局域網的擴展集線器,網橋,以太網交換機

1、集線器，網橋，以太網交換機3.5 擴展的局域網擴展的局域網概念：多個局域網用中間設備連接起來，實現(xiàn)多個概念：多個局域網用中間設備連接起來，實現(xiàn)多個局域網之間的通信局域網之間的通信3.5.1 在物理層擴展局域網在物理層擴展局域網一、利用光纖延長主機到集線器距離一、利用光纖延長主機到集線器距離n主機使用光纖和一對光纖調制解調器連接主機使用光纖和一對光纖調制解調器連接到集線器到集線器以太網集線器光纖光纖調制解調器光纖調制解調器二、用多級集線器擴展局域網二、用多級集線器擴展局域網例如：某大學有三個系，各自有一個局域網例如：某大學有三個系，各自有一個局域網三個獨立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用

2、集線器組成更大的局域網都在一個碰撞域中用集線器組成更大的局域網都在一個碰撞域中一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域主干集線器碰撞域n用集線器擴展局域網的優(yōu)缺點用集線器擴展局域網的優(yōu)缺點（1）優(yōu)點）優(yōu)點使原來屬于不同碰撞域的局域網上的計算機使原來屬于不同碰撞域的局域網上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。能夠進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網覆蓋的地理范圍。擴大了局域網覆蓋的地理范圍。（2）缺點）缺點碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同以太網技術，那如果不同的碰撞域使用不同以太網技術，那么就不能用集線器將它們互連起來。么就不能用集線器將它們互連起來

3、。3.5.2 在數據鏈路層擴展局域網在數據鏈路層擴展局域網n在數據鏈路層擴展局域網是使用在數據鏈路層擴展局域網是使用網橋網橋。n網橋工作在數據鏈路層，它根據網橋工作在數據鏈路層，它根據 MAC 幀的幀的目的地址對收到的幀進行轉發(fā)。目的地址對收到的幀進行轉發(fā)。n網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉發(fā)此幀，而幀時，并不是向所有的接口轉發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然后再確地址，然后再確定將該幀轉發(fā)到哪一個接口。定將該幀轉發(fā)到哪一個接口。 1、 網橋的內部結構網橋的內部結構轉發(fā)表接口管理 軟件網橋協(xié)議 實體

4、緩存接口 1接口 2111222站地址 接口網橋接口 1接口 2網段 B網段 A網橋12n使用網橋帶來的好處使用網橋帶來的好處過濾通信量，增大吞吐量。過濾通信量，增大吞吐量。 擴大了物理范圍。擴大了物理范圍。提高了可靠性。提高了可靠性?？苫ミB不同物理層、不同可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同子層和不同速率（如速率（如10 Mb/s 和和 100 Mb/s 以太網）的以太網）的局域網。局域網。B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEFn使用網橋帶來的缺點使用網橋帶來的缺點存儲轉發(fā)和存儲轉發(fā)和CSMA/CD算法增加了時延。算法增加了時延。 在在MAC 子層無流量控制功能，網絡負荷很重時，網橋中

5、的子層無流量控制功能，網絡負荷很重時，網橋中的緩存空間可能不夠而溢出，導致丟幀緩存空間可能不夠而溢出，導致丟幀。網橋只適合于用戶數不太多和通信量不太大的局域網，否則網橋只適合于用戶數不太多和通信量不太大的局域網，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產生網絡擁塞。這就是所有時還會因傳播過多的廣播信息而產生網絡擁塞。這就是所謂的謂的廣播風暴廣播風暴。B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF用戶層IPMAC站 1用戶層IPMAC站 2物理層網橋 1網橋 2AB用戶數據IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T 物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個網橋之間還可使用一段點

6、到點鏈路 網橋不改變它轉發(fā)的幀的源地址n網橋和集線器（或轉發(fā)器）不同網橋和集線器（或轉發(fā)器）不同 集線器在轉發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。集線器在轉發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。 網橋在轉發(fā)幀之前必須執(zhí)行網橋在轉發(fā)幀之前必須執(zhí)行 CSMA/CD 算法。算法。若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送并若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送并進行退避。進行退避。2、透明網橋、透明網橋n目前使用得最多的網橋是目前使用得最多的網橋是透明網橋透明網橋(transparent bridge)。 n“透明透明”是指局域網上的站點并不知道所是指局域網上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經過哪幾個網橋，因為網橋對發(fā)送的幀

7、將經過哪幾個網橋，因為網橋對各站來說是看不見的。各站來說是看不見的。 n透明網橋是一種透明網橋是一種即插即用設備即插即用設備，其標準是，其標準是 IEEE 802.1D。n 透明網橋采用的自學習算法透明網橋采用的自學習算法 若從若從 A 發(fā)出的幀從接口發(fā)出的幀從接口 x 進入了某網橋，則從進入了某網橋，則從這個接口出發(fā)沿這個接口出發(fā)沿相反方向相反方向一定可把一個幀傳送一定可把一個幀傳送到到 A。 網橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網網橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網橋的接口，作為轉發(fā)表中的一個項目。橋的接口，作為轉發(fā)表中的一個項目。 在建立轉發(fā)表時是把幀首部中的在建立轉發(fā)表時是把幀首

