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[2008-8-18]
 

集线器(HUB)
集线器(HUB)是局域网LAN中重要的部件之一,它是网络连线的连接点。集线器有多个户端口,连接计算机和服务器之类的外围设备。一个以太网数据包从一个站发送到集线器上,然后它就被广播到集线器中的其它所有端口,所以基于集线器的网络仍然是一个 共享介质的LAN。智能集线器的每一个端口都可以由网络操作员从集线器管理控制台上来配置、监视、连通或解释。集线器管理还包括收集各种各样网络参数的有关信息,诸如通过集线器和它每一个端口的数据包数目、它们是什么类型的包、数据包是否包含错误,以及发生过多少次冲突等。
目前有三种配置形式的集线器:
独立型集线器   独立型集线器是带有许多端口的单个盒子式的产品。独立型集线器间或者是用一段10Base-5 同轴电缆把它们连接在一起,或者是在每个集线器上的独立端口之间用双绞线把它们连接起来。独立型集线器通常是最便宜的集线器,常常是不加管理的。它们最适合于小型独立的 工作小组、部门或者办公室。
2.模块化集线器
模块化集线器在网络中是很流行的,因为它们扩充方便且备有管理选件。模块化集线器配有机架或卡箱,带多个卡槽,每个槽可放一块通信卡。每个卡的作用就相当于一个独立型集线器。当通信卡安放在机架内卡槽中时,它们就被连接到通信底板上,这样,底板上的两个通信卡的端口间就可以方便地进行通信。模块化集线器的大小范围可从4到14个槽, 故网络可以方便地进行扩充。
3. 堆叠式集线器
第三种类型集线器是堆叠式集线器。除了多个集线器可以“堆叠”或者用短的电缆线连在一起之外,其外形和功能均和独立型集线器相似。当它们连接在一起时,其作用就像一个模块化集线器一样,可以当作一个单元设备来进行管理。在堆叠中使用的一个可管理集线器提供了对此堆叠中其它集线器的管理。当一个机构想以少量的投资开始而又满足未来的增长时,这些集线器是最理想的。
三. 交换机(Switch)
交换机是一种基于MAC地址识别,能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址,并把其存放在内部地址表中,通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径,使数据帧直接由源地址到达目的地址。交换机的产生,导致了带宽的增加。
交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能,如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持,甚至有的还具有防火墙的功能。
1. 交换机与集线器的区别
Switch与Hub的最大区别是交换机以交换而不是以共享方式处理端口数据,从而有效地提高系统的带宽。它的工作原理与共享式Hub截然不同,能接收发来的信息包并加以暂时存储,然后发到另一端口。如果把Hub看成是一条内置的以太网总线的话, Switch可以被视为多条总线一交换矩阵互联。具体地说, Switch把每一个端口都挂在一条带宽很高的背板总线(CoreBus)上(至少比端口带宽高出一个数量级)背板总线与一个交换引擎(Switch Engining)相连,由端口丢进来的封装数据包经背板总线进入交换引擎,然后再达目的端口。
2. 交换机的数据交换方式
Cut through:封装数据包进入交换引擎后,在规定时间内丢到背板总线上,再送到目的端口,这种交换方式交换速度快,但容易出现丢包现象;  Store&Forward:封装数据包进入交换引擎后被存在一个缓冲区,由交换引擎转发到背板总线上,这种交换方式克服了丢包现象,但降低了交换速度;  Fragment Free:介于上述两者之间的一种解决方案。
3.三种交换技术
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,不用网桥或路由器连接,网络之间是互不相通的。以太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凳多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度,端口进行还可以细分为:模块交换 、端口组交换和端口级交换 。

帧交换
  帧交换是目前应用最广泛的局域网交换技术,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。一般来说每个公司的产品的实现技术均有差异,但对网络帧的处理方式主要有两种:真通交换和贮存转发 。
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。

信元交换   ATM技术代表了网络和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之间的通信能力。ATM采用了统计时分电路进行复用。因而能大大提高通道利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数GB的转送能力。
4. 多层交换技术
多层交换(也被称做第三层交换技术,或是IP交换技术)是相对于传统交换概念而提出的。众所周知,传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层--数据链路层进行操作的,而多层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说,多层交换技术就是:第二层交换技术+第三层转发技术。
多层交换技术的出现,解决了局域网中网段划分之后,网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面,解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。当然,多层交换技术并不是网络交换机与路由器的简单堆叠,而是二者的有机结合,形成一个集成的、完整的解决方案。
5. 交换机中的两项新技术
CEF技术
  随着网络的逐渐深入普及,Internet的数据传输模式有了很大的变化。数据更加频繁地穿梭于不同的网络之间,这使得网络中存在大量的短生存期的IP数据包,而且从拓扑结构上看,它们的目的地址往往是截然不同的。CEF就是在这样一个背景下产生的,主要是用于优化网络数据传输特性。
  CEF是一个完全基于拓扑的体系结构。以前的交换体系都使用数据流中的第一个包来建立IP目的地址的缓冲区,然后随后的数据包就都往这个地址传送数据;而CEF使用所有的有效路由信息来建立一个优化的IP前向信息库(FIB),利用FIB,即使是针对第一包初始化的数据,交换机或路由器仍然可以快速找到一条最佳路径用于网络传输。CEF实际上已经成为了一种高效的Internet交换结构体系。

