网络设备工作原理课件

计计算机网算机网络络Computer Networks第五讲 网络设备工作原理7/17/20241精品n网网络络互互连连的的层层次次n网网络设备络设备的工作原理的工作原理7/17/20242精品网网络络互互连连的的层层次次网网络络互互联联从通信从通信协议协议的角度来看可以分成四个的角度来看可以分成四个层层次：次：n物理物理层层：使用中：使用中继继器在不同的器在不同的电缆电缆段之段之间间复制复制位信号。位信号。n数据数据链链路路层层：使用：使用桥桥在局域网之在局域网之间间存存储转发储转发数数据据帧帧。n网网络层络层：使用路由器在不同的网：使用路由器在不同的网络络之之间间存存储转储转发发分分组组数据。数据。n传输层传输层及以上：使用及以上：使用协议转换协议转换器也称网关提供器也称网关提供更高更高层层次的接口，它是属于端次的接口，它是属于端-端的主机互端的主机互联联。7/17/20243精品网网络络互互连连的的层层次次nLAN-LAN在在传输层传输层之下，一般用中之下，一般用中继继器器和网和网桥桥就就够够了。了。LAN-WAN之之间间的的协议协议差异大，多用路由器。少数差异大，多用路由器。少数协议协议差差别较别较大的高大的高层应层应用系用系统统会用到网关（如会用到网关（如CCITT X.400与与SMTP之之间间的的邮邮件网关）。件网关）。7/17/20244精品n网网络络互互连连的的层层次次n网网络设备络设备的工作原理的工作原理7/17/20245精品网网络络接口卡接口卡n网网络络接口卡（接口卡（NIC）简简称称网卡，也被称网卡，也被称为为网网络络适配适配器器n就物理外表而言，网就物理外表而言，网络络接接口卡是与口卡是与计计算机主板或外算机主板或外围设备围设备上的上的总线扩总线扩展槽相展槽相适适应应的一种印刷的一种印刷电电路板路板n网网络络接口卡是网接口卡是网络络通信的通信的基本硬件基本硬件组组成部分，它能成部分，它能够够把把计计算机算机产产生的串行信生的串行信号号转换转换成可以在网成可以在网络电缆络电缆上上传传送的串行格式。送的串行格式。7/17/20246精品网网络络接口卡接口卡n网网络络接口卡工作在接口卡工作在OSI参考模型的物理参考模型的物理层层和数据和数据链链路路层层的的MAC子子层层n根据网根据网络络介介质访问质访问控制方法的不同，网控制方法的不同，网卡可以分卡可以分为为以太网、令牌以太网、令牌环环、光、光纤纤分布分布式接口和异步式接口和异步传输传输方式等几种。其中以方式等几种。其中以太网卡是太网卡是应应用最广泛的网卡。用最广泛的网卡。7/17/20247精品以太网卡以太网卡n以太网卡以太网卡实现实现了了MAC子子层层的的CSMA/CD介介质访质访问问，物理，物理层层的的编码编码/解解码码、发发送接收、送接收、载载波波检检测测、冲突、冲突检测检测等功能，并提供了与等功能，并提供了与传输传输介介质质的的连连接接口，如接接口，如RJ45、BNC和和AUI接口。接口。n以太网卡包括以下几部分：以太网卡包括以下几部分：n发发送和接收部件送和接收部件n载载波波检测检测部件部件n发发送和接收控制部件送和接收控制部件n曼曼彻彻斯特斯特编码编码/译码译码器器nLAN管理部件管理部件n微微处处理器理器7/17/20248精品曼曼彻彻斯特斯特编码编码/译码译码器器发发送控制送控制载载波波检测检测接收控制接收控制微微处处理器理器LAN管理部分管理部分发发送送接收接收7/17/20249精品网卡网卡总线类总线类型型n16位位ISA（行（行业标业标准准结结构）构）n32位位PCI（外部（外部设备设备互互联联）、）、EISA（扩扩展展ISA）、）、MCA（微信道（微信道结结构）构）n其它其它PCMCIA（个人（个人计计算机存算机存储储卡国卡国际协际协会）、并行口、会）、并行口、USB7/17/202410精品接口接口类类型型nRJ45无屏蔽双无屏蔽双绞线绞线接口接口nAUI粗同粗同轴电缆轴电缆接口接口nBNC细细同同轴电缆轴电缆接口接口nSC/ST光光纤纤接口接口7/17/202411精品网卡的使用网卡的使用网卡地址：即网卡的物理地址或称网卡地址：即网卡的物理地址或称为为MAC地址，地址，固化在网卡硬件中固化在网卡硬件中配置参数（跳配置参数（跳线设线设置置/软软件件设设置置/PnP）中断中断请请求号求号 IRQ（一般（一般为为3）I/O基地址基地址 