第5章局域网.ppt

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1、计算机工程学院 伍俊明,第5章 局域网,本章内容 局域网概述 传统以太网 以太网的MAC层 扩展局域网 虚拟局域网 高速以太网 无线局域网,本章重点： 以太网工作原理 以太网的MAC层 局域网的拓展,计算机工程学院 伍俊明,第5章 局域网,问题导入 1、你听了解的、或你所理解的局域网是什么样的？有什么特点？ 2、你听说过几种局域网？ 3、你听说过几种局域网协议？ 4、你了解拓展局域网的常用设备和方法吗？,计算机工程学院 伍俊明,5.1 局域网概述,局域网的特点 为一个单位所拥有，自行建设，不对外提供服务 覆盖地理范围小，在房间、建筑物、园区范围 传输速率高，一般在10Mbps1000Mbps

2、误码率低（一般在10-8 10-10），时延小,计算机工程学院 伍俊明,5.1 局域网概述,决定局域网特性的主要技术有 3 个方面： 用以传输数据的传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线； 用以连接各种设备的拓扑结构； 用以共享资源的介质访问控制方法。 这 3 种技术在很大程度上决定了传输数据的类型、网络的响应时间、吞吐量和利用率，以及网络应用等各种网络特性。其中最重要的是介质访问控制方法，它对网络特性具有十分重要的影响。,计算机工程学院 伍俊明,5.1 局域网概述,局域网可按拓扑结构分类 星形结构 环形结构 总线网 树形网 常用的传输介质 双绞线 同轴电缆 光纤,计算机工程学院 伍俊明,5.

3、1 局域网概述,局域网一般采用媒体共享技术，使众多用户可以合理而方便地共享通信媒体资源。 静态划分信道：如频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等； 动态媒体接入控制：信道并非固定分配给用户 随机接入：用户可以随机地发送信息，因此需要解决好碰撞问题； 受控接入：用户不能随机地发送信息，必须服从一定的控制，如探询。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,局域网参考模型：一般都采用IEEE制订的802标准体系 IEEE 802标准只定义了物理层和数据链路层两层，并根据 LAN 的特点，把数据链路层分成逻辑链路控制 LLC （ Logical Link Control ）子层和介质访问控制 M

4、AC （ Medium Access Control ）子层；还加强了数据链路层的功能，把网络层中的寻址、排序、流控和差错控制等功能放在 LLC 子层来实现。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,IEEE 802标准中对局域网各层的功能定义： 物理层：处理在物理链路上发送、传递和接收非结构化的比特流，包括对带宽的频道分配和对基带的信号调制、建立、维持、撤消物理链路，处理机械的、电气的和过程的特性。 介质访问控制层 MAC：成帧/拆帧，实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址。根据网络的具体拓扑方式以及传输介质的类型，控制对传输介质的访问，和对信道资源的分配。 逻辑链路控制层 LLC：向高

5、层提供统一的链路访问形式，建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，为高层提供网络服务的逻辑接口，能够实现差错控制和流量控制,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,局域网对 LLC 子层是透明的,局 域 网,网络层,物理层,站点 1,网络层,物理层,数据 链路层,站点 2,LLC 子层看不见 下面的局域网,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,802协议族,现在活跃的工作组有：802.1,802.3,802.11,802.15,802.16,802.17,802.20,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,5.2.1 以太网标准 一、以太网的两个标准 DIX V2 1975年

6、美国施乐（Xerox）公司研制成功的一种基带总线局域网，数据率2.94Mb/s。 1980年，DEC公司、Intel公司和Xerox公司联合提出了10 Mb/s以太网的第一个版本DIX V1 1982年，该版本又修改为DIX Ethernet V2。 IEEE 802.3 1983年，IEEE制订了第一个以太网标准802.3，数据率为10 Mb/s，它与DIX V2版本差别很小。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,二、网卡的作用通信适配器，网络接口卡 装有处理器和存储器 功能： 串行/并行转换：网卡和局域网之间的通信通过电缆或双绞线以串行传输方式进行。 对数据进行缓存：网络上的数据率

