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局域网连接设备

发布者:发布时间:2010-09-08动态浏览次数:235

集线器

    集线器(HUB)是对网络进行集中管理的最小单元,像树的主干一样,它是各分枝的汇集点。HUB是一个共享设备,其实质是一个中继器,而中继器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大,以扩大网络的传输距离。正是因为HUB只是一个信号放大和中转的设备,所以它不具备自动寻址能力,即不具备交换作用。所有传到HUB的数据均被广播到之相连的各个端口,容易形成数据堵塞,因此有人称集线器为“傻HUB”。 

  HUB在网络中所处的位置。HUB主要用于共享网络的组建,是解决从服务器直接到桌面的最佳,最经济的方案。在交换式网络中,HUB直接与交换机相连,将交换机端口的数据送到桌面。使用HUB组网灵活,它处于网络的一个星型结点,对结点相连的工作站进行集中管理,不让出问题的工作站影响整个网络的正常运行,并且用户的加入和退出也很自由。

  HUB的分类。依据总线带宽的不同,HUB分为10M,100M和10/100M自适应三种;若按配置形式的不同可分为独立型HUB,模块化HUB和堆叠式HUB三种;根据管理方式可分为智能型HUB和非智能型HUB两种。目前所使用的HUB基本是以上三种分类的组合,例如我们经常所讲的10/100M自适应智能型可堆叠式HUB等。HUB根据端口数目的不同主要有8口,16口和24口等。

  HUB在组网中的应用。由于10M非智能型HUB的价格已经接近于款网卡的价格,并且10M的网络对传输介质及布线的要求也不高,所以许多喜欢“DIY”的网友完全可以自己动手,组建自己的家庭局域网或办公局域网。在前些年组建的网络中,10M网络几乎成为网络的标准配置,有相当数量的10M HUB作为分散式布线中为用户提供长距离信息传输的中继,或作为小型办公室的网络核心。但这种应用在今天已不再是主流,尤其是随着100M网络的日益普及,10M网络及其设备将会越来越少。

  虽然纯100M的HUB给桌面提供了100M的传输速度,但当网络升级到100M后,原来众多的10M设备将无法再使用,所以只有在近期才开始组建的网络,才会无任何顾虑地考虑100M的HUB。很多网络设备生产商正是瞄准了10M与100M之间的转换的这个时机,纷纷推出了既兼容10M的10/100M自适应HUB。10/100M自适应HUB在工作中的端口速度可根据工作站网卡的实际速度进行调整:当工作站网卡的速度为10M时,与之相连的端口的速度也将自动调整为10M;当工作站网卡的速度为100M时,对应端口的速度也将自动调整到100M。10/100M自适应HUB也叫做“双速HUB”。从技术角度来看,双速HUB有内置交换模块与无交换模块两类,前者一般作为小型局域网的主干设备,后者一般处于吕中型网络应用的边缘。在实际应用中,有些用户为减少交换机的负载,提高网络的速度,在选用与交换机相连的HUB时,也选择具有交换模块的双速HUB,因此内置交换模块的双速HUB将是从10M升级到100M时的最佳选择。

  在选用HUB时,还要注意信号输入口的接口类型,与双绞线连接时需要具有RJ-45接口;如果与细缆相连,需要具有BNC接口;与粗缆相连需要有AUI接口;当局域网长距离连接时,还需要具有与光纤连接的光纤接口。早期的10M HUB一般具有RJ-45,BNC和AUI三种接口。100M HUB和10/100M HUB一般只有RJ-45接口,有些还具有光纤接口。

  4,常用的HUB品牌。像网卡一样,目前市面上的HUB基本由美国品牌和台湾品牌占据。其中高档HUB主要由美国品牌占领,如3COM,INTEL等;台湾的D-LINK和ACCTON占有了中低端HUB的主要份额。

下面是集线器的实例图:



