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综合布线概述(**)
网络总体方案设计(*)
综合布线工程常用材料(*)
网络互连设备(***)
综合布线工程设计技术(**)
网络工程施工实用技术(电缆、光缆传播通道施工技术)(**)
无线网络(*)
综合布线工程测试(**)
第九章网络工程的验收与鉴定(**)
知识准备:OSI网络模型
应用层
面向顾客服务
表达层
数据表达
会话层
会话控制
传播层
网络间数据包递交信任监测
网络层
逻辑地址、路由等
数据链路层
物理地址、拓扑构造、线路存取措施
物理层
电及机械的有关定义
第四章 网络互连设备
网桥
网桥又称桥接器或信桥,提供了一种对LAN的扩展,最早是为把那些具有相似物理层和链路层的局域网互连起来而设计的,后来也用于具有不同MAC合同的局域网的互连。 
    1、网桥的常用场合:
以太网—以太网(相似网络,互换机)、以太网—FDDI、以太网—令牌环(网桥)、以太网—ATM网(网桥)。
   网桥比较简朴,适合于不太复杂的局域网之间互连,工作在数据链路层,进行相似的网络间的帧的转发,实现MAC子层的连接。对于遵循IEEE802原则的局域网的网桥是透明的。它不需要对连接在这些LAN上的站点的通信软件进行修改。
2、网桥的特点:
地址过滤:运用网桥互连的网络应当可以容纳不同数据链路层的编址格式(即多种MAC地址),因此,网桥应可以辨认多种地址,并根据数据帧的宿地址,有选择地让数据帧穿越网桥。事实上,目前诸多网桥产品都添加了多种过滤功能,容许顾客进行设立,以滤去不但愿被转发的帧。例如:单向地严禁对某个子网的访问,以保证子网的安全性。
帧限制:网桥不对帧进行分段,只进行必要的帧格式转换,以适应不同的子网。超过信宿结点所在子网帧长限制的帧将被网桥丢弃,因此,当采用网桥支持不同LAN之间的互连时,更高层的合同应当保证被传送的信息长度的一致性。帧限制的另一方面是为了维护各个子网的独立性,不容许控制帧和规定应答的信息帧穿越网桥。
监控功能:网桥作为单个子网的一部分,参与对子网的监控和对信息帧的校验。网桥区别于转发器的核心之一是它具有“存储-转发”的能力。存储有助于网桥对被转发的帧进行差错校验,网桥不应将有差错的帧转发到其他子网上。同一网络内的解决则根据该子网的商定。网桥的工作过程涉及接受帧、检查帧和转发帧三个部分。
缓冲能力:网桥应当具有一定的缓冲(存储-转发)能力,可以解决穿越网桥的信息量临时超载的问题,即:网桥应当可以解决数据传播不匹配的子网之间的互连。事实上虽然是速率相似的网络进行互连,这种缓冲能力也是必须的。
透明性:网桥的引入不应影响原有子网的通信能力,不应产生信宿结点无法检测的差错。
3、为什么不简朴地采用一种大的LAN的因素
无序性
一种组织内部有许多不同的部门,由于各部门的工作性质不同,因此,也许选用了不同的局域网;当这些部门的局域网之间需要互相连接时,就也许需要网桥。
可靠性
通过使用桥,网络可以被提成某些自适应的实体,可以对网桥进行编程以决定接受到的内容与否转发。
性能考虑
一般来说,LAN或WAN的性能将随着连在其上的设备数量或媒体长度的增长而减少。将这些设备分别集中起来,使得在LAN内部的通信大大超过跨越LAN间的通信,这时采用多种更小的LAN往往可以获得更好的性能。
地理考虑
一种组织在地理位置上较分散,无法将它们连在同一种局域网内,唯一的措施是将局域网分段,在各段之间放置网桥。通过使用网桥,可以增长工作的物理距离。
安全考虑
建立多种LAN可以提供通信的安全性。可以把那些不同类型的具有不同安全性规定的信息分别在不同的分隔的物理媒体上传播。同步,具有不同安全级别的不同顾客必须通过集中控制和监控机制来进行通信。
4、网桥合同构造
。下图给出了一种最简朴的状况,两个局域网通过一种网桥连接。
网桥接受它所连接的每个局域网中的所有帧。连接k个不同局域网的网桥有k个相应的不同的MAC子层和物理层。
