单元1 任务5 认识网络接口及网络设备（课件）-《计算机网络应用基础》（高教版）【上好课】

计算机网络应用基础 高等教育出版社2021版 任务5 | 2课时 单元1 初识计算机网络 任务5 认识网络接口及网络设备 说出网卡、调制解调器及各类互联设备的工作层次与基本功能 能按面板接口识别设备，区分冲突域与广播域，对比交换机与路由器 通过观察机房设备，培养规范操作意识与网络管理职业素养 知识目标 能力目标 素养目标 01 01 01 学习目标 教学导入：校园设备为什么能互相通信？ 任务：认识设备的接口、功能与结构 交换机 路由器 网卡 第一部分 认识网络互联设备 知识讲授 知识准备 常见网络互联设备：网卡、调制解调器、中继器、集线器、交换机、路由器、网关等。 其中中继器、集线器、调制解调器工作在物理层；交换机工作在数据链路层；路由器和三层交换机工在网络层；网关工作在传输层及以上。网卡同时工作在数据链路层和物理层。 图1 OSI 参考模型中的网络互联设备对应关系 知识讲授：网络名词 ▍冲突（collision） ：在以太网中，当两个数据帧同时被发送到传输介质上，并完全或部分重叠时，就会发生数据冲突。当冲突发生时，所传输的数据不再有效。 ▍冲突域：在同一个冲突域中的每一个结点都能收到被发送的帧。 ▍广播 ：向所有连通的结点发送消息。 ▍广播域 ： 能接收任何一台设备发出的广播帧的所有设备的集合。 知识讲授：中继器（Repeater） 中继器又被称为转发器、收发器，其作用是将传输介质传输过来的信号进行整形、再生和还原，让网络信号传输得更远。 中继器在物理上可以连接两个以上的网络，在逻辑上仍为一个网络，属同一个冲突域。中继器不能无限延长传输距离，遵循以太网的“5-4-3-2-1”原则。 图2 中继器工作原理 知识讲授：中继器（Repeater） ▍5-4-3-2-1 原则 ： 5：从任一发送端到接收端之间不能超过 5 个网段； 4：从任一发送端到接收端之间只能经过 4 个中继器； 3：其中 3 个网段可挂接计算机； 2：另外 2 个网段只能作为中继链路，不能连接站点； 1：整个网络组成一个冲突域。 知识讲授：集线器（Hub） 集线器也是一种多端口的中继器，除了对接收到的信号再生并传输外，还作为多个网络电缆段的中间转换设备将多个网段连接起来，主要用于 10Base-T（表示 10 Mbps 基带双绞线网）和 100Base-T（表示 100 Mbps 基带双绞线网）。 ▍接口： 一些型号较老的集线器上除了带有 RJ-45 接口外，还带有用于连接同轴电缆的 AUI 粗缆接口和（或）BNC 细缆接口，以实现不同介质间的连接。 ▍提示： 用集线器连接双绞线以太网时，物理上是星状结构，逻辑上是总线型结构。 图3 集线器接口 知识讲授：网桥（Bridge） 网桥也被称为桥接器，用于连接两个或更多个局域网，延长网络跨度，同时提供智能化连接服务。 ▍工作原理 ： 网桥比中继器更智能，可以根据物理地址（MAC 地址或网卡地址）对数据进行过滤和存储转发，会检查所通过数据帧的源地址和目的地址，如果属于不同的网段，则将该数据帧转发到另一个网段，否则不转发。 ▍作用与局限： 起到隔离网段的作用，但不能隔离广播域。 图4 网桥工作原理 知识讲授：交换机（Switch） 交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备，可以理解为一种特殊的多端口的网桥，也可以认为是带有交换功能的集线器。它的每个端口都具有桥接功能，一个端口就是一个冲突域，可以隔离冲突域，但不能隔离广播域。 ▍外观接口：常用的是 RJ-45 接口，较高端的交换机还有连接光纤的光纤接口，可网管交换机有 Console 接口。 交换机通常由地址学习、数据帧转发/过滤决策等基本功能，较高端的交换机还有消除环路的功能。 图5 24口可网管交换机外观和接口 知识讲授：交换机基本功能 ▍地址学习 ：交换机检查端口第一次接收到的数据帧源物理（MAC）地址，并与接收端口号同时记录到“端口—MAC 地址”映射表中。 ▍数据帧转发/过滤 ：当一个数据帧的目的地址在物理（MAC）地址表中有映射时，会被转发到该目的端口而不是所有端口；若不在表中则加入，若在表中则将数据帧转发到对应的目的端口。 知识讲授：交换机的交换方式 ▍直接交换：对传输的数据帧不进行差错校验，一旦接收并检测到目标 MAC 地址则立即转发。优点是速度快、交换延迟时间小；缺点是不具备差错检测能力，且不支持具有不同速率的端口之间的数据帧转发。 ▍存储转发： 接收完整的数据帧，并缓存起来进行检测，若是正确完整的，则根据目的 MAC 地址将其转发出去。优点是具备差错检测能力，支持不同速率的端口之间的数据帧转发，改善网络性能；缺点是交换延迟时间将会增加。 ▍碎片隔离 ： 也称为改进的直接交换方式，检查收到数据包的长度是否够 64 B，如果小于 64 B，则判为受损帧丢弃该包；如果已超过 64 B，则发送该包。这种方式不提供数据校验，数据处理速度比存储转发方式快，但比直通交换方式慢。 知识讲授：交换机的分类 从广义上交换机分为广域网交换机和局域网交换机两种：广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信基础平台；局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备。 从狭义上分，分类方式如下。 ▍按网络构成：可分为核心层交换机、汇聚层交换机和接入层交换机。 ▍按可管理性 ： 可分为可管理型交换机和不可管理型交换机。 知识讲授：交换机的分类 ▍按 OSI 层次： 可分为第 2 层、第 3 层、第 4 层交换机等。最常用的是基于 MAC 地址学习的第 2 层交换机；第 3 层交换机还具有路径选择功能；第 4 层以上的交换机被称为内容型交换机，主要用于互联网数据中心。 ▍按是否可堆叠 ： 不可堆叠交换机；可堆叠交换机通过堆叠模块和专用堆叠线，将两台以上的交换机在逻辑上合并为一台交换机，增加带宽和端口数量。 知识讲授：交换机的分类 ▍按介质和速率： 以太网交换机（10 Mbps）、快速以太网交换机（100 Mbps）、千兆以太网交换机（1 Gbps）、FDDI 交换机、ATM 交换机和令牌环交换机等多种。 ▍按规模 ：企业级（500 个信息点以上）、部门级（300 个信息点以内）、工作组（100 个信息点以内）。 图6 交换机按网络构成分类 知识讲授：路由器（Router） 路由（Routing）是把数据从一个地点传送到另一个地点的行为或动作，而路由器是执行这个动作的机器。路由器连通不同类型的网络，能够识别数据的目的 IP 地址所在的网络，根据内置的路由表，从多条通路中，选择一条最佳路径发送数据。路由器丢弃所有的广播帧，隔离多个局域网之间的广播信息，可以抑制广播风暴。 ▍WAN 接口 ： 用双绞线连接广域网 ▍LAN 接口 ： 连接交换机、计算机、网络打印机等局域网设备 ▍Console 接口 ： 连接设备调试线，以对路由器进行配置；Reset键用来复位设备到初始化状态。 知识讲授：路由器（Router） ▍主要功能 ： 最基本的功能是网络互连，实现不同网络互相通信，包括局域网与局域网之间、局域网与广域网之间的通信；高端路由器还有数据处理（分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等）和网络管理（配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等）功能。 图7 路由器常用接口 知识讲授：路由器的分类 ▍按功能：可分为核心级路由器、企业级路由器和接入级路由器。核心级路由器又被称为骨干级路由器，数据吞吐量较大，要求高速率及高可靠性；企业级路由器连接对象为多个终端系统，简单且数据流量较小；接入级路由器连接家庭或 ISP 内的小型企业客户。 ▍按结构 ：可分为模块化路由器和非模块化路由器。模块化路由器可以实现路由器的灵活配置，适应企业的业务需求；非模块化路由器只能提供固定单一的端口。 图8 路由器按功能分类 知识讲授：网关（Gateway） 网关又被称为网间连接器、协议转换器，是一个网络连接到另一个网络的“关口”。网关在网络层上实现不同协议、不同体系结构的互连，是最复杂的互连设备。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 课堂问答 1. 交换机是如何“学习”到网卡物理地址的？ 2. 路由器是如何实现网络互连的？ 3.用集线器连接双绞线以太网时,物理上和逻辑上分别是什么结构? 4.中继器遵循的"5-4-3-2-1"原则中,"4"表示什么? 解析： 1. 检查端口第一次接收到的数据帧源 MAC 地址，与端口号记录到“端口—MAC 地址”映射表。 2. 识别目的 IP 地址所在网络，查路由表选择最佳路径转发。 3.物理上是星状结构,逻辑上是总线型结构。 4.从任一发送端到接收端之间只能经过 4 个中继器。 点击显示答案 例题分析 比较某设备面板上的 LAN、WAN、Console 接口的异同，并对比交换机与路由器的功能。 解析：LAN 连局域网设备、WAN 连广域网、Console 连调试线；交换机按 MAC 转发（数据链路层），路由器按 IP 路由（网络层）。 点击显示答案 课堂练习 1.（填空）交换机工作在 OSI 的____层。 2.（填空）路由器工作在 OSI 的____层。 3.（判断）路由器能隔离广播域。