7、与计算机总线的数据率不同。 实现以太网协议 安装设备驱动程序 收发数据,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,计算机通过网卡和局域网进行通信,CPU,高 速 缓 存,存储器,I/O 总线,计算机,至局域网,网络接口卡 （网卡）,串行通信,并行通信,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,5.2.2 ALOHA协议 纯ALOHA协议的基本思想：用户有数据就发送 用户竞争使用信道 冲突现象严重，信道利用率最高只有18.4%,时间,A,B,C,D,E,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,纯ALOHA协议冲突分析,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,帧时：发送一个标准长度的帧

8、所需时间(帧长/位速率)。 一个帧发送成功的条件：在该帧发送前后各一段时间T内（一共有2T的时间间隔）无其它帧发送。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,分隙ALOHA协议 基本思想：把信道时间分成离散的时间段，段长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时段开始时才允许发送。其他过程与纯ALOHA协议相同。 信道效率 与纯ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率，信道利用率最高为36.8%。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,5.2.3 CSMA/CD协议 总线方式接入 竞争使用总线，随机发送 只有地址与目的地址相同的站点才接收，实现一对一通信 采用无连接通信，数据帧不编号，

9、也不确认,B向 D 发送数据,C,D,A,E,匹配电阻（用来吸收总线上传播的信号）,匹配电阻,不接受,不接受,不接受,接受,B,只有 D 接受 B 发送的数据,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,5.2.3 CSMA/CD协议 为控制传输媒体的使用，以太网采用了载波侦听多点接入/碰撞冲突协议 多点接入：多个用户共用一条线路 载波侦听：每一站点在发送数据之前，先检测总线上是否有其它计算机发送数据。如果有，则暂不发送，以免冲突。 碰撞检测：计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小，如发现冲突，则停止发送，发出瞬间干扰信号，通知其它站点发生了冲突，然后等待一段随机时间后再发送。,计算机工程

10、学院 伍俊明,5.2 传统以太网,1-坚持型CSMA（1-persistent CSMA） 原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则发送； 若信道忙，则继续监听直至发现信道空闲，然后完成发送； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。 优点：减少了信道空闲时间； 缺点：增加了发生冲突的概率； 广播延迟对协议性能的影响：广播延迟越大，发生冲突的可能性越大，协议性能越差,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,非坚持型CSMA（nonpersistent CSMA） 原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则发送； 若信道忙，等待一随机时间，然后

11、重新开始发送过程； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送过程。 优点：减少了冲突的概率； 缺点：增加了信道空闲时间，数据发送延迟增大； 信道效率比 1-坚持CSMA高，传输延迟比 1-坚持CSMA大。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,p-坚持型CSMA（p-persistent CSMA） 适用于分隙信道 原理 若站点有数据发送，先监听信道； 若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据，以概率q =1- p 延迟至下一个时隙发送。若下一个时隙仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时隙被其他站点所占用； 若信道忙，则等待下一个时隙，重新开始发送； 若产生冲突，等待一随机时间，然后重新

12、开始发送。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,碰撞检测 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。 在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，帧中数据被破坏，无法从中恢复出有用的信息来。 每一个正在发送数据的站点边发送边监听，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突，然后等待一段随机时间后再次发送。 为什么站点在信道空闲时发送数据还会存在冲突？,计算机工程学院 伍

13、俊明,1 km,A,B,t,t = B 检测到信道空闲 发送数据,t = / 2 发生碰撞,A,B,A,B,t = 0 A 检测到 信道空闲 发送数据,A,B,t = 0,A,B,单程端到端 传播时延记为,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,使用CSMA/CD时，计算机只能进行半双工通信。 每个站点在发送数据后的一小段时间内可能遭遇冲突。 争用期：以太网的端到端往返时延2碰撞窗口 二进制指数类型退避算法：让发生碰撞的站在停止发送数据后，不是立即发送数据，而是推迟（退避）一个随机时间，以减小再次发生冲突的概率。 确定基准退避时间，一般为争用期2 定义参数k=Min重传次数，10，表示重传

