1、2022-12-161n网络互连的层次网络互连的层次n网络设备的工作原理网络设备的工作原理2022-12-162网络互连的层次网络互连的层次网络互联从通信协议的角度来看可以分成四网络互联从通信协议的角度来看可以分成四个层次：个层次：n物理层：使用中继器在不同的电缆段之间复物理层：使用中继器在不同的电缆段之间复制位信号。制位信号。n数据链路层：使用桥在局域网之间存储转发数据链路层：使用桥在局域网之间存储转发数据帧。数据帧。n网络层：使用路由器在不同的网络之间存储网络层：使用路由器在不同的网络之间存储转发分组数据。转发分组数据。n传输层及以上：使用协议转换器也称网关提传输层及以上：使用协议转换器也
2、称网关提供更高层次的接口，它是属于端供更高层次的接口，它是属于端-端的主机互端的主机互联。联。2022-12-163网络互连的层次网络互连的层次nLAN-LAN在传输层之下，一般用中继在传输层之下，一般用中继器和网桥就够了。器和网桥就够了。LAN-WAN之间的协之间的协议差异大，多用路由器。少数协议差别议差异大，多用路由器。少数协议差别较大的高层应用系统会用到网关（如较大的高层应用系统会用到网关（如CCITT X.400与与SMTP之间的邮件网之间的邮件网关）。关）。2022-12-164n网络互连的层次网络互连的层次n网络设备的工作原理网络设备的工作原理2022-12-165网络接口卡网络接
3、口卡n网络接口卡（网络接口卡（NIC）简称）简称网卡，也被称为网络适配网卡，也被称为网络适配器器n就物理外表而言，网络接就物理外表而言，网络接口卡是与计算机主板或外口卡是与计算机主板或外围设备上的总线扩展槽相围设备上的总线扩展槽相适应的一种印刷电路板适应的一种印刷电路板n网络接口卡是网络通信的网络接口卡是网络通信的基本硬件组成部分，它能基本硬件组成部分，它能够把计算机产生的串行信够把计算机产生的串行信号转换成可以在网络电缆号转换成可以在网络电缆上传送的串行格式。上传送的串行格式。2022-12-166网络接口卡网络接口卡n网络接口卡工作在网络接口卡工作在OSI参考模型的物理参考模型的物理层和数
4、据链路层的层和数据链路层的MAC子层子层n根据网络介质访问控制方法的不同，网根据网络介质访问控制方法的不同，网卡可以分为以太网、令牌环、光纤分布卡可以分为以太网、令牌环、光纤分布式接口和异步传输方式等几种。其中以式接口和异步传输方式等几种。其中以太网卡是应用最广泛的网卡。太网卡是应用最广泛的网卡。2022-12-167以太网卡以太网卡n以太网卡实现了以太网卡实现了MAC子层的子层的CSMA/CD介质介质访问，物理层的编码访问，物理层的编码/解码、发送接收、载波解码、发送接收、载波检测、冲突检测等功能，并提供了与传输介检测、冲突检测等功能，并提供了与传输介质的连接接口，如质的连接接口，如RJ45
5、、BNC和和AUI接口。接口。n以太网卡包括以下几部分：以太网卡包括以下几部分：n发送和接收部件发送和接收部件n载波检测部件载波检测部件n发送和接收控制部件发送和接收控制部件n曼彻斯特编码曼彻斯特编码/译码器译码器nLAN管理部件管理部件n微处理器微处理器2022-12-168曼彻斯特曼彻斯特编码编码/译码器译码器发送控制发送控制载波检测载波检测接收控制接收控制微处理器微处理器LAN管理部分管理部分发送发送接收接收2022-12-169网卡总线类型网卡总线类型n16位位ISA（行业标准结构）（行业标准结构）n32位位PCI（外部设备互联）、（外部设备互联）、EISA（扩展（扩展ISA）、）、M
6、CA（微信道结构）（微信道结构）n其它其它PCMCIA（个人计算机存储卡国（个人计算机存储卡国际协会）、并行口、际协会）、并行口、USB2022-12-1610接口类型接口类型nRJ45无屏蔽双绞线接口无屏蔽双绞线接口nAUI粗同轴电缆接口粗同轴电缆接口nBNC细同轴电缆接口细同轴电缆接口nSC/ST光纤接口光纤接口2022-12-1611网卡的使用网卡的使用网卡地址：即网卡的物理地址或称为网卡地址：即网卡的物理地址或称为MAC地址，地址，固化在网卡硬件中固化在网卡硬件中配置参数（跳线设置配置参数（跳线设置/软件设置软件设置/PnP）中断请求号中断请求号 IRQ（一般为（一般为3）I/O基地址
