局域網(wǎng)技術(shù)-參考

第6章局域網(wǎng)技術(shù)(jìshù)精品資料局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)是將小區(qū)域內(nèi)的各種通信設(shè)備互連在一起的通信網(wǎng)絡(luò)(wǎngluò)，傳輸速率低于100Mbps的稱傳統(tǒng)局域網(wǎng)，傳輸速率高于100Mbps的稱高速局域網(wǎng)。精品資料本章學(xué)習(xí)(xuéxí)要點(diǎn)1、局域網(wǎng)的定義及特性。2、LAN的參考模型以及和OSI模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3、局域網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。4、載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)的協(xié)議(CSMA/CD)。5、交換式局域網(wǎng)的工作(gōngzuò)原理及兩種交換方法。6、虛擬局域網(wǎng)工作(gōngzuò)原理7、無(wú)線局域網(wǎng)特點(diǎn)及IEEE802.11體系結(jié)構(gòu)。精品資料6.1局域網(wǎng)的定義(dìngyì)及特性1、局域網(wǎng)的定義局域網(wǎng)（LAN－LocalAreaNetwork）是將分散在有限地理范圍內(nèi)（如一棟大樓，一個(gè)部門(mén)）的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)傳輸媒體連接起來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的相互通信和共享資源。美國(guó)電氣和電子工程協(xié)會(huì)（IEEE）于1980年2月成立局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（簡(jiǎn)稱802委員會(huì)）專(zhuān)門(mén)(zhuānmén)對(duì)局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，并提出了LAN的定義。LAN是允許中等地域內(nèi)的眾多獨(dú)立設(shè)備通過(guò)中等速率的物理信道直接互連通信的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。傳輸速率低于100Mbps的稱傳統(tǒng)局域網(wǎng)，傳輸速率高于100Mbps的稱高速局域網(wǎng)。精品資料2、局域網(wǎng)特性(tèxìng)傳輸速率高，局域網(wǎng)的傳輸速率一般為(0.1M--100Mbps);數(shù)據(jù)率大于100Mbps的稱高速局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域相對(duì)較小，通常傳輸距離在(0.1km--25km)誤碼率低，局域網(wǎng)的誤碼率一般在(10-8--10-11)精品資料傳輸技術(shù)

局域網(wǎng)中，利用傳輸媒體傳輸信號(hào)的技術(shù)可分為(fēnwéi)基帶傳輸和寬帶傳輸兩種。傳輸技術(shù)類(lèi)型描述特征傳輸方向基帶傳輸保持?jǐn)?shù)據(jù)波的原樣進(jìn)行傳輸稱為基帶傳輸或者基帶數(shù)字信號(hào)傳輸*數(shù)字信號(hào)為電脈沖或者光脈沖*信號(hào)傳輸將占用整個(gè)信道的帶寬*數(shù)據(jù)波信號(hào)會(huì)隨著距離的增加而衰減，隨著頻率的增加而容易發(fā)生畸變，因此它不適合高速和遠(yuǎn)距離的傳輸

寬帶傳輸寬帶在電話系統(tǒng)中通常指帶寬超過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)話路(約4kHz)的傳輸系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域則指數(shù)據(jù)傳輸速率超過(guò)1Mbps的傳輸系統(tǒng)*可以將信道分成多個(gè)子信道，分別傳送音頻、視頻和數(shù)字信號(hào)。

*寬帶傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)*需采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)制解調(diào)技術(shù)*采用頻分多路復(fù)用技術(shù)，支持多路信號(hào)傳輸*與基帶相比較，寬帶傳輸可提供較高的傳輸速率和抗干擾能力

精品資料局域網(wǎng)典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：1、星（Star）型

局域網(wǎng)所有站點(diǎn)的通信都通過(guò)(tōngguò)中心站點(diǎn)進(jìn)行

2、環(huán)（Ring）型

控制簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)對(duì)稱性好，傳輸速率高。如：IBM令牌環(huán)網(wǎng)

3、總線（Bus）型

采用廣播式多路訪問(wèn)方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，擴(kuò)展性好。如：采用集線器(HUB)組網(wǎng)4、樹(shù)（Tree）型

分層結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展性好，尋址方便精品資料精品資料6.2局域網(wǎng)參考模型IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)參考模型與OSI/RM的對(duì)應(yīng)(duìyìng)關(guān)系如圖所示精品資料局域網(wǎng)是一個(gè)通信網(wǎng)，只涉及到相當(dāng)于OSI/RM通信子網(wǎng)的功能。由于內(nèi)部大多采用共享信道的技術(shù)，所以局域網(wǎng)通常不單獨(dú)設(shè)立網(wǎng)絡(luò)層。局域網(wǎng)的高層功能由具體的局域網(wǎng)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。LAN模型包括了OSI/RM最低兩層(物理層和鏈路層)的功能，也包括網(wǎng)間互連的高層功能和管理功能。從圖中可見(jiàn)，OSI/RM的數(shù)據(jù)鏈路層功能，在局域網(wǎng)參考模型中被分成介質(zhì)訪問(wèn)控制MAC(MediumAccessControl)和邏輯(luójí)鏈路控制LLC(LogicalLinkControl)兩個(gè)子層。精品資料在OSI/RM中，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有報(bào)文分組轉(zhuǎn)接的功能。在局域網(wǎng)中，物理層同樣負(fù)責(zé)建立、維持和拆除物理鏈路；數(shù)據(jù)鏈路層采用差錯(cuò)控制和幀確認(rèn)技術(shù),把不可靠的傳輸信道轉(zhuǎn)換成可靠的傳輸信道。但是(dànshì)，局域網(wǎng)中的多個(gè)設(shè)備一般共享傳輸介質(zhì)，在設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，首先要解決由哪些設(shè)備占有傳輸介質(zhì)的問(wèn)題。所以局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層必須設(shè)置介質(zhì)訪問(wèn)控制功能。由于局域網(wǎng)采用的傳輸介質(zhì)有多種，對(duì)應(yīng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法也有多種，為了使數(shù)據(jù)幀的傳送獨(dú)立于所采用的物理介質(zhì)和介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，IEEE802標(biāo)準(zhǔn)特意把LLC獨(dú)立出來(lái)形成一個(gè)單獨(dú)子層，使LLC子層與介質(zhì)無(wú)關(guān)，僅讓MAC子層依賴于物理介質(zhì)和介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。精品資料局域網(wǎng)中，不需要設(shè)立路由選擇和流量控制功能，將網(wǎng)絡(luò)層中的分級(jí)尋址、排序、流量控制、差錯(cuò)控制功能放在數(shù)據(jù)鏈路層中實(shí)現(xiàn)。因此，局域網(wǎng)中可以不單獨(dú)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層。當(dāng)局限于(xiànyú)一個(gè)局域網(wǎng)時(shí)，物理層和鏈路層就能完成報(bào)文分組轉(zhuǎn)接的功能。但當(dāng)涉及網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)，報(bào)文分組就必須經(jīng)過(guò)多條鏈路才能到達(dá)目的地，此時(shí)必須專(zhuān)門(mén)設(shè)置一個(gè)層次來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)層的功能，在IEEE802標(biāo)準(zhǔn)中這一層被稱為網(wǎng)際層。

精品資料1.服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（SAP）：在參考模型中，每個(gè)實(shí)體和另一個(gè)系統(tǒng)的同等實(shí)體按協(xié)議進(jìn)行通信；而一個(gè)系統(tǒng)中上下層(xiàcéng)之間的通信，則通過(guò)接口進(jìn)行，并用服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)SAP（ServerAccessPoint)來(lái)定義接口。為了對(duì)多個(gè)高層實(shí)體提供支持，在LLC層的頂部有多個(gè)LLC服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（LSAP）。在網(wǎng)際層的頂部有多個(gè)網(wǎng)間服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（NSAP）。介質(zhì)訪問(wèn)控制服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（MSAP）向LLC實(shí)體提供單個(gè)接口端。物理服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（PSAP）向MAC實(shí)體提供單個(gè)接口端。6.2局域網(wǎng)參考模型精品資料2.邏輯鏈路控制（LLC）子層：在LLC子層中規(guī)定了無(wú)確認(rèn)無(wú)連接、有確認(rèn)無(wú)連接和面向連接三種類(lèi)型的鏈路服務(wù)。無(wú)確認(rèn)無(wú)連接服務(wù)：是一種數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，信息幀在LLC實(shí)體間交換時(shí)，無(wú)需在同等(tóngděng)層實(shí)體間事先建立邏輯鏈路，對(duì)這種LLC幀既不確認(rèn),也無(wú)任何流量控制或差錯(cuò)恢復(fù);有確認(rèn)無(wú)連接服務(wù)：除了對(duì)LLC幀進(jìn)行確認(rèn)外,其它類(lèi)似于無(wú)確認(rèn)無(wú)連接服務(wù);面向連接服務(wù)：提供訪問(wèn)點(diǎn)之間的虛電路服務(wù)，在任何信息幀交換前，一對(duì)LLC實(shí)體之間必須建立邏輯鏈路，在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，信息幀依次發(fā)送，并提供差錯(cuò)恢復(fù)和流量控制功能。

3。介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）子層：MAC子層在支持LLC層完成介質(zhì)訪問(wèn)控制功能時(shí)，可以提供多個(gè)介質(zhì)訪問(wèn)控制方式。使用MSAP支持LLC子層時(shí)，MAC子層實(shí)現(xiàn)幀的尋址和識(shí)別。MAC到MAC的操作通過(guò)同等(tóngděng)層協(xié)議來(lái)進(jìn)行，MAC還產(chǎn)生幀檢驗(yàn)序列和完成幀檢驗(yàn)等功能。精品資料4。物理層：提供在物理層實(shí)體間發(fā)送和接收比特的能力。一對(duì)物理層實(shí)體能認(rèn)出兩個(gè)MAC實(shí)體間同等(tóngděng)層比特單元的交換。物理層提供發(fā)送和接收信號(hào)的能力，包括對(duì)帶寬的頻道分配和對(duì)基帶的信號(hào)調(diào)制。精品資料5、服務(wù)(fúwù)原語(yǔ)

當(dāng)(N+1)實(shí)體向(N)實(shí)體請(qǐng)求服務(wù)時(shí),服務(wù)用戶與服務(wù)提供者之間通過(guò)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(SAP)進(jìn)行交互作用,在進(jìn)行交互時(shí)所要交換的一些必要信息被稱為服務(wù)原語(yǔ)。服務(wù)原語(yǔ)描述提供的服務(wù)，并規(guī)定通過(guò)服務(wù)存取端口所必須傳遞的信息。一個(gè)(yīɡè)完整的服務(wù)原語(yǔ)包括3個(gè)部分：原語(yǔ)名字、原語(yǔ)類(lèi)型、原語(yǔ)參數(shù)。常用4種類(lèi)型的服務(wù)原語(yǔ)，其構(gòu)成如下：