8、部中的源地址源地址寫在寫在“地址地址”這一欄的下面。這一欄的下面。 在轉發(fā)幀時，則是根據收到的幀首部中的在轉發(fā)幀時，則是根據收到的幀首部中的目的目的地址地址來轉發(fā)的。這時就把在來轉發(fā)的。這時就把在“地址地址”欄下面已欄下面已經記下的經記下的源地址當作目的地址源地址當作目的地址，而把記下的，而把記下的進進入接口入接口當作當作轉發(fā)接口轉發(fā)接口。轉發(fā)表的建立過程舉例轉發(fā)表的建立過程舉例地址 接口B2B1ABCDEF1212地址 接口B 1B AA BA 1F CF 2A 1F 2n在網橋的轉發(fā)表中寫入的信息除了在網橋的轉發(fā)表中寫入的信息除了地址地址和和接口接口外，還有外，還有幀進入該網橋的時間幀進入

9、該網橋的時間。這是因為以太網的拓撲可能經常會發(fā)生變化，這是因為以太網的拓撲可能經常會發(fā)生變化，使得網橋轉發(fā)表中保留的網絡拓撲信息成為使得網橋轉發(fā)表中保留的網絡拓撲信息成為“過時的過時的”。若把每個幀到達網橋的時間登記下來，而網若把每個幀到達網橋的時間登記下來，而網橋中的橋中的接口管理軟件接口管理軟件周期性的掃描轉發(fā)表中周期性的掃描轉發(fā)表中的項目，刪除的項目，刪除一定時間以前一定時間以前登記的項目，這登記的項目，這樣就使得網橋中的轉發(fā)表能反映當前網絡的樣就使得網橋中的轉發(fā)表能反映當前網絡的最新拓撲狀態(tài)最新拓撲狀態(tài)。n網橋的自學習和轉發(fā)幀的步驟歸納網橋的自學習和轉發(fā)幀的步驟歸納網橋收到一幀后先進行

10、網橋收到一幀后先進行自學習自學習。查轉發(fā)表中與收到幀的。查轉發(fā)表中與收到幀的源地址源地址有無匹配的項目。如沒有，就在轉發(fā)表中增加一個項目（源地有無匹配的項目。如沒有，就在轉發(fā)表中增加一個項目（源地址、進入的接口和時間）。如有，則把原有的項目進行址、進入的接口和時間）。如有，則把原有的項目進行更新更新。轉發(fā)幀。查找轉發(fā)表中與收到幀的轉發(fā)幀。查找轉發(fā)表中與收到幀的目的地址目的地址有無相匹配的項目。有無相匹配的項目。如沒有，則通過如沒有，則通過所有其他接口所有其他接口進行轉發(fā)。進行轉發(fā)。如有，且對應轉發(fā)表中的接口如有，且對應轉發(fā)表中的接口不是不是該幀進入網橋的接口，該幀進入網橋的接口，則按轉發(fā)表中的

11、接口進行轉發(fā)；否則應丟棄這個幀（因為則按轉發(fā)表中的接口進行轉發(fā)；否則應丟棄這個幀（因為這時不需要經過網橋進行轉發(fā)）。這時不需要經過網橋進行轉發(fā)）。n使用透明網橋擴展局域網的回路問題使用透明網橋擴展局域網的回路問題局域網 2局域網 1網橋 2網橋 1 AF不停地兜圈子A 發(fā)出的幀F(xiàn)1網橋 1 轉發(fā)的幀F(xiàn)2網橋 2 轉發(fā)的幀網絡資源白白消耗了n為了避免轉發(fā)的幀在網絡中不斷地兜圈子，為了避免轉發(fā)的幀在網絡中不斷地兜圈子，透明網橋使用了生成樹算法。透明網橋使用了生成樹算法。 互連在一起的網橋在進行彼此通信后，就能互連在一起的網橋在進行彼此通信后，就能找出原來的網絡拓撲的一個子集。這個子集找出原來的網絡

12、拓撲的一個子集。這個子集里，整個連通的網絡不存在回路，即在任何里，整個連通的網絡不存在回路，即在任何兩個站之間只存在一條路徑。兩個站之間只存在一條路徑。3、源路由網橋、源路由網橋n源路由源路由網橋：由發(fā)送幀的網橋：由發(fā)送幀的源站負責路由選源站負責路由選擇擇。源站在發(fā)送幀時將詳細的路由信息放。源站在發(fā)送幀時將詳細的路由信息放在幀的首部中。在幀的首部中。n源站獲取路由信息方法：源站獲取路由信息方法：源站以源站以廣播方式廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀發(fā)現(xiàn)幀作為探測之作為探測之用。用。傳送過程中，每個發(fā)現(xiàn)幀都傳送過程中，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經過的路由記錄所經過的路由。發(fā)現(xiàn)