I/O Base（一般（一般为为300H）存存储储器基地址器基地址 Memory Base(一般一般为为C000H)全双工全双工/半双工半双工 传输传输速率（速率（仅仅10/100Mbps双速网卡可双速网卡可选选）7/17/202412精品提高网卡提高网卡传输传输性能的措施性能的措施并行并行处处理：理：发发送送/接收和数据接收和数据处处理同步理同步进进行行全双工：需集全双工：需集线线器器/交交换换机的支持机的支持突突发传输发传输方式（每次方式（每次传传送更多的送更多的帧帧）智能网卡（智能网卡（让让网卡承担更多的网卡承担更多的传输传输任任务务）提高与主机的提高与主机的传输传输速度：速度：与主机的存与主机的存储储器器传输传输数据数据时时采用采用DMA传传送方式送方式 总线总线采用采用传输传输速度速度较较快的快的PCI总线总线7/17/202413精品网卡的安装网卡的安装n选择选择网卡需要考网卡需要考虑虑的的问题问题：n网网络结络结构构n操作系操作系统统n介介质类质类型型n数据数据传输传输速率速率n可用的可用的总线类总线类型型7/17/202414精品网卡的安装网卡的安装n首先将网卡插入到一个合适的槽中（首先将网卡插入到一个合适的槽中（ISA或或PCI）n一些老的网卡配有滑一些老的网卡配有滑动动开关，开关，DIP开关或跳开关或跳线线来控制网卡使用的来控制网卡使用的DMA内存地址和内存地址和IRQ中断中断号，需按使用号，需按使用说说明明进进行行设设置。大多数网卡是通置。大多数网卡是通过软过软件来件来设设置置nWindow95/98/2000/xp能能够识别够识别即插即用即插即用设备设备，当网卡安装之后操作系当网卡安装之后操作系统统能自能自动识别动识别，根据它，根据它的提示的提示进进行行设设置并安装网卡所置并安装网卡所带驱动带驱动程序即可程序即可n如果操作系如果操作系统统无法无法识别识别网卡，网卡，则则需手工安装需手工安装（如（如Win3.x、WinNT、UNIX、Linux）7/17/202415精品网网络络集集线线器器n工作在工作在OSIOSI模型第一模型第一层层的网的网络设备络设备n中中继继器器n集集线线器器多端口中多端口中继继器器7/17/202416精品中中继继器器n中中继继器是第器是第1 1层层网网络设备络设备n中中继继器的用途：在比特器的用途：在比特级级上上对对网网络络信号信号进进行再行再生和重定生和重定时时，从而可以使它，从而可以使它们们可以在网可以在网络络介介质质上上传输传输更更长长的距离。的距离。n缺点：不能缺点：不能对对网网络络流量流量进进行行过滤过滤n使用中使用中继继器器时时注意：注意：n用中用中继继器器连连接的以太网不能形成接的以太网不能形成环环n必必须须遵守遵守MACMAC协议协议定定时时特性，不能用中特性，不能用中继继器将器将电缆电缆无限无限连连接起来（四中接起来（四中继继器原器原则则）7/17/202417精品四中四中继继器原器原则则n在网在网络络上的任何两台上的任何两台计计算机之算机之间间不能安不能安装超装超过过4 4台的中台的中继继器或者放大式集器或者放大式集线线器。器。n该规则该规则能保能保证证当冲突当冲突发发生生时时，冲突域中，冲突域中的每个的每个节节点都能知道已点都能知道已经发经发生了冲突。生了冲突。n5-4-3-2-15-4-3-2-1n网网络络的的5 5个部分，个部分，4 4台集台集线线器或中器或中继继器，网器，网络络的的3 3个部分可以个部分可以连连接主机，两个部分是接主机，两个部分是链链路部分，路部分，1 1个大的冲突域（如个大的冲突域（如图图所示）所示）7/17/202418精品7/17/202419精品集集线线器器n集集线线器是物理器是物理层层网网络设备络设备，也称多端口，也称多端口中中继继器器n对对信号信号进进行再生并且把它放大到所有的行再生并且把它放大到所有的端口端口n常常见见的有的有8 8，1212，1616，2424口口7/17/202420精品7/17/202421精品三种三种结结构：构：独立式（独立式（Stand alone）：）：固定端口配置，固定端口配置，扩扩充充时时用用级连级连的方法的方法堆叠式（堆叠式（Stackable）：）：固固定定配配置置，用用堆堆叠叠方方法法进进行行扩扩充充堆堆叠叠连连接接在在一一起起的的HUB在在逻逻辑辑相相当当于于一一台台单单独的独的HUB，可，可统统一管理一管理模模块块化（化（Module）：）：又又称称机机箱箱式式，由由一一台台带带有有底底板板、电电源源的的机机箱箱和和若若干干块块多多端端口口的的接接口口卡卡（线线卡卡）组组成成。