交换机

交换机工作原理  

    一、概述
    1993年,局域网交换设备出现,1994年,国内掀起了交换网络技术的热潮。其实,交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品,体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器一样,交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小,操作接近单个局域网性能,远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。  

    交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整,以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。   

    类似传统的桥接器,交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域,为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中;交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡,不必作高层的硬件升级;交换机对工作站是透明的,这样管理开销低廉,简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。 

  利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息,提供了比传统桥接器高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包,可提供14880bps的传输速率。这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的总体吞吐率(6道信息流X14880bps/道信息流)。专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行,其端口造价低于传统型桥接器。  

    二、三种交换技术  
    
    1.端口交换
    端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中,这类集线器的背板通常划分有多条以太网段(每条网段为一个广播域),不用网桥或路由连接,网络之间是互不相通的。以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上,端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度,端口交换还可细分为:
    模块交换:将整个模块进行网段迁移。
    端口组交换:通常模块上的端口被划分为若干组,每组端口允许进行网段迁移。
    端口级交换:支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的,具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当,那么还可以在一定程度进行客错,但没有改变共享传输介质的特点,自而未能称之为真正的交换。   

    2.帧交换   
    帧交换是目前应用最广的局域网交换技术,它通过对传统传输媒介进行微分段,提供并行传送的机制,以减小冲突域,获得高的带宽。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异,但对网络帧的处理方式一般有以下几种:
    直通交换:提供线速处理能力,交换机只读出网络帧的前14个字节,便将网络帧传送到相应的端口上。
    存储转发:通过对网络帧的读取进行验错和控制。

  前一种方法的交换速度非常快,但缺乏对网络帧进行更高级的控制,缺乏智能性和安全性,同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此,各厂商把后一种技术作为重点。  

    有的厂商甚至对网络帧进行分解,将帧分解成固定大小的信元,该信元处理极易用硬件实现,处理速度快,同时能够完成高级控制功能(如美国MADGE公司的LET集线器)如优先级控制。  

    3.信元交换
   ATM技术代表了网络和通讯技术发展的未来方向,也是解决目前网络通信中众多难题的一剂“良药”,ATM采用固定长度53个字节的信元交换。由于长度固定,因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接,并行运行,可以通过一个交换机同时建立多个节点,但并不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还容许在源节点和目标、节点建立多个虚拟链接,以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用了统计时分电路进行复用,因而能大大提高通道的利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数Gb的传输能力。  

    三、局域网交换机的种类和选择   

    局域网交换机根据使用的网络技术可以分为:
   ・以大网交换机;
   ・令牌环交换机;
   ・FDDI交换机;
   ・ATM交换机; 
   ・快速以太网交换机等。

   如果按交换机应用领域来划分,可分为:
   ・台式交换机;
   ・工作组交换机;
   ・主干交换机;
   ・企业交换机;
   ・分段交换机;
   ・端口交换机;
   ・网络交换机等。

    局域网交换机是组成网络系统的核心设备。对用户而言,局域网交换机最主要的指标是端口的配置、数据交换能力、包交换速度等因素。因此,在选择交换机时要注意以下事项:
   (1)交换端口的数量;
   (2)交换端口的类型;
   (3)系统的扩充能力;
   (4)主干线连接手段;
   (5)交换机总交换能力;
   (6)是否需要路由选择能力;
   (7)是否需要热切换能力;
   (8)是否需要容错能力;
   (9)能否与现有设备兼容,顺利衔接;
   (10)网络管理能力。   

   四、交换机应用中几个值得注意的问题   

   1.交换机网络中的瓶颈问题
   交换机本身的处理速度可以达到很高,用户往往迷信厂商宣传的Gbps级的高速背板。其实这是一种误解,连接入网的工作站或服务器使用的网络是以大网,它遵循CSMA/CD介质访问规则。在当前的客户/服务器模式的网络中多台工作站会同时访问服务器,因此非常容易形成服务器瓶颈。有的厂商已经考虑到这一点,在交换机中设计了一个或多个高速端口(如3COM的Linkswitch1000可以配置一个或两个100Mbps端口),方便用户连接服务器或高速主干网。用户也可以通过设计多台服务器(进行业务划分)或追加多个网卡来消除瓶颈。交换机还可支持生成树算法,方便用户架构容错的冗余连接。
   
