物理層、鏈路層的中繼系統(tǒng)

1、第三章和第四章的部分問題討論第三章和第四章的部分問題討論 1 1、局域網(wǎng)擴展、局域網(wǎng)擴展 擴展局域網(wǎng)常用方法有：光纖擴展、中繼器擴展和網(wǎng)擴展局域網(wǎng)常用方法有：光纖擴展、中繼器擴展和網(wǎng)橋擴展。橋擴展。 （1 1）、光纖擴展局域網(wǎng)）、光纖擴展局域網(wǎng) 光纖擴展局域網(wǎng)的情況如圖光纖擴展局域網(wǎng)的情況如圖1 1所示。所示。 用光纖和一對光纖收發(fā)器將兩個局域網(wǎng)互聯(lián)。當然，用光纖和一對光纖收發(fā)器將兩個局域網(wǎng)互聯(lián)。當然，必須提供雙向通信功能以使計算機能收發(fā)幀。使用一對光必須提供雙向通信功能以使計算機能收發(fā)幀。使用一對光纖，使之能雙向同時傳送數(shù)據(jù)。光纖收發(fā)器的主要優(yōu)點是纖，使之能雙向同時傳送數(shù)據(jù)。光纖收發(fā)器的主要

2、優(yōu)點是能連接遠處的局域網(wǎng)，而不改變原來的局域網(wǎng)和計算機。能連接遠處的局域網(wǎng)，而不改變原來的局域網(wǎng)和計算機。一般用它來把一幢大樓內(nèi)的計算機連接到另一幢大樓內(nèi)的一般用它來把一幢大樓內(nèi)的計算機連接到另一幢大樓內(nèi)的局域網(wǎng)中。局域網(wǎng)中。 2 2、使用中繼器擴展局域網(wǎng)、使用中繼器擴展局域網(wǎng) 中繼器可以用來連接局域網(wǎng)。每個中繼器中繼器可以用來連接局域網(wǎng)。每個中繼器連接兩個網(wǎng)段。中繼器能偵聽一個網(wǎng)段的所有信連接兩個網(wǎng)段。中繼器能偵聽一個網(wǎng)段的所有信號并轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個網(wǎng)段。號并轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個網(wǎng)段。 3 3、使用網(wǎng)橋連接局域網(wǎng)、使用網(wǎng)橋連接局域網(wǎng) 網(wǎng)橋能連接局域網(wǎng)從而擴大局域網(wǎng)的規(guī)模。每個網(wǎng)橋網(wǎng)橋能連接局域網(wǎng)從而

3、擴大局域網(wǎng)的規(guī)模。每個網(wǎng)橋連接兩個網(wǎng)段，并能轉(zhuǎn)發(fā)一個網(wǎng)段的幀到另外一個網(wǎng)段。連接兩個網(wǎng)段，并能轉(zhuǎn)發(fā)一個網(wǎng)段的幀到另外一個網(wǎng)段。網(wǎng)橋以混合模式偵聽每個網(wǎng)段，這樣可以保證網(wǎng)橋能收到網(wǎng)橋以混合模式偵聽每個網(wǎng)段，這樣可以保證網(wǎng)橋能收到每個穿越網(wǎng)段的幀。然后網(wǎng)橋發(fā)送幀副本到另外一個網(wǎng)段每個穿越網(wǎng)段的幀。然后網(wǎng)橋發(fā)送幀副本到另外一個網(wǎng)段上。網(wǎng)橋系統(tǒng)可用銅纜、光纖，租用串行線路或衛(wèi)星頻道上。網(wǎng)橋系統(tǒng)可用銅纜、光纖，租用串行線路或衛(wèi)星頻道來連接近距離或遠距離的局域網(wǎng)網(wǎng)段。網(wǎng)橋檢查所收到的來連接近距離或遠距離的局域網(wǎng)網(wǎng)段。網(wǎng)橋檢查所收到的每個幀的幀頭中的物理地址。網(wǎng)橋用源地址來判斷計算機每個幀的幀頭中的物理地址

4、。網(wǎng)橋用源地址來判斷計算機連到哪個網(wǎng)段上，并用目標地址來判斷是否要轉(zhuǎn)發(fā)該幀。連到哪個網(wǎng)段上，并用目標地址來判斷是否要轉(zhuǎn)發(fā)該幀。由于網(wǎng)橋在不需要時就不轉(zhuǎn)發(fā)幀，所有橋接網(wǎng)允許各自網(wǎng)由于網(wǎng)橋在不需要時就不轉(zhuǎn)發(fā)幀，所有橋接網(wǎng)允許各自網(wǎng)段中的計算機間的通信同時進行。因此，橋接局域網(wǎng)的性段中的計算機間的通信同時進行。因此，橋接局域網(wǎng)的性能要優(yōu)于簡單的共享型局域網(wǎng)。能要優(yōu)于簡單的共享型局域網(wǎng)。 4 4、局域網(wǎng)互聯(lián)、局域網(wǎng)互聯(lián) 將網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備( (或中司系或中司系統(tǒng)統(tǒng)) )，稱為中繼，稱為中繼(Relay)(Relay)系統(tǒng)。根據(jù)中繼系統(tǒng)所在的層次，系