7、基地址 I/O Base（一般为（一般为300H）存储器基地址存储器基地址 Memory Base(一般为一般为C000H)全双工全双工/半双工半双工 传输速率（仅传输速率（仅10/100Mbps双速网卡可选）双速网卡可选）2022-12-1612提高网卡传输性能的措施提高网卡传输性能的措施并行处理：发送并行处理：发送/接收和数据处理同步进行接收和数据处理同步进行全双工：需集线器全双工：需集线器/交换机的支持交换机的支持突发传输方式（每次传送更多的帧）突发传输方式（每次传送更多的帧）智能网卡（让网卡承担更多的传输任务）智能网卡（让网卡承担更多的传输任务）提高与主机的传输速度：提高与主机的传输速
8、度：与主机的存储器传输数据时采用与主机的存储器传输数据时采用DMA传送方式传送方式 总线采用传输速度较快的总线采用传输速度较快的PCI总线总线2022-12-1613网卡的安装网卡的安装n选择网卡需要考虑的问题：选择网卡需要考虑的问题：n网络结构网络结构n操作系统操作系统n介质类型介质类型n数据传输速率数据传输速率n可用的总线类型可用的总线类型2022-12-1614网卡的安装网卡的安装n首先将网卡插入到一个合适的槽中（首先将网卡插入到一个合适的槽中（ISA或或PCI）n一些老的网卡配有滑动开关，一些老的网卡配有滑动开关，DIP开关或跳线开关或跳线来控制网卡使用的来控制网卡使用的DMA内存地址
9、和内存地址和IRQ中断中断号，需按使用说明进行设置。大多数网卡是号，需按使用说明进行设置。大多数网卡是通过软件来设置通过软件来设置nWindow95/98/2000/xp能够识别即插即用设备，能够识别即插即用设备，当网卡安装之后操作系统能自动识别，根据当网卡安装之后操作系统能自动识别，根据它的提示进行设置并安装网卡所带驱动程序它的提示进行设置并安装网卡所带驱动程序即可即可n如果操作系统无法识别网卡，则需手工安装如果操作系统无法识别网卡，则需手工安装（如（如Win3.x、WinNT、UNIX、Linux）2022-12-1615网络集线器网络集线器n工作在工作在OSIOSI模型第一层的网络设备模
10、型第一层的网络设备n中继器中继器n集线器集线器多端口中继器多端口中继器2022-12-1616中继器中继器n中继器是第中继器是第1 1层网络设备层网络设备n中继器的用途：在比特级上对网络信号进行中继器的用途：在比特级上对网络信号进行再生和重定时，从而可以使它们可以在网络再生和重定时，从而可以使它们可以在网络介质上传输更长的距离。介质上传输更长的距离。n缺点：不能对网络流量进行过滤缺点：不能对网络流量进行过滤n使用中继器时注意：使用中继器时注意：n用中继器连接的以太网不能形成环用中继器连接的以太网不能形成环n必须遵守必须遵守MACMAC协议定时特性，不能用中继器将电协议定时特性，不能用中继器将电
11、缆无限连接起来（四中继器原则）缆无限连接起来（四中继器原则）2022-12-1617四中继器原则四中继器原则n在网络上的任何两台计算机之间不能安在网络上的任何两台计算机之间不能安装超过装超过4 4台的中继器或者放大式集线器。台的中继器或者放大式集线器。n该规则能保证当冲突发生时，冲突域中该规则能保证当冲突发生时，冲突域中的每个节点都能知道已经发生了冲突。的每个节点都能知道已经发生了冲突。n5-4-3-2-15-4-3-2-1n网络的网络的5 5个部分，个部分，4 4台集线器或中继器，网台集线器或中继器，网络的络的3 3个部分可以连接主机，两个部分是个部分可以连接主机，两个部分是链路部分，链路部