精品資料

服務(wù)(fúwù)原語(yǔ)

精品資料精品資料精品資料接口與服務(wù)(fúwù)的關(guān)系精品資料圖6.2服務(wù)(fúwù)用戶和服務(wù)(fúwù)提供者精品資料圖6.3兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)層實(shí)體(shítǐ)間發(fā)送數(shù)據(jù)的例子精品資料圖6.4用來(lái)說(shuō)明服務(wù)(fúwù)原語(yǔ)的時(shí)序圖精品資料圖6.5ISO服務(wù)(fúwù)原語(yǔ)精品資料圖6.6未成功的連接(liánjiē)企圖精品資料圖6.7成功的連接(liánjiē)企圖精品資料圖6.8IEEE802服務(wù)(fúwù)原語(yǔ)類(lèi)型精品資料圖6.9IEEE802數(shù)據(jù)(shùjù)報(bào)服務(wù)原語(yǔ)精品資料圖6.10IEEE802建立連接(liánjiē)服務(wù)原語(yǔ)精品資料圖6.11ISO和IEEE802服務(wù)(fúwù)原語(yǔ)間的變換說(shuō)明精品資料6.3局域網(wǎng)協(xié)議(xiéyì)標(biāo)準(zhǔn)IEEE在1980年2月成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEEE802委員會(huì)），專(zhuān)門(mén)從事局域網(wǎng)的協(xié)議制訂，形成了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，稱為IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO采納，作為局域網(wǎng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)系列。在這些標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)局域網(wǎng)的多種類(lèi)型，規(guī)定了各自的拓樸結(jié)構(gòu)、介質(zhì)訪問(wèn)控制方法、幀的格式和操作等內(nèi)容(nèiróng)。IEEE802標(biāo)準(zhǔn)系列中各個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系如下圖所示。精品資料IEEE802.1是局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)際互連協(xié)議。IEEE802.2集中了數(shù)據(jù)鏈路層中與介質(zhì)無(wú)關(guān)(wúguān)的LLC協(xié)議,規(guī)定了錯(cuò)誤處理、成幀、流控以及網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)接口。而與介質(zhì)訪問(wèn)有關(guān)的協(xié)議，則根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問(wèn)控制分別處理，主要的MAC協(xié)議有：IEEE802.3載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)CSMA/CD訪問(wèn)方法和物理層協(xié)議、IEEE802.4令牌總線（TokenBus)訪問(wèn)方法和物理層的協(xié)議、IEEE802.5令牌環(huán)（TokenRing)訪問(wèn)方法等。精品資料IEEE802標(biāo)準(zhǔn)定義了LLC子層和MAC子層的幀格式。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，LLC子層將高層遞交的報(bào)文分組作為L(zhǎng)LC的信息字段，再加上LLC子層目的(mùdì)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(DSAP)、源服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(SSAP)及相應(yīng)的控制信息以構(gòu)成LLC幀。LLC幀格式及其控制字段定義見(jiàn)下圖。精品資料LLC的鏈路只有異步平衡方式（ABM），而不用正常響應(yīng)方式（NRM）和異步響應(yīng)方式（ARM）。也即節(jié)點(diǎn)均為組合站，它們既可作為主站發(fā)送命令，也可作為從站響應(yīng)命令。IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)定義的LLC幀格式與HDLC的幀格式有點(diǎn)(yǒudiǎn)類(lèi)似，其控制字段的格式和功能完全效仿HDLC的平衡方式制定。LLC幀也分為信息幀、監(jiān)控幀和無(wú)編號(hào)幀三類(lèi)。信息幀主要用于信息數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)控幀主要用于流量控制，無(wú)編號(hào)幀用于LLC子層傳輸控制信號(hào)以對(duì)邏輯鏈路進(jìn)行建立與釋放。LLC幀的類(lèi)型取決于控制字段的第１、２位，信息幀和監(jiān)控幀的控制字段均為２字節(jié)，無(wú)編號(hào)幀的控制字段為１字節(jié)。監(jiān)控幀控制字段中的第５～８位為保留位，一般設(shè)置為０?？刂谱侄沃械钠渌缓x與HDLC控制字段中的含義相同。精品資料決定(juédìng)局域網(wǎng)特性的三個(gè)主要技術(shù)：用以連接各種設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用以傳輸數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)用以共享資源的介質(zhì)訪問(wèn)控制方法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線、環(huán)形、星形傳輸介質(zhì)

雙絞線、同軸電纜、光纖、無(wú)線通信介質(zhì)訪問(wèn)控制方法

CSMA/CD、TokenRing、TokenBus、FDDI6.4介質(zhì)(jièzhì)訪問(wèn)控制精品資料介質(zhì)(jièzhì)訪問(wèn)控制1、介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議(xiéyì)在局域網(wǎng)中，傳輸介質(zhì)作為各站點(diǎn)的共享資源。而將傳輸介質(zhì)的頻帶，有效的分配給網(wǎng)上各站點(diǎn)用戶的方法，稱為介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議(xiéyì)。在這里“訪問(wèn)”指的是在兩個(gè)實(shí)體之間建立聯(lián)系并交換數(shù)據(jù)信息。在網(wǎng)絡(luò)中，訪問(wèn)方式泛指分配介質(zhì)使用權(quán)限的機(jī)理、策略和算法。2、介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議(xiéyì)的三個(gè)基本要素：協(xié)議(xiéyì)簡(jiǎn)單有效的通道利用率公平性：網(wǎng)上站點(diǎn)的用戶公平合理精品資料圖6.13局域網(wǎng)訪問(wèn)控制方法(fāngfǎ)精品資料三種異步技術(shù)：（1）輪轉(zhuǎn)：每個(gè)站點(diǎn)輪流獲得發(fā)送機(jī)會(huì)，這種技術(shù)適合于交互式的終端對(duì)主機(jī)通信。（2）預(yù)約：介質(zhì)(jièzhì)上的時(shí)間被分割成時(shí)間片，網(wǎng)上的站點(diǎn)要發(fā)送，必須事先預(yù)約能占用的時(shí)間片，這種技術(shù)適用于數(shù)據(jù)流的通信。（3）爭(zhēng)用：所有站點(diǎn)都可以爭(zhēng)用介質(zhì)(jièzhì)，這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，對(duì)輕負(fù)載或中等負(fù)載的系統(tǒng)比較有效，適合于猝發(fā)式的通信。交換方式：是不同于共享介質(zhì)(jièzhì)方式的另一種局域網(wǎng)的介質(zhì)(jièzhì)訪問(wèn)控制方法。Ｐ122精品資料6.5爭(zhēng)用協(xié)議(xiéyì)6.5.1CSMA載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)CS:CarrierSense載波監(jiān)聽(tīng)

站點(diǎn)在為發(fā)送幀而訪問(wèn)傳輸信道之前，首先監(jiān)聽(tīng)

信道有無(wú)載波，若有載波，說(shuō)明已有用戶在使用信道，

則不發(fā)送幀以避免沖突。

MA:MultipleAccess多路訪問(wèn)

多址接入(多路訪問(wèn)):掛在總線(或傳輸信道)上的結(jié)點(diǎn),

可以(kěyǐ)接入一個(gè)結(jié)點(diǎn)，可以(kěyǐ)接入一組結(jié)點(diǎn),可以(kěyǐ)接入所有結(jié)點(diǎn).精品資料1、CSMA控制方案每個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送分組前，首先監(jiān)聽(tīng)公共信道上其它站點(diǎn)是否在發(fā)送分組。如果信道忙，就暫不發(fā)送，在等待一定間隔后重試。如果信道空閑，則進(jìn)入發(fā)送處理。2、堅(jiān)持退避算法(suànfǎ)（1）不堅(jiān)持CSMA：（A）假如介質(zhì)空閑，則發(fā)送；（B）假如介質(zhì)忙則等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后，重復(fù)第一步。采用隨機(jī)的重發(fā)延遲時(shí)間，可以減少?zèng)_突發(fā)生的可能性。不堅(jiān)持算法(suànfǎ)的缺點(diǎn)是：即使有幾個(gè)站點(diǎn)都有數(shù)據(jù)要發(fā)送，但由于大家都在延遲等待過(guò)程中，致使介質(zhì)仍可能處于空閑狀態(tài)，使用率降低。精品資料2、1-堅(jiān)持CSMA：（1）假如介質(zhì)空閑，則發(fā)送；（2）假如介質(zhì)忙繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)，直至介質(zhì)空閑，立即發(fā)送；（3）假如沖突發(fā)生，則等待一段隨機(jī)時(shí)間，重復(fù)（1）。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是：只要介質(zhì)空閑，站點(diǎn)就立即發(fā)送，避免了介質(zhì)利用率的損失；其缺點(diǎn)是：假若有兩個(gè)或兩個(gè)以上的站點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送，沖突就不可避免。3、P－堅(jiān)持CSMA：

（1）假如介質(zhì)空閑，以概率P發(fā)送，而以（1－P）的概率延遲一個(gè)時(shí)間單位(dānwèi)。一個(gè)時(shí)間單位(dānwèi)通常等于最大傳播時(shí)延的2倍。（2）延遲一個(gè)時(shí)間單位(dānwèi)后，再重復(fù)步驟（1）。（3）發(fā)現(xiàn)信道忙則持續(xù)等待，直至信道空閑，再以概率P發(fā)送數(shù)據(jù)。精品資料“P-堅(jiān)持算法”是一種既能像“不堅(jiān)持算法”那樣減少?zèng)_突，又能像“1-堅(jiān)持算法”那樣減少媒體空閑時(shí)間的折中方案。問(wèn)題(wèntí)在于如何選擇P的值，這要考慮到避免重負(fù)載下系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。假如介質(zhì)忙時(shí)，有N個(gè)站點(diǎn)有數(shù)據(jù)等待發(fā)送，一旦當(dāng)前的發(fā)送完成時(shí)，將要試圖傳輸?shù)恼究偲谕麛?shù)為NP。如果選擇P過(guò)大，使NP＞1，表明有多個(gè)站點(diǎn)試圖發(fā)送，沖突就不可避免。最壞的情況是，隨著沖突概率的不斷增大，而使吞吐量降低到零。所以必須選擇適當(dāng)P值使NP＜1。當(dāng)然P值選得過(guò)小，則媒體利用率又會(huì)大大降低。精品資料圖6.14CSMA堅(jiān)持(jiānchí)和退避精品資料在CSMA中，由于信道傳播時(shí)延的存在，即使總線上兩個(gè)站點(diǎn)沒(méi)有監(jiān)聽(tīng)到載波信號(hào)而發(fā)送幀時(shí)，仍可能會(huì)發(fā)生沖突。由于CSMA算法沒(méi)有沖突檢測(cè)功能，即使沖突已發(fā)生，仍然要將已破壞的幀發(fā)送完，使總線的利用率降低。一種CSMA的改進(jìn)方案是使發(fā)送站點(diǎn)傳輸過(guò)程中仍繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)媒體，以檢測(cè)是否存在沖突。一旦檢測(cè)到?jīng)_突，就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)送一串阻塞信號(hào)，用以通知總線上其它各有關(guān)站點(diǎn)。這樣(zhèyàng)，通道容量就不致白白傳送已受損的幀，可以提高總線的利用率。這種方案稱做載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)協(xié)議，簡(jiǎn)寫(xiě)為CSMA/CD，這種協(xié)議已廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)中。

