局域网的扩展集线器,网桥,以太网交换机

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,集线器，网桥，以太网交换机,3.5,扩展的局域网,概念：多个局域网用中间设备连接起来，实现多个局域网之间的通信,3.5.1,在物理层扩展局域网,一、利用光纤延长主机到集线器距离,主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器,以太网,集线器,光纤,光纤,调制解调器,光纤,调制解调器,二、用多级集线器扩展局域网,例如：某大学有三个系，各自有一个局域网,三个独立的碰撞域,一系,二系,三系,碰撞域,碰撞域,碰撞域,用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中,一系,二系,三系,碰撞域,碰撞域,碰撞域,主干集线器,碰撞域,用集线器扩展局域网的优缺点,（,1,）优点,使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。,扩大了局域网覆盖的地理范围。,（,2,）缺点,碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。,如果不同的碰撞域使用不同以太网技术，那么就不能用集线器将它们互连起来。,3.5.2,在数据链路层扩展局域网,在数据链路层扩展局域网是使用,网桥,。,网桥工作在数据链路层，它根据,MAC,帧的目的地址对收到的帧进行转发。,网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的,MAC,地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口。,1,、 网桥的内部结构,转发表,接口管理,软件,网桥协议,实体,缓存,接口,1,接口,2,1,1,1,2,2,2,站地址,接口,网桥,接口,1,接口,2,网段,B,网段,A,网桥,1,2,使用网桥带来的好处,过滤通信量，增大吞吐量。,扩大了物理范围。,提高了可靠性。,可互连不同物理层、不同,MAC,子层和不同速率（如,10 Mb/s,和,100 Mb/s,以太网）的局域网。,B,2,B,1,碰撞域,碰撞域,碰撞域,A,B,C,D,E,F,使用网桥带来的缺点,存储转发和,CSMA/CD,算法增加了时延。,在,MAC,子层无流量控制功能，网络负荷很重时，网桥中的缓存空间可能不够而溢出，导致丢帧,。,网桥只适合于用户数不太多和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的,广播风暴,。,B,2,B,1,碰撞域,碰撞域,碰撞域,A,B,C,D,E,F,用户层,IP,MAC,站,1,用户层,IP,MAC,站,2,物理层,网桥,1,网桥,2,A,B,用户数据,IP-H,MAC-H,MAC-T,DL-H,DL-T,物理层,DL,R,MAC,物理层,物理层,DL,R,MAC,物理层,物理层,LAN,LAN,两个网桥之间还可使用一段点到点链路,网桥不改变它转发的帧的源地址,网桥和集线器（或转发器）不同,集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。,网桥在转发帧之前必须执行,CSMA/CD,算法。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送并进行退避。,2,、透明网桥,目前使用得最多的网桥是,透明网桥,(transparent bridge),。,“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。,透明网桥是一种,即插即用设备,，其标准是,IEEE 802.1D,。,透明网桥采用的自学习算法,若从,A,发出的帧从接口,x,进入了某网桥，则从这个接口出发沿,相反方向,一定可把一个帧传送到,A,。,网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口，作为转发表中的一个项目。,在建立转发表时是把帧首部中的,源地址,写在“,地址,”这一栏的下面。,在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的,目的地址,来转发的。这时就把在“,地址,”栏下面已经记下的,源地址当作目的地址,，而把记下的,进入接口,当作,转发接口,。,转发表的建立过程举例,地址 接口,B,2,B,1,A,B,C,D,E,F,1,2,1,2,地址 接口,B 1,B A,A B,A 1,F C,F 2,A 1,F 2,在网桥的转发表中写入的信息除了,地址,和,接口,外，还有,帧进入该网桥的时间,。,这是因为以太网的拓扑可能经常会发生变化，使得网桥转发表中保留的网络拓扑信息成为“,过时的,”。,若把每个帧到达网桥的时间登记下来，而网桥中的,接口管理软件,周期性的扫描转发表中的项目，删除,一定时间以前,登记的项目，这样就使得网桥中的转发表能反映当前网络的,最新拓扑状态,。,网桥的自学习和转发帧的步骤归纳,网桥收到一帧后先进行,自学习,。查转发表中与收到帧的,源地址,有无匹配的项目。如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。如有，则把原有的项目进行,更新,。,转发帧。查找转发表中与收到帧的,目的地址,有无相匹配的项目。,如没有，则通过,所有其他接口,进行转发。,如有，且对应转发表中的接口,不是,该帧进入网桥的接口，则按转发表中的接口进行转发；否则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。