可可灵灵活活按按需需配配置置，通通过过插插入入不不同同的的插插卡卡满满足足需需求求（如如插插入入交交换换卡卡、路路由由卡、加密卡等）卡、加密卡等）7/17/202422精品NICNICHUBHUBUTPUTPPCPC机机机机用集用集用集用集线线线线器搭建器搭建器搭建器搭建简单简单简单简单的网的网的网的网络络络络服服服服务务务务器器器器以以1台服台服务务器，器，3台台PC机机为为例：例：一台一台HUB 4块块UTP接口的网卡接口的网卡 4台台PC机机 8个个RJ45接接头头（水晶（水晶头头）若干米若干米UTP双双绞线绞线 7/17/202423精品共享介共享介质环质环境中的冲突和冲突域境中的冲突和冲突域共享介共享介质质(多路多路访问访问)扩扩展介展介质质点到点点到点7/17/202424精品冲突和冲突域冲突和冲突域n在同一个网在同一个网络络上，当两个比特同上，当两个比特同时时在在进进行行传输传输时时，就可能会，就可能会发发生冲突。生冲突。n一个网一个网络络上若有上若有过过多的网多的网络络流量流量则则会会导导致致严严重重的的问题问题n在网在网络络内部，数据分内部，数据分组产组产生和生和发发生冲突的生冲突的这样这样一个区域被称一个区域被称为为冲突域冲突域n所有共享介所有共享介质环质环境都是冲突域，一条境都是冲突域，一条线线路可通路可通过过接插接插电缆电缆、收、收发发器、中器、中继继器和集器和集线线器与另一器与另一条条线线路路进进行行连连接，所有接，所有这这些第些第1 1层层互互连设备连设备都都是冲突域的一部分是冲突域的一部分n当冲突当冲突发发生的生的时时候，卷入到冲突的数据分候，卷入到冲突的数据分组组会会受到逐位的破坏受到逐位的破坏7/17/202425精品工作站越多意味着冲突越多工作站越多意味着冲突越多7/17/202426精品中中继继器、集器、集线线器和冲突域器和冲突域n中中继继器会器会对对比特比特进进行再生和重定行再生和重定时时，但是中，但是中继继器不能器不能对对通通过过它它们们的的业务业务流量流量进进行行过滤过滤。中。中继继器会把一个端口收到的信号器会把一个端口收到的信号转发转发到所有的端口到所有的端口n使用中使用中继继器会器会扩扩展冲突域的范展冲突域的范围围，在中，在中继继器两器两端的网端的网络络是一个大的冲突域是一个大的冲突域n集集线线器也称多端口中器也称多端口中继继器，器，进进入集入集线线器一个端器一个端口的任何信号都会再生、重定口的任何信号都会再生、重定时时而且被而且被发发送到送到其余的所有端口其余的所有端口n中中继继器和集器和集线线器都是第器都是第1 1层层的的设备设备，因此它，因此它们们不会不会对对网网络络流量流量进进行行过滤过滤。n如如图图所示所示7/17/202427精品冲突域：由一台集冲突域：由一台集线线器和中器和中继继器所器所扩扩展展7/17/202428精品第第2层设备层设备n网网桥桥n交交换换机机7/17/202429精品网网桥桥n定定义义：网：网桥桥（bridge）是工作在）是工作在数据数据链链路路层层的的一种网一种网络络互互连设备连设备，它在互，它在互连连的的类类型相同但型相同但协协议议不同的不同的LAN之之间实现帧间实现帧的的存存储储和和转发转发。n为为什么使用网什么使用网桥桥？n学校和企学校和企业业的各个部的各个部门门分分别拥别拥有自己独立管理的有自己独立管理的LAN，为为了了进进行交互，需要使用网行交互，需要使用网桥桥来来实现实现互互连连；n一个企一个企业业分布在相隔很分布在相隔很远远的不同建筑物内，在每个建筑物内的不同建筑物内，在每个建筑物内组组建建单单独的独的LAN，并使用网，并使用网桥桥将将这这些些LAN连连接起来，是比接起来，是比较较经济经济的方案；的方案；n将一个将一个负载负载很重的大很重的大LAN分隔成使用网分隔成使用网桥桥互互连连的几个的几个LAN以以减减轻负轻负担；担；nLAN上的两台机器其距离超上的两台机器其距离超过过2500米，必米，必须须使用网使用网桥桥将将这这个个 LAN 分隔以保分隔以保证证网网络络的正常工作；的正常工作；n网网桥桥可以隔离可以隔离负载负载，防止出故障的站点，防止出故障的站点损损害全网；害全网；n网网桥桥可以有助于安全保密。