5、統(tǒng)。根據(jù)中繼系統(tǒng)所在的層次，可以有以下五種中繼系統(tǒng)：可以有以下五種中繼系統(tǒng)： (1)(1)物理層中繼系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)發(fā)器物理層中繼系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)發(fā)器 (2)(2)數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)橋或橋接器。數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)橋或橋接器。 (3)(3)網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)，即路由器。網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)，即路由器。 (4)(4)網(wǎng)橋和路由器的混合物橋路器網(wǎng)橋和路由器的混合物橋路器( (BrouterBrouter) )，兼有，兼有網(wǎng)橋和路由器的功能。網(wǎng)橋和路由器的功能。 (5)(5)在網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)關(guān)(Gateway)(Gateway)。 當中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器時，一般不稱為網(wǎng)絡(luò)互

6、聯(lián)，因為當中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器時，一般不稱為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，因為這僅僅是把一個網(wǎng)絡(luò)擴大了，而仍然是一個網(wǎng)絡(luò)。高層網(wǎng)這僅僅是把一個網(wǎng)絡(luò)擴大了，而仍然是一個網(wǎng)絡(luò)。高層網(wǎng)關(guān)由于比較復雜，目前使用得較少。因此一般討論網(wǎng)絡(luò)互關(guān)由于比較復雜，目前使用得較少。因此一般討論網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時都是指用交換機和路由器進行互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。聯(lián)時都是指用交換機和路由器進行互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。5 集線器的一些特點 集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整個系統(tǒng)仍然像一個傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運行。 使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個總線網(wǎng)，各工作站使用的還是 CSMA/CD 協(xié)議，并共享邏輯上的總線。 集線器很像一個多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。

7、 具有三個接口的集線器 集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線 6. 以太網(wǎng)的 MAC 層MAC 層的硬件地址 在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址，或 MAC 地址。 802 標準所說的“地址”嚴格地講應當是每一個站的“名字”或標識符。 但鑒于大家都早已習慣了將這種 48 位的“名字”稱為“地址”，所以本書也采用這種習慣用法，盡管這種說法并不太嚴格。 48 位的 MAC 地址 IEEE 的注冊管理機構(gòu) RA 負責向廠家分配地址字段的前三個字節(jié)(即高位 24 位)。 地址字段中的后三個字節(jié)(即低位 24 位)由廠家自行指派，稱為擴展標識符，必須保證生產(chǎn)出的適配器沒有重復地址。 一個地址塊可以

8、生成224個不同的地址。這種 48 位地址稱為 MAC-48，它的通用名稱是EUI-48。 “MAC地址”實際上就是適配器地址或適配器標識符EUI-48。 適配器檢查適配器檢查 MAC MAC 地址地址 適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個 MAC MAC 幀就首先用硬件檢查幀就首先用硬件檢查 MAC MAC 幀中的幀中的 MAC MAC 地址地址. . 如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。 否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。 “發(fā)往本站的幀發(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：包括以下三

9、種幀： 單播單播( (unicastunicast) )幀（一對一）幀（一對一） 廣播廣播(broadcast)(broadcast)幀（一對全體）幀（一對全體） 多播多播(multicast)(multicast)幀（一對多）幀（一對多） 7網(wǎng)橋網(wǎng)橋 網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層的MACMAC子層，其基本功能是在子層，其基本功能是在不同局域網(wǎng)段之間轉(zhuǎn)發(fā)幀。網(wǎng)橋從端口接收該接口所連接不同局域網(wǎng)段之間轉(zhuǎn)發(fā)幀。網(wǎng)橋從端口接收該接口所連接網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀，每收到一個幀，就存在緩存區(qū)并進網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀，每收到一個幀，就存在緩存區(qū)并進行差錯效驗；如果該幀沒有出現(xiàn)傳輸錯誤而且目的站屬于

10、行差錯效驗；如果該幀沒有出現(xiàn)傳輸錯誤而且目的站屬于其他網(wǎng)段，則根據(jù)目的地址通過查找存有端口其他網(wǎng)段，則根據(jù)目的地址通過查找存有端口MACMAC地址地址映射的橋接表，找到對應的轉(zhuǎn)發(fā)端口，將它從該端口上轉(zhuǎn)映射的橋接表，找到對應的轉(zhuǎn)發(fā)端口，將它從該端口上轉(zhuǎn)發(fā)出去，否則丟棄該幀。如果數(shù)據(jù)幀的源站和目的站在同發(fā)出去，否則丟棄該幀。如果數(shù)據(jù)幀的源站和目的站在同一個網(wǎng)段內(nèi)，網(wǎng)橋不進行轉(zhuǎn)發(fā)。其工作原理如圖一個網(wǎng)段內(nèi)，網(wǎng)橋不進行轉(zhuǎn)發(fā)。其工作原理如圖3 31414所所示，網(wǎng)絡(luò)初始化時，網(wǎng)橋接收來自網(wǎng)段示，網(wǎng)絡(luò)初始化時，網(wǎng)橋接收來自網(wǎng)段1 1的數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)幀( (對應接對應接受端口為受端口為1)1)，檢查其源物理地

