路由交换-基础知识

计算机网络拓扑

计算机网络拓扑(Computer Network Topology)是指由计算机组成的网络之间设备的分布情况以及连接状态.把它两画在图上就成了拓扑图.一般在图上要标明设备所处的位置,设备的名称类型,以及设备间的连接介质类型.它分为物理拓扑和逻辑拓扑两种。在计算机网络中常见的拓扑结构有总线型、星型、环型、树型和网状型等。

总线型拓扑

总线型拓扑中采用单根传输线路作为传输介质，所有站点通过专门的连接器连到这个公共信道上，这个公共的信道称为总线。任何一个站点发送的数据都能通过总线传播，同时能被总线上的所有其他站点接收到。可见，总线型结构的网络是一种广播网络。扑结构往往是首先要考虑的因素之一。在总线结构中，总线有一定的负载能力，因此，总线长度有一定限制，一条总线也只能连接一定数量的结点。

总线拓扑结构的优点

(1)结构简单灵活，非常便于扩充;可靠性高，网络响应速度快;

(2)走线量小：星型网络需要从中心集线器向每个网络接点单独甩线，如果不用线槽走线的话，地面上经常爬满一捆一捆的网线。而总线型网络所有接点共用一条电缆，走线量要比星型小许多倍，并且看起来很规整，除个别处外，可以不用线槽。所以这种布线方式最适合对网速要求不高，单个房间内有大量接点相临摆放的网吧使用。

(3)设备量少、价格低、安装使用方便。总线型网络因用线量小，无需集线器等昂贵的网络设备，不用线槽、接线盒等结构化布线材料，成本要大大低于星型网络。如果再采用无盘工作站，是网吧最廉价的解决方案。

(4)共享资源能力强，极便于广播式工作即一个结点发送所有结点都可接收。

总线拓扑的缺点

(1)总线的传输距离有限,通信范围受到限制。

(2)故障诊断和隔离较困难。

(3)分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实时功能。站点必须是智能的，要有媒体访问控制功能,从而增加了站点的硬件和软件开销。

星型拓扑

星型拓扑是由中央节点和通过点到点通信链路接到中央节点的各个站点组成。中央节点执行集中式通信控制策略,因此中央节点相当复杂,而各个站点的通信处理负担都很小。星型网采用的交换方式有电路交换和报文交换,尤以电路交换更为普遍。这种结构一旦建立了通道连接,就可以无延迟地在连通的两个站点之间传送数据。流行的专用交换机PBX (Private Branch exchange)就是星型拓扑结构的典型实例。

星型拓扑结构的优点

（1）结构简单，连接方便，管理和维护都相对容易，而且扩展性强。

（2）网络延迟时间较小，传输误差低。

（3）在同一网段内支持多种传输介质，除非中央节点故障，否则网络不会轻易瘫痪。

（4）每个节点直接连到中央节点，故障容易检测和隔离，可以很方便地排除有故障的节点。

因此，星型网络拓扑结构是应用最广泛的一种网络拓扑结构。

星型拓扑结构的缺点

（1）安装和维护的费用较高

（2）共享资源的能力较差

（3）一条通信线路只被该线路上的中央节点和边缘节点使用，通信线路通信线路利用率不高

（4）对中央节点要求相当高，一旦中央节点出现故障，则整个网络将瘫痪。

环型拓扑

环型拓扑中各节点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环型通信线路中，环路上任何节点均可以请求发送信息。请求一旦被批准，便可以向环路发送信息。环型网中的数据可以是单向也可是双向传输。由于环线公用，一个节点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口，信息流中目的地址与环上某节点地址相符时，信息被该节点的环路接口所接收，而后信息继续流向下一环路接口，一直流回到发送该信息的环路接口节点为止。

环型拓扑的优点

(1)电缆长度短。环型拓扑网络所需的电缆长度和总线拓扑网络相似，但比星形拓扑网络要短得多。

(2)增加或减少工作站时，仅需简单的连接操作。

(3)可使用光纤。光纤的传输速率很高，十分适合于环型拓扑的单方向传输。

环型拓扑的缺点

(1)节点的故障会引起全网故障。这是因为环上的数据传输要通过接在环上的每一个节点,一旦环中某一节点发生故障就会引起全网的故障。

(2)故障检测困难。这与总线拓扑相似,因为不是集中控制,故障检测需在网上各个节点进行,因此就不很容易。

(3)环型拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传递的方式,在负载很轻时,信道利用率相对来说就比较低。

树型拓扑

树型拓扑可以认为是多级星型结构组成的，只不过这种多级星型结构自上而下呈三角形分布的，就像一颗树一样，最顶端的枝叶少些，中间的多些，而最下面的枝叶最多。树的最下端相当于网络中的边缘层，树的中间部分相当于网络中的汇聚层，而树的顶端则相当于网络中的核心层。它采用分级的集中控制方式，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，每条通信线路都必须支持双向传输。

树型拓扑的优点

(1)易于扩展。这种结构可以延伸出很多分支和子分支,这些新节点和新分支都能容易地加入网内。

(2)故障隔离较容易。如果某一分支的节点或线路发生故障,很容易将故障分支与整个系统隔离开来。

树型拓扑的缺点

各个节点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。从这一点来看，树型拓扑结构的可靠性有点类似于星型拓扑结构。

网状拓扑

在网状拓扑结构中，节点之间的连接是任意的，每个节点都有多条线路与其他节点相连，这样使得节点之间存在多条路径可选。由于节点之间有许多条路径相连，可以为数据流的传输选择适当的路由，从而绕过失效的部件或过忙的节点。这种结构虽然比较复杂，成本也比较高，提供上述功能的网络协议也较复杂，但由于它的可靠性高，仍然受到用户的欢迎。