   网桥的作用通过它的“过滤和转发”功能实现。当网桥接受到一种MAC帧时,检查该帧的源地址和目的地址,如果目的地址和源地址在同一网络中,则不对其进行转发,这起到了相应的“过滤”作用,从而实现了对网络的隔离。否则,根据它所保持的MAC地址表选择对的的网络来进行“转发”。
5、网桥的途径选择
透明桥的途径选择:透明桥的原理十分简朴,当网桥收到每一种帧时,都执行地址表扩大和帧转发两项工作。
地址表扩大:从帧中取出信源结点地址,查地址表,如果没有,添加。从而使网桥“理解”哪些结点来自于(属于)哪个子网(LAN);
帧转发:,丢弃该帧。 ,在地址表中查找信宿结点地址,如果表中有相应的地址,帧被转发到指定的网络。 ,将帧转发到其她所有与本网桥连接的子网(广播)中。
由于透明桥中隐含了路由选择的能力,因此,有时人们也觉得透明桥实质上是一种路由器,至少是一种简朴的路由器。
6、避免信息在网络中循环
由多种网桥构成的局域网,如果形成环路(为了提高可靠性,有时人们在LAN之间设立并行的两个或多种网桥(即冗余网桥),会浮现数据帧在网络中循环(如下图)。
解决措施:构造基于网桥的支撑树(SpanTree—生成树)。构造支撑树的基本思想是一方面选择网络中的某个网桥作为支撑树的根,再从与该支撑树(最初只有支撑树的根)相邻(指可以通过某个子网直接访问)的网桥集合中选择一种加入支撑树,选择的条件是加入该网桥不会形成环路;这种选择的过程继续进行,直至支撑树已经可以互连所有的子网。剩余的网桥留作备用。构造支撑树的过程发生在新的网桥加入网络,或者支撑树中的某个网桥发生故障。
   透明桥也称学****桥或自适应桥,内部动态地维护地址映射表,根据该地址映射表,网桥决定收到的帧的转发。透明桥适合于总线型(如:以太网、令牌总线)或者树形的网络互连构造。
7、指定途径桥
如果发送的源结点懂得所发送的帧传播的确切途径,可以直接传播。如果源结点不懂得途径,则发送一种具有测试功能的广播帧。接到广播帧的网桥检查广播帧中的RI字段,如果本网桥号已经在RI中,不作任何解决;否则,向RI中增长段号,并将该帧转发到与之连接,且网号未在帧中浮现的其他子网。当信宿结点接到该测试帧后,向源发结点返回一种应答帧。应答帧中涉及了所需的途径信息,并沿着测试帧途径的途径反向传递。由于广播的缘故,源发结点会收到多种应答帧。一般通过某种算法从中选择一条(最佳)途径。
指定途径桥可以获得最佳的途径,其缺陷是测试帧的发送增长了网络的信息流量,也许形成“广播风暴”(广播风暴:当网络中结点诸多,通过许多网桥进行互连时,有许多信宿地址不明的帧被广播到所有结点,结点不断地忙于接受这些数据帧,在做“无用功”,使得结点不能正常地进行数据发送
),甚至也许导致网络拥塞现象。 
   指定途径桥也称源途径选择桥,这种桥的原理来源于IBM的令牌环。由发送的源结点判断所发送的帧是送往本地子网,还是送给其他的网络,选择帧传播的确切途径,并把它放在要传播的帧中。
8、网桥的应用-互换机
以太网互换机,也称为互换式集线器,是简化(典型)的网桥,一般用于互连相似类型的LAN(例如:以太网/以太网的互连)。互换机和网桥的不同在于:互换机端口数较多;互换机的数据传播效率较高。
以太网互换机采用存储转发(Store-Forward)技术或直通(Cut-Through)技术来实现信息帧的转发。
直通互换:当接受到一种帧的目的地址(MAC地址)后立即决定转发的目的端口,并开始转发,而不必等待接受到一种帧的所有字节后再进行转发。相对存储转发技术而言,减少了传播延迟,但在传播过程中不能进行校验,同步也也许传递广播风暴。
存储转发互换:从功能上讲,就是网桥所使用的技术,等到所有数据都接受后再进行解决,涉及校验、转发等。相对于直通技术而言,传播延迟较大。
某些互换机可以同步使用上述两种技术。当网络误码率较低时采用直通技术,当网络误码率较高时则采用存储转发技术。这种互换机被称为自适应互换机。
互换机的特点
支持少量的存储能力(缓冲)
少量的地址表(提高查表速度)
解决相似的帧格式(相似类型的网络互连)
具有分割子网的功能
每个端口独享指定的带宽
支持多种独立的数据流,具有较多的吞吐量硬件互换,互换速度快。
    
如何设立缓冲,使得数据帧在互换器中延迟最小?