11、址，并將此物理地址和對應，檢查其源物理地址，并將此物理地址和對應的端口號寫入工作表中，將目的站的物理地址廣播到連接的端口號寫入工作表中，將目的站的物理地址廣播到連接網(wǎng)段上，然后將響應者的物理地址和接收端口號寫入橋接網(wǎng)段上，然后將響應者的物理地址和接收端口號寫入橋接表中，工作一段時間后，網(wǎng)段上的所有站都和端口號形成表中，工作一段時間后，網(wǎng)段上的所有站都和端口號形成一個映射關(guān)系。橋接表建立好以后，網(wǎng)橋就根據(jù)表中對應一個映射關(guān)系。橋接表建立好以后，網(wǎng)橋就根據(jù)表中對應關(guān)系判斷數(shù)據(jù)幀是否需要轉(zhuǎn)發(fā)。關(guān)系判斷數(shù)據(jù)幀是否需要轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋工作原理圖 8 8二層交換機二層交換機 二層交換機是具備橋接功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

12、可以這樣理二層交換機是具備橋接功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。可以這樣理解：它等同于網(wǎng)絡(luò)交換機上堆疊了網(wǎng)橋，但是，轉(zhuǎn)發(fā)速度解：它等同于網(wǎng)絡(luò)交換機上堆疊了網(wǎng)橋，但是，轉(zhuǎn)發(fā)速度要比網(wǎng)橋快很多。二層交換機是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備，它能要比網(wǎng)橋快很多。二層交換機是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備，它能夠讀取數(shù)據(jù)包中的夠讀取數(shù)據(jù)包中的MACMAC地址信息并根據(jù)地址信息并根據(jù)MACMAC地址來進行交換。地址來進行交換。交換機內(nèi)部有一個地址表，這個地址表標明了交換機內(nèi)部有一個地址表，這個地址表標明了MACMAC地址和地址和交換機端口的對應關(guān)系。當交換機從某個端口收到一個數(shù)交換機端口的對應關(guān)系。當交換機從某個端口收到一個數(shù)據(jù)包，它首先讀取包頭中的

13、源據(jù)包，它首先讀取包頭中的源MACMAC地址，這樣它就知道源地址，這樣它就知道源MACMAC地址的機器是連在哪個端口上的，它再去讀取包頭中地址的機器是連在哪個端口上的，它再去讀取包頭中的目的的目的MACMAC地址，并在地址表中查找相應的端口，如果表地址，并在地址表中查找相應的端口，如果表中有與這個目的中有與這個目的MACMAC地址對應的端口，則把數(shù)據(jù)包直接復地址對應的端口，則把數(shù)據(jù)包直接復制到這端口上，如果在表中找不到相應的端口則把數(shù)據(jù)包制到這端口上，如果在表中找不到相應的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上。當目的機器對源機器回應時，交換機廣播到所有端口上。當目的機器對源機器回應時，交換機又可以學

14、習又可以學習- -目的目的MACMAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數(shù)地址與哪個端口對應，在下次傳送數(shù)據(jù)時就不再需要對所有端口進行廣播了。二層交換機就是據(jù)時就不再需要對所有端口進行廣播了。二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。由于二層交換機一般具這樣建立和維護它自己的地址表。由于二層交換機一般具有很寬的交換總線帶寬，所以可以同時為很多端口進行數(shù)有很寬的交換總線帶寬，所以可以同時為很多端口進行數(shù)據(jù)交換。如果二層交換機有據(jù)交換。如果二層交換機有N N個端口，每個端口的帶寬是個端口，每個端口的帶寬是M M，而它的交換機總線帶寬超過而它的交換機總線帶寬超過NXMNXM，那么這個交換機就可以，那么

15、這個交換機就可以實現(xiàn)線速交換。二層交換機對廣播包是不做限制的，把廣實現(xiàn)線速交換。二層交換機對廣播包是不做限制的，把廣播包復制到所有端口上。播包復制到所有端口上。 9 9路由器路由器 路由器是在第三層的分組交換設(shè)備路由器是在第三層的分組交換設(shè)備( (或網(wǎng)絡(luò)層中繼設(shè)或網(wǎng)絡(luò)層中繼設(shè)備備) )。路由器的基本功能是把數(shù)據(jù)。路由器的基本功能是把數(shù)據(jù)(IP(IP報文報文) )傳送到正確的傳送到正確的網(wǎng)絡(luò)，包括網(wǎng)絡(luò)，包括IPIP數(shù)據(jù)報的傳輸路徑選擇和傳送；子網(wǎng)隔離，數(shù)據(jù)報的傳輸路徑選擇和傳送；子網(wǎng)隔離，抑制廣播風暴；維護路由表，并與其他路由器交換路由信抑制廣播風暴；維護路由表，并與其他路由器交換路由信息；息；

16、IPIP數(shù)據(jù)報的差錯處理及簡單的擁塞控制；實現(xiàn)對數(shù)據(jù)報的差錯處理及簡單的擁塞控制；實現(xiàn)對IPIP數(shù)數(shù)據(jù)報的過濾和記賬。據(jù)報的過濾和記賬。 對于不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，路由器的側(cè)重點有所不同。在對于不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，路由器的側(cè)重點有所不同。在主干網(wǎng)上，路由器的主要作用是路由選擇。在地區(qū)網(wǎng)中，主干網(wǎng)上，路由器的主要作用是路由選擇。在地區(qū)網(wǎng)中，路由器的主要作用是網(wǎng)絡(luò)連接和路由選擇，同時負責下層路由器的主要作用是網(wǎng)絡(luò)連接和路由選擇，同時負責下層網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。在園區(qū)網(wǎng)內(nèi)部，路由器的主要作用網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。在園區(qū)網(wǎng)內(nèi)部，路由器的主要作用是子網(wǎng)間的報文轉(zhuǎn)發(fā)和廣播隔離。路由器每一接口連接一是子網(wǎng)間的報文轉(zhuǎn)發(fā)和