NetFlow技术
  与CEF一样,NetFlow也是一种正在逐步完善的新技术。NetFlow的主要功能在于它能够为服务供应商和企业提供网络的容量规划、趋势分析以及数据的优先级方面的信息。这项技术也可以用于基于IP的计费应用和服务级别保证(SLA)的校验服务。
  NetFlow的工作原理主要是:NetFlow先记录下初始化IP包的数据,如IP协议类型、服务种类(ToS)、接口标识等,然后,为了更有效对数据进行匹配和计数,NetFlow让随后的数据在同一个数据流中进行传输,同时,对它们使用各自相应的服务,如安全性过滤、QoS策略、流量策划等。实时数据被存储在NetFlow的缓存中,通过读取的操作指令就可以重新找回。

在NetFlow的基础上,Cisco公司又提出了NetFlow策略路由(NPR)技术。这个基于Cisco IOS服务的技术,提供了流量规划、IP预先分类的功能,为策略路由提供了高效、高性能的NetFlow机制。由于NPR也支持CEF体系结构,因此可以用于分布式的平台上。


四. 路由器(Router)
当两个不同类型的网络彼此相连时,必须使用路由器。例如LAN2是 Toking Ring,LAN1是Ethernet,连接这两个网络就要使用路由器,如下图所示。


路由器工作在OSI模型的第三层(网络层) 因此它与高层协议有关;又由于它比网桥更高一层,因此智能性更强。它不仅具有传输能力,而且有路径选择能力。当某一链路不通时,路由器会选择一条好的链路完成通信。另外,路由器有选择最短路径的能力。
路由器比较复杂,其传输信息的速度比网桥要慢,一般适合于大型、复杂的网络连接。
它工作在OSI参考模型的网络层,因此访问的是对方的网络地址,可以在网络层上进行交换和路由数据帧。

路由器实际上就是一台技术复杂、处理能力强的计算机,它有CPU、RAM和 ROM等硬件;Flash称为快闪内存,存储着系统镜像文件(网间网操作系统,如 Cisco IOS),它的运行速度比一般内存要快,价格也要贵;NVRAM(Nonvolatile RAM)存储的是路由器启动配置文件(Configuration file即starup-config),相当于PC中的Autoexec.bat文件;路由器除Console口和 Auxiliary口外,一般带有局域网接口和广域网接口:LAN接口和 Switch端口一样,有速率和接口类型差别(RJ45、ST/SC、OC-3/STM-1、155Mb/s、100Mb/s AnyLAN等); 广域网接口有同步串口和异步串口、EI、TI、T3等。