   在每对端口之间都建立一对独立的缓冲器,每个缓冲器仅存储从一种固定的端口发来的并再传送到另一固定端口去的帧。
   如何以最快的速度对以太网的MAC地址进行解码,并拟定目的端口,完毕地址匹配?
   有效地管理站点的“老化”(长时间未有数据帧传送的站点)和“结识”(发现新的结点),周期地唤醒“不活动”(时间超过预定期间限制)的结点,将帧对的地广播到所有未知地址的端口。
路由器
所谓路由就是指通过互相连接的网络把信息从源地点移动到目的地点的活动。一般来说,在路由过程中,信息至少会通过一种或多种中间节点。一般,人们会把路由和互换进行对比,这重要是由于在一般顾客看来两者所实现的功能是完全同样的。其实,路由和互换之间的重要区别就是互换发生在OSI参照模型的第二层(数据链路层),而路由发生在第三层,即网络层。这一区别决定了路由和互换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息,因此两者实现各自功能的方式是不同的。
早在40近年前就已经浮现了对路由技术的讨论,但是直到80年代路由技术才逐渐进入商业化的应用。路由技术之因此在问世之初没有被广泛使用重要是由于80年代之前的网络构造都非常简朴,路由技术没有用武之地。直到近来十几年,大规模的互联网络才逐渐流行起来,为路由技术的发展提供了良好的基本和平台。
路由器是互联网的重要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发方略称为路由选择(routing),这也是路由器名称的由来(router,转发者)。作为不同网络之间互相连接的枢纽,路由器系统构成了基于TCP/IP的国际互连网络Internet的主体脉络,也可以说,路由器构成了Internet的骨架。它的解决速度是网络通信的重要瓶颈之一,它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。因此,在园区网、地区网、乃至整个Internet研究领域中,路由器技术始终处在核心地位,其发展历程和方向,成为整个Internet研究的一种缩影。在目前国内网络基本建设和信息建设方兴未艾之际,探讨路由器在互连网络中的作用、地位及其发展方向,对于国内的网络技术研究、网络建设,以及明确网络市场上对于路由器和网络互连的多种似是而非的概念,都具有重要的意义。
路由器的作用
路由器的一种作用是连通不同的网络,另一种作用是选择信息传送的线路。选择畅通快捷的近路,能大大提高通信速度,减轻网络系统通信负荷,节省网络系统资源,提高网络系统畅通率,从而让网络系统发挥出更大的效益来。
从过滤网络流量的角度来看,路由器的作用与互换机和网桥非常相似。但是与工作在网络物理层,从物理上划分网段的互换机不同,路由器使用专门的软件合同从逻辑上对整个网络进行划分。例如,一台支持IP合同的路由器可以把网络划提成多种子网段,只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。对于每一种接受到的数据包,路由器都会重新计算其校验值,并写入新的物理地址。因此,使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的互换机慢。但是,对于那些构造复杂的网络,使用路由器可以提高网络的整体效率。路由器的此外一种明显优势就是可以自动过滤网络广播。从总体上说,在网络中添加路由器的整个安装过程要比即插即用的互换机复杂诸多。
一般说来,异种网络互联与多种子网互联都应采用路由器来完毕。
路由器的重要工作就是为通过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传播途径,并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见,选择最佳途径的方略即路由算法是路由器的核心所在。为了完毕这项工作,在路由器中保存着多种传播途径的有关数据——途径表(RoutingTable)供路由选择时使用。途径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一种路由器的名字等内容。途径表可以是由系统管理员固定设立好的,也可以由系统动态修改,可以由路由器自动调节,也可以由主机控制。
