控制等。
（2）第三层交换机。即工作在OSl模型的第三层(网络层）的交换机.它具有路由的功
能,能实现不同网段间数据的线速交换。
（3)第四层交换机。即工作在OSI模型的第四层（传输层)的交换机。它可以支持HTTP
FTP、TELNET和SSL等诸多协议。
4.按照交换机是否支持网管分类
按照交换机是否支持网络管理功能分，它可以分为以下两类.
（1)网管型交换机。这类交换机可以通过其本身具备Console控制口进行登录管理,这
有的网管型交换机还支持Web及远程登录Telnet方式。网管型交换机需要支持SNMP。
（2）非网管型交换机。这类交换机只能用作网络连接,而不能像网管型交换机一样被管理.
5.按照交换机在分层网络中的位置分类
按照交换机在分层网络中的位置分，它可以分为以下三类.
（1)核心层交换机.核心层交换机一般都处于整个网络的核心部位或主干，也可以说它
是交换机的网关。核心层交换机需要具备很高的冗余能力和数据转发能力，而转发速率很大
程度上要取决于网络中的设备数量。通过执行和查看各种流量报告和用户分析确定所需要
的转发速率。核心层交换机一般需要三层以上的千兆位或万兆位交换机，并需要具有极高的
转发速率，支持冗余、链路聚合及服务质量（Q0S)等。
(2)汇聚层交换机。所谓汇聚层，是指它是若干个接入层交换机的汇聚点，并必须能够
处理来自接入层设备的所有通信量,然后将这些通信量提供到核心层的上行链路.因此，对
汇聚层交换机的带宽及性能要求也较高,它一般需要具备路由、访问控制、重分配路由协议、
VLAN之间路由、定义组播域和广播域等功能。
（3）接入层交换机。通常将网络中直接面向用户连接或访问网络的部分称为接入层。一
般情况下，用户可以通过接入层交换机连接到网络，所以,接入层交换机具有低成本、高端
口密度等特性。
1.2路由器设备的认知
路由器（Router）是局域网、广域网中互连的主要设备，也是互连网络的重要枢纽。目
前，路由器在各行各业中有着很普遍的应用，它的各种不同档次的设备也正应用于当前各种
骨干网络内部连接及骨干网络之间连接中。
1。2.1路由器的基本概念
所谓路由就是指通过互连的网络把要信息从源节点传输到目的节点的过程。一般情况下,在这个路由过程中，信息至少会经过一个或者多个中间节点。
随着网络规模的扩大,路由器在网络中的作用也越加明显.它是把网络互连起来的一个
枢纽，已经广泛应用于各行各业。
路由器是互连网的主要节点设备，它通过路由功能来决定数据往何处转发,一般把这种
转发的策略称之为路由选择(routing），路由器（Router）这个名称也由此而得到。路由器系
统是基于TCP/IP的互连网的核心，它的处理速度也成为网络之间通信的一个瓶颈，它的可靠性也直接影响着网络互连的质量。因此，高性能、高可靠性的路由器也在不断地研究和开发之中.
1.2。2路由器的工作原理
当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时,它将直接把P分组
送到网络上，对方就能收到。而要送给不同IP于网上的主机时，它要选择一个能到达目的子网上的路由器，把IP分组送给该路由器，由路由器负责把IP分组送到目的地。如果没有到这样的路由器，主机就把IP分组送给一个称为“默认网关（default gateway）”的路由器上。
“默认网关”是每台主机上的一个配置参数，它是接在同一个网络上的某个路由器端口的P地址。
路由器转发IP分组时，只根据P分组目的IP地址的网络号部分，选择合适的端口，把
IP分组送出去.同主机一样，路由器也要判定端口所接的是否是目的子网，如果是，就直接
把分组通过端口送到网络上,否则，也要选择下一个路由器来传送分组。路由器也有它的“默
认网关",用来传送不知道往哪儿送的IP分组.这样，通过路由器把知道如何传送的IP分组
正确转发出去，不知道的IP分组送给“默认网关”路由器.这样一级级地传送，IP分组最终将送到目的地，送不到目的地的IP分组则被网络丢弃了。
目前TCPAP网络，全部是通过路由器互连起来的，Internet就是成千上万个IP子网通
过路由器互连起来的国际性网络。这种网络称为以路由器为基础的网络（Router Based
Network)，形成了以路由器为节点的“网间网”。在“网间网"中，路由器不仅负责对IP
分组的转发，还要负责与别的路由器进行联络，共同确定“网间网”的路由选择和维护路
由表。
路由动作包括两项基本内容：寻径和转发。寻径即判定到达目的地的最佳路径，由路由选择算法来实现。由于涉及不同的路由选择协议和路由选择算法,要相对复杂一些。为了判定最佳路径,路由选择算法必须启动并维护包含路由信息的路由表.其中，路由信息依赖于所用的路由选择算法不尽相同。路由选择算法将收集到的不同信息填入路由表中，根据路由表可将目的网络与下一站（next hop）的关系告诉路由器。路由器间互通信息进行路由更新，更新维护路由表使之正确反映网络的拓扑变化,并由路由器根据量度来决定最佳路径。这就
是路由选择协议（routing protocol).例如,路由信息协议(RIP）、开放式最短路径优先协议
（OSPF)和边界网关协议（BGP)等。
转发即按已寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查，判明是否知道如何将分组发送到下一个站点（路由器或主机).如果路由器不知道如何发送分组,通常将该分组丢弃;否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个站点，如果目的网络直接与路由器相连，路由器就把分组直接送到相应的端口上。这就是路由转发协议(routed protocol）.
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