6.5.2載波監(jiān)聽(tīng)(jiāntīnɡ)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)精品資料CSMA/CD的代價(jià)是用于檢測(cè)沖突所花費(fèi)的時(shí)間。對(duì)于基帶總線而言，最壞情況下用于檢測(cè)一個(gè)沖突的時(shí)間等于任意兩個(gè)站點(diǎn)之間傳播時(shí)延的兩倍。從一個(gè)站點(diǎn)開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個(gè)站點(diǎn)開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，也即載波信號(hào)從一端傳播到另一端所需的時(shí)間，稱為信號(hào)傳播時(shí)延。信號(hào)傳播時(shí)延=兩站點(diǎn)的距離/信號(hào)傳播速度如圖所示，假定A、B兩個(gè)站點(diǎn)位于總線兩端，兩站點(diǎn)之間的最大傳播時(shí)延為tp。當(dāng)A站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)接近(jiējìn)于最大傳播時(shí)延tp時(shí)，B站點(diǎn)正好也發(fā)送數(shù)據(jù)，此時(shí)沖突便發(fā)生。發(fā)生沖突后，B站點(diǎn)立即可檢測(cè)到該沖突，而A站點(diǎn)需再經(jīng)過(guò)一段最大傳播時(shí)延tp后，才能檢測(cè)出沖突。也即最壞情況下，對(duì)于基帶CSMA/CD來(lái)說(shuō)，檢測(cè)出一個(gè)沖突的時(shí)間等于任意兩個(gè)站點(diǎn)之間最大傳播時(shí)延的兩倍(2tp)。由于單向傳輸?shù)脑颍瑢?duì)于寬帶總線而言，沖突檢測(cè)時(shí)間等于任意兩個(gè)站點(diǎn)之間最大傳播時(shí)延的4倍。精品資料精品資料6.5.3退避(tuìbì)算法在CSMA/CD算法中，一旦檢測(cè)到?jīng)_突并發(fā)完阻塞信號(hào)后，為了降低再次沖突的概率，需要(xūyào)等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后再使用CSMA方法試圖傳輸。為了保證這種退避操作維持穩(wěn)定，采用了一種稱為二進(jìn)制指數(shù)退避的算法，其規(guī)則如下：

(1)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)幀，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)生沖突時(shí)，設(shè)置一個(gè)參量L=2；

(2)退避間隔取1到L個(gè)時(shí)間片中的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，1個(gè)時(shí)間片等于兩站之間的最大傳播時(shí)延的兩倍；

(3)當(dāng)數(shù)據(jù)幀再次發(fā)生沖突，則將參量L加倍；

(4)設(shè)置一個(gè)最大重傳次數(shù)，超過(guò)該次數(shù)，則不再重傳，并報(bào)告出錯(cuò)。

二進(jìn)制指數(shù)退避算法是按后進(jìn)先出的次序控制的，即未發(fā)生沖突或很少發(fā)生沖突的數(shù)據(jù)幀，具有優(yōu)先發(fā)送的概率；而發(fā)生過(guò)多次沖突的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送成功的概率就更少。精品資料CSMA/CD操作(cāozuò)的流程圖媒體忙？發(fā)送幀碰撞？發(fā)送完？發(fā)送JamN≥16?YesNoNoYes發(fā)送成功Yes發(fā)送失敗No延遲隨機(jī)時(shí)間NoYes發(fā)送碰撞次數(shù)N+1精品資料Enthernet(以太網(wǎng))就是采用(cǎiyòng)二進(jìn)制指數(shù)退避和”1-堅(jiān)持算法”的CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制方法。這種方法在低負(fù)荷時(shí)(如介質(zhì)空閑)，要發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點(diǎn)能立即發(fā)送；在重負(fù)荷時(shí)，仍能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

精品資料IEEE802.3介質(zhì)(jièzhì)訪問(wèn)控制協(xié)議1.IEEE802.3MAC幀格式:

IEEE802.3MAC幀中包括前導(dǎo)碼P、幀起始定界符SFD、目的(mùdì)地址DA、源地址SA、表示數(shù)據(jù)字段字節(jié)數(shù)長(zhǎng)度的字段LEN、要發(fā)送的數(shù)據(jù)字段、填充字段PAD和幀校驗(yàn)序列FCS等8個(gè)字段。這8個(gè)字段中除了數(shù)據(jù)字段和填充字段外，其余的長(zhǎng)度都是固定的。716620-15000-464前導(dǎo)碼PSFDDASALEN數(shù)據(jù)PADFCS

SFD：幀起始定界符 LEN：幀長(zhǎng)度字段

DA：目的地址 SA：源地址

PAD：填充字符 FCS：幀校驗(yàn)序列精品資料前導(dǎo)碼字段P占7個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)的比特模式為“10101010”，用于實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的時(shí)鐘同步。幀起始定界符字段SFD占1個(gè)字節(jié)，其比特模式為“10101011”，它緊跟在前導(dǎo)碼后，用于指示一幀的開(kāi)始。前導(dǎo)碼的作用是使接收端能根據(jù)“1”、“0”交變的比特模式迅速實(shí)現(xiàn)比特同步，當(dāng)檢測(cè)到連續(xù)兩位“1”(即讀到幀起始定界符字段SFD最末兩位)時(shí)，便將后續(xù)的信息(xìnxī)遞交給MAC子層。

精品資料地址字段:包括目的地址字段DA和源地址字段SA。目的地址字段占2個(gè)或6個(gè)字節(jié),用于標(biāo)識(shí)接收站點(diǎn)的地址,它可以是單個(gè)的地址,也可以是組地址或廣播地址。DA字段最高位為"0"表示單個(gè)地址,該地址僅指定網(wǎng)絡(luò)上某個(gè)特定站點(diǎn);DA字段最高位為"1"、其余位不為全"1"表示組地址,該地址指定網(wǎng)絡(luò)上給定的多個(gè)站點(diǎn);DA字段為全"1",則表示廣播地址,該地址指定網(wǎng)絡(luò)上所有的站點(diǎn)。源地址字段也占2個(gè)或6個(gè)字節(jié),但其長(zhǎng)度必須與目的地址字段的長(zhǎng)度相同,它用于標(biāo)識(shí)發(fā)送站點(diǎn)的地址。在6字節(jié)地址字段中,可以利用其48位中的次高位來(lái)區(qū)分是局部地址還是全局地址。局部地址是由網(wǎng)絡(luò)管理員分配,且只在本網(wǎng)中有效的地址;全局地址則是由IEEE統(tǒng)一分配的,采用全局地址的網(wǎng)卡出廠時(shí)被賦予惟一的IEEE地址,使用這種網(wǎng)卡的站點(diǎn)也就具有了全球(quánqiú)獨(dú)一無(wú)二的物理地址。

精品資料為使CSMA/CD協(xié)議(xiéyì)正常操作,需要維持一個(gè)最短幀長(zhǎng)度,必要時(shí)可在數(shù)據(jù)字段之后、幀校驗(yàn)序列FCS之前以字節(jié)為單位添加填充字符。這是因?yàn)檎诎l(fā)送時(shí)產(chǎn)生沖突而中斷的幀都是很短的幀,為了能方便地區(qū)分出這些無(wú)效幀,IEEE802.3規(guī)定了合法的MAC幀的最短幀長(zhǎng)。對(duì)于1OMbps的基帶CSMA/CD網(wǎng),MAC幀的總長(zhǎng)度為64---1500字節(jié)。由于除了數(shù)據(jù)字段和填充字段外,其余字段的總長(zhǎng)度為18個(gè)字節(jié),所以當(dāng)數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度為0時(shí),填充字段必須有46個(gè)字節(jié)。

幀校驗(yàn)序列FCS字段是32位(即4個(gè)字節(jié))的循環(huán)冗余碼(CRC),其校驗(yàn)范圍不包括前導(dǎo)碼字段P及幀起始定界符字段SFD。精品資料精品資料類(lèi)型字段標(biāo)識(shí)出以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類(lèi)型，如16進(jìn)制數(shù)0x0800代表IP協(xié)議數(shù)據(jù)，16進(jìn)制數(shù)0x809B代表AppleTalk協(xié)議數(shù)據(jù)，16進(jìn)制數(shù)0x8138代表Novell類(lèi)型協(xié)議數(shù)據(jù)等。以太網(wǎng)的最短有效幀

對(duì)10Mbps以太網(wǎng),在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512bits,即64字節(jié)

故規(guī)定：最短有效幀為64字節(jié)

若幀長(zhǎng)<64字節(jié)，則視為無(wú)效幀（沖突碎片）

即由于(yóuyú)沖突而異常中止的幀

在爭(zhēng)用期內(nèi)檢測(cè)到?jīng)_突，就不再發(fā)送數(shù)據(jù)，也即若發(fā)生沖突，最多只會(huì)發(fā)送64字節(jié)的數(shù)據(jù).8字節(jié)6字節(jié)6字節(jié)2字節(jié)前同步碼目的地址源地址類(lèi)型數(shù)據(jù)CRC46--1500字節(jié)4字節(jié)以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)(jiégòu)精品資料CSMA/CD最短幀長(zhǎng)計(jì)算舉例

(1)基本原理

1)單程信號(hào)傳播(chuánbō)時(shí)延：τ=L/v

式中：L鏈路長(zhǎng)(米),v信號(hào)傳播(chuánbō)速度

2)沖突檢測(cè)時(shí)間：t=2τ=2L/v

3）一個(gè)幀的發(fā)送時(shí)間：t=Lf/c

式中：Lf幀長(zhǎng),c數(shù)據(jù)速率

4）最小幀長(zhǎng):Lfmin=2τc=2(L/v)c精品資料(2)實(shí)例:

若10Mbps的CSMA/CD總線網(wǎng)結(jié)點(diǎn)(jiédiǎn)間最大距離為2.5km,信號(hào)在電纜中的傳播速度為2*108m/s,求該網(wǎng)的最小幀長(zhǎng)Lfmin