静态途径表
由系统管理员事先设立好固定的途径表称之为静态(static)途径表,一般是在系统安装时就根据网络的配备状况预先设定的,它不会随将来网络构造的变化而变化。
动态(Dynamic)途径表是路由器根据网络系统的运营状况而自动调节的途径表。路由器根据路由选择合同(RoutingProtocol)提供的功能,自动学****和记忆网络运营状况,在需要时自动计算数据传播的最佳途径。
路由器的特点
路由器的特点
寻址能力
通过路由器互连的网络具有公共的网络地址,并且,网间合同对全网地址作出规定,以使路由器可以辨别各个结点所在的通信子网。
路由选择
路由器具有相对灵活的路由选择功能,以最快的速度将分组传送通过网络。目前,路由器使用的路由合同重要由Internet(因特网)工程任务组(IETF)定义,涉及开放式最短途径优先合同(OSPF:RFC1247)、边界网关合同(BGP:RFC1163)和内部网关路由合同(IGRP)等。
分段/合段
路由器可对分组进行分段/合段,使得互连能力不受通信子网分组长度的影响。
存储-转发
路由器严格地执行“存储-转发”的原则,即先接受和存储分组,在完毕必要的分组分析和格式转换之后,转发分组至特定的子网。
分组过滤
路由器一般分析整个分组,因此可以过滤掉网络中的错误信息,减少出错分组的无谓传播。
路由器的类型
互联网多种级别的网络中随处都可见到路由器。接入网络使得家庭和小型公司可以连接到某个互联网服务提供商;公司网中的路由器连接一种校园或公司内成千上万的计算机;骨干网上的路由器终端系统一般是不能直接访问的,它们连接长距离骨干网上的ISP和公司网络。互联网的迅速发展无论是对骨干网、公司网还是接入网都带来了不同的挑战。骨干网规定路由器能对少数链路进行高速路由转发。公司级路由器不仅规定端口数目多、价格低廉,并且规定配备起来简朴以便,并提供QoS。
接入路由器连接家庭或ISP内的小型公司客户。接入路由器已经开始不只是提供SLIP或PPP连接,还支持诸如PPTP和IPSec等虚拟私有网络合同。这些合同要能在每个端口上运营。诸如ADSL等技术将不久提高各家庭的可用带宽,这将进一步增长接入路由器的承当。由于这些趋势,接入路由器将来会支持许多异构和高速端口,并在各个端口可以运营多种合同,同步还要避开电话互换网。
公司或校园级路由器连接许多终端系统,其重要目的是以尽量便宜的措施实现尽量多的端点互连,并且进一步规定支持不同的服务质量。许多既有的公司网络都是由Hub或网桥连接起来的以太网段。尽管这些设备价格便宜、易于安装、无需配备,但是它们不支持服务级别。相反,有路由器参与的网络可以将机器提成多种碰撞域,并因此可以控制一种网络的大小。此外,路由器还支持一定的服务级别,至少容许提成多种优先级别。但是路由器的每端口造价要贵些,并且在可以使用之前要进行大量的配备工作。因此,公司路由器的成败就在于与否提供大量端口且每端口的造价很低,与否容易配备,与否支持QoS。此外还规定公司级路由器有效地支持广播和组播。公司网络还要解决历史遗留的多种LAN技术,支持多种合同,涉及IP、IPX和Vine。它们还要支持防火墙、包过滤以及大量的管理和安全方略以及VLAN。
骨干级路由器实现公司级网络的互联。对它的规定是速度和可靠性,而代价则处在次要地位。硬件可靠性可以采用电话互换网中使用的技术,如热备份、双电源、双数据通路等来获得。这些技术对所有骨干路由器而言差不多是原则的。骨干IP路由器的重要性能瓶颈是在转刊登中查找某个路由所耗的时间。当收到一种包时,输入端口在转刊登中查找该包的目的地址以拟定其目的端口,当包越短或者当包要发往许多目的端口时,势必增长路由查找的代价。因此,将某些常访问的目的端口放到缓存中可以提高路由查找的效率。不管是输入缓冲还是输出缓冲路由器,都存在路由查找的瓶颈问题。除了性能瓶颈问题,路由器的稳定性也是一种常被忽视的问题。
在将来核心互联网使用的三种重要技术中,光纤和DWDM都已经是很成熟的并且是现成的。如果没有与既有的光纤技术和DWDM技术提供的原始带宽相应的路由器,新的网络基本设施将无法从主线上得到性能的改善,因此开发高性能的骨干互换/路由器(太比特路由器)已经成为一项迫切的规定。太比特路由器技术目前还重要处在开发实验阶段。
