第2章 网络设备简介.docx

课程名称
网络组建、维护与设计
教学对象
网络技术专业
教 材
〈〈网络组建、维护与设计〉〉
授课内容
第2章 网络设备简介
课 时
3课时
教学目的
与要求
通过本讲的学习，您应该学会以下知识和技能：
l 了解网络中常见的网络设备
l 了解网卡和集线器的选择和基本功能
l 熟悉网桥，交换机和路由器的选择及工作原理
l 掌握网络设备对网络中数据流的影响
重点、难点
本讲主要是通过对网络设备的了解，要熟悉在网络中设备的选择和定位，重点
部分就是要掌握常见网络设备的工作原理及作用，难点就是来分析网络设备对网络中数据流的影响，怎样才能通过不同的网络需求来选择不同厂家的网络产品。
关键词： 冲突 冲突域 广播 广播域 单播 多播
课 型
新授课
教学方法
讲授法、互动法、演示法、讨论法
教学过程
设计
（包括讲授知识、演示内容及案例、提问及学生演示内容）
设计思想：
本章主要是通过对网络设备的了解和认识，由浅入深的来区别不同的网络设备，掌握设备的工作原理，接着使用不同的案例和拓扑图来完成在网络中的应用，最后达到能够把不同的网络设备连接起来组建一个小型局域网的目的。（如：引用网络设计的三层思想来讲述网络设备在实际网络的选择、定位和功能等）
一． 导入课题（***15分钟***）
本讲采用上次课的OSI参考模型及各层功能，进一步分析在各层上具体有那些常见的网络设备，以及网络设备在OSI模型上的重要性，下面我们就根据设备在网络的定位来分析各网络设备特点、类型、功能及应用。
一、 知识剖析(***105分钟***)

说到网络设备，我们以前介绍过组建小型局域网的种类，请问常见的网络设备有那些？网络设备与OSI参考模型之间的对应关系？（提问1-2名学员，以加深对前面课程学习过知识的温习，能够充分的与学员互动，也进一步了解了学员对学习知识的掌握程度）(5分钟)

安徽新华电脑专修学院课堂教学教案
（电脑应用课使用）
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程
设
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（续表）
（一）1.1网卡的作用
（ 提问：网卡工作在OSI参考模型的哪一层？）
l 插在微机扩展总线槽内，通过总线与微机连接
l 后部通过T型连接器与同轴电缆相连或者RJ45插口与双绞线相连
l 网卡基本功能
* 基本数据转换
（把数据包转换成网络中的传输信号）
* 信息包的装配和拆装
* 网络存取控制
* 数据缓存
1.2 网卡的分类
《1》按传输速度来分 I : 10 M网卡 II :10/100 M 自适应网卡 III: 1000 M 网卡
《2》按主板上的总线类型来分 i: ISA(8 ,16位) ii: PCI(10M , 10/100M) iii：USB
《3》按其连接线的插口类型分 I: RJ45 水晶头 ii: BNC细缆口 iii: AUI 粗缆
（二）中继器和HUB
（提问？什么是冲突？冲突域？广播？广播域？）
2.1中继器的作用
2.2 HUB的特点
《1》具有再生、放大、整形、延伸物理介质
《2》一种中央结点（星型拓扑中）
《3》广播放送到其他所有端口
《4》所有设备在同一个广播域
《5》所有设备在同一个冲突域
《6》所有设备共享相同带宽
《7》使用CSMA/CD协议
2.3 HUB的组网方式（此处让学员来做，教师在旁边指导，锻炼学员动手能力，以达到以学员为主的教学目的）
(要求: 假如你是一个网络管理员,一个小型网络有50个信息点,请把50个点与3个24口的HUB连接起来,组成一个可以资源共享和数据通信的局域网)
（三）网桥和交换机 （为了让学生更加了解该设备，上课带设备进行演示）
(提问? 交换机工作在OSI参考模型的哪一层?)
3.1网桥工作原理（与交换机类似）
3.2交换机的特点
I: 解决了冲突和CSMA/CD算法产生的问题
II: 交换机不产生单一的共享式总线,它把每个独立的物理端口作为一条单独的总线
III: 交换机增加了冲突域的个数,减少了冲突.
3.3交换机的分类（为提高学生的知识面，从不同厂家和型号进行讲解，如华为、CISCO、港湾等）
I: 从广义上来看,交换机分为两种
(1) 广域网交换机 (主要应用与电信领域)
(2) 局域网交换机 (主要应用与局域网络)
II: 从传输介质和传输速率
(1) 以太网交换机 (2) 快速以太网交换机 (3) 千兆以太网交换机
(4) FDDI交换机 (5) ATM交换机 (6) 令牌环交换机等.
III: 从规模应用上可分
(1) 企业级交换机 (骨干交换机,可支持500个信息点)
(2) 部分级交换机 (支持300个信息点)
(3) 工作组交换机 (支持 100个信息点以内)
3.4 交换机的工作原理
I：接收一个帧
II: 如果是广播帧,则转发至所有的端口
III: 如果目的地址是单播地址,且地址不在地址表中(MAC地址表)中,也转发所有的端口
IV:如果目的地址是单播地址,则转发主相应端口,如果目的MAC地址位于输入端所在的网段,则不进行转发.
3.5交换机的组网方式（此处让学员来做，教师在旁边指导，锻炼学员动手能力，以达到以学员为主的教学目的）
(要求: 假如你是一个网络管理员,一个小型网络有150个信息点,请把150个点与24口的交换机连接起来,组成一个可以资源共享和数据通信的局域网)
(四) 路由器
(提问? 路由器工作在OSI参考模型的哪一层?)
路径的选择是主要功能
4.1 路由器的功能有哪些？
* 路由器是广域网的典型连接设备
* 将大的网络拆分成更小的逻辑网段来提供带宽
* 路由器通过使用不同的路由协议来路由网络中的数据包
* 路由器可以绑定访问控制列表来提高网络的安全性
* 可以通过路由器实现广域网的连接，例如ISDN和帧中继等技术。
* 4.2 路由器的通讯能力
* 连接多个网络或网段的网络设备
* 数据通道功能和控制功能流量控制
* 路由器发展趋势
* 速度更快
* 服务质量更好，管理更加智能