14、次数，但k超过10时取10 从离散的整数集合0,1,2k-1中取出一个数r，重传所需的时延就是基本退避时间的r倍 当重传达16次仍不能成功时，则丢弃该帧，并向高层报告。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,以太网取51.2s为争用期长度。对于10Mb/s的以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。如在64字节之前无冲突，则后续的数字就不会发生冲突。 争用期51.2s还包含转发器所增加的时延等多种因素，因此大于往返时延。 最短有效帧长为64字节。如果有冲突产生，一定在发送的前64字节之内。 强化冲突：当发送数据的站一旦发现冲突，除了立即停止发送数据外，还继续发送若干比特的人为干扰

15、信号（jamming ），以便让所有其它用户都知道发生了冲突。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,人为干扰信号,A,B,t,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,5.2.4 传统以太网的连接方法,传统以太网可使用的传输媒体有四种： 铜缆（粗缆或细缆） 铜线（双绞线） 光缆 这样，以太网就有四种不同的物理层。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,传统以太网可使用的四种传输媒体 Base：表示基带信号 10：表示数据率为10Mb/s 5或2：表示每一段线缆长度（为100米的倍数） T或F：表示双绞线或光纤,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网（本页选讲）,铜缆或铜线连

16、接到以太网的示意图,主机箱,主机箱,主机箱,双绞线,集线器,BNC T 型接头,收发器电缆,网卡,插入式 分接头,MAU,MDI,保护外层,外导体屏蔽层,内导体,收发器,DB-15 连接器,BNC 连接器 插口,RJ-45 插头,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网（本页选讲）,使用粗同轴电缆的以太网：计算机中的网卡使用DB-15连接器与收发器电缆（即AUI电缆）相连，AUI电缆另一端与收发器相连。收发器的主要功能： 经电缆收发数据 在同轴电缆上检测数据帧的冲突 在同轴电缆和电缆接口的电子设备之间进行电气隔离 当收发器或计算机发生故障时，保护同轴电缆不受影响。 当传输距离超过500米时，

17、粗同轴电缆之间可通过转发器相连，但最长不超过2500米。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网（本页选讲）,使用细同轴电缆的以太网：每段长度不超过185米，线缆与计算机网卡之间通过BNC口连接 网卡的主要功能： 数据的封装与解封 链路管理 编码与译码,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,使用10BASE-T的以太网：以双绞线取代同轴电缆： 10BASE-T使用两对无屏蔽双绞电话线，一对线发送数据，另一对线接收数据；使用RJ-45的8针模块插头。 和其它以太网媒体一样，10BASE-T使用曼彻斯特编码，信号频率是20M赫兹，并且必须使用3类或更高类别的UTP电缆。 10BASE-T

18、具有链接一体化的特征，使电缆安装和故障查找变得容易了。每隔16毫秒，集线器和网卡都发出“滴答”(heart-beat)脉冲，它们也都要查听此信号，收到滴答信号表示物理连接已经建立。 使用多端口集线器连接计算机，每个站到集线器不超过100米。 10BaseF：使用光纤作为媒体，在距离和传输特性上优点明显。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,集线器 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议。 一个集线器有许多端口，很像一个多端口转发器。 集线器和转发器都工作在物理层 集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。 堆叠式集线器可由

19、48个集线器堆叠成一个更大的集线器。,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,5.2.3 以太网的信道利用率 我们假定： 总线上共有 N 个站，每个站发送帧的概率都是 p=1/N。 争用期长度为 2，即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。 帧长为 L (bit)，数据发送速率为 C (b/s)，因而帧的发送时间为 T0 =L/C (s)。成功发送一个帧需占用信道T0 +，以防冲突,计算机工程学院 伍俊明,5.2 传统以太网,参数 a ：单程传播时延与帧的发送时延之比 在T0 +中越小，a越小，冲突越快地被检测出来而马上停止发送，信道利用率越高。要求：以太网连线的长度要尽量短，