解：c=10Mbps=10*106b/s,L=2500m

V=2*108m/s

Lfmin=2*(L/v)*c

=2*2500m/(2*108m/s)*10*106b/s

=250bit精品資料2.IEEE802.3MAC子層的功能

IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)提供了MAC子層的功能說(shuō)明，內(nèi)容主要有數(shù)據(jù)封裝和媒體訪問(wèn)(fǎngwèn)管理兩個(gè)方面。數(shù)據(jù)封裝(發(fā)送和接收數(shù)據(jù)封裝)包括成幀(幀同步和幀定界)、編址(源地址及目的地址的處理)和差錯(cuò)檢測(cè)(物理媒體傳輸差錯(cuò)的檢測(cè))等；媒體訪問(wèn)(fǎngwèn)管理包括媒體分配和競(jìng)爭(zhēng)處理。MAC功能模塊如圖所示。精品資料精品資料網(wǎng)卡的作用(zuòyòng)精品資料

10BASE510BASE210BASE-T10BROAD3610BASE-F傳輸媒體編碼技術(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最大段長(zhǎng)每段節(jié)點(diǎn)基帶同軸電纜曼徹斯特碼

總線

500m

100基帶同軸電纜曼徹斯特碼總線185m30非屏蔽雙絞線曼徹斯特碼星形100m--寬帶同軸電纜差分PSK碼總線/樹(shù)形1800m--850nm光纖曼徹斯特碼星形500m33IEEE802.3物理層規(guī)范(guīfàn)IEEEE802.3委員會(huì)在定義可選的物理配置方面(fāngmiàn)表現(xiàn)了極大的多樣性和靈活性。為了區(qū)分各種可選用的實(shí)現(xiàn)方案，該委員會(huì)給出了一種簡(jiǎn)明的表示方法：

〈數(shù)據(jù)傳輸率(Mpbs)><信號(hào)方式><最大段長(zhǎng)度(百米)>

如10BASE5、10BASE2、10BROAD36。但10BASE-F有些例外，其中的T表示雙絞線、F表示光纖。IEEE802.3的10Mbps可選方案見(jiàn)下表。精品資料傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法1、類(lèi)別

(1)10Base5:粗纜Ethernet

(2)10Base2:細(xì)纜(xìlǎn)Ethernet

(3)10BaseT:雙絞線,星型Ethernet

(4)10BROAD36:寬帶Ethernet

(5)10BaseFL:光纖Ethernet精品資料2、10Base51)分插頭(chātóu):插入電纜2)收發(fā)器:發(fā)送/接收沖突檢測(cè)電氣隔離超長(zhǎng)控制3)AUI:連接件單元接口4)用于骨干網(wǎng)精品資料精品資料3、10Base21)BNCT型接頭(jiētóu)2)無(wú)需插入電纜3)用于辦公室LAN精品資料4、10Base-T1)Hub（集線器）相當(dāng)于多端口轉(zhuǎn)發(fā)器2)用于辦公室LAN3)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形，邏輯上仍然是總線形。4)轉(zhuǎn)發(fā)器/中繼器的作用：擴(kuò)充信號(hào)傳輸距離(jùlí)。將信號(hào)放大并整形后再轉(zhuǎn)發(fā)，消除信號(hào)傳輸?shù)氖д婧退p精品資料精品資料5、10Base-F(1)使用光纖進(jìn)行長(zhǎng)距離連接，最適于建筑物間的連接

(2)3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

1)10BASE-FP(Passive無(wú)源(wúyuán)的)

定義了一個(gè)最多能把33個(gè)站點(diǎn)連接到一個(gè)無(wú)源(wúyuán)中心的星型系統(tǒng)。10BASE-FP網(wǎng)段的長(zhǎng)度可達(dá)500米。

2)10BASE-FL(Link,異步點(diǎn)-點(diǎn)鏈路)

一個(gè)10BASE-FL段可以連接兩塊網(wǎng)卡、兩個(gè)中繼器、一塊網(wǎng)卡和一個(gè)中繼器或者兩個(gè)交換機(jī)，它是距離可長(zhǎng)達(dá)2km的點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路。

3)10BASE-FB(Backbone,同步點(diǎn)-點(diǎn)鏈路,多達(dá)15層轉(zhuǎn)發(fā)器)

每段距離可長(zhǎng)達(dá)2km的連接中繼器的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路，用來(lái)在一個(gè)跨越遠(yuǎn)距離的中繼主干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中把10BASE-FB同步信令中繼器連接在一起。精品資料精品資料精品資料雙絞線以太網(wǎng)：10Base-T

雙絞線，UTP(UnshieldedTwistedPaired)

5類(lèi)（4對(duì)）

集線器

HUB，8口，12口，24口等

接口(jiēkǒu)：RJ-45，也有BNC或光纖接口(jiēkǒu)，

站點(diǎn)和集線器距離應(yīng)小于100m精品資料RJ－45接口標(biāo)準(zhǔn)和雙絞線：精品資料精品資料MAC層的硬件(yìnɡjiàn)地址精品資料三種地址(三種幀)：

單播地址(I/G=0),單播幀

組播地址(I/G=1),組播幀

廣播地址(全1)，廣播幀

全局管理(guǎnlǐ)：地址全球唯一

本地管理(guǎnlǐ)：局部唯一(自行分配)精品資料1、采用(cǎiyòng)轉(zhuǎn)發(fā)器和集線器精品資料2、集線器HUB的特點(diǎn)

(1)用電子器件模擬實(shí)際電纜的工作

使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)

各工作站使用的還是CSMA/CD協(xié)議(xiéyì)

(2)每個(gè)端口都具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能

(3)采用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng)使沖突域擴(kuò)大基于(jīyú)共享式集線器（HUB）的以太網(wǎng)精品資料為什么不簡(jiǎn)單(jiǎndān)地采用一個(gè)大的LAN？精品資料6.6交換式局域網(wǎng)網(wǎng)橋(bridge)：

是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的一種網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，它在互連的LAN之間實(shí)現(xiàn)幀的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。

為什么使用網(wǎng)橋？學(xué)校和企業(yè)的各個(gè)部門(mén)分別擁有自己獨(dú)立管理(guǎnlǐ)的LAN，為了進(jìn)行交互，需要使用網(wǎng)橋來(lái)實(shí)現(xiàn)互連；一個(gè)企業(yè)分布在相隔很遠(yuǎn)的不同建筑物內(nèi)，在每個(gè)建筑物內(nèi)組建單獨(dú)的LAN，并使用橋?qū)⑦@些LAN連接起來(lái)，是比較經(jīng)濟(jì)的方案；精品資料將一個(gè)負(fù)載很重的大LAN分隔成使用網(wǎng)橋互連的幾個(gè)(jǐɡè)LAN可以減輕負(fù)擔(dān)；精品資料網(wǎng)橋的結(jié)構(gòu)(jiégòu)精品資料工作原理：

工作在混雜（promiscuous）方式，接收所有的幀。收到幀后,查詢地址/端口對(duì)應(yīng)表來(lái)確定是丟棄還是轉(zhuǎn)發(fā)。

網(wǎng)橋剛啟動(dòng)時(shí),地址/端口對(duì)應(yīng)表為空,采用洪泛法轉(zhuǎn)發(fā)幀；

在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中采用逆向?qū)W習(xí)(backwardlearning)算法收集MAC地址。網(wǎng)橋通過(guò)(tōngguò)分析幀的源MAC地址得到MAC地址與端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并寫(xiě)入地址/端口對(duì)應(yīng)表；

網(wǎng)橋軟件對(duì)地址/端口對(duì)應(yīng)表進(jìn)行不斷的更新，并定時(shí)檢查，刪除在一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有更新的地址/端口項(xiàng)；精品資料幀的路由過(guò)程

1)目的LAN與源LAN相同，則丟棄幀；

2)目的LAN與源LAN不同，則轉(zhuǎn)發(fā)幀；

3)目的LAN未知，則洪泛幀，并逆向(nìxiànɡ)學(xué)習(xí)。精品資料網(wǎng)橋協(xié)議(xiéyì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)橋能夠互連兩個(gè)采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議(xiéyì)、不同傳輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)精品資料

網(wǎng)橋的基本特征:

1.網(wǎng)橋在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互連；

2.網(wǎng)橋能夠互連兩個(gè)采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸介質(zhì)(jièzhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)；

3.網(wǎng)橋以接收、存儲(chǔ)、地址過(guò)濾與轉(zhuǎn)發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)互連的網(wǎng)絡(luò)之間的通信；

4.網(wǎng)橋需要互連的網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同的協(xié)議；精品資料5.網(wǎng)橋可以分隔(fēngé)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的廣播通信量，有利于改善互連網(wǎng)絡(luò)的性能與安全性。6.網(wǎng)橋“盲目地”廣播會(huì)使網(wǎng)絡(luò)無(wú)用的通信量劇增，造成“廣播風(fēng)暴”,如下圖所示：精品資料

網(wǎng)橋的工作(gōngzuò)過(guò)程:網(wǎng)橋最常見(jiàn)的用法是用于連接兩個(gè)局域網(wǎng)，下圖給出了兩個(gè)局域網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)橋互聯(lián)的工作(gōngzuò)原理。精品資料精品資料網(wǎng)橋的基本分類(lèi)(fēnlèi):按照其路由表的建立方法分為兩類(lèi)。

--透明網(wǎng)橋（transparentbridge）

--源路由選擇網(wǎng)橋（sourceroutingbridge）

透明網(wǎng)橋的主要特點(diǎn)：

透明網(wǎng)橋由各個(gè)網(wǎng)橋自己來(lái)決定路由選擇，局域網(wǎng)上的各結(jié)點(diǎn)不負(fù)責(zé)路由選擇，網(wǎng)橋?qū)τ诨ミB局域網(wǎng)的各結(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)是“透明”的；

透明網(wǎng)橋一般用在兩個(gè)使用同樣的MAC層協(xié)議的網(wǎng)段之間的互連。例如連接兩個(gè)Ethernet網(wǎng)段，或兩個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)；

透明網(wǎng)橋的最大優(yōu)點(diǎn)是容易安裝，是一種即插即用設(shè)備。精品資料透明(tòumíng)橋的原理十分簡(jiǎn)單，當(dāng)網(wǎng)橋收到每一個(gè)幀時(shí)，都執(zhí)行地址表擴(kuò)充和幀轉(zhuǎn)發(fā)兩項(xiàng)工作。地址表擴(kuò)充

從幀中取出信源結(jié)點(diǎn)地址，查地址表，如果沒(méi)有，添加。從而使網(wǎng)橋“了解”哪些結(jié)點(diǎn)來(lái)自于（屬于）哪個(gè)子網(wǎng)（LAN）。幀轉(zhuǎn)發(fā)