可以有助于安全保密。7/17/202430精品图17/17/202431精品用网用网桥实现桥实现多个网段互多个网段互连连hubhub10Base2-10Base2-细缆细缆细缆细缆EthernetEthernet10Base5 10Base5 粗粗粗粗缆缆缆缆EthernetEthernet10BaseT-10BaseT-双双双双绞线绞线绞线绞线routerrouterserverserverhubhub网网网网桥桥桥桥网段网段网段网段3 3网段网段网段网段4 410Base5 10Base5 粗粗粗粗缆缆缆缆EthernetEthernet网段网段网段网段1 1网段网段网段网段2 27/17/202432精品连连接接 802.X和和 802.Y的网的网桥桥n互互连时连时需要解决的相同需要解决的相同问题问题n不同不同LAN帧帧格式的格式的转换转换；n不同的不同的LAN速率不同，网速率不同，网桥桥要有要有缓缓存能力；存能力；n高高层协议层协议的的计时计时器器设设置；置；n不同的不同的LAN支持的最大支持的最大帧长帧长度不同。解决度不同。解决办办法：法：丢丢弃无法弃无法转发转发的的帧帧。7/17/202433精品应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层IP包802.3PKT 802.5PKT802.3PKT 802.5PKT802.3介质802.5介质链路层物理层LLCMACPHY图27/17/202434精品两种两种类类型的网型的网桥桥透明网透明网桥桥（Transparency Bridge）源源选选径网径网桥桥（Source Routing Bridge）7/17/202435精品透明网透明网桥桥/生成生成树树网网桥桥工作原理：工作原理：n网网桥桥工作在混工作在混杂杂（promiscuous）方式，接收所有的）方式，接收所有的帧帧；n网网桥桥接收到一接收到一帧帧后，通后，通过查询过查询地址地址/端口端口对应对应表来确定是表来确定是丢丢弃弃还还是是转发转发；n网网桥刚桥刚启启动时动时，地址，地址/端口端口对应对应表表为为空，采用洪泛空，采用洪泛（flooding）方法）方法转发帧转发帧；n在在转发过转发过程中采用程中采用逆向学逆向学习习（backward learning）算法收集）算法收集MAC地址。网地址。网桥桥通通过过分析分析帧帧的源的源MAC地址得到地址得到MAC地址与地址与端口的端口的对应对应关系，并写入地址关系，并写入地址/端口端口对应对应表；表；n网网桥软桥软件件对对地址地址/端口端口对应对应表表进进行不断的更新，并定行不断的更新，并定时检查时检查，删删除在一段除在一段时间时间内没有更新的地址内没有更新的地址/端口端口项项；n帧帧的路由的路由过过程程n目的目的LAN与源与源LAN相同，相同，则丢则丢弃弃帧帧；n目的目的LAN与源与源LAN不同，不同，则转发帧则转发帧；n目的目的LAN未知，未知，则则洪泛洪泛帧帧。7/17/202436精品图37/17/202437精品n多个网多个网桥桥（并行网（并行网桥桥）可能）可能产产生回路生回路如如图图所示所示n解决多个网解决多个网桥产桥产生回路的生回路的问题问题n思想思想n让让网网桥桥之之间间互相通信，用一棵互相通信，用一棵连连接每个接每个LAN的的生成生成树树（Spanning Tree）覆盖）覆盖实际实际的拓扑的拓扑结结构。构。n如如图图所示所示7/17/202438精品图47/17/202439精品图57/17/202440精品n构造生成构造生成树树n每个每个桥桥广播自己的广播自己的桥编桥编号，号最小的号，号最小的桥桥称称为为生生成成树树的根；的根；n每个网每个网桥计桥计算自己到根的最短路径，构造出生算自己到根的最短路径，构造出生成成树树，使得每个，使得每个LAN和和桥桥到根的路径最短；到根的路径最短；n当某个当某个LAN或网或网桥发桥发生故障生故障时时，要重新，要重新计计算生算生成成树树；n生成生成树树构造完后，算法构造完后，算法继续执继续执行以便自行以便自动发现动发现拓扑拓扑结结构构变变化，更新生成化，更新生成树树。