20、而以太网的帧长不能太短。 理想化情况下，冲突可以避免，极限信道利用率Smax,计算机工程学院 伍俊明,5.3 以太网的MAC层,5.3.1 MAC层的硬件地址 著名文献SHOC78：名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处。严格地讲：名字应当与系统的所在地无关。 802标准为局域网规定了一种48bit的全球地址，是指局域网上的每一台计算机所插入的网卡上固化在ROM中的地址。 局域网上的计算机更换一块新网卡，它的局域网的“地址”就改变了，虽然物理位置没变，接入的局域网也没变。 一台笔记本电脑从一个地方移到另外一个地方并接入局域网，其局域网的“地址”没变，物

21、理位置、接入的网络都变了。 总结：802标准所说的“地址”严格的讲应当是每一个站的“名字”或标识符。,计算机工程学院 伍俊明,5.3 以太网的MAC层,802标准为6个字节局域网全球地址的法定管理机构RAC (Registration Authority Committee)，负责分配地址字段6个字节中的前3个字节(高24位)。 局域网卡的生产厂家必须购买由这3个字节构成的一个号(即地址块)，其正式名称为OUI(Organizationally Unique Identifier) 。 地址字段中的后3个字节(即低24位)则由厂家自行指派，称为扩展的惟一标识符(Extended Unique

22、Identifier)，只要保证生产出的网卡没有重复地址即可，可见一个地址块可以生成224个不同的地址。 MAC地址即硬件地址、物理地址也是网卡地址或网卡标识符EUI-48。,计算机工程学院 伍俊明,第 1,最高位 最先发送,最低位,最高位,最低位 最后发送,00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001,最低位 最先发送,最高位,最低位,最高位 最后发送,机构唯一标志符 OUI,扩展标志符,高位在前,低位在前,十六进制表示的 EUI-48 地址： AC-DE-48-00-00-80,二进制表示的 EUI-48 地址：,第 1 字节,

23、第 6 字节,I/G 比特,I/G 比特,字节顺序,第 2,第 3,第 4,第 5,第 6,第 1,字节顺序,第 2,第 3,第 4,第 5,第 6,10101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000,802.5 802.6,802.3 802.4,G/L比特,计算机工程学院 伍俊明,5.3 以太网的MAC层,IEEE规定地址字段的第一字节的最低位I/G (Individual/Group)比特。当I/G比特为0时，地址字段表示一个单个站地址；当I/G比特为1时，表示组地址，用来进行多播。 IEEE制定的二进制EUI-48地址有两种不同的

24、记法（如P109图4-15） 第一种记法是802.5和 802.6采用的标准：每一个字节的高位写在最左边 第二种记法是802.3和 802.4采用的标准：每一个字节的高位写在最右边。 IEEE标准规定：地址字段第1字节的最低第2位为G/L（Global/Local）位。当G/L=1时表示全球管理（保证全球无相同的地址）；当G/L=0时表示本地管理，用户可以任意分配网络上的地址。以太网一般不使用G/L位。,计算机工程学院 伍俊明,5.3 以太网的MAC层,路由器,1A-24-F6-54-1B-0E,00-00-A2-A4-2C-02,20-60-8C-C7-75-2A,08-00-20-47-1

25、F-E4,20-60-8C-11-D2-F6,路由器由于同时连接到两个网络上， 因此它有两块网卡和两个硬件地址。,计算机工程学院 伍俊明,5.3 以太网的MAC层,网卡每接收一个MAC帧首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址。 如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他处理； 否则，将此帧丢弃，不再进行其他处理。 “发往本站的帧”包括三种帧： 单播 (unicast)帧(一对一)：收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同。 广播 (broadcast)帧(一对全体)：发送给所有站点的帧(全1地址)。 多播 (multicast)帧(一对多)：发送给一部分站点的帧。 注意：所有的网卡都最至少能识别前

26、两种帧。,计算机工程学院 伍俊明,5.3 以太网的MAC层,5.3.2 以太网的两种不同的MAC帧格式,常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ： DIX Ethernet V2 标准 IEEE 的 802.3 标准 最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。,MAC 帧,字节,6,6,2,4,IP 层,物理层,目的地址,源地址,长度/类型,FCS,MAC 层,10101010101010 10101010101010101011,前同步码,帧开始 定界符,7 字节,1 字节,数 据,MAC 子层,IP 层,LLC 子层,这种 802.3 + 802.2 帧已经较少使用,43 1497,1,1,