1.幀中的源LAN和目的LAN相同，丟棄該幀。

2.否則，在地址表中查找信宿結(jié)點(diǎn)地址，如果表中有對(duì)應(yīng)的地址，幀被轉(zhuǎn)發(fā)到指定的網(wǎng)絡(luò)。

3.信宿結(jié)點(diǎn)地址未知，將幀轉(zhuǎn)發(fā)到其他所有與本網(wǎng)橋連接的子網(wǎng)（廣播）中。精品資料由于透明橋中隱含了路由選擇的能力，因此，有時(shí)人們也認(rèn)為透明橋?qū)嵸|(zhì)上是一個(gè)路由器，至少是一個(gè)簡(jiǎn)單的路由器。防止信息在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)為了提高可靠性，有時(shí)人們?cè)贚AN之間設(shè)置并行的兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)橋（即冗余網(wǎng)橋）。由多個(gè)網(wǎng)橋構(gòu)成的局域網(wǎng)，如果形成環(huán)路會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)(shùjù)幀在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)（如下圖）

精品資料冗余(rǒnɡyú)網(wǎng)橋引起的循環(huán)精品資料解決方法：構(gòu)造基于網(wǎng)橋的支撐樹(shù)（SpanTree—生成樹(shù)）。構(gòu)造支撐樹(shù)的基本思想是首先(shǒuxiān)選擇網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)網(wǎng)橋作為支撐樹(shù)的根，再?gòu)呐c該支撐樹(shù)（最初只有支撐樹(shù)的根）相鄰（指可以通過(guò)某個(gè)子網(wǎng)直接訪問(wèn)）的網(wǎng)橋集合中選擇一個(gè)加入支撐樹(shù)，選擇的條件是加入該網(wǎng)橋不會(huì)形成環(huán)路；這種選擇的過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，直至支撐樹(shù)已經(jīng)可以互連所有的子網(wǎng)。剩下的網(wǎng)橋留作備用。構(gòu)造支撐樹(shù)的過(guò)程發(fā)生在新的網(wǎng)橋加入網(wǎng)絡(luò)，或者支撐樹(shù)中的某個(gè)網(wǎng)橋發(fā)生故障。精品資料源路由選擇網(wǎng)橋的主要特點(diǎn)：源路選網(wǎng)橋由發(fā)送幀的源結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)路由選擇；

源路由網(wǎng)橋假定每個(gè)結(jié)點(diǎn)在發(fā)送幀時(shí)，都已經(jīng)清楚地知道發(fā)往各個(gè)目的結(jié)點(diǎn)的路由，因而在發(fā)送幀時(shí)將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中；

為了發(fā)現(xiàn)適合(shìhé)的路由，源結(jié)點(diǎn)以廣播方式向目的結(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)用于探測(cè)的發(fā)現(xiàn)幀；

發(fā)現(xiàn)幀將在整個(gè)通過(guò)網(wǎng)橋互連的局域網(wǎng)中沿著所有可能的路由傳送；

當(dāng)這些發(fā)現(xiàn)幀到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)，就沿著各自的路由返回源結(jié)點(diǎn)；

源結(jié)點(diǎn)在得到這些路由信息之后，從所有可能的路由中選擇出一個(gè)最佳路由。精品資料源路由網(wǎng)橋的原理

幀的發(fā)送者知道目的主機(jī)是否在自己的LAN內(nèi)；

如果不在，在發(fā)出的幀頭內(nèi)構(gòu)造一個(gè)準(zhǔn)確的路由序列，包含要經(jīng)過(guò)(jīngguò)的網(wǎng)橋、LAN的編號(hào)。并將發(fā)出的幀的源地址的最高位置1；

例：圖中A到D的路由為：（L1，B1，L2，B2，L3）每個(gè)LAN有一個(gè)(yīɡè)12位的編號(hào)，每個(gè)網(wǎng)橋有一個(gè)(yīɡè)4位的編號(hào)；精品資料其缺點(diǎn)是測(cè)試幀的發(fā)送增加了網(wǎng)絡(luò)的信息流量，可能形成“廣播風(fēng)暴”，甚至可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象。**廣播風(fēng)暴：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)很多，通過(guò)(tōngguò)許多網(wǎng)橋進(jìn)行互連時(shí)，有許多信宿地址不明的幀被廣播到所有結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)不停地忙于接收這些數(shù)據(jù)幀，在做“無(wú)用功”，使得結(jié)點(diǎn)不能正常地進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。精品資料網(wǎng)橋的層次結(jié)構(gòu)精品資料網(wǎng)橋幀轉(zhuǎn)發(fā)(zhuǎnfā)過(guò)程精品資料多端口網(wǎng)橋與第二層交換

網(wǎng)橋與交換機(jī)都是工作在數(shù)據(jù)鏈路層，交換機(jī)可以認(rèn)為是一個(gè)多端口的網(wǎng)橋；

交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層，完成幀的轉(zhuǎn)發(fā)；

交換機(jī)采用基于硬件的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，其交換時(shí)延可以減少(jiǎnshǎo)到μs量級(jí)；

由于交換機(jī)完成幀一級(jí)的交換，它是工作在數(shù)據(jù)鏈路層，因此也叫做第二層交換機(jī)。精品資料(1)傳統(tǒng)的共享媒體局域網(wǎng)由于(yóuyú)共享固定大小的帶寬，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的效率會(huì)隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加和應(yīng)用的深入而大大降低。

(2)交換式局域網(wǎng)是高度可擴(kuò)充的，其帶寬隨著用戶數(shù)的增加而擴(kuò)張。

(3)從功能上講，交換機(jī)類(lèi)似于網(wǎng)橋，其實(shí)現(xiàn)OSI參考模型下兩層協(xié)議，當(dāng)然某些交換機(jī)已實(shí)現(xiàn)OSI參考模型第三層協(xié)議的部分功能，具有一些路由器的功能。

交換機(jī)比網(wǎng)橋和路由器的性能和吞吐能力更高交換機(jī)精品資料(4)交換的概念(gàiniàn)(基本思想)

交換技術(shù)就是為終端用戶提供專(zhuān)用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，它把傳統(tǒng)以太網(wǎng)一次只能為一個(gè)用戶服務(wù)的“獨(dú)占”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變成一個(gè)平行處理系統(tǒng)，即把它們連接到一個(gè)高速背板總線，為每個(gè)用戶提供一條交換通道。

(5)交換機(jī)與網(wǎng)橋的區(qū)別

1)端口數(shù)：網(wǎng)橋少、交換機(jī)多

2)連接對(duì)象：網(wǎng)橋連接局域網(wǎng)；交換機(jī)連接主機(jī)。

(6)交換機(jī)與路由器的區(qū)別

性能、吞吐能力：交換機(jī)比網(wǎng)橋和路由器高得多；

原因：交換機(jī)只要識(shí)別信息幀的源地址和目的地址即可，并不對(duì)幀進(jìn)行拆開(kāi)、檢查協(xié)議等，時(shí)延比路由器小。精品資料

(7)交換過(guò)程

工作過(guò)程：交換機(jī)檢查來(lái)自PC的數(shù)據(jù)包，然后識(shí)別該數(shù)據(jù)包的源地址和目的地址，動(dòng)態(tài)打開(kāi)一專(zhuān)用的10/100Mbps鏈路，將包由源地址端口傳送至目的地址端口

動(dòng)態(tài)交換特性：動(dòng)態(tài)交換檢查由一個(gè)(yīɡè)工作站發(fā)往另一個(gè)(yīɡè)工作站的數(shù)據(jù)包，在它們之間動(dòng)態(tài)建立一專(zhuān)用的10/100Mbps鏈路，一旦端口完成通信，動(dòng)態(tài)交換釋放此鏈路

精品資料(8)半雙工和全雙工

1)在總線方式下采用CSMA/CD協(xié)議，如果兩臺(tái)工作站同時(shí)發(fā)送就會(huì)產(chǎn)生碰撞，所以只能是半雙工方式

2)在采用交換機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)時(shí)才能使用(shǐyòng)全雙工通信，交換機(jī)的每端口只連接一個(gè)站點(diǎn)，不會(huì)產(chǎn)生碰撞，也就不用在發(fā)送時(shí)用接收電纜監(jiān)聽(tīng)碰撞信號(hào)精品資料基于(jīyú)交換式集線器的以太網(wǎng)示意圖以太網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)部(nèibù)交換示意圖精品資料6.6交換式局域網(wǎng)交換式局域網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

交換式局域網(wǎng)的核心設(shè)備是局域網(wǎng)交換機(jī)，局域網(wǎng)交換機(jī)可以在它的多個(gè)端口之間建立多個(gè)并發(fā)(bìngfā)連接。

典型的交換式局域網(wǎng)是交換式以太網(wǎng)（switchedEthernet），它的核心部件是以太網(wǎng)交換機(jī)（Ethernetswitch）。以太網(wǎng)交換機(jī)可以有多個(gè)端口，每個(gè)端口可以單獨(dú)與一個(gè)結(jié)點(diǎn)連接，也可以與一個(gè)共享介質(zhì)的以太網(wǎng)集線器連接。

精品資料Hub同軸電纜(tónɡzhóudiànlǎn)共享式以太網(wǎng)中，所有的終端主機(jī)都處于同一個(gè)沖突(chōngtū)域中，局域網(wǎng)中的所有接入終端共享總線的帶寬。沖突域沖突域共享式以太網(wǎng)精品資料二層交換機(jī)沖突(chōngtū)域沖突(chōngtū)域沖突域在交換式以太網(wǎng)中，交換機(jī)的每個(gè)端口處于獨(dú)立的沖突域中，終端主機(jī)獨(dú)占端口的帶寬。網(wǎng)橋沖突域沖突域沖突域交換式以太網(wǎng)精品資料精品資料以太網(wǎng)交換機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

從外觀上看，以太網(wǎng)交換機(jī)跟HUB差不多，但端口的數(shù)目可能比HUB多（一般情況下是24個(gè)或更多），在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上卻比HUB復(fù)雜得多，HUB內(nèi)部實(shí)際上是一條共享的總線，各個(gè)端口共享該總線進(jìn)行CSMA/CD方式的通信，以太網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)部也是一條總線，但該總線帶寬要比HUB內(nèi)部的總線高得多，足以讓全部端口互相(hùxiāng)同時(shí)通信而沒(méi)有阻塞。性能更高的交換機(jī)內(nèi)部可能是一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)完成任意端口之間的兩兩交換（并發(fā)連接）。精品資料以太網(wǎng)交換機(jī)使用一條高速背板總線把各個(gè)端口連接起來(lái)。實(shí)際上，這個(gè)背板總線可能是一個(gè)高性能的數(shù)字交叉網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)端口針對(duì)接收線路和發(fā)送線路各有一個(gè)緩沖隊(duì)列，當(dāng)數(shù)據(jù)從終端設(shè)備發(fā)往交換機(jī)的時(shí)候，發(fā)出的數(shù)據(jù)暫存在交換機(jī)的接收隊(duì)列中，然后進(jìn)行下一步處理。如果(rúguǒ)交換機(jī)要把接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給某一終端，這時(shí)候交換機(jī)把要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)往該接收終端所在端口的發(fā)送隊(duì)列，然后再發(fā)送到接收終端，如果(rúguǒ)終端忙則一直存儲(chǔ)在發(fā)送隊(duì)列中。