12、分，1 1个大的冲突域（如图所示）个大的冲突域（如图所示）2022-12-16182022-12-1619集线器集线器n集线器是物理层网络设备，也称多端口集线器是物理层网络设备，也称多端口中继器中继器n对信号进行再生并且把它放大到所有的对信号进行再生并且把它放大到所有的端口端口n常见的有常见的有8 8，1212，1616，2424口口2022-12-16202022-12-1621三种结构：三种结构：独立式（独立式（Stand alone）：）：固定端口配置，扩充时用级连的方法固定端口配置，扩充时用级连的方法堆叠式（堆叠式（Stackable）：）：固定配置，用堆叠方法进行扩充固定配置，用堆叠
13、方法进行扩充堆堆叠连接在一起的叠连接在一起的HUB在逻辑相当于一台在逻辑相当于一台单独的单独的HUB，可统一管理，可统一管理模块化（模块化（Module）：）：又称机箱式，由一台带有底板、电源的又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不同组成。可灵活按需配置，通过插入不同的插卡满足需求（如插入交换卡、路由的插卡满足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）卡、加密卡等）2022-12-1622以以1台服务器，台服务器，3台台PC机为例：机为例：一台一台HUB 4块块UTP接口的网卡接口的网卡 4台台PC机机
14、 8个个RJ45接头（水晶头）接头（水晶头）若干米若干米UTP双绞线双绞线 2022-12-1623共享介质环境中的冲突和冲突域共享介质环境中的冲突和冲突域共享介质共享介质(多路访问多路访问)扩展介质扩展介质点到点点到点2022-12-1624冲突和冲突域冲突和冲突域n在同一个网络上，当两个比特同时在进行传在同一个网络上，当两个比特同时在进行传输时，就可能会发生冲突。输时，就可能会发生冲突。n一个网络上若有过多的网络流量则会导致严一个网络上若有过多的网络流量则会导致严重的问题重的问题n在网络内部，数据分组产生和发生冲突的这在网络内部，数据分组产生和发生冲突的这样一个区域被称为冲突域样一个区域被
15、称为冲突域n所有共享介质环境都是冲突域，一条线路可所有共享介质环境都是冲突域，一条线路可通过接插电缆、收发器、中继器和集线器与通过接插电缆、收发器、中继器和集线器与另一条线路进行连接，所有这些第另一条线路进行连接，所有这些第1 1层互连设层互连设备都是冲突域的一部分备都是冲突域的一部分n当冲突发生的时候，卷入到冲突的数据分组当冲突发生的时候，卷入到冲突的数据分组会受到逐位的破坏会受到逐位的破坏2022-12-1625 工作站越多意味着冲突越多工作站越多意味着冲突越多2022-12-1626中继器、集线器和冲突域中继器、集线器和冲突域n中继器会对比特进行再生和重定时，但是中中继器会对比特进行再生
16、和重定时，但是中继器不能对通过它们的业务流量进行过滤。继器不能对通过它们的业务流量进行过滤。中继器会把一个端口收到的信号转发到所有中继器会把一个端口收到的信号转发到所有的端口的端口n使用中继器会扩展冲突域的范围，在中继器使用中继器会扩展冲突域的范围，在中继器两端的网络是一个大的冲突域两端的网络是一个大的冲突域n集线器也称多端口中继器，进入集线器一个集线器也称多端口中继器，进入集线器一个端口的任何信号都会再生、重定时而且被发端口的任何信号都会再生、重定时而且被发送到其余的所有端口送到其余的所有端口n中继器和集线器都是第中继器和集线器都是第1 1层的设备，因此它们层的设备，因此它们不会对网络流量进