27、1,DSAP,SSAP,控制,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,目的地址字段 6 字节,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,源地址字段 6 字节,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,类型字段 2 字节,类型字段用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,数据字段 46 1500 字节,数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段 最小长度 64 字节 18

28、 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,FCS 字段 4 字节,当传输媒体的误码率为 1108 时， MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。,当数据字段的长度小于 46 字节时， 应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段， 以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,以太网 V2 的 MAC 帧格式,在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节， 是前同步码，用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。 第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC

29、帧。,为了达到比特同步， 在传输媒体上实际传送的 要比 MAC 帧还多 8 个字节,计算机工程学院 伍俊明,无效的 MAC 帧 数据字段的长度与长度字段的值不一致； 帧的长度不是整数个字节； 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错； 数据字段的长度不在 46 1500 字节之间。有效的 MAC 帧长度为 64 1518 字节之间。 对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。,5.3 以太网的MAC层,计算机工程学院 伍俊明,帧间最小间隔 帧间最小间隔为 9.6 s，相当于 96 bit 的发送时间。 一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 s 才能再次发送数据

30、。 这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。,5.3 以太网的MAC层,计算机工程学院 伍俊明,5.3 以太网的MAC层,802.3帧与DIX V2帧的比较,字节,6,6,2,4,IP 层,目的地址,源地址,长度/类型,FCS,数 据,MAC 子层,这种 802.3 + 802.2 帧已经较少使用,43 1497,1,1,1,DSAP,SSAP,控制,目的服务访问点DSAP,源服务访问点DSAP,控制字段,小于1500时，表示帧中数据字段长度；大于0x0600时，表示上层协议类型,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,5.4.1 在物理层扩展局域网

31、设备：转发器和集线器,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,多级结构的集线器局域网的优点： 不同局域网的计算机之间可以通信。 扩大了局域网的地理覆盖范围。 多级结构的集线器局域网的缺点： 通过集线器互连在一起的局域网组成了一个更大的共同的碰撞域。 采用不同以太网技术的局域网互连，不能用集线器。因为此时它只是一个多端口的转发器，不能缓存帧,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,5.5.2 在数据链路层扩展局域网网桥 一、网桥的内部结构 根据MAC帧的目的 地址对帧进行转发； 具有过滤帧的功能。,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,网桥是通过内部的端口管理软件和网桥协议实

32、体完成工作的。 网桥从端口上受到数据帧时，先暂存于缓存中； 如帧无差错，欲发送的目的站MAC地址在另一网段，则通过查找转发表，将该帧转到另一端口；若有错，则丢弃。 使用网桥的优点： 过滤通信量。同一网段中通信无需转发。 扩大了物理范围，增加局域网中工作站的最大数目。 提高了可靠性。一般发生故障时只影响个别网段。 可互连不同物理层、不同MAC层和不同速率的局域网。 使用网桥的缺点： 增加了时延，一方面因为网桥需要缓存和查转发表，另一方面具有不同的MAC子层的网段桥接在一起时，网桥转发一个帧必须修改帧部分内容。 MAC子层无流量控制功能，重负荷时容易导致缓存溢出。 对于用户数多、通信量大的局域网会

33、引发广播风暴。,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,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,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,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,连接不同的局域网,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,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

34、出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。 在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。 由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址。,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,二、透明网桥 透明网桥是指局域网上的站点不知道所发送的帧经过哪几个网桥，是一种即插即用设备，其标准是IEEE802.1D。 工作原理： (1) 从端口 x 收到无差错的帧（如有差错即丢弃），在转发表中查找目的站 MAC 地址。 (2) 如有，则查找出到此 MAC 地址应当走的端口 d，然后进行(3)，否则转到(5)。 (3) 如到这个 MAC 地址去的端口 d = x，则丢弃此帧（因为这表示不需要经过网