精品資料對(duì)每個(gè)接口的發(fā)送隊(duì)列結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量功能。比如，我們?yōu)槊總€(gè)接口設(shè)計(jì)不止一個(gè)發(fā)送隊(duì)列，假設(shè)設(shè)置3個(gè)，則可以對(duì)這3個(gè)隊(duì)列進(jìn)行優(yōu)先級(jí)劃分(huàfēn)，分成低、中、高3個(gè)優(yōu)先級(jí)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)幀的優(yōu)先級(jí)字段，把數(shù)據(jù)幀放到相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中。在傳輸?shù)臅r(shí)候，可以優(yōu)先傳輸優(yōu)先級(jí)高的隊(duì)列，等高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)了再傳送優(yōu)先級(jí)低的隊(duì)列，依次類(lèi)推。也可以實(shí)現(xiàn)一些其他調(diào)度策略，比如WFQ（基于優(yōu)先級(jí)的加權(quán)公平隊(duì)列）等調(diào)度技術(shù)。精品資料交換機(jī)與HUB的最大區(qū)別就是能做到接口到接口的轉(zhuǎn)發(fā)。比如接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀以后，交換機(jī)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)幀頭中的目的MAC地址發(fā)送到適當(dāng)?shù)亩丝?，而HUB則不然，它把接收到的數(shù)據(jù)幀向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)之所以能做到根據(jù)MAC地址進(jìn)行選擇端口完全依賴內(nèi)部的一個(gè)重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：CAM(內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器)表。交換機(jī)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀，依靠該數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址來(lái)查找CAM表，查找的結(jié)果(jiēguǒ)是一個(gè)或一組端口，根據(jù)查找的結(jié)果(jiēguǒ)把數(shù)據(jù)包送到相應(yīng)端口的發(fā)送隊(duì)列。精品資料CAM表包含下面(xiàmian)幾項(xiàng)內(nèi)容：

?

MAC地址。

?

一個(gè)或一組端口號(hào)。

?

如果交換機(jī)上劃分了VLAN，就包括VLANID。

交換機(jī)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址來(lái)查找該表格，根據(jù)找到的端口號(hào)把數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。注意，上面一個(gè)MAC地址可能對(duì)應(yīng)多個(gè)端口，這樣的MAC地址一般是組播MAC地址，其中每個(gè)端口上連接一個(gè)組播組的成員。精品資料2．以太網(wǎng)交換機(jī)工作過(guò)程

CAM表可以通過(guò)兩種途徑生成。

①手工加入：通過(guò)配置命令的形式告訴交換機(jī)MAC地址和端口的對(duì)應(yīng)。

②交換機(jī)動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)獲得：交換機(jī)通過(guò)查看接收的每個(gè)數(shù)據(jù)幀來(lái)學(xué)習(xí)該表。

手工生成該表很簡(jiǎn)單，不過(guò)配置很麻煩，所以通常情況下是交換機(jī)自動(dòng)獲得的。下面我們分析一下交換機(jī)是怎么獲得這個(gè)CAM表的。首先提出交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的基本規(guī)則：

?

交換機(jī)查CAM表如果查找(cházhǎo)到結(jié)果就根據(jù)查找(cházhǎo)結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

?

如果交換機(jī)在CAM表中查找(cházhǎo)不到結(jié)果則根據(jù)配置進(jìn)行處理，通常情況下是向所有的端口發(fā)送該數(shù)據(jù)幀，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀的同時(shí)學(xué)習(xí)到一條CAM表項(xiàng)。精品資料MAC地址(dìzhǐ)表初始化E1/0/1E1/0/2E1/0/3E1/0/4PCAPCBPCCPCDMACAddressTableMACAddressPort交換機(jī)剛啟動(dòng)(qǐdòng)時(shí)，MAC地址表內(nèi)無(wú)表項(xiàng)精品資料MAC地址(dìzhǐ)表學(xué)習(xí)過(guò)程（1）E1/0/1E1/0/2E1/0/3E1/0/4MACAddressTableMACAddressPortMAC_AE1/0/1PCA發(fā)出數(shù)據(jù)幀交換機(jī)把PCA的幀中的源地址MAC_A與接收到此幀的端口E1/0/1關(guān)聯(lián)起來(lái)交換機(jī)把PCA的幀從所有(suǒyǒu)其他端口發(fā)送出去（除了接收到幀的端口E1/0/1）PCAPCBPCCPCD精品資料MAC地址(dìzhǐ)表學(xué)習(xí)過(guò)程（2）E1/0/1E1/0/2E1/0/3E1/0/4MACAddressTableMACAddressPortMAC_AE1/0/1MAC_BE1/0/2MAC_CE1/0/3MAC_DE1/0/4PCB、PCC、PCD發(fā)出數(shù)據(jù)幀交換機(jī)把接收到的幀中的源地址與相應(yīng)(xiāngyīng)的端口關(guān)聯(lián)起來(lái)PCAPCBPCCPCD精品資料單播幀的轉(zhuǎn)發(fā)(zhuǎnfā)E1/0/1E1/0/2E1/0/3E1/0/4MACAddressTableMACAddressPortMAC_AE1/0/1MAC_BE1/0/2MAC_CE1/0/3MAC_DE1/0/4PCA發(fā)出目的(mùdì)到PCD的單播數(shù)據(jù)幀交換機(jī)根據(jù)幀中的目的(mùdì)地址，從相應(yīng)的端口E1/0/4發(fā)送出去交換機(jī)不在其他端口上轉(zhuǎn)發(fā)此單播數(shù)據(jù)幀PCAPCBPCCPCD精品資料廣播(guǎngbō)、組播和未知單播幀的轉(zhuǎn)發(fā)E1/0/1E1/0/2E1/0/3E1/0/4交換機(jī)會(huì)(jīhuì)把廣播、組播和未知單播幀從所有其他端口發(fā)送出去（除了接收到幀的端口）MACAddressTableMACAddressPortMAC_AE1/0/1MAC_BE1/0/2MAC_CE1/0/3MAC_DE1/0/4PCAPCBPCCPCD精品資料開(kāi)始的時(shí)候交換機(jī)的CAM表是空的，當(dāng)交換機(jī)接收到第一個(gè)數(shù)據(jù)幀的時(shí)候查找CAM表失敗，于是向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)幀，在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的同時(shí)交換機(jī)把接收到的數(shù)據(jù)幀的源MAC地址和發(fā)送端口進(jìn)行(jìnxíng)關(guān)聯(lián)形成一項(xiàng)記錄，填寫(xiě)到CAM表中，這個(gè)過(guò)程就是學(xué)習(xí)的過(guò)程。

學(xué)習(xí)過(guò)程持續(xù)一段時(shí)間之后，交換機(jī)基本上把所有端口跟相應(yīng)端口下終端設(shè)備的MAC地址都學(xué)習(xí)到了，于是進(jìn)入穩(wěn)定的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，這時(shí)候?qū)τ诮邮盏降臄?shù)據(jù)幀總能在CAM表中查找到一個(gè)結(jié)果，于是數(shù)據(jù)幀的發(fā)送是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，達(dá)到了理想的境界。精品資料交換機(jī)還為每個(gè)CAM表項(xiàng)提供了一個(gè)定時(shí)器，該定時(shí)器從一個(gè)初始值開(kāi)始遞減，每當(dāng)使用了一次該表項(xiàng)接收到了一個(gè)數(shù)據(jù)幀（查找CAM表后用該項(xiàng)轉(zhuǎn)發(fā)），定時(shí)器被重新設(shè)置。如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用該CAM表的轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)，則定時(shí)器遞減到零，于是該CAM表項(xiàng)被刪除。

當(dāng)單一(dānyī)交換機(jī)所能夠提供的端口數(shù)量不足以滿足網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的需求時(shí)，必須要有兩個(gè)以上的交換機(jī)提供相應(yīng)數(shù)量的端口，這也就要涉及到交換機(jī)之間連接的問(wèn)題。從根本上來(lái)講，交換機(jī)之間的連接不外乎兩種方式，一是堆疊，一是級(jí)聯(lián)。精品資料（1）級(jí)聯(lián)模式

級(jí)聯(lián)模式是最常規(guī)、最直接的一種擴(kuò)展方式，一些構(gòu)建較早的網(wǎng)絡(luò)都使用了集線器（HUB）作為級(jí)聯(lián)的設(shè)備。因?yàn)楫?dāng)時(shí)集線器已經(jīng)相當(dāng)昂貴了，多數(shù)企業(yè)不可能選擇交換機(jī)作為級(jí)聯(lián)設(shè)備。在這種方式下，接入能力是得到了很大的提高，但是由于一些干擾(gānrǎo)和人為因素，使得整體性能十分低下，只單純地滿足了多端口的需要，根本無(wú)暇考慮轉(zhuǎn)發(fā)交換功能。現(xiàn)在的級(jí)聯(lián)模式綜合考慮到不同交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)性能和端口屬性，通過(guò)一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以方便地實(shí)現(xiàn)多用戶接入。精品資料級(jí)聯(lián)模式是組建大型LAN最理想的方式，可以(kěyǐ)綜合利用各種拓?fù)湓O(shè)計(jì)技術(shù)和冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如通過(guò)雙歸等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冗余，通過(guò)LinkAggregation技術(shù)實(shí)現(xiàn)冗余和UpLink的帶寬擴(kuò)展，這些技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟，廣泛使用在各種局域網(wǎng)和城域網(wǎng)中。

級(jí)聯(lián)模式使用以太網(wǎng)端口進(jìn)行層次間互聯(lián)，如FE（FastEthernet）端口、GE（GigabyteEthernet）端口以及新興的10GE端口。精品資料級(jí)聯(lián)模式是以太網(wǎng)擴(kuò)展(kuòzhǎn)端口應(yīng)用中的主流技術(shù)。它通過(guò)使用統(tǒng)一的網(wǎng)管平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)設(shè)備的統(tǒng)一管理，如拓?fù)涔芾砗凸收瞎芾淼?。在?jí)聯(lián)模式下，為了保證網(wǎng)絡(luò)的效率，一般建議層數(shù)不要超過(guò)3層。如果網(wǎng)絡(luò)邊緣結(jié)點(diǎn)存在通過(guò)廣播式以太網(wǎng)設(shè)備如HUB擴(kuò)展(kuòzhǎn)的端口，由于其為直通工作模式，不存在交換，不納入層次結(jié)構(gòu)中，需要注意的是，HUB工作的CSMA/CD機(jī)制中，因沖突而產(chǎn)生的回送可能導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)性能影響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于交換機(jī)級(jí)聯(lián)所產(chǎn)生的影響。精品資料精品資料通過(guò)(tōngguò)級(jí)聯(lián)端口進(jìn)行級(jí)聯(lián)精品資料通過(guò)(tōngguò)普通端口所進(jìn)行的級(jí)聯(lián)精品資料（2）堆疊技術(shù)擴(kuò)展