13、幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。發(fā)現(xiàn)幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。路由。4、多接口網橋、多接口網橋以太網交換機以太網交換機n1990 年問世的年問世的交換式集線器交換式集線器(switching hub)，也常稱為以，也常稱為以太網交換機太網交換機(switch)或或第二層交換機第二層交換機（表明此交換機工作在數據（表明此交換機工作在數據鏈路層）。鏈路層）。n以太網交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網交換機實質上就是一個以太網交

14、換機實質上就是一個多接口的網多接口的網橋橋，同工作在物理層的轉發(fā)器和集線器有，同工作在物理層的轉發(fā)器和集線器有很大差別。很大差別。n以太網交換機的特點以太網交換機的特點以太網交換機的每個接口都直接與一個以太網交換機的每個接口都直接與一個主機或另一個集線器相連，并且一般都主機或另一個集線器相連，并且一般都工作在工作在全雙工方式全雙工方式。以太網交換機能同時連通許多對的接口，以太網交換機能同時連通許多對的接口，使使每一對相互通信的主機都能像獨占通每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣信媒體那樣，無碰撞地傳輸數據。，無碰撞地傳輸數據。以太網交換機也是以太網交換機也是即插即用即插即用設備，轉發(fā)設備

15、，轉發(fā)表也是通過自學習算法自動地逐漸建立表也是通過自學習算法自動地逐漸建立起來的。起來的。 以太網交換機使用了專用的以太網交換機使用了專用的交換結構芯交換結構芯片片，其，其交換速率較高交換速率較高。n共享式以太網與交換式以太網帶寬對比共享式以太網與交換式以太網帶寬對比 對于普通對于普通 10 Mb/s 的共享式以太網，若共有的共享式以太網，若共有 N 個用戶，則每個用戶占有的個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有平均帶寬只有總帶寬總帶寬(10 Mb/s)的的 N 分之一分之一。 使用以太網交換機時，雖然在每個接口到主使用以太網交換機時，雖然在每個接口到主機的帶寬還是機的帶寬還是 10 Mb/s，

16、但由于一個用戶在，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網絡用戶共享傳通信時是獨占而不是和其他網絡用戶共享傳輸媒體帶寬，因此對于擁有輸媒體帶寬，因此對于擁有 N 對接口的交換對接口的交換機，其總容量為機，其總容量為 N 10 Mb/s。這正是交換機。這正是交換機的的最大優(yōu)點最大優(yōu)點。 n使用以太網交換機擴展局域網非常方便使用以太網交換機擴展局域網非常方便 從共享總線以太網或從共享總線以太網或10BASE-T以太網轉到以太網轉到交換式以太網時，所有接入設備的軟件、硬交換式以太網時，所有接入設備的軟件、硬件和適配器都不需要作任何改動，所有接入件和適配器都不需要作任何改動，所有接入的設備繼續(xù)使用的

17、設備繼續(xù)使用CSMA/CD協(xié)議。協(xié)議。 只要增加集線器的容量，整個系統(tǒng)的容量是只要增加集線器的容量，整個系統(tǒng)的容量是很容易擴充的。很容易擴充的。 以太網交換機一般具有多種速率的接口，大以太網交換機一般具有多種速率的接口，大大方便了各種不同情況的用戶。大方便了各種不同情況的用戶。用以太網交換機擴展局域網舉例用以太網交換機擴展局域網舉例一系三系二系10BASE-T至因特網100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s萬維網服務器電子郵件 服務器以太網交換機路由器n利用以太網交換機可以很方便地實現(xiàn)虛擬利用以太網交換機可以很方便地實現(xiàn)虛擬局域網局域網 虛擬局域網虛擬局域網 VLAN 是由一些局域網網

18、段構成是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組。的與物理位置無關的邏輯組。這些網段具有某些共同的需求。這些網段具有某些共同的需求。每一個每一個 VLAN 的幀都有一個明確的標識符，指的幀都有一個明確的標識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個 VLAN。 虛擬局域網其實只是局域網給用戶提供的一虛擬局域網其實只是局域網給用戶提供的一種服務，而并不是一種新型局域網。種服務，而并不是一種新型局域網。以太網交換機以太網交換機以太網交換機以太網交換機VLAN3VLAN1VLAN2三個虛擬局域網 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的構成 當 B1 向 VLAN2 工作組內成員發(fā)送數據時，工作站 B2 和 B3 將會收到廣播的信息，而工作站 A1, A2 和 C1都不會收到 B1 發(fā)出的廣播信息。A4A1A3A2B3B1B2C3C1C2以太網交換機A4B1以太網交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網交換機以太網交換機三個虛擬局域網 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的構成 虛擬局域網限制了接收廣播信息的工作站數，使得網絡不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風暴”)而引起性能惡化。 n虛擬局域網使用的以太網幀格式（虛擬局域網使用的以太網幀