,使用透明网桥扩展局域网的回路问题,局域网,2,局域网,1,网桥,2,网桥,1,A,F,不停地,兜圈子,A,发出的帧,F,1,网桥,1,转发的帧,F,2,网桥,2,转发的帧,网络资源白白消耗了,为了避免转发的帧在网络中不断地兜圈子，透明网桥使用了生成树算法。,互连在一起的网桥在进行彼此通信后，就能找出原来的网络拓扑的一个子集。这个子集里，整个连通的网络不存在回路，即在任何两个站之间只存在一条路径。,3,、源路由网桥,源路由,网桥：由发送帧的,源站负责路由选择,。源站在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。,源站获取路由信息方法：,源站以,广播方式,向欲通信的目的站发送一个,发现帧,作为探测之用。,传送过程中，每个发现帧都,记录所经过的路由,。,发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。,源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。,4,、多接口网桥,以太网交换机,1990,年问世的,交换式集线器,(switching hub),，也常称为以,太网交换机,(switch),或,第二层交换机,（表明此交换机工作在数据链路层）。,以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以太网交换机实质上就是一个,多接口的网桥,，同工作在物理层的转发器和集线器有很大差别。,以太网交换机的特点,以太网交换机的每个接口都直接与一个主机或另一个集线器相连，并且一般都工作在,全双工方式,。,以太网交换机能同时连通许多对的接口，使,每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样,，无碰撞地传输数据。,以太网交换机也是,即插即用,设备，转发表也是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。,以太网交换机使用了专用的,交换结构芯片,，其,交换速率较高,。,共享式以太网与交换式以太网带宽对比,对于普通,10 Mb/s,的共享式以太网，若共有,N,个用户，则每个用户占有的,平均带宽只有总带宽,(10 Mb/s),的,N,分之一,。,使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是,10 Mb/s,，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体带宽，因此对于拥有,N,对接口的交换机，其总容量为,N,10 Mb/s,。这正是交换机的,最大优点,。,使用以太网交换机扩展局域网非常方便,从共享总线以太网或,10BASE-T,以太网转到交换式以太网时，所有接入设备的软件、硬件和适配器都不需要作任何改动，所有接入的设备继续使用,CSMA/CD,协议。,只要增加集线器的容量，整个系统的容量是很容易扩充的。,以太网交换机一般具有多种速率的接口，大大方便了各种不同情况的用户。,用以太网交换机扩展局域网举例,一系,三系,二系,10BASE-T,至因特网,100 Mb/s,100 Mb/s,100 Mb/s,万维网,服务器,电子邮件,服务器,以太网,交换机,路由器,利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网,虚拟局域网,VLAN,是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。,这些网段具有某些共同的需求。,每一个,VLAN,的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个,VLAN,。,虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。,以太网,交换机,以太网,交换机,以太网,交换机,以太网,交换机,VLAN,3,VLAN,1,VLAN,2,三个虚拟局域网,VLAN,1, VLAN,2,和,VLAN,3,的构成,当,B,1,向,VLAN,2,工作组内成员发送数据时，工作站,B,2,和,B,3,将会收到广播的信息，而工作站,A1, A2,和,C1,都不会收到,B1,发出的广播信息。,A,4,A,1,A,3,A,2,B,3,B,1,B,2,C,3,C,1,C,2,以太网,交换机,A,4,B,1,以太网,交换机,VLAN,3,C,3,B,3,VLAN,1,VLAN,2,C,1,A,2,A,1,A,3,C,2,B,2,以太网,交换机,以太网,交换机,三个虚拟局域网,VLAN,1, VLAN,2,和,VLAN,3,的构成,虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息,(,即,“,广播风暴,”,),而引起性能恶化。,虚拟局域网使用的以太网帧格式（,IEEE,的,802.3ac,）,虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个,4,字节的标识符,，称为,VLAN,标记,(tag),，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。,802.3,MAC,帧,字节,6,6,2,46 1500,4,MAC,帧,目的地址,源地址,长度,/,类型,数 据,FCS,插入,4,字节的,VLAN,标记,4,802.1Q,标记类型 标记控制信息,1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 x x x x VID,2,字节,2,字节,用户优先级,规范格式指示符,CFI,