堆疊技術(shù)是目前在以太網(wǎng)交換機(jī)上擴(kuò)展端口使用較多的另一類(lèi)技術(shù)，是一種非標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。各個(gè)廠商之間不支持混合堆疊，堆疊模式為各廠商制定(zhìdìng)，不支持拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前流行的堆疊模式主要有兩種：菊花鏈模式和矩陣模式。堆疊技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是提供簡(jiǎn)化的本地管理，將一組交換機(jī)作為一個(gè)對(duì)象來(lái)管理。

精品資料堆棧(duīzhàn)連接精品資料圖6.21訪問(wèn)(fǎngwèn)端口和網(wǎng)絡(luò)上連端口的關(guān)系精品資料6.6.1交換式局域網(wǎng)的基本模塊由輸入輸出接口以及具有交換分組或信元等數(shù)據(jù)單元能力的轉(zhuǎn)發(fā)邏輯組成的網(wǎng)絡(luò)。轉(zhuǎn)發(fā)邏輯描述了用于交換技術(shù)的規(guī)則，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)單元的轉(zhuǎn)發(fā)。輸入輸出端口是物理的和邏輯的接口，用來(lái)連接到需要(xūyào)交換數(shù)據(jù)單元的通信網(wǎng)絡(luò)。精品資料交換式的以太網(wǎng)，各個(gè)端口獨(dú)享(dúxiǎnɡ)帶寬精品資料圖6.18基本的交換(jiāohuàn)模塊精品資料圖6.19LAN交換器的邏輯(luójí)模塊精品資料圖6.20LAN交換器的轉(zhuǎn)發(fā)(zhuǎnfā)邏輯精品資料6.6.2LAN交換機(jī)的特點(diǎn)基于透明的能力從而增加網(wǎng)絡(luò)通信的容量(róngliàng)毋需對(duì)端系統(tǒng)作任何配置基于802.1D橋的技術(shù)，必須遵守一定的拓?fù)湟?guī)則精品資料6.6.3兩種交換方式?存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式：交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)分組至目的段以前，接收并緩存整個(gè)分組。它把輸入端口的數(shù)據(jù)包先存儲(chǔ)起來(lái)，然后進(jìn)行CRC檢查，在對(duì)錯(cuò)誤包處理后才取出數(shù)據(jù)包的目的地址，通過(guò)查找表轉(zhuǎn)換成輸出端口送出包。因此，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的數(shù)據(jù)處理時(shí)延大，這是它的不足，但是它可以對(duì)進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，尤其(yóuqí)重要的是它可以支持不同速度的輸入輸出端口間的轉(zhuǎn)換，保持高速端口與低速端口間的協(xié)同工作。精品資料圖6.22存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)邏輯(luójí)精品資料?直接交換（穿通）方式：各端口間是縱橫交叉的線路矩陣形式。它在輸入端口檢測(cè)到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動(dòng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)查找表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)包直通到相應(yīng)的端口，實(shí)現(xiàn)交換功能。由于(yóuyú)不需要存儲(chǔ)，延遲(LATENCY)非常小、交換非?？?，這是它的優(yōu)點(diǎn)；它的缺點(diǎn)是：因?yàn)閿?shù)據(jù)包的內(nèi)容并沒(méi)有被以太網(wǎng)交換機(jī)保存下來(lái)，所以無(wú)法檢查所傳送的數(shù)據(jù)包是否有誤，不能提供錯(cuò)誤檢測(cè)能力，由于(yóuyú)沒(méi)有緩存，不能將具有不同速率的輸入/輸出端口直接接通，而且，當(dāng)以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的端口增加時(shí)，交換矩陣變的越來(lái)越復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)困難。精品資料圖6.23穿通(chuāntōnɡ)方式轉(zhuǎn)發(fā)邏輯精品資料一些交換機(jī)可以同時(shí)使用上述兩種技術(shù)(jìshù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)誤碼率較低時(shí)采用直通技術(shù)(jìshù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)誤碼率較高時(shí)則采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)(jìshù)。這種交換機(jī)被稱為自適應(yīng)交換機(jī)。精品資料有關(guān)交換機(jī)知識(shí)的總結(jié)交換機(jī)的特點(diǎn)：支持少量的存儲(chǔ)能力(緩沖(huǎnchōng)）少量的地址表（提高查表速度）處理相同的幀格式（相同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)互連）具有分割子網(wǎng)的功能每個(gè)端口獨(dú)享指定的帶寬支持多個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，具有較多的吞吐量，采用硬件交換，交換速度快。精品資料6.6.4第3層交換器三層交換機(jī)就是具有部分路由器功能的交換機(jī)，三層交換機(jī)的最重要作用是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具有的路由功能也是為這目的服務(wù)的，能夠做到一次路由，多次轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)等規(guī)律性的過(guò)程由硬件高速實(shí)現(xiàn)，而象路由信息(xìnxī)更新、路由表維護(hù)、路由計(jì)算、路由確定等功能，由軟件實(shí)現(xiàn)。三層交換技術(shù)的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問(wèn)題。精品資料一般的以太網(wǎng)交換(jiāohuàn)機(jī)，對(duì)OSI二層交換(jiāohuàn)幀不作任何修改，僅僅查一下交換(jiāohuàn)表，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)（如下圖）。

路由器/三層交換(jiāohuàn)機(jī)（具有路由功能的交換(jiāohuàn)），工作在網(wǎng)絡(luò)層，類(lèi)似于以太網(wǎng)交換(jiāohuàn)機(jī)，只是交換(jiāohuàn)的對(duì)象是分組，而不是幀。通過(guò)IP地址來(lái)確定是哪個(gè)子網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)，幀可能會(huì)發(fā)生變化，經(jīng)路由器后變成新的幀。精品資料三層交換原理

一個(gè)具有三層交換功能的設(shè)備，是一個(gè)帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī)，但它是二者的有機(jī)結(jié)合，并不是簡(jiǎn)單地把路由器設(shè)備的硬件及軟件疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)上。

其原理是：假設(shè)兩個(gè)使用IP協(xié)議(xiéyì)的站點(diǎn)A、B通過(guò)第三層交換機(jī)進(jìn)行通信，發(fā)送站點(diǎn)A在開(kāi)始發(fā)送時(shí)，把自己的IP地址與B站的IP地址比較，判斷B站是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若目的站B與發(fā)送站A在同一子網(wǎng)內(nèi)，則進(jìn)行二層的轉(zhuǎn)發(fā)。精品資料若兩個(gè)站點(diǎn)不在同一(tóngyī)子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送站A要與目的站B通信，發(fā)送站A要向“缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā)出ARP(地址解析)封包，而“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址其實(shí)是三層交換機(jī)的三層交換模塊。當(dāng)發(fā)送站A對(duì)“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址廣播出一個(gè)ARP請(qǐng)求時(shí)，如果三層交換模塊在以前的通信過(guò)程中已經(jīng)知道B站的MAC地址，則向發(fā)送站A回復(fù)B的MAC地址。否則三層交換模塊根據(jù)路由信息向B站廣播一個(gè)ARP請(qǐng)求，B站得到此ARP請(qǐng)求后向三層交換模塊回復(fù)其MAC地址，三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送站A,同時(shí)將B站的MAC地址發(fā)送到二層交換引擎的MAC地址表中。精品資料從這以后，當(dāng)A向B發(fā)送的數(shù)據(jù)包便全部交給二層交換(jiāohuàn)處理，信息得以高速交換(jiāohuàn)。由于僅僅在路由過(guò)程中才需要三層處理，絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)都通過(guò)二層交換(jiāohuàn)轉(zhuǎn)發(fā)，因此三層交換(jiāohuàn)機(jī)的速度很快，接近二層交換(jiāohuàn)機(jī)的速度，同時(shí)比相同路由器的價(jià)格低很多。精品資料三層交換機(jī)種類(lèi)

三層交換機(jī)可以根據(jù)(gēnjù)其處理數(shù)據(jù)的不同而分為純硬件和純軟件兩大類(lèi)。

（1）純硬件的三層交換機(jī)相對(duì)來(lái)說(shuō)技術(shù)復(fù)雜，成本高，但是速度快，性能好，帶負(fù)載能力強(qiáng)。其原理是，采用ASIC（專(zhuān)用集成電路）芯片，采用硬件的方式進(jìn)行路由表的查找和刷新。如下圖所示。精品資料純硬件(yìnɡjiàn)三層交換機(jī)原理精品資料當(dāng)數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進(jìn)來(lái)以后(yǐhòu)，首先在二層交換芯片中查找相應(yīng)的目的MAC地址，如果查到，就進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)，否則將數(shù)據(jù)送至三層引擎。在三層引擎中，ASIC芯片查找相應(yīng)的路由表信息，與數(shù)據(jù)的目的IP地址相比對(duì)，然后發(fā)送ARP數(shù)據(jù)包到目的主機(jī)，得到該主機(jī)的MAC地址，將MAC地址發(fā)到二層芯片，由二層芯片轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。精品資料（2）基于軟件的三層交換機(jī)技術(shù)較簡(jiǎn)單，但速度較慢，不適合作為主干(zhǔgàn)。其原理是，采用CPU和軟件的方式查找路由表。如圖所示。軟件(ruǎnjiàn)三層交換機(jī)原理精品資料當(dāng)數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進(jìn)來(lái)以后，首先在二層交換芯片中查找相應(yīng)的目的MAC地址(dìzhǐ)，如果查到，就進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)否則將數(shù)據(jù)送至CPU。CPU查找相應(yīng)的路由表信息，與數(shù)據(jù)的目的IP地址(dìzhǐ)相比對(duì)，然后發(fā)送ARP數(shù)據(jù)包到目的主機(jī)得到該主機(jī)的MAC地址(dìzhǐ)，將MAC地址(dìzhǐ)發(fā)到二層芯片，由二層芯片轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。因?yàn)檐浖幚硭俣容^慢，因此這種三層交換機(jī)處理速度較慢。精品資料市場(chǎng)產(chǎn)品選型