17、廣播隔離。路由器每一接口連接一個子網(wǎng)，廣播報文不能經(jīng)過路由器廣播出去，連接在路由個子網(wǎng)，廣播報文不能經(jīng)過路由器廣播出去，連接在路由器不同接口的子網(wǎng)屬于不同子網(wǎng)，子網(wǎng)范圍由路由器物理器不同接口的子網(wǎng)屬于不同子網(wǎng)，子網(wǎng)范圍由路由器物理劃分。劃分。 以太網(wǎng)交換機的特點以太網(wǎng)交換機的特點 以太網(wǎng)交換機的每個接口都直接與主機相連，并且一般都以太網(wǎng)交換機的每個接口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。工作在全雙工方式。 交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。機都能像獨占通信媒體那樣，進行無

18、碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。 以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片，其交換速以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片，其交換速率就較高。率就較高。 11三層交換機與路由器的區(qū)別三層交換機與路由器的區(qū)別 三層交換機也具有三層交換機也具有“路由路由”功能，能夠執(zhí)行傳統(tǒng)路由功能，能夠執(zhí)行傳統(tǒng)路由器的大多數(shù)功能。雖然如此，三層交換機與路由器還是存器的大多數(shù)功能。雖然如此，三層交換機與路由器還是存在著相當大的本質(zhì)區(qū)別。在著相當大的本質(zhì)區(qū)別。 (1)(1)適用的環(huán)境不一樣適用的環(huán)境不一樣 三層交換機的路由功能通常比較簡單，路由路徑遠沒三層交換機的路由功能通常比較簡單，路由路徑遠沒有路由器那么復雜。它主要用在局域網(wǎng)

19、中子網(wǎng)間的連接，有路由器那么復雜。它主要用在局域網(wǎng)中子網(wǎng)間的連接，提供快速數(shù)據(jù)交換功能，滿足局域網(wǎng)不同子網(wǎng)數(shù)據(jù)交換頻提供快速數(shù)據(jù)交換功能，滿足局域網(wǎng)不同子網(wǎng)數(shù)據(jù)交換頻繁的應用特點。繁的應用特點。 而路由器則不同，它主要是為了滿足不同類型的網(wǎng)絡(luò)而路由器則不同，它主要是為了滿足不同類型的網(wǎng)絡(luò)連接。雖然也適用于局域網(wǎng)子網(wǎng)之間的連接，但它的路由連接。雖然也適用于局域網(wǎng)子網(wǎng)之間的連接，但它的路由功能更多體現(xiàn)在不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)上，如局域網(wǎng)與功能更多體現(xiàn)在不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)上，如局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的連接、不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的連接廣域網(wǎng)之間的連接、不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的連接( (如以太如以太網(wǎng)和令牌環(huán)

20、網(wǎng)的連接網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)的連接) )等。解決好各種復雜路由路徑網(wǎng)絡(luò)等。解決好各種復雜路由路徑網(wǎng)絡(luò)的連接就是路由器的最終目的，所以路由器的路由功能通的連接就是路由器的最終目的，所以路由器的路由功能通常非常強大。為了與各種類型的網(wǎng)絡(luò)連接，路由器的接口常非常強大。為了與各種類型的網(wǎng)絡(luò)連接，路由器的接口類型非常豐富，而三層交換機則一般僅有同類型的局域網(wǎng)類型非常豐富，而三層交換機則一般僅有同類型的局域網(wǎng)接口，非常簡單。接口，非常簡單。 (2) (2)性能體現(xiàn)不一樣性能體現(xiàn)不一樣 路由器和三層交換機在數(shù)據(jù)包交換操作上存在著明顯路由器和三層交換機在數(shù)據(jù)包交換操作上存在著明顯區(qū)別。路由器一般由基于微處理器的軟件路

21、由引擎執(zhí)行數(shù)區(qū)別。路由器一般由基于微處理器的軟件路由引擎執(zhí)行數(shù)據(jù)包交換，而三層交換機通過硬件執(zhí)行數(shù)據(jù)包交換。三層據(jù)包交換，而三層交換機通過硬件執(zhí)行數(shù)據(jù)包交換。三層交換機在對第一個數(shù)據(jù)流進行路由后，它將會產(chǎn)生一個交換機在對第一個數(shù)據(jù)流進行路由后，它將會產(chǎn)生一個MACMAC地址與地址與IPIP地址的映射表，當同樣的數(shù)據(jù)流再次通過時，地址的映射表，當同樣的數(shù)據(jù)流再次通過時，將根據(jù)此表直接從二層通過而不是再次路由，從而消除了將根據(jù)此表直接從二層通過而不是再次路由，從而消除了路由器進行路由選擇而造成網(wǎng)絡(luò)的延遲，提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)路由器進行路由選擇而造成網(wǎng)絡(luò)的延遲，提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的效率。同時，三層交換機的路