网型拓扑的优点

(1)节点间路径多，碰撞和阻塞减少。

(2)局部故障不影响整个网络，可靠性高。

网型拓扑的缺点

(1)网络关系复杂，建网较难，不易扩充。

(2)网络控制机制复杂，必须采用路由算法和流量控制机制

网络概念

集线器的英文称为“Hub”。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即“物理层”。

在以太网中，如果某个CSMA/CD网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突，那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域（collision domain)。如果以太网中各个网段以集线器连接，因为不能避免冲突，所以它们仍然是一个冲突域。也就是连到一个hub上的所有节点处于一个冲突域中。

交换机的出现隔离了冲突域，属于OSI第二层即数据链路层设备。每台终端可以全双工方式发送数据，而且自己发送数据又不会影响到其它设备，不用再去侦听链路是否有别的设备再发送数据了。每个通信终端独享一条链路和端口。

单播(unicast): 是指封包在计算机网络的传输中，目的地址为单一目标的一种传输方式。它是现今网络应用最为广泛，通常所使用的网络协议或服务大多采用单播传输，例如一切基于TCP的协议。

组播(multicast): 也叫多播， 多点广播或群播。 指把信息同时传递给一组目的地址。它使用策略是最高效的，因为消息在每条网络链路上只需传递一次，而且只有在链路分叉的时候，消息才会被复制。

广播(broadcast)：是一种信息的传播方式，指网络中的某一设备同时向网络中所有的其它设备发送数据，这个数据所能广播到的范围即为广播域(Broadcast Domain)。简单点说，广播域就是指网络中所有能接收到同样广播消息的设备的集合。

广播风暴也叫网络广播风暴，广播风暴(broadcast storm)故障，即一个数据包或帧被传送到本地网段(由广播域定义)上的每个节点就是广播；网络上的广播帧由于被转发，数量急剧增加而出现正常网络通信的反常现象。广播风暴会占用相当可观的网络带宽，导致正常数据包无法正常运行。当广播数据充斥网络无法处理并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，这就发生了广播风暴，造成局域网局部或整个网络瘫痪。

虚拟局域网（VLAN）是一组逻辑上的设备和用户，这些设备和用户并不受物理位置的限制，可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来，相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样，由此得名虚拟局域网。同一个VLAN中的广播只有VLAN中的 成员才能听到，而不会传输到其他的VLAN中去，从而控制不必要的广播风暴的产生。

一个VLAN就是一个广播域.如果你的核心交换机的所有的端口都在一个VLAN中，属于一个大的广播域。划分VLAN后每个VLAN一个广播域。

路由器是一种基于网络层的互联设备，是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。它能够理解不同的协议，例如某个局域网使用的以太网协议，因特网使用的TCP/IP协议。这样，路由器可以分析各种不同类型网络传来的数据包的目的地址，把非TCP/IP网络的地址转换成TCP/IP地址，或者反之；再根据选定的路由算法把各数据包按最佳路线传送到指定位置。所以路由器可以把非TCP/ IP网络连接到因特网上。

路由器的功能：

• 隔绝广播，实现跨三层的数据互访
• 路由协议的支持、维护路由表
• 路由发现、路径选择及数据转发
• 流量管理
• 广域网接入、地址转换及特定的安全功能

OSI

OSI由下往上分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层

特点：

• OSI模型每层都有自己的功能集
• 层与层之间相互独立又相互依靠
• 上层依赖于下层，下层为上层服务

应用层：为应用软件提供接口，使应用程序能够使用网络服务。协议：http(80)、ftp(20/21)、pop3(110)、telnet(23)、dns(53)等

表示层：数据的编解码、数据的加解密、数据的压缩解压缩。如ASCII、JPEG等

会话层：负责建立、管理和终止表示层实体之间的会话连接；在设备或节点直接提供会话控制；在系统之间协调通信过程

传输层：数据成为段。负责将来自上层应用程序的数据进行分段和重组，并将它们组合为同样的数据流形式；提供端到端的数据传输服务。协议：tcp、udp

网络层：数据成为包。定义了逻辑地址；分组寻址，负责将分组数据从源端传输到目的端；路由选择、维护路由表。设备：路由器

数据链路层：数据成为帧。在不可靠的物理链路上，提供可靠的数据传输服务，把帧从一跳（节点）移动到另一跳（节点）；组帧、物理编址、流量控制、差错控制、接入控制。协议有：以太网、令牌环网、PPP、HDLC、Frame Relay 等;设备：交换机、网卡 、网桥

物理层：数据成为位。定义接口和媒体的物理特性；定义比特的表示、数据传输速率、信号的传输模式（单工、半双工、全双工）；定义网络物理结构（网状、星型、环型、总线型等拓扑结构）；负责把逐个的比特从一跳（结点）移动到另一跳（结点）设备：集线器

IP地址：三层逻辑地址，用于一个IP网络中标识一个节点或者一个设备的接口，同时也用于数据包在网络中的寻址。

IP地址有两个标准：IP版本4（IPv4）和IP版本6（IPv6）。所有有IP地址的计算机都有IPv4地址，许多计算机也开始使用新的IPV6地址系统。两者的区别有：

1.扩展了路由和寻址的能力，IPv6把IP地址由32位增加到128位；

2.报头格式的简化，IPv6地址是IPv4地址的4倍，但报头只有2倍大；

3.IPv6还具备QoS功能、身份验证和保密、安全机制IPSec等等特点及区别。

MAC地址：以太网二层逻辑地址。华为产品MAC地址前3个字节是0x00EOFC。