7/17/202441精品源源选选径网径网桥桥CSMA/CD和和Token Bus选择选择了透明网了透明网桥桥，Token Ring选择选择了源路由网了源路由网桥桥特点特点：由源站：由源站负责负责路由路由选择选择，路由信息放在，路由信息放在发发送送的的帧帧的首部（即把要的首部（即把要经过经过的路径放在的路径放在帧帧中，中，帧帧按按该该路径路径传传送）送）选选路方法路方法：源站向目的站：源站向目的站发发送送探探测帧测帧，该帧该帧在在扩扩展的展的LANLAN中沿所有可能路由中沿所有可能路由传传送；每个探送；每个探测帧测帧都都记录记录下它所下它所经经过过的路由；的路由；这这些探些探测帧测帧在到达目的站后，再沿各自的在到达目的站后，再沿各自的路由返回源站；由源站路由返回源站；由源站选择选择其中的最佳路由，作其中的最佳路由，作为发为发送送帧帧中的路由信息。中的路由信息。7/17/202442精品源源选选径径网网桥桥的的优优缺点缺点优优点点：网：网桥桥功能可以很功能可以很简单简单；可以用最佳；可以用最佳路由路由传传送。送。缺点缺点：源站：源站计计算路由算路由费时费时；主机；主机负负担重。担重。7/17/202443精品透明网透明网桥桥源源选选径网径网桥桥服服务类务类型型无无连连接接面向面向连连接接对对源站的透明性源站的透明性完全透明完全透明不透明不透明配置、管理配置、管理自自动动配置，容易管理配置，容易管理人工方法人工方法选择选择的路由的路由次佳次佳 最佳最佳目的地确定方法目的地确定方法逆向学逆向学习习 探探测帧测帧故障故障处处理及拓扑理及拓扑变变化化网网桥负责桥负责主机主机负责负责复复杂杂性和开性和开销销网网桥负桥负担担主机主机负负担担两种网两种网桥桥的比的比较较7/17/202444精品网网桥桥和中和中继继器的比器的比较较n网网桥可可实现不同不同类型型LAN的互的互联联（如以太网（如以太网和令牌和令牌环环之之间间）；中）；中继继器只能用于以太网段器只能用于以太网段间间互互联联。n利用网利用网桥桥可以可以实现实现大范大范围围局域网互局域网互联联；中；中继继器器则则受限从而只能在受限从而只能在5段以太网段且距离有限。段以太网段且距离有限。n网网桥桥可以隔离可以隔离错误帧错误帧，提高网，提高网络络性能；中性能；中继继器只器只单纯单纯复制位，而不管正确与否。复制位，而不管正确与否。n网网桥桥可以提高网可以提高网络络安全性，尤其安全性，尤其对对局域网广局域网广播方式，可用于将不同网段隔离。播方式，可用于将不同网段隔离。7/17/202445精品以太网交以太网交换换机机n第第2层设备层设备n也称多端口网也称多端口网桥桥n网网络络分段、流量分段、流量过滤过滤7/17/202446精品以太局域网的分段以太局域网的分段共享信道共享信道LAN的缺点：的缺点：多个站点同多个站点同时发时发送会造成冲突；送会造成冲突；网网络络中站点越多，冲突中站点越多，冲突现现象越象越严严重；重；每个站点的平均每个站点的平均拥拥有有带宽为带宽为W/n；解决的方法：解决的方法：n网段分割，在各段之网段分割，在各段之间间分离流量分离流量n通通过创过创建更小的冲突域，使每个用建更小的冲突域，使每个用户户可以可以获获取更取更多的多的带宽带宽7/17/202447精品网网络络分段分段 HUB HUBMAC广播域广播域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域网网桥桥或网或网络络交交换换机机交交换换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域7/17/202448精品能能够够用来用来为为局域网分段的局域网分段的设备设备 网网桥桥 交交换换机机 路由器路由器7/17/202449精品辨辨别别冲突域冲突域集集线线器器网网桥桥交交换换机机路由器路由器冲突域冲突域:1 4 4 4 7/17/202450精品交交换换技技术术n交交换换机的三种功能机的三种功能n生成生成树协议树协议n几种交几种交换换方法方法7/17/202451精品交交换换机的三种功能机的三种功能n地址学地址学习习n转发转发/过滤过滤n避免避免环环路路7/17/202452精品地址学地址学习习初始初始 MAC 地址表是空的地址表是空的MAC 地址表地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD7/17/202453精品地址学地址学习习A站站发发送一送一帧帧到到C站站交交换换机通机通过过学学习习数据数据帧帧中的源地址中的源地址缓缓存存A站站MAC地址地址对应对应端口端口E0表表项项 