22、由查找是針對數(shù)據(jù)流的，發(fā)的效率。同時，三層交換機的路由查找是針對數(shù)據(jù)流的，它利用緩存技術(shù)，很容易利用它利用緩存技術(shù)，很容易利用ASICASIC技術(shù)來實現(xiàn)，因此，可技術(shù)來實現(xiàn)，因此，可以大大節(jié)約成本，并實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)。而路由器的轉(zhuǎn)發(fā)采用以大大節(jié)約成本，并實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)。而路由器的轉(zhuǎn)發(fā)采用最長匹配的方式，實現(xiàn)復雜，通常使用軟件來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)發(fā)最長匹配的方式，實現(xiàn)復雜，通常使用軟件來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)發(fā)效率較低。效率較低。 從整體性能上比較的話，三層交換機的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)性從整體性能上比較的話，三層交換機的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)性能要遠優(yōu)于路由器，非常適用于數(shù)據(jù)交換頻繁的局域網(wǎng)中。能要遠優(yōu)于路由器，非常適用于數(shù)據(jù)交換頻繁的局域網(wǎng)中。

23、而路由器雖然路由功能非常強大，但它的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)效率而路由器雖然路由功能非常強大，但它的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)效率遠低于三層交換機，更適合于數(shù)據(jù)交換不是很頻繁的不同遠低于三層交換機，更適合于數(shù)據(jù)交換不是很頻繁的不同類型網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。所以，如果把路由器，特別是高檔路由類型網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。所以，如果把路由器，特別是高檔路由器用于局域網(wǎng)中，則在相當大程度上是一種浪費器用于局域網(wǎng)中，則在相當大程度上是一種浪費( (就其強就其強大的路由功能而言大的路由功能而言) )，而且還不能很好地滿足局域網(wǎng)通信，而且還不能很好地滿足局域網(wǎng)通信性能需求，影響子網(wǎng)間的正常通信。性能需求，影響子網(wǎng)間的正常通信。 (3)(3)三層交換機具有的優(yōu)

24、勢三層交換機具有的優(yōu)勢 子網(wǎng)間傳輸帶寬可任意分配。傳統(tǒng)路由器每子網(wǎng)間傳輸帶寬可任意分配。傳統(tǒng)路由器每個接口連接一個子網(wǎng)，子網(wǎng)通過路由器進行傳輸?shù)乃俾时粋€接口連接一個子網(wǎng)，子網(wǎng)通過路由器進行傳輸?shù)乃俾时唤涌诘膸捤拗啤６龑咏粨Q機則不同，它可以把多個接口的帶寬所限制。而三層交換機則不同，它可以把多個端口定義成一個虛擬網(wǎng)端口定義成一個虛擬網(wǎng)(VLAN)(VLAN)，把多個端口組成的虛擬網(wǎng)，把多個端口組成的虛擬網(wǎng)作為虛擬網(wǎng)接口，該虛擬網(wǎng)內(nèi)信息可通過組成虛擬網(wǎng)的端作為虛擬網(wǎng)接口，該虛擬網(wǎng)內(nèi)信息可通過組成虛擬網(wǎng)的端口送給三層交換機，由于端口數(shù)可任意指定，子網(wǎng)間傳輸口送給三層交換機，由于端口數(shù)可任意指定

25、，子網(wǎng)間傳輸帶寬沒有限制。帶寬沒有限制。 合理配置信息資源。由于訪問子網(wǎng)內(nèi)資源速合理配置信息資源。由于訪問子網(wǎng)內(nèi)資源速率和訪問全局網(wǎng)中資源速率沒有區(qū)別，子網(wǎng)設(shè)置單獨服務率和訪問全局網(wǎng)中資源速率沒有區(qū)別，子網(wǎng)設(shè)置單獨服務器的意義不大，通過在全局網(wǎng)中設(shè)置服務器群不僅節(jié)省費器的意義不大，通過在全局網(wǎng)中設(shè)置服務器群不僅節(jié)省費用，更可以合理配置信息資源。用，更可以合理配置信息資源。 降低成本。通常的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計用交換機構(gòu)成子網(wǎng)，降低成本。通常的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計用交換機構(gòu)成子網(wǎng)，用路由器進行子網(wǎng)間互聯(lián)。目前采用三層交換機進行網(wǎng)絡(luò)用路由器進行子網(wǎng)間互聯(lián)。目前采用三層交換機進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，既可以進行任意虛擬子網(wǎng)設(shè)計，既可以

26、進行任意虛擬子網(wǎng)VLANVLAN劃分，又可以通過交劃分，又可以通過交換機三層路由功能完成子網(wǎng)間通信，為此節(jié)省了價格昂貴換機三層路由功能完成子網(wǎng)間通信，為此節(jié)省了價格昂貴的路由器。的路由器。 交換機之間連接靈活。在計算機網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中，交換機之間連接靈活。在計算機網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中，作為交換機，它們之間是不允許存在任何回路的，而作為作為交換機，它們之間是不允許存在任何回路的，而作為路由器，又可以采用多條通路路由器，又可以采用多條通路( (如主、備路由如主、備路由) )來提高網(wǎng)絡(luò)來提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和平衡負載。為了解決這類矛盾，在三層交換機的可靠性和平衡負載。為了解決這類矛盾，在三層交換機中，一方面采用