教
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（续表）
案例一：（20分钟）
通过上面的理论讲解，我们知道了集线器、交换机、路由器等设备的分类，特点，及工作原理之后，下面我们就用一个案例更进一步的说明常见网络设备的应用。根据案例分析该拓扑图的冲突，冲突域，广播，广播域以及对流量的分析。
如下图： 二层交换 HUB

.

100-Mbps
Fast Ethernet
100-Mbps
Fast Ethernet
20%
Local
Traffic
80% Remote
Traffic
广域网

三层交换机 文件服务器

讨论（7分钟）（利用典型案例，结合学员分组讨论，并回答案例中的问题，培养学员分析问题，勤于动脑，综合运用知识解决实际问题的能力）

（一） 请你根据上述例案，利用你所学过的知识，讨论再该图形中有多少冲突域和广播域？我们可以使用什么设备可以改变冲突域和广播域的个数？有那些好的解决方案？（讨论）
（二） 上图是一个什么样的网络连接图？（网络设计的三层思想） 该网络中使用那些网络设备？还有没有其他的连接方式可以为该网络使用（讨论）

教师小结：
根据拓扑图我们可以看到，该图形采用了网络设计的三层思想（核心层、汇聚层、接入层）来架构网络的，使用了HUB，二层交换机，三层交换机，路由器通过物理线路和服务器和客户端进行连接，最后达到资源共享和数据通信的目的，根据集线器，交换机（二层交换机）和路由器的特点，知道集线器及不具有隔离冲突域和广播域的能力，整个HUB在一个冲突域内，交换机具有隔离冲突而不具有隔离广播的能力，路由器及能隔离冲突又能隔离广播，所以的出最好结果是冲突域个数为18个。广播域个数为12个（三层交换机启动了三层功能

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（续表）
思考练习：（5分钟）
根据案例一的拓扑图思考集线器、交换机、路由器对网络数据流的影响
教师小结：
（1） 集线器
集线器工作在物理层，仅能对网络进行物理分段，通过对物理信号进行发大，集线器拓展了网络的物理范围。但集线器的使用要遵循5-4-3规则。同时，通过集线器连接起来的物理网段属于同一个碰撞域，随着碰撞域中设备数据的增加，发生碰撞的概率增大，同时，带宽的利用率下降。
（2） 交换机
交换机工作在数据链路层。交换机可以根据数据帧的MAC地址进行数据流的智能的转发和过滤，因此，交换机分割碰撞域。显然，使用交换机的交换式网络的带宽利用率高于有集线器连接起来的共享式网络。同时，通过交换机上创建VLAN分割广播域进一步的提高了带宽的利用率。并且增强了网络的安全性。
（3） 路由器
路由器工作在网络层，路由器在广播域之间交换数据包，通过部署路由器将网络分割成多个逻辑子网，能有效的改善全网的性能的同时，通过在路由器上实施访问控制规则，限制不必要的数据包进入网络，从而提高了带宽的利用率和网络的安全性。
（此处也可以先提问，然后在使用自己的语言以文字的形式写出来，教师在旁边指导，锻炼学员动手能力，以达到以学员为主的教学目的）

你学会了吗？（课程讲完后，可以做一个的调查报告，以反应学员对新知识的掌握情况同时也要和学生进行沟通，让学生提出在教学中需要改进的地方）

复习思考题
作 业
上机任务
思考题：交换机内部是任何进行数据帧的转发和过滤？（5 分钟）
作业：（1）简单描述HUB、SWITCH、ROUTER 之间的区别？
（2）解决网络冲突问题的方法？
（3）交换机和集线器的区别？
实验安排（20分钟）：
（布置详细的实验内容，便于学员在实验课中解决问题）
一、实验设备：
n 根据设备机房的布局，一共有四组，每组有一台交换机，共4台Catalyst 1900/2950交换机
n 每组4台PC机共16台PC
n 准备若干直通线和交叉线
二、实验要求：
1、在实验室中按给定的网络拓朴图连接网络（此处也可以先让学员来做，教师在旁边指导，锻炼学员动手能力，以达到以学员为主的教学目的）
2、通过主机来测试交换机是否具有隔离广播域和冲突域的功能
3、根据以前所学WINDOWS 2003 的知识，然后在一台PC上做FTP或WEB服务等来测试通过交换机来完成资源共享和数据通行的功能。（主要是提高学生各门课之间的联系）
4、写出完整的实验报告
（提问？根据以上的要求，请问还有没有其他的组网方式？（举例说明）
三、实验内容演练

…. …. …,
参考文献
Cisco System著.思科网络技术学院（第三、四学期）.北京:人民邮电出版社,2004
清华万博网络技术有限公司 著 网络设备—— 北京：清华万博网络技术有限公司 2004
杨威 刘彦宏 著 网络工程设计与安装——北京：电子工业出版社 2005
课后记
（或归纳小结）
本节课我们主要的讲解了以下内容：（5分钟）
n 了解网络中常见的网络设备
n 了解网卡和集线器的选择和基本功能
n 熟悉网桥，交换机和路由器的选择及工作原理
n 掌握网络设备对网络中数据流的影响
n 掌握网络设备在网络的应用