A站站发发送到送到C站的站的帧帧被洪泛被洪泛输输出到除出到除E0以外的所有其它端口以外的所有其它端口MAC 地址表地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBA7/17/202454精品地址学地址学习习D站站发发送一送一帧帧到到C站站交交换换机通机通过过学学习习数据数据帧帧的源地址的源地址缓缓存存D站站MAC地址地址对应对应端口端口E3表表项项D站站发发送到送到C站的站的帧帧被洪泛被洪泛输输出到除端口出到除端口E3以外的所有其它端口以外的所有其它端口MAC 地址表地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E3:0260.8c01.4444E0E1E2E3DCAB7/17/202455精品过滤过滤nA站站发发送一送一帧帧到到C站站n目的已知，目的已知，帧帧不被洪泛，直接不被洪泛，直接输输出到端口出到端口E2E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3X XX XDCABMAC address table7/17/202456精品交交换换机机转发转发信息的方式信息的方式nCut-through（直通方式）（直通方式）n交交换换机机检查检查目的地址并立即开目的地址并立即开始始转发帧转发帧FrameFramenStore and forward（存（存储转发储转发方式）方式）n帧帧被完全接收，被完全接收，转发转发之前要之前要对对帧进帧进行校行校验验FrameFrameFramenFragment free（无碎片直通方式）（无碎片直通方式）(modified cut-through)n交交换换机机检查检查开始的开始的64个字个字节节然后立即开始然后立即开始转发帧转发帧哪种方式速度最快？哪种方式速度最快？比比较较三种方式的三种方式的优优缺点缺点7/17/202457精品以太网交以太网交换换机机帧转发帧转发方式方式n直接交直接交换换方式方式在此方式中，交在此方式中，交换换机只要接受并机只要接受并检测检测到目的地址字段，立即将到目的地址字段，立即将该帧转发该帧转发出去，出去，而不管而不管这这一一帧帧数据是否出数据是否出错错，帧帧出出错检错检测测任任务务由由节节点主机完成。点主机完成。这这种交种交换换方式方式的的优优点是交点是交换换延延迟时间迟时间短；缺点是缺乏短；缺点是缺乏差差错检测错检测能力，不支持不同能力，不支持不同输输入入输输出速出速率的端口之率的端口之间间的的帧转发帧转发。7/17/202458精品以太网交以太网交换换机机帧转发帧转发方式方式n存存储转发储转发交交换换方式方式在此方式中，交在此方式中，交换换机首先完整地接受机首先完整地接受发发送送帧帧，并先，并先进进行差行差错检测错检测。如果接受。如果接受帧帧是正确的，是正确的，则则根据根据帧帧目的地址确定目的地址确定输输出端口号，然后再出端口号，然后再转发转发出去。出去。这这种交种交换换方式的方式的优优点是具有差点是具有差错检测错检测能力，并能能力，并能支持不同支持不同输输入入输输出速率的端口之出速率的端口之间间的的帧帧转发转发；缺点是交；缺点是交换换延延迟时间迟时间将会增将会增长长。7/17/202459精品以太网交以太网交换换机机帧转发帧转发方式方式n无碎片直通方式无碎片直通方式(改改进进直接交直接交换换方式方式)它将前两者它将前两者结结合起来，在此方式中，交合起来，在此方式中，交换换机在接受到机在接受到帧帧的前的前64字字节节后，判断以太网后，判断以太网帧帧的的帧头帧头字段是否正确，如果正确字段是否正确，如果正确则转发则转发出去。出去。这这种方法种方法对对于短的以太网于短的以太网帧帧来来说说，其交，其交换换延延迟时迟时间间与直接交与直接交换换方式比方式比较较接近；而接近；而对对于于长长的以太的以太网网帧帧来来说说，由于它只，由于它只对帧对帧的地址字段和控制字的地址字段和控制字段段进进行了差行了差错检测错检测，因此交，因此交换换延延迟时间迟时间将会减将会减少。少。