17、行过滤。不会对网络流量进行过滤。n如图所示如图所示2022-12-1627冲突域：由一台集线器和中继器所扩展冲突域：由一台集线器和中继器所扩展2022-12-1628第第2层设备层设备n网桥网桥n交换机交换机2022-12-1629网桥网桥n定义：网桥（定义：网桥（bridge）是工作在）是工作在数据链路层数据链路层的的一种网络互连设备，它在互连的类型相同但协一种网络互连设备，它在互连的类型相同但协议不同的议不同的LAN之间实现帧的之间实现帧的存储存储和和转发转发。n为什么使用网桥？为什么使用网桥？n学校和企业的各个部门分别拥有自己独立管理的学校和企业的各个部门分别拥有自己独立管理的LAN，为
18、了，为了进行交互，需要使用网桥来实现互连；进行交互，需要使用网桥来实现互连；n一个企业分布在相隔很远的不同建筑物内，在每个建筑物内一个企业分布在相隔很远的不同建筑物内，在每个建筑物内组建单独的组建单独的LAN，并使用网桥将这些，并使用网桥将这些LAN连接起来，是比较连接起来，是比较经济的方案；经济的方案；n将一个负载很重的大将一个负载很重的大LAN分隔成使用网桥互连的几个分隔成使用网桥互连的几个LAN以以减轻负担；减轻负担；nLAN上的两台机器其距离超过上的两台机器其距离超过2500米，必须使用网桥将这个米，必须使用网桥将这个 LAN 分隔以保证网络的正常工作；分隔以保证网络的正常工作；n网桥
19、可以隔离负载，防止出故障的站点损害全网；网桥可以隔离负载，防止出故障的站点损害全网；n网桥可以有助于安全保密。网桥可以有助于安全保密。2022-12-1630图12022-12-1631用网桥实现多个网段互连用网桥实现多个网段互连2022-12-1632连接连接 802.X和和 802.Y的网桥的网桥n互连时需要解决的相同问题互连时需要解决的相同问题n不同不同LAN帧格式的转换；帧格式的转换；n不同的不同的LAN速率不同，网桥要有缓存能力；速率不同，网桥要有缓存能力；n高层协议的计时器设置；高层协议的计时器设置；n不同的不同的LAN支持的最大帧长度不同。解决办法：丢支持的最大帧长度不同。解决办
20、法：丢弃无法转发的帧。弃无法转发的帧。2022-12-1633应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层IP包802.3PKT 802.5PKT802.3PKT 802.5PKT802.3介质802.5介质链路层物理层LLCMACPHY图22022-12-1634两种类型的网桥两种类型的网桥透明网桥（透明网桥（Transparency Bridge）源选径网桥（源选径网桥（Source Routing Bridge）2022-12-1635透明网桥透明网桥/生成树网桥生成树网桥工作原理：工作原理：n网桥工作在混杂（网桥工作在混杂（promiscuous
21、）方式，接收所有的帧；）方式，接收所有的帧；n网桥接收到一帧后，通过查询地址网桥接收到一帧后，通过查询地址/端口对应表来确定是丢弃端口对应表来确定是丢弃还是转发；还是转发；n网桥刚启动时，地址网桥刚启动时，地址/端口对应表为空，采用洪泛（端口对应表为空，采用洪泛（flooding）方法转发帧；方法转发帧；n在转发过程中采用在转发过程中采用逆向学习逆向学习（backward learning）算法收集）算法收集MAC地址。网桥通过分析帧的源地址。网桥通过分析帧的源MAC地址得到地址得到MAC地址与地址与端口的对应关系，并写入地址端口的对应关系，并写入地址/端口对应表；端口对应表；n网桥软件对地址
22、网桥软件对地址/端口对应表进行不断的更新，并定时检查，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删除在一段时间内没有更新的地址/端口项；端口项；n帧的路由过程帧的路由过程n目的目的LAN与源与源LAN相同，则丢弃帧；相同，则丢弃帧；n目的目的LAN与源与源LAN不同，则转发帧；不同，则转发帧；n目的目的LAN未知，则洪泛帧。未知，则洪泛帧。2022-12-1636图32022-12-1637n多个网桥（并行网桥）可能产生回路多个网桥（并行网桥）可能产生回路如图所示如图所示n解决多个网桥产生回路的问题解决多个网桥产生回路的问题n思想思想n让网桥之间互相通信，用一棵连接每