27、生成樹算法來阻塞造成回路的端口，在進中，一方面采用生成樹算法來阻塞造成回路的端口，在進行路由選擇時，又能依然把阻塞掉的通路作為可以選擇的行路由選擇時，又能依然把阻塞掉的通路作為可以選擇的路徑來參與路由選擇，從而極大地提高了交換機連接的靈路徑來參與路由選擇，從而極大地提高了交換機連接的靈活性。活性。 綜上所述，三層交換機與路由器之間存在著非常大的綜上所述，三層交換機與路由器之間存在著非常大的本質(zhì)區(qū)別。無論從哪方面來說，在局域網(wǎng)中進行多子網(wǎng)連本質(zhì)區(qū)別。無論從哪方面來說，在局域網(wǎng)中進行多子網(wǎng)連接，最佳方案是選用三層交換機。在智能建筑的計算機網(wǎng)接，最佳方案是選用三層交換機。在智能建筑的計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中

28、，通常用三層交換機來組建建筑內(nèi)計算機網(wǎng)絡(luò)，絡(luò)設(shè)計中，通常用三層交換機來組建建筑內(nèi)計算機網(wǎng)絡(luò)，再用路由器與各種廣域網(wǎng)相連。再用路由器與各種廣域網(wǎng)相連。 12 12網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān) 網(wǎng)關(guān)工作在網(wǎng)關(guān)工作在OSIOSI模型的最高層模型的最高層應用層。從一個網(wǎng)應用層。從一個網(wǎng)絡(luò)向另一個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，必須經(jīng)過網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)實質(zhì)上是絡(luò)向另一個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，必須經(jīng)過網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)實質(zhì)上是一個網(wǎng)絡(luò)通向其他網(wǎng)絡(luò)的一個網(wǎng)絡(luò)通向其他網(wǎng)絡(luò)的IPIP地址。如圖地址。如圖3 31515所示：有網(wǎng)所示：有網(wǎng)絡(luò)絡(luò)A A和網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)B B，網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)A A的的IPIP地址范圍為地址范圍為“1921921681681 11 11921921681

29、681 1254”254”，子網(wǎng)掩碼為，子網(wǎng)掩碼為2552552552552552550 0；網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)絡(luò)B B的的IPIP地址范圍為地址范圍為“1921921681682 21 11921921681682 2254”254”，子網(wǎng)掩碼為，子網(wǎng)掩碼為2552552552552552550 0。在。在沒有路由器的情況下，兩個網(wǎng)絡(luò)之間是不能進行沒有路由器的情況下，兩個網(wǎng)絡(luò)之間是不能進行TCPTCPIPIP通信的，即使是兩個網(wǎng)絡(luò)連接在同一臺交換機通信的，即使是兩個網(wǎng)絡(luò)連接在同一臺交換機( (或集線器或集線器) )上，上，TCPTCPIPIP協(xié)議也會根據(jù)子協(xié)議也會根據(jù)子N N掩掩N(255N(2552

30、55255255255o)No)N定定兩個網(wǎng)絡(luò)中的主機處在不同的網(wǎng)絡(luò)里。而要實現(xiàn)這兩個網(wǎng)兩個網(wǎng)絡(luò)中的主機處在不同的網(wǎng)絡(luò)里。而要實現(xiàn)這兩個網(wǎng)絡(luò)之間的通信，則必須通過網(wǎng)關(guān)。如果網(wǎng)絡(luò)絡(luò)之間的通信，則必須通過網(wǎng)關(guān)。如果網(wǎng)絡(luò)A A中的主機發(fā)中的主機發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的目的主機不在本地網(wǎng)絡(luò)中，就把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)數(shù)據(jù)包的目的主機不在本地網(wǎng)絡(luò)中，就把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給它自己的網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)它自己的網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)B B的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)B B的網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)再轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)關(guān)再轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)B B的某個主機。網(wǎng)絡(luò)的某個主機。網(wǎng)絡(luò)B B向網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)絡(luò)A A轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過程也是如此。的過程也是如此。 13 局

31、域網(wǎng)參考模型 4.2.1 IEEE802參考模型 4.2.2 IEEE802.16協(xié)議 4.2.3 LLC與MAC的主要功能 4.2.4 MAC地址結(jié)構(gòu)IEEE 802 80年代初期: 美國電氣和電子工程師學會IEEE 802委員會結(jié)合局域網(wǎng)自身特點，參考OSI/RM，提出了局域網(wǎng)的參考模型（LAN/RM），制定出局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu), IEEE802標準誕生于1980年2月，故稱為802標準。局域網(wǎng)的設(shè)計中，關(guān)鍵的技術(shù)因素在于三點：拓撲結(jié)構(gòu)、傳輸媒體、媒體的訪問控制技術(shù)。 在ISO的開放系統(tǒng)互連模型（OSI/RM）中，其下三層主要涉及的是通信功能。在這方面局域網(wǎng)有自身的特點。 局域網(wǎng)內(nèi)一般不需要中