（ ） 4.（多选）以下工作在网络层的设备有( ) A.交换机　B.路由器　C.三层交换机　D.网关 解析： 1. 数据链路层 2. 网络层 3. √ 4.B、C 点击显示答案 第二部分 认识网络接口 知识讲授 知识讲授：网卡（网络适配器 NIC） 网络适配器（Network Interface Card），通常被称为网卡，工作在 OSI 参考模型的物理层和数据链路层，即 TCP/IP 体系结构的网络接口层。 ▍物理层功能 ：实现计算机与传输介质间的物理连接和电信号匹配。 ▍数据链路层功能 ：涉及帧的发送与接收、帧的封装与解封装、介质访问控制、数据编码与解码、数据缓存等功能。 ▍地位：网络适配器是网络中最基本和最重要的连接设备之一。 知识讲授：MAC 地址 每张网卡内都固化了独一无二的 48 位的物理地址，即 MAC 地址。MAC 地址为 6 个字节（48 位），通常用十六进制数表示，如 0000.0C12.3456。 ▍前 3 个字节：由 IEEE 分配给厂商 ▍后 3 个字节 ： 为分配给网卡的序列号 ▍唯一性： MAC 地址固化在网卡中，所以 MAC 地址在全世界都是唯一的 图9 MAC地址格式 知识讲授：网卡的分类 ▍按接口类型： 与双绞线连接的 RJ-45 接口网卡，与粗同轴电缆连接的 AUI 接口网卡，与细同轴电缆连接的 BNC 接口网卡，与光纤连接的 ST、SC 接口网卡，以及 USB 网卡、无线网卡等。 ▍按总线插槽接口： ISA、EISA、VESA、PCI、PCI-E 和 PCMCIA 网卡。PCI-E 网卡是目前的主流；ISA、EISA、VESA 目前已经很少使用；PCMCIA 网卡主要用于笔记本电脑。 ▍按传输速率 ：10 Mbps、100 Mbps、1000 Mbps，以及 10/100/1000 Mbps 自适应网卡。 知识讲授：调制解调器（Modem） 调制解调器（Modem），俗称“猫”，又被称为调制器和解调器。 ▍调制：计算机在发送数据时，先由调制解调器把数字信号转换为相应的模拟信号。 ▍解调 ：接收方的调制解调器把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号。 ▍主要功能： 实现数字信号和模拟信号间的转换。 ▍分类 ：依据上行连接所用的传输介质分为 3 种：铜线调制解调器（DSL 调制解调器，依托电话线上行传输）、Cable 调制解调器（有线电视网络的“宽带猫”）、光纤调制解调器（依托光纤上行，网速更快、传输距离更长，目前常用）。 课堂问答 1. 网卡工作在 OSI 参考模型的哪两层？ 2. MAC 地址是多少位、用什么进制表示？ 3. 调制解调器实现什么转换？ 4. 调制解调器把数字信号转换为模拟信号的过程叫____,把模拟信号还原为数字信号的过程叫____。 解析：1. 物理层和数据链路层 2. 48 位，十六进制 3. 数字信号与模拟信号间的转换 4.调制；解调 点击显示答案 例题分析 某网卡的 MAC 地址为 0000.0C12.3456，请说明前 3 字节与后 3 字节的含义。 解析：前 3 字节 0000.0C 由 IEEE 分配给厂商；后 3 字节 12.3456 为网卡序列号。 点击显示答案 课堂练习 1.（填空）网卡工作在 OSI 的____层和____层。 2.（填空）调制解调器实现____信号与____信号的转换。 3.（判断）MAC 地址全球唯一。（ ） 4. (单选) 调制解调器的主要功能是( ) A.延长传输距离　B.实现数字信号和模拟信号间的转换　C.隔离广播域　D.地址学习　 解析：1. 物理层；数据链路层 2. 数字；模拟 3. √ 4. B 点击显示答案 课堂小结：知识地图 认识网络接口及网络设备 从设备外观接口入手，理解工作层次、转发依据和典型应用场景。 设备 接口 分层 → → → 互联设备 中继器、集线器：再生信号、广播转发； 网桥、交换机：按 MAC 地址学习和转发； 路由器、网关：实现跨网络互连。 常见接口 LAN：连接局域网设备； WAN：连接广域网； Console：用于设备配置； RJ-45、光纤接口：匹配不同介质。 工作层次 物理层：中继器、集线器、调制解调器； 数据链路层：网卡、网桥、交换机； 网络层：路由器、三层交换机。 应用 关键判断 交换机：隔离冲突域，按 MAC 转发； 路由器：隔离广播域，按 IP 选路； 网卡：凭 MAC 地址接入网络。 一句话总结：看接口识设备，看层次判功能，看 MAC/IP 明确转发依据。 课后任务：观察并记录网络设备 基础 完成练习原卷基础巩固 5 题 实践 观察机房设备并填写记录表 提升 说明设备的工作层次与功能 依据 提交：观察记录表 + 判断说明 谢谢观看 THANKS $