虽然路由器属于局域网产品的范畴,但准确的说路由器应该是互联网的主要节点设备。目前路由器作为互联网的“交通警察”已经广泛应用于各行各业,各种不同档次的产品日益成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联以及骨干网与互联网互联互通业务的主力军。   路由器通过路由来决定数据的转发,而转发策略称为路由选择(routing),这也是路由器名称的由来。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Internet的主体脉络,也可以说,路由器构成了Internet的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一,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,路由器技术始终处于核心地位。而路由器产品也成为最具有技术含量,最为重要的网络设备。
1.路由器的功能
所谓路由,通俗的说就是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动,而路由器就是这样一种连接多个网络或网段的网络设备,它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”,以使它们能够相互“读”懂对方的数据,从而构成一个更大的网络。路由器也称选径器,可以说是在网络层实现互连的关键设备,它通常有两大典型功能,即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转发决定、转发以及输出数据链路调度等,一般由硬件来完成;控制功能一般用软件来实现,包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。它的应用比网桥更加复杂,也具有更大的灵活性。过去路由器多用于广域网,近年来,由于路由器性能有了很大提高,价格下降到与网桥接近,因此在局域网互连中也越来越多地使用路由器。
2. 路由和交换的区别
路由和交换是两个普通用户容易混淆的概念。一般来说,在路由过程中,信息至少会经过一个或多个中间节点,所以人们通常会将路由和交换进行对比,这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。其实,路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层(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交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息,所以两者实现各自功能的方式是不同的。
3. 路由器的类型
互联网各种级别的网络中随处都可见到路由器,而路由器通常可分为接入路由器、企业级路由器和骨干级路由器。接入路由器连接家庭或ISP内的小型企业客户,使得家庭和小型企业可以连接到某个互联网服务提供商;企业或校园级路由器连接许多终端系统,其主要目标是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连,并且进一步要求支持不同的服务质量,对它的要求是不但端口数目多、价格低廉,而且要求配置起来简单方便,并提供QoS;骨干级路由器实现企业级网络的互联,对它的要求主要是速度和可靠性,而成本代价则处于次要地位。
4.路由器选购要点
根据应用环境确定产品类型和档次
  因为应用环境的不同,用户实际使用情况也有所差异,因此路由器分为接入级、企业级或是骨干级,分别对应于低中高端产品。一般来说,低端接入级路由器主要适用在分级系统中最低一级的应用,或者中小企业的应用,产品多是固定配置的,或者是模块化的路由器,具体选用应该根据自己的需求来决定,考虑的一个主要因素是端口数量,另外还要看包交换能力。中端企业级路由器主要适用于大中型企业和Internet服务供应商,或者分级系统中的中级系统,比如市级网点的应用,产品选用的原则也是考虑端口支持能力和包交换能力。高端路由器主要是应用在核心和骨干网络上的路由器,一般是提供千兆能力的产品,端口密度要求极高。选用这类路由器的时候,性能因素最为重要。

根据应用要求确定产品外型尺寸   路由器的尺寸一般是19英寸,多为机架式,而桌面型或SOHO型路由器则比外置MODEM形状相似,只是外形大一些。一般来说,如果局域网内网络设备需要集中式管理,则最好还是选择19英寸宽的机架式路由器,如Cisco2509、华为2501(配置同Cisco2501);如果没有上述需求,桌面型的路由器如Intel的8100和Cisco的1600系列,则具有更高的性价比。

根据选购方向确定产品的基本性能指标   路由器作为网络设备中的“黑匣子”工作在后台。你在选择路由器产品时,应多从技术角度来考虑,如可延展性、路由协议互操作性、广域数据服务支持、内部ATM支持、SAN集成能力等。另外,选择路由器还应遵循标准化原则、技术简单性原则、环境适应性原则、可管理性原则和容错冗余性原则等。特别是对于高端路由器,还应该更多的考虑是否和如何适应骨干网对网络高可靠性、接口高扩展性以及路由查找和数据转发的高性能要求。高可靠性、高扩展性和高性能的“三高”特性是高端路由器区别于中、低端路由器的关键所在。从技术性能上考察路由器产品,一般要考察路由器的容量、每秒钟能处理多少数据包、能否被集群等性能问题,还要注意路由器是否能够提供增值服务和其他各种服务,如VPN、SLA、QoS、MPLS、Diffserv和组播通信等。另外,路由器能否支持带电插拔,也是路由器产品应该考察的一个重要性能指标。

考察路由器的网络扩展能力   扩展性也是考察路由器产品的一个重要点。随着计算机网络应用的逐渐增加,现有的网络规模有可能不能满足实际需要,会产生扩大网络规模的要求,因此扩展能力是一个网络在设计和建设过程中必须要考虑的。扩展能力的大小主要看路由器支持的扩展槽数目或者扩展端口数目。要考虑到将来近期内可能的网络升级,所以选用设备时,必须重点考察路由器的网络扩展能力。
考察路由器的控制软件   很多用户都知道,路由器的控制软件是路由器发挥功能的一个关键环节。从软件的安装、参数自动设置,到软件版本的升级都是必不可少的。因此在选购路由器产品时,要注意考察路由器的控制软件本身的优劣,最好选择软件安装、参数设置及调试方便,功能强大的产品。 

考察路由器的网管系统   由于路由器有非常关键和重要的控制任务,因此随着网络规模的不断增大,其网络的维护和管理负担就越来越重,所以在路由器这一层上网管系统尤为重要。当你在选择路由器时,务必要关注网络系统的监管和配置能力是否强大,设备是否可以提供统计信息和深层故障检测的诊断功能等。

适当考虑路由器产品的品牌   由于路由器技术含量高,价格昂贵,所以越是高档的产品越要注意产品的品牌,国外有着多年研发以及销售历史的名牌大厂的路由器产品较有保证,这样的著名品牌一般值得信赖。


补充:从ISO七层参考模型分
集线器工作在物理层(只作线路的汇集)
交换机工作在数据链路层(具备集线器功能,每端口高速转发数据)
路由器工作在网络层(选择路径,转发数据包)

 


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