   2.网络中的广播帧
   目前广泛使用的网络操作系统有Netware、Windows NT等,而Lan Server的服务器是通过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。这类局域网中广播包的存在会大大降低交换机的效率,这时可以利用交换机的虚拟网功能(并非每种交换机都支持虚拟网)将广播包限制在一定范围内。
   每台文交换机的端口都支持一定数目的MAC地址,这样交换机能够“记忆”住该端口一组连接站点的情况,厂商提供的定位不同的交换机端口支持MAC数也不一样,用户使用时一定要注意交换机端口的连接端点数。如果超过厂商给定的MAC数,交换机接收到一个网络帧时,只有其目的站的MAC地址不存在于该交换机端口的MAC地址表中,那么该帧会以广播方式发向交换机的每个端口。

   3.虚拟网的划分
   虚拟网是交换机的重要功能,通常虚拟网的实现形式有三种:
   (1)静态端口分配
   静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口,使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性,除非网管人员重新设置。这种方法虽然比较麻烦,但比较安全,容易配置和维护。
   (2)动态虚拟网
   支持动态虚拟网的端口,可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。端口是通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。当一网络节点刚连接入网时,交换机端口还未分配,于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。这样一旦网管人员配置好后,用户的计算机可以灵活地改变交换机端口,而不会改变该用户的虚拟网的从属性,而且如果网络中出现未定义的MAC地址,则可以向网管人员报警。
   (3)多虚拟网端口配置
   该配置支持一用户或一端口可以同时访问多个虚拟网。这样可以将一台网络服务器配置成多个业务部门(每种业务设置成一个虚拟网)都可同时访问,也可以同时访问多个虚拟网的资源,还可让多个虚拟网间的连接只需一个路由端口即可完成。但这样会带来安全上的隐患。虚拟网的业界规范正在制定当中,因而各个公司的产品还谈不上互操作性。Cisco公司开发了Inter-Switch Link(ISL)虚拟网络协议,该协议支持跨骨干网(ATM、FDDI、Fast Ethernet)的虚拟网。但该协议被指责为缺乏安全性上的考虑。传统的计算机网络中使用了大量的共享式Hub,通过灵活接入计算机端口也可以获得好的效果。

   4.高速局域网技术的应用
   快速以太网技术虽然在某些方面与传统以大网保持了很好的兼容性,但100BASE-TX、100BASAE-T4及100BASE-FX对传输距离和级连都有了比较大的限制。通过100Mbps的交换机可以打破这些局限。同时也只有交换机端口才可以支持双工高速传输。
   目前也出现了CDDI/FDDI的交换技术,另外该CDDI/FDDI的端口价格也呈下降趋势,同时在传输距离和安全性方面也有比较大的优势,因此它是大型网络骨干的一种比较好的选择。除了设计中要考虑网络环境的具体需要(强调端口的搭配合理)外,还需从整体上考虑,例如网管、网络应用等。随着ATM技术的发展和成熟以及市场竞争的加剧,帧交换机的价格将会进一步下跌,它将成为工作组网的重要解决方案。

     
下图,上边是千兆以太网的主干交换机,下边是一款普通交换机。



路由器

   
路由器是一种网络设备,(下图是一款3COM路由器)它能够利用一种或几种网络协议将本地或远程的一些独立的网络连接起来,每个网络都有自己的逻辑标识。路由器通过逻辑标识将指定类型的封包(比如IP)从一个逻辑网络中的某个节点,进行路由选择,传输到另一个网络上某个节点,详细介绍请看这里>>