32、間交換，其拓撲結(jié)構(gòu)簡單，故路徑選擇功能可大大簡化，流量控制等功能可以放到數(shù)據(jù)鏈路層中去實現(xiàn)，所以網(wǎng)絡(luò)層可不設(shè)置。但按OSI觀點，網(wǎng)上設(shè)備總是連接到網(wǎng)絡(luò)層的某個SAP上，網(wǎng)絡(luò)層又必不可少。 由于局域網(wǎng)的種類繁多，其介質(zhì)訪問的方法也各不相同，為了使局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)鏈路層不致過于復雜，LAN/RM將其劃分為兩個子層，即媒體訪問控制（MAC）子層和邏輯鏈路控制（LLC）子層。 IEEE802參考模型IEEE 802.1AIEEE 802.1A：概述及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)IEEE 802.1BIEEE 802.1B：尋址、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)際互連尋址、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)際互連IEEE 802.2IEEE 80

33、2.2：邏輯鏈路控制協(xié)議邏輯鏈路控制協(xié)議IEEE 802.3IEEE 802.3：CSMA/CD IEEE 802.4CSMA/CD IEEE 802.4：令牌總線令牌總線IEEE 802.5IEEE 802.5：令牌環(huán)令牌環(huán)IEEE 802.6IEEE 802.6：分布隊列雙總線（城域網(wǎng)標準）分布隊列雙總線（城域網(wǎng)標準）IEEE 802.7IEEE 802.7：寬帶技術(shù)寬帶技術(shù) IEEE 802.8IEEE 802.8：光纖技術(shù)光纖技術(shù)IEEE 802.9IEEE 802.9：綜合業(yè)務數(shù)據(jù)局域網(wǎng)綜合業(yè)務數(shù)據(jù)局域網(wǎng)IEEE 802.10IEEE 802.10：交互局域網(wǎng)的安全交互局域網(wǎng)的安全

34、IEEE 802.11IEEE 802.11：無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)IEEE 802.12IEEE 802.12：優(yōu)先級高速局域網(wǎng)優(yōu)先級高速局域網(wǎng)100VG-AnyLAN100VG-AnyLANIEEE 802.14IEEE 802.14：電纜電視（電纜電視（Cable-TVCable-TV）14 MAC子層的地址問題MAC 地址地址48位，位，固化在網(wǎng)絡(luò)接固化在網(wǎng)絡(luò)接口卡的口卡的ROM中，中，也稱為物理地也稱為物理地址。址。15. 局域網(wǎng)的媒體訪問控制方式局域網(wǎng)的媒體訪問控制方式802.3 CSMA/CD總線網(wǎng)802.5 Token-ring令牌環(huán)網(wǎng)802.4 Token-Bus令牌總線網(wǎng)總線

35、網(wǎng)組網(wǎng)方式（IEEE 802.3 規(guī)范）IEEE 802.3IEEE 802.3標準是采用標準是采用1-1-堅持堅持CSMA/CDCSMA/CD算法的局域網(wǎng)算法的局域網(wǎng)不同標準不同標準 10Base5 - 10Base5 - 粗纜粗纜EthernetEthernet 10Base2 - 10Base2 - 細纜細纜EthernetEthernet 10BaseT - 10BaseT - 雙絞線雙絞線 10BaseF - 10BaseF - 光纜光纜 10Broad36 - 10Broad36 - 寬帶寬帶 數(shù)據(jù)率（數(shù)據(jù)率（MbpsMbps）基帶或?qū)拵Щ鶐Щ驅(qū)拵Ф巫畲箝L度（百米段最大長度（百米）

36、10 Base 510 Base 5IEEE 802.3IEEE 802.3局域網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)絡(luò)IEEE 802.3IEEE 802.3標準是采用標準是采用1-1-堅持堅持CSMA/CDCSMA/CD算法的局域網(wǎng)算法的局域網(wǎng), ,最常用的最常用的基帶基帶IEEE 802.3IEEE 802.3局域網(wǎng)有局域網(wǎng)有4 4種種, ,如表所示。如表所示。10Base2局域網(wǎng)絡(luò)電纜的連接采用無源的、標準的BNC T型連接器,發(fā)送器裝在計算機的以太網(wǎng)控制板上。16. 局域網(wǎng)的IEEE 802系列標準三種局域網(wǎng)的比較三種局域網(wǎng)的比較802.3優(yōu)點l使用最為廣泛；l算法簡單；l站點可以在網(wǎng)絡(luò)運行中安裝；l輕負載時，

37、延遲為0。缺點l使用模擬器件，每個站點在發(fā)送的同時要檢測沖突；l最短幀長64字節(jié)，對于短數(shù)據(jù)來講開銷太大；l無優(yōu)先級，發(fā)送是非確定性的，不適合于實時工作；l電纜最長2500米（使用中繼器）；l重負載時，沖突嚴重。優(yōu)點l發(fā)送具有確定性，支持優(yōu)先級，可處理短幀；l使用寬帶電纜，支持多信道；l重負載時，吞吐量和效率較高。缺點:l使用大量的模擬裝置；l協(xié)議復雜；l輕負載時，延遲大；l很難用光纖實現(xiàn)。802.4802.5優(yōu)點l使用點到點連接，完全數(shù)字化；l使用線路中心，自動檢測和消除電纜故障；l支持優(yōu)先級，允許短幀，但受令牌持有時間限制，不允許任意長的幀；l重負載時，吞吐量和效率較高。缺點l中央監(jiān)控；l