在市場(chǎng)上的主流接入第三層交換機(jī)，主要有Cisco的Catalyst2948G-L3、Extreme的Summit24和AlliedTelesyn的Rapier24等，這幾款三層交換機(jī)產(chǎn)品各具特色，涵蓋了三層交換機(jī)大部分應(yīng)用特性。當(dāng)然在選擇第三層交換機(jī)時(shí)，用戶可根據(jù)自己的需要，判斷并選擇上述產(chǎn)品或其他廠家的產(chǎn)品，如北電網(wǎng)絡(luò)的Passport/Acceler系列、原Cabletron的SSR系列（在Cabletron一分四后，大部分SSR三層交換機(jī)已并入Riverstone公司）、Avaya的CajunM系列、3Com的Superstack34005系列等。此外(cǐwài)，國(guó)產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)廠商神州數(shù)碼網(wǎng)絡(luò)、TCL網(wǎng)絡(luò)、上海廣電應(yīng)確信、紫光網(wǎng)聯(lián)、首信等都已推出了三層交換機(jī)產(chǎn)品。精品資料三層交換機(jī)的功能

(1)分組轉(zhuǎn)發(fā)

當(dāng)源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑(lùjìng)確定后，第3層交換機(jī)會(huì)將分組轉(zhuǎn)發(fā)給它們的目的地址。

(2)路由處理

路由處理主要包括在第3層交換機(jī)內(nèi)部通過(guò)路由協(xié)議創(chuàng)建和維護(hù)路由表。

(3)安全服務(wù)

3層交換機(jī)現(xiàn)在也提供一些安全服務(wù)，如防火墻分組過(guò)濾等。

精品資料

(4)特殊服務(wù)

提供的特殊服務(wù)主要包括流量?jī)?yōu)化以及封裝和拆分幀和分組等。

3層交換機(jī)之所以較路由器交換速度快，主要是3層交換機(jī)提供的功能相對(duì)較少，犧牲其靈活、易控和安全性能來(lái)提高速度。對(duì)于那些更需要速度而不是可管理性和安全性的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)3層交換機(jī)是最理想的選擇，反之路由器是最佳選擇。隨著交換技術(shù)(jìshù)的發(fā)展，現(xiàn)在許多廠商的交換機(jī)已能支持第四層交換。精品資料圖6.24路由器轉(zhuǎn)發(fā)(zhuǎnfā)邏輯精品資料圖6.25嵌入(qiànrù)路由器功能的LAN交換器精品資料圖6.26混合(hùnhé)交換器的操作精品資料以太網(wǎng)交換機(jī)配置(pèizhì)方式(I)通過(guò)(tōngguò)Console配置程序附件通訊超級(jí)終端精品資料以太網(wǎng)交換機(jī)配置(pèizhì)方式(II)通過(guò)(tōngguò)TELNET配置精品資料以太網(wǎng)交換機(jī)配置(pèizhì)視圖用戶視圖系統(tǒng)(xìtǒng)視圖以太網(wǎng)端口視圖VLAN視圖VLAN接口視圖……精品資料6.7虛擬(xūnǐ)局域網(wǎng)（VLAN）交換技術(shù)的廣泛應(yīng)用帶來(lái)了虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，但值得注意的是，VLAN交換機(jī)并不完全等價(jià)于傳統(tǒng)的交換機(jī)。傳統(tǒng)的交換機(jī)內(nèi)部只能包含一個(gè)廣播域（也可以就是一個(gè)VLAN）；而VLAN交換機(jī)能夠在單個(gè)交換機(jī)內(nèi)部或多個(gè)交換機(jī)之間支撐多個(gè)獨(dú)立的VLAN。局域網(wǎng)（LAN）的特征是所有節(jié)點(diǎn)都能互相直接通信，而不必通過(guò)(tōngguò)某種第三層或更高層的設(shè)備（例如路由器）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。更抽象一些說(shuō)，局域網(wǎng)實(shí)際上就是一組能互相發(fā)送廣播報(bào)文的節(jié)點(diǎn)。精品資料傳統(tǒng)的局域網(wǎng)以物理網(wǎng)段為基本(jīběn)網(wǎng)絡(luò)用戶單位，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（HUB、中繼器、網(wǎng)橋或交換機(jī)）上，那么，它就與其他接在同一設(shè)備上的節(jié)點(diǎn)屬于同一個(gè)局域網(wǎng)，可以互發(fā)廣播報(bào)文。不同網(wǎng)段上的用戶不能處于同一局域網(wǎng)中。

精品資料虛擬局域網(wǎng)

簡(jiǎn)稱VLAN，跨接不同物理LAN網(wǎng)段的節(jié)點(diǎn)連接成邏輯LAN網(wǎng)段，處于不同物理網(wǎng)段的用戶通過(guò)(tōngguò)軟件設(shè)置處于同一局域網(wǎng)中，形成邏輯的工作組。在同一邏輯工作組中的節(jié)點(diǎn)可以互發(fā)廣播報(bào)文。精品資料Vlan劃分示意圖Vlan1：財(cái)務(wù)用戶Vlan2：管理用戶Vlan3：市場(chǎng)用戶精品資料虛擬局域網(wǎng)的概念：虛擬網(wǎng)絡(luò)就是指在邏輯上可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理來(lái)劃分邏輯工作組的物理網(wǎng)絡(luò)。物理用戶可以根據(jù)自己的需求，而不是根據(jù)用戶在網(wǎng)絡(luò)中的物理位置來(lái)劃分網(wǎng)絡(luò)。

這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。

每一個(gè)VLAN的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識(shí)符，指明發(fā)送這個(gè)幀的工作站是屬于哪一個(gè)VLAN。

虛擬局域網(wǎng)其實(shí)是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型(xīnxíng)局域網(wǎng)。

VLAN允許一組不限物理位置的用戶群共享一個(gè)獨(dú)立的廣播域，可在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中劃分多個(gè)VLAN，可使得不同的用戶群屬于不同的廣播域。

通過(guò)劃分用戶群，控制廣播范圍等方式，VLAN技術(shù)能夠從根本上解決網(wǎng)絡(luò)效率與安全性等問(wèn)題。

VLAN對(duì)廣播域的劃分是通過(guò)交換機(jī)軟件完成的。精品資料VLAN簡(jiǎn)介(jiǎnjiè)源目的主機(jī)應(yīng)用單播單一主機(jī)單一主機(jī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信廣播單一主機(jī)LAN上所有主機(jī)ARP&RARP組播單一主機(jī)組內(nèi)所有主機(jī)視頻會(huì)議單播、廣播(guǎngbō)和組播特性對(duì)照表精品資料Hub沖突(chōngtū)域Switch沖突(chōngtū)域1沖突域2VLAN簡(jiǎn)介精品資料……廣播VLAN的產(chǎn)生原因(yuányīn)－廣播風(fēng)暴精品資料通過(guò)(tōngguò)路由器將網(wǎng)絡(luò)分段……廣播(guǎngbō)路由器精品資料通過(guò)(tōngguò)VLAN劃分廣播域廣播(guǎngbō)域1VLAN10廣播域2VLAN20廣播域3VLAN30市場(chǎng)部工程部財(cái)務(wù)部精品資料2、虛擬網(wǎng)絡(luò)的劃分

劃分VLAN的方法主要有兩種：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。靜態(tài)VLAN由交換機(jī)本身的特征信息定義，通常包括插槽、端口或端口組等。動(dòng)態(tài)VLAN通常由節(jié)點(diǎn)的某些特征信息定義，可以是節(jié)點(diǎn)的MAC地址、正在使用的協(xié)議、甚至是某些認(rèn)證信息（如名字與口令等）。下面我們介紹三種常用的劃分

1.根據(jù)端口劃分VLAN（配置(pèizhì)交換）

2.根據(jù)MAC地址劃分VLAN（幀交換）

3.根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層定義劃分VLAN精品資料VLAN1：1、3、6、7端口VLAN3：4端口VLAN4：2、5、8端口精品資料1、根據(jù)端口劃分VLAN（配置交換）

利用交換機(jī)的端口劃分VLAN成員，在一個(gè)交換機(jī)上進(jìn)行虛網(wǎng)劃分。如圖中1、3、6、7端口屬于VLAN1，4端口屬于VLAN3，2、5、8端口屬于VLAN4。若上圖中100M交換機(jī)的上行端口為A，則在該交換機(jī)中的配置如下（假定為cisco交換機(jī)）：

settrunkA

setvlan11,3,6,7

setvlan34

setvlan42,5,8允許(yǔnxǔ)跨越多個(gè)交換機(jī)的多個(gè)不同端口劃分VLAN,不同交換機(jī)上的若干個(gè)端口可組成同一個(gè)虛擬網(wǎng)。精品資料特

點(diǎn):

（1）配置過(guò)程簡(jiǎn)單。（2）跨交換機(jī)的虛網(wǎng)交互(jiāohù)通過(guò)路由器或帶三層交換的交換機(jī)進(jìn)行。（3）用戶從一個(gè)端口的虛網(wǎng)移到另一端口所在的虛網(wǎng)，需要重新進(jìn)行設(shè)置。精品資料基于(jīyú)端口的VLAN主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C主機(jī)D以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN表端口所屬VLANPort1VLAN5Port2VLAN10…………Port7VLAN5…………Port10VLAN10Port1Port2Port7Port10精品資料2、根據(jù)MAC地址劃分VLAN（幀交換)

交換機(jī)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的MAC地址，決定將其放置于哪個(gè)VLAN中。由于MAC地址是捆綁在網(wǎng)絡(luò)接口卡上的，故這種VLAN的劃分方法與連接到交換機(jī)上的設(shè)備有關(guān)，可以允許網(wǎng)絡(luò)用戶從一個(gè)物理位置移動(dòng)到另一個(gè)物理位置上，并且(bìngqiě)自動(dòng)保留其所屬虛擬網(wǎng)段的成員身份。該VLAN的劃分方法獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)的高層協(xié)議（如TCP/IP、IP、IPX等)。缺點(diǎn)：所有的用戶必須被明確的分配到一個(gè)VLAN中，網(wǎng)卡換了，必須修改虛網(wǎng)配置。精品資料基于(jīyú)MAC地址的VLANVLAN表MAC地址所屬VLANMACAMACBMACCMACDVLAN10VLAN5VLAN10VLAN5主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C主機(jī)D以太網(wǎng)交換機(jī)MACAMACBMACCMACD精品資料3、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層定義劃分VLAN

交換機(jī)還可以根據(jù)使用的協(xié)議(如果(rúguǒ)網(wǎng)絡(luò)中存在多協(xié)議的話)或網(wǎng)絡(luò)層地址(如TCP/IP中的子網(wǎng)段地址)來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)成員(VLAN)的劃分。

精品資料優(yōu)點(diǎn)：

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