路由器的构造
路由器的体系构造
从体系构造上看,路由器可以分为第一代单总线单CPU构造路由器、第二代单总线主从CPU构造路由器、第三代单总线对称式多CPU构造路由器;第四代多总线多CPU构造路由器、第五代共享内存式构造路由器、第六代交叉开关体系构造路由器和基于机群系统的路由器等多类。
路由器的构成
路由器具有四个要素:输入端口、输出端口、互换开关和路由解决器。
输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口一般由线卡提供,一块线卡一般支持4、8或16个端口,一种输入端口具有许多功能。第一种功能是进行数据链路层的封装和解封装。第二个功能是在转刊登中查找输入包目的地址从而决定目的端口(称为路由查找),路由查找可以使用一般的硬件来实现,或者通过在每块线卡上嵌入一种微解决器来完毕。第三,为了提供QoS(服务质量),端口要对收到的包提成几种预定义的服务级别。第四,端口也许需要运营诸如SLIP(串行线网际合同)和PPP(点对点合同)这样的数据链路级合同或者诸如PPTP(点对点隧道合同)这样的网络级合同。一旦路由查找完毕,必须用互换开关将包送到其输出端口。如果路由器是输入端加队列的,则有几种输入端共享同一种互换开关。这样输入端口的最后一项功能是参与对公共资源(如互换开关)的仲裁合同。
互换开关可以使用多种不同的技术来实现。迄今为止使用最多的互换开关技术是总线、交叉开关和共享存贮器。最简朴的开关使用一条总线来连接所有输入和输出端口,总线开关的缺陷是其互换容量受限于总线的容量以及为共享总线仲裁所带来的额外开销。交叉开关通过开关提供多条数据通路,具有N×N个交叉点的交叉开关可以被觉得具有2N条总线。如果一种交叉是闭合,输入总线上的数据在输出总线上可用,否则不可用。交叉点的闭合与打开由调度器来控制,因此,调度器限制了互换开关的速度。在共享存贮器路由器中,进来的包被存贮在共享存贮器中,所互换的仅是包的指针,这提高了互换容量,但是,开关的速度受限于存贮器的存取速度。尽管存贮器容量每18个月可以翻一番,但存贮器的存取时间每年仅减少5%,这是共享存贮器互换开关的一种固有限制。
输出端口在包被发送到输出链路之前对包存贮,可以实现复杂的调度算法以支持优先级等规定。与输入端口同样,输出端口同样要能支持数据链路层的封装和解封装,以及许多较高档合同。
路由解决器计算转刊登实现路由合同,并运营对路由器进行配备和管理的软件。同步,它还解决那些目的地址不在线卡转刊登中的包。
内部构造
中央解决器
与计算机同样,路由器也涉及了一种中央解决器(CPU)。不同系列和型号的路由器,其中的CPU也不尽相似。Cisco路由器一般采用Motorola68030和Orion/R4600两种解决器。
路由器的CPU负责路由器的配备管理和数据包的转发工作,如维护路由器所需的多种表格以及路由运算等。路由器对数据包的解决速度很大限度上取决于CPU的类型和性能。
内存
路由器采用了如下几种不同类型的内存,每种内存以不同方式协助路由器工作。
(ROM)
只读内存(ROM)在Cisco路由器中的功能与计算机中的ROM相似,重要用于系统初始化等功能。ROM中重要涉及:
(1)系统加电自检代码(POST),用于检测路由器中各硬件部分与否完好;
(2)系统引导区代码(BootStrap),用于启动路由器并载入IOS操作系统;
(3)备份的IOS操作系统,以便在原有IOS操作系统被删除或破坏时使用。一般,这个IOS比现运营IOS的版本低某些,但却足以使路由器启动和工作。
顾名思义,ROM是只读存储器,不能修改其中寄存的代码。如要进行升级,则要替代ROM芯片。
(Flash)
闪存(Flash)是可读可写的存储器,在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。Flash中寄存着目前使用中的IOS。事实上,如果Flash容量足够大,甚至可以寄存多种操作系统,这在进行IOS升级时十分有用。当不懂得新版IOS与否稳定期,可在升级后仍保存旧版IOS,当浮现问题时可迅速退回到旧版操作系统,从而避免长时间的网路故障。
(NVRAM)