7/17/202460精品冗余拓扑冗余拓扑n冗余拓扑可以消除冗余拓扑可以消除单单点造成的失点造成的失败败n冗余拓扑会冗余拓扑会导导致广播致广播风风播，多播，多帧帧复制等复制等问题问题网段网段 1网段网段 2Server/host XRouter Y交交换换机机A交交换换机机B7/17/202461精品广播广播风风暴暴网段网段 1网段网段 2服服务务器器/主机主机 X路由器路由器 Y 广广 播播交交换换机机 A交交换换机机 B7/17/202462精品多多帧帧复制复制网段网段 1网段网段 2服服务务器器/主机主机 X路由器路由器 Y 单单 播播交交换换机机 A交交换换机机 B主机主机 X 发发送一送一单单播播帧帧到路由器到路由器Y路由器路由器 Y MAC地址地址还还没有被交没有被交换换机学机学习习到到路由器路由器 Y 将接收到两个相同的将接收到两个相同的帧帧 单单 播播 单单 播播7/17/202463精品解决解决办办法：生成法：生成树协议树协议将部分端口将部分端口设为设为阻塞状阻塞状态态阻塞阻塞x7/17/202464精品生成生成树协议树协议每个网每个网络络一个根一个根桥桥（标识标识号最小的号最小的桥桥）每个非根每个非根桥桥一个根端口一个根端口每个网段一个指定端口每个网段一个指定端口x指定端口指定端口(转发转发)根端口根端口(转发转发)指定端口指定端口(转发转发)非指定端口非指定端口(阻塞阻塞)根根桥桥非根非根桥桥SW XSW Y100baseT 10baseT7/17/202465精品生成生成树协议树协议-根根桥桥的的选择选择交交换换机机 Y Y缺省缺省优优先先权权：32768 32768 MAC 0c0022222222MAC 0c0022222222交交换换机机 X X缺省缺省优优先先权权：32768 32768 MAC 0c0011111111MAC 0c0011111111 BPDUBPDU=桥协议桥协议数据数据单单元元根根桥桥=最小最小桥标识桥标识号号桥标识桥标识号号=桥优桥优先先权权+桥桥MAC地址地址上上图图中哪个交中哪个交换换机机标识标识号最小号最小?7/17/202466精品生成生成树协议树协议端口状端口状态态交交换换机机 Y Y缺省缺省优优先先权权：32768 32768MAC 0c0022222222MAC 0c0022222222交交换换机机 X X缺省缺省优优先先权权：32768 32768 MAC 0c0011111111MAC 0c0011111111根根桥桥xPort 0Port 1Port 0Port 1100baseT10baseT 指定端口指定端口根端口根端口非指定端口非指定端口指定端口指定端口7/17/202467精品生成生成树举树举例例:交交换换机机YMAC 0c0022222222缺省缺省优优先先权权32768交交换换机机XMAC 0c0011111111缺省缺省优优先先权权32768 Port 0Port 1Port 0Port 1交交换换机机 ZMac 0c0011110000缺省缺省优优先先权权 32768Port 0请请指出根指出根桥桥、指定端口、根端口和非指定端口、指定端口、根端口和非指定端口哪些是哪些是转发转发端口，哪些是阻塞端口？端口，哪些是阻塞端口？100baseT100baseT7/17/202468精品生成生成树举树举例例:交交换换机机YMAC 0c0022222222缺省缺省优优先先权权32768交交换换机机XMAC 0c0011111111缺省缺省优优先先权权32768 Port 0Port 1Port 0Port 1交交换换机机 ZMac 0c0011110000缺省缺省优优先先权权 32768Port 0请请指出根指出根桥桥、指定端口、根端口和非指定端口、指定端口、根端口和非指定端口哪些是哪些是转发转发端口，哪些是阻塞端口？端口，哪些是阻塞端口？100baseT100baseT指定端口指定端口根端口根端口非指定端口非指定端口指定端口指定端口根端口根端口根根桥桥7/17/202469精品主要基于主要基于软软件件每个每个桥桥一个生成一个生成树树通常每个通常每个桥桥最多最多16个端口个端口网网桥桥局域网交局域网交换换机机主要基于硬件主要基于硬件(ASIC)每个交每个交换换机多个生成机多个生成树树交交换换机具有更多的端口机具有更多的端口7/17/202470精品n下下图图是是直直接接交交付付和和间间接接交交付付的的示示意意图图。