38、輕負載時，延遲大。使用范圍分布圖使用范圍分布圖 802.3以太網(wǎng)以太網(wǎng) 802.5令牌環(huán)令牌環(huán) 802.4令牌總線令牌總線協(xié)議復雜性協(xié)議復雜性 碰撞解決較復雜碰撞解決較復雜 令牌和環(huán)維護復雜令牌和環(huán)維護復雜 最復雜最復雜訪問確定性訪問確定性 不確定不確定 確定確定 確確 定定支持優(yōu)先級支持優(yōu)先級 不支持不支持 支持支持 支持支持模擬技術(shù)模擬技術(shù) 碰撞檢測使用碰撞檢測使用 完全數(shù)字化完全數(shù)字化 大量使用大量使用數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)速率 10-1000Mbps 4，16Mbps 1,5,10Mbps 通信介質(zhì)通信介質(zhì) 均可均可 均可均可 寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜可靠性可靠性 好好 較好較好 不好不好輕負載

39、時網(wǎng)絡(luò)性能輕負載時網(wǎng)絡(luò)性能 無延遲無延遲 有延遲有延遲 有延遲有延遲重負載時網(wǎng)絡(luò)性能重負載時網(wǎng)絡(luò)性能 急劇下降急劇下降 好好 安裝安裝 簡單簡單 較復雜較復雜 復雜復雜使用廣泛性使用廣泛性 廣泛廣泛 一般一般 不常用不常用適用場合適用場合 中等負載情況下中等負載情況下 重負載，要求實時重負載，要求實時 實時性要求極高實時性要求極高.17. 100BASE-T 以太網(wǎng)的特點 可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。因此，不使用 CSMA/CD 協(xié)議。 MAC 幀格式仍然是 802.3 標準規(guī)定的。 保持最短幀長不變，但將一個網(wǎng)段的最大電纜長度減小到 100 m。 幀間時間間隔從原來的 9.6 s 改為

40、現(xiàn)在的 0.96 s。 18. 三種不同的物理層標準 100BASE-TX 使用 2 對 UTP 5 類線或屏蔽雙絞線 STP。 100BASE-FX 使用 2 對光纖。 100BASE-T4 使用 4 對 UTP 3 類線或 5 類線。 19. 吉比特以太網(wǎng)允許在 1 Gb/s 下全雙工和半雙工兩種方式工作。使用 802.3 協(xié)議規(guī)定的幀格式。在半雙工方式下使用 CSMA/CD 協(xié)議（全雙工方式不需要使用 CSMA/CD 協(xié)議）。與 10BASE-T 和 100BASE-T 技術(shù)向后兼容。吉比特以太網(wǎng)的物理層 1000BASE-X 基于光纖通道的物理層：1000BASE-SX SX表示短波長

41、1000BASE-LX LX表示長波長1000BASE-CX CX表示銅線1000BASE-T 使用 4對 5 類線 UTP 全雙工方式 當吉比特以太網(wǎng)工作在全雙工方式時（即通信雙方可同時進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)），不使用載波延伸和分組突發(fā)。吉比特以太網(wǎng)的配置舉例 1 Gb/s 鏈路吉比特交換集線器百兆比特或吉比特集線器100 Mb/s 鏈路中央服務器20 10 吉比特以太網(wǎng) 10 吉比特以太網(wǎng)與 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1 Gb/s 以太網(wǎng)的幀格式完全相同。 10 吉比特以太網(wǎng)還保留了 802.3 標準規(guī)定的以太網(wǎng)最小和最大幀長，便于升級。 10 吉比特以太網(wǎng)不再使用銅線而只使用光纖

42、作為傳輸媒體。 10 吉比特以太網(wǎng)只工作在全雙工方式，因此沒有爭用問題，也不使用 CSMA/CD 協(xié)議。 吉比特以太網(wǎng)的物理層 局域網(wǎng)物理層 LAN PHY。局域網(wǎng)物理層的數(shù)據(jù)率是 10.000 Gb/s。 可選的廣域網(wǎng)物理層 WAN PHY。廣域網(wǎng)物理層具有另一種數(shù)據(jù)率，這是為了和所謂的“Gb/s”的 SONET/SDH（即OC-192/STM-64）相連接。 為了使 10 吉比特以太網(wǎng)的幀能夠插入到 OC-192/STM-64 幀的有效載荷中，就要使用可選的廣域網(wǎng)物理層，其數(shù)據(jù)率為 9.95328 Gb/s。 端到端的以太網(wǎng)傳輸 10 吉比特以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)的工作范圍已經(jīng)從局域網(wǎng)（校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)）擴大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，從而實現(xiàn)了端到端的以太網(wǎng)傳輸。 這種工作方式的好處是： 成熟的技術(shù) 互操作性很好 在廣域網(wǎng)中使用以太網(wǎng)時價格便宜。 統(tǒng)一的幀格式簡化了操作和管理。 21 以太網(wǎng)從 10 Mb/s 到10 Gb/s 的演進 以太網(wǎng)從 10 Mb/s 到 10 Gb/s 的演進證明了以太網(wǎng)是： 可擴展的（從 10 Mb/s 到 10 Gb/s）。 靈活的（多種傳輸媒體、全/半雙工、共享/交換）。 易于安裝。 穩(wěn)健性好。 22 使用高速以太網(wǎng)進行寬帶接入 以太網(wǎng)已成功地把速率提高到 1 10 Gb/s