35、桥进行转发）。否则从端口 d 转发此帧。 (4) 转到(6)。 (5) 向网桥除 x 以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目的站）。 (6) 如源站不在转发表中，则将源站 MAC 地址及进入的端口号加入到转发表，设置计时器，然后转到(8)。如源站在转发表中，则执行(7)。 (7) 更新计时器。 (8) 等待新的数据帧。转到(1)。,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,转发表的建立逆向学习 网桥工作在混杂（promiscuous）方式，接收所有的帧； 网桥接收到一帧后，通过查询地址/端口对应表来确定是丢弃还是转发； 网桥刚启动时，地址/端口对应表为空，采用扩散算法即洪泛方法转发帧：

36、将目的地不明确的帧发送到网桥所连的所有LAN中； 在转发过程中采用逆向学习（backward learning）算法收集MAC地址。网桥通过分析帧的源MAC地址得到MAC地址与端口的对应关系，并写入地址/端口对应表； 网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新，并定时检查，删除在一段时间内没有更新的地址/端口项； 帧的路由过程 目的LAN与源LAN相同，则丢弃帧； 目的LAN与源LAN不同，则转发帧； 目的LAN未知，则洪泛帧，并逆向学习。,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,C 发出帧，而网桥没有D的信息，采用洪泛方案； 网桥发现C在端口1； 3号端口所连的局域网忽略该帧； 帧被端口

37、2所连LAN上的D站接收； D站产生应答，并发送 网桥发现帧来自D站，而且D站在端口2上； 网桥查表知道C站在端口1上，所以选择端口1转发帧。,网桥学习案例： 假设C站将数据帧发送给D，D作出回答。,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,支撑树算法：可避免产生转发的帧在网络中不断的兜圈子。,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,网络资源白白消耗了,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,支撑树算法：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，在这个子集里整个连通的网络中不存在回路。即，在任何两个站之间只有一条路经

38、，一旦支撑树确定了，网桥就会将某些端口断开，以确保从原来的拓扑得出一个支撑树。 工作过程：每隔几秒每个网桥要广播其标识号和他所知道的其他的所有在网上的网桥，以便及时反映网络拓扑变化时的支撑树。支撑树算法选择一个网桥作为支撑树的根，然后以最短路径为依据，找到树上的每个结点。,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,三、源路由网桥 源路由网桥的原理 帧的发送者知道目的主机是否在自己的LAN内； 如果不在，在发出的帧头内构造一个准确的路由序列，包含要经过的网桥、LAN的编号。并将发出的帧的源地址的最高位置1；下图中A到D的路由为：（L1，B1，L2，B2，L3） 每个LAN有一个12位的编号，

39、每个网桥有一个4位的编号； 网桥只接收源地址的最高位为1的帧，判定是转发还是丢弃；,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,源路由的产生： 每个站点通过广播“发现帧”（discovery frame）来获得到各个站点的最佳路由。 若目的地址未知，源站发送“发现帧”，每个网桥收到后广播，目的站收到后发应答帧，该帧经过网桥时被加上网桥的标识，源站收到后就知道了到目的站的最佳路由。 优点 对带宽进行最优的使用。 缺点 网桥的插入对于网络是不透明的，需要人工干预。站点要知道网络的拓扑结构。 复杂: 存储路由, 发送查找帧, 向帧中复制路由信息,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,源选择

40、路由案例研究：H1想向H2发送数据帧 H1首先发送一个测试帧以检测H2是否与H1在同一网段上；如果测试后发现H2与H1不在同一网段上；则H1将进行下列动作： 第一步：H1发出一个探测帧，探测H2的所在位置。 第二步：桥B1和B2都收到H1发出的探测帧，它们分别在探测帧中加进路由信息，然后将探测帧分别转发到LAN3和LAN4。 第三步：桥B3和B4也收到H1发出的探测帧，它们也分别在探测帧中加进自己的路由信息，然后继续将探测帧转发到LAN2。 第四步：H2收到两个探测帧，H2检查探测帧中累积的路由信息，然后分别沿着探测帧来的路径发响应帧。 第五步：H1收到两个H2发来的两个响应帧，从而得知有两条