路由器在网路由器在网际际互互连连中的作用中的作用7/17/202471精品n路由器是一种具有多个路由器是一种具有多个输输入端口和多个入端口和多个输输出端口的出端口的专专用用计计算机，其任算机，其任务务是是转发转发分分组组。下。下图给图给出了典型的路由器的构成出了典型的路由器的构成框框图图。7/17/202472精品7/17/202473精品n整整个个的的路路由由器器结结构构可可划划分分为为两两大大部部分分：路由路由选选择择部分和部分和分分组转发组转发部分。部分。n路路由由选选择择部部分分也也叫叫做做控控制制部部分分，其其核核心心构件是路由构件是路由选择处选择处理机。理机。n分分组组转转发发部部分分由由三三部部分分组组成成：交交换换构构件件、一一组组输输入入端端口口和和一一组组输输出出端端口口。下下面面分分别讨论别讨论每一部分的每一部分的组组成。成。n n在在讨讨论论路路由由选选择择的的原原理理时时，往往往往不不去去区区分分转转发发表表和和路路由由表表的的区区别别，而而是是笼笼统统地地使用路由表使用路由表这这一名一名词词。7/17/202474精品n下下图图给给出出了了在在输输入入端端口口的的队队列列中中排排队队的的分分组组的示意的示意图图。7/17/202475精品n我我们们再再来来观观察察在在输输出出端端口口上上出出现现什什么么情情况，如况，如图图7-4所示。所示。7/17/202476精品交交换换构件的交构件的交换换方法：方法：（1）通）通过过存存储储器器进进行交行交换换 最早使用的路由器就是利用普通的最早使用的路由器就是利用普通的计计算机，用算机，用CPU作作为为路由路由选择处选择处理机。当路由器的某个端口收到理机。当路由器的某个端口收到一个分一个分组时组时，就用中断方式通知路由，就用中断方式通知路由选择处选择处理机。然理机。然后分后分组组就从就从输输入端口复制到存入端口复制到存储储器中。路由器中。路由选择处选择处理理机从分机从分组头组头部提取目的地址，部提取目的地址，查查找路由表，再将分找路由表，再将分组组复制到复制到输输出端口的出端口的缓缓存中。存中。7/17/202477精品n 许许多多现现代的路由器也通代的路由器也通过过存存储储器器进进行交行交换换，与早期的路由器的区，与早期的路由器的区别别就是目的地就是目的地址的址的查查找和分找和分组组在存在存储储器中的器中的缓缓存都是存都是在在输输入端口中入端口中进进行的。例如，行的。例如，Catalyst 8500系列交系列交换换机机7/17/202478精品（2）通）通过总线进过总线进行交行交换换 数据数据报报从从输输入端口通入端口通过过共享的共享的总线总线直接直接传传送到合适送到合适的的输输出端口，而不需要路由出端口，而不需要路由选择处选择处理机的干理机的干预预。例如，例如，Catalyst 1900系列交系列交换换机（机（1G bit/s）7/17/202479精品（3）通）通过过交叉开关交交叉开关交换结换结构构进进行交行交换换 这这种交种交换结换结构称构称为为互互连连网网络络，有，有2N条条总线总线，可，可以使以使N个个输输入端口和入端口和N个个输输出端口相出端口相连连接，接，这这取决于取决于相相应应的交叉的交叉结结点是使水平点是使水平总线总线和垂直和垂直总线总线接通接通还还是是断开。当断开。当输输入端口收到一个分入端口收到一个分组时组时，就将它，就将它发发送到送到与与该输该输入端口相入端口相连连的水平的水平总线总线上，若通向所要上，若通向所要转发转发的的输输出端口的垂直出端口的垂直总线总线是空是空闲闲，就接通将分，就接通将分组转发组转发到到输输出端口；否出端口；否则则就就进进入在入在输输入端口排入端口排队队。例如，例如，Cisco 12000系列交系列交换换路由器（路由器（60G bit/s)7/17/202480精品路由器和网路由器和网桥桥的区的区别别n网网桥桥独立于高独立于高层协议层协议，它把，它把n个物理网个物理网络络连连起来后提供起来后提供给给用用户户的仍然是一个的仍然是一个逻辑逻辑网网络络，用，用户户根本不知道网根本不知道网桥桥存在。存在。n路由器路由器则则利用利用IP协议协议将网将网络络分成分成n个个逻辑逻辑子网，每个子网有各自独立的网子网，每个子网有各自独立的网络络地址，地址，是完全独立的自治域。是完全独立的自治域。n路由器可路由器可处处理存在多路由的情况，网理存在多路由的情况，网桥桥几乎不能在回路中正常工作。几乎不能在回路中正常工作。7/17/202481精品