41、路径可以到达H2，分别为：LAN1B1LAN3B3LAN2和LAN1B2LAN4B4LAN2 最后H1选择其中一条路径，将路由信息加到数据帧中发给H2。,计算机工程学院 伍俊明,5.4 扩展的局域网,四、多端口网桥以太网交换机 以太网交换机（交换式集线器、第二层交换机）：工作在网络的数据链路层。 以太网交换机的每个端口都直接与一个单个主机或另一个集线器/交换机相连(即连接一个网段)，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞的传输数据。 以太网交换机采用了专用的交换结构芯片，其交换速率较高。,计算机工程学院 伍俊明,5.4

42、扩展的局域网,使用交换机扩展以太网,集线器,集线器,集线器,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,计算机工程学院 伍俊明,5.5 虚拟局域网,虚拟局域网的定义：虚拟局域网是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而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。 说明：虚拟局域网只是局域网提供给用户的一种服务，并不是一种新型局域网。 虚拟网络是建立在局域网交换机或ATM交换机之上的，它以软件方式来实现逻辑工

43、作组的划分和管理，逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制。 同一逻辑工作组的成员不一定要连接在同一个物理网段上，它们可以连接在同一个或不同的局域网交换机上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一样。 当一个结点从一个逻辑工作组转移到另一个逻辑工作组时，只要通过软件设定，不需要改变它在网络中的物理位置。,以太网 交换机,A4,B1,以太网 交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网 交换机,以太网 交换机,三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成,以太网 交换机,A4,B1,以太网 交换机,VLAN3,C3,B3,

44、VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网 交换机,以太网 交换机,三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成,当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时， 工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。,以太网 交换机,A4,B1,以太网 交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网 交换机,以太网 交换机,三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成,B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1 都不会收到 B1 发出的广播信息。,以太网 交换机,A4,B1,以太

45、网 交换机,VLAN3,C3,B3,VLAN1,VLAN2,C1,A2,A1,A3,C2,B2,以太网 交换机,以太网 交换机,三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 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。,计算机工程学院 伍俊明,5.5 虚拟局域网,虚拟局域网帧在以太网的帧中插入4 字节的VLAN 标记 对虚拟局域网成员的定义方法通常有4种： 用交换机端口号定义虚拟局域网 用MAC地址定义虚拟局域网 用网络层地址定义虚拟局域网 IP广播组虚拟局域网,计算机工程学院 伍俊明,5.5 高速以太网,5.

46、5.1 快速以太网 100Base-T以太网 100Base-T以太网：在双绞线上传送100Mb/s的基带信号的星型拓扑以太网，仍使用IEEE 802.3和CSMA/CD协议，称为快速以太网。 用户只需要更换一张网卡，并配上100Mb/s的集线器/交换机，就可以方便地从10Base-T升级到100Base-T。 100Base-T能识别并自适应10Mb/s和100Mb/s的以太网。 标准：1995年，IEEE通过802.3u标准，实际上是802.3的一个补充。原有的帧格式、接口、规程不变，只是将比特时间从100ns缩短为10ns。 对10 Mbps 802.3 LAN的改进：一种方法是改进10

47、Base-5 或 10Base-2，采用CSMA/CD，最大电缆长度减为1/10，未被采纳；另一种方法是改进10Base-T，使用HUB，被采纳：当数据率提高10倍时，为保持最短帧长不变，网段的电缆长度减为100米，帧间间隔从原来的9.6s改为现在的0.96 s。,计算机工程学院 伍俊明,5.5 高速以太网,100BASE-T MAC与10Mbps经典以太网MAC几乎完全一样，例如两者都具有下列参数值：时隙=512位时，重试次数极限=16，退避次数极限=10，碰撞加强(jam)信号长度=32比特，地址位长度=48比特，最大帧长=1518字节，最小帧长=512比特(64字节)，唯一不同的参数就是帧际间隙时间，10Mbps是9.6微秒(最小值)，快速以太网(100Mbps)是0.96微秒(最小值)。 100BASE-T MAC以10倍速度使用传统的以太网MAC。100BASE-T标准允许包括多种物理层协议，现在已有三个不同的100BASE-T物理层规范，其中的两个标准支持长度为100米的无屏蔽双绞线，第三个标准支持单模或多模光缆。表4-1列出了三种媒体类别的主要参数值。有时人们把100BASE