23、个让网桥之间互相通信，用一棵连接每个LAN的的生成树生成树（Spanning Tree）覆盖实际的拓扑结构。）覆盖实际的拓扑结构。n如图所示如图所示2022-12-1638图42022-12-1639图52022-12-1640n构造生成树构造生成树n每个桥广播自己的桥编号，号最小的桥称为生每个桥广播自己的桥编号，号最小的桥称为生成树的根；成树的根；n每个网桥计算自己到根的最短路径，构造出生每个网桥计算自己到根的最短路径，构造出生成树，使得每个成树，使得每个LAN和桥到根的路径最短；和桥到根的路径最短；n当某个当某个LAN或网桥发生故障时，要重新计算生或网桥发生故障时，要重新计算生成树；成树；
24、n生成树构造完后，算法继续执行以便自动发现生成树构造完后，算法继续执行以便自动发现拓扑结构变化，更新生成树。拓扑结构变化，更新生成树。2022-12-1641源选径网桥源选径网桥CSMA/CD和和Token Bus选择了透明网桥，选择了透明网桥，Token Ring选择了源路由网桥选择了源路由网桥特点特点：由源站负责路由选择，路由信息放在：由源站负责路由选择，路由信息放在发送发送的的帧帧的的首首部（即把要经过的路径放在帧中，帧部（即把要经过的路径放在帧中，帧按该路径传送）按该路径传送）选路方法选路方法：源站向目的站发送：源站向目的站发送探测帧探测帧，该帧在扩展的，该帧在扩展的LANLAN中沿所
25、有可能路由传送；每个探测帧都记录下它所经中沿所有可能路由传送；每个探测帧都记录下它所经过的路由；这些探测帧在到达目的站后，再沿各自的过的路由；这些探测帧在到达目的站后，再沿各自的路由返回源站；由源站选择其中的最佳路由，作为发路由返回源站；由源站选择其中的最佳路由，作为发送帧中的路由信息送帧中的路由信息。2022-12-1642源选径源选径网桥的优缺点网桥的优缺点优点优点：网桥功能：网桥功能可以很可以很简单；可以用最佳简单；可以用最佳路由传送路由传送。缺点缺点：源站计算路由费时；主机负担重：源站计算路由费时；主机负担重。2022-12-1643透明网桥透明网桥源选源选径径网桥网桥服务类型服务类型
26、无连接无连接面向连接面向连接对源站的透明性对源站的透明性完全透明完全透明不透明不透明配置、管理配置、管理自动配置，容易管理自动配置，容易管理人工方法人工方法选择的路由选择的路由次佳次佳 最佳最佳目的地确定方法目的地确定方法逆向学习逆向学习 探测帧探测帧故障处理及拓扑变化故障处理及拓扑变化网桥负责网桥负责主机负责主机负责复杂性和开销复杂性和开销网桥负担网桥负担主机负担主机负担2022-12-1644网桥和中继器的比较网桥和中继器的比较n网桥可实现不同类型网桥可实现不同类型LAN的互联（如以太网的互联（如以太网和令牌环之间）；中继器只能用于以太网段和令牌环之间）；中继器只能用于以太网段间互联。间互
27、联。n利用网桥可以实现大范围局域网互联；中继利用网桥可以实现大范围局域网互联；中继器则受限从而只能在器则受限从而只能在5段以太网段且距离有限。段以太网段且距离有限。n网桥可以隔离错误帧，提高网络性能；中继网桥可以隔离错误帧，提高网络性能；中继器只单纯复制位，而不管正确与否。器只单纯复制位，而不管正确与否。n网桥可以提高网络安全性，尤其对局域网广网桥可以提高网络安全性，尤其对局域网广播方式，可用于将不同网段隔离。播方式，可用于将不同网段隔离。2022-12-1645以太网交换机以太网交换机n第第2层设备层设备n也称多端口网桥也称多端口网桥n网络分段、流量过滤网络分段、流量过滤2022-12-16
28、46以太局域网的分段以太局域网的分段 共享信道共享信道LAN的缺点：的缺点：多个站点同时发送会造成冲突；多个站点同时发送会造成冲突；网络中站点越多，冲突现象越严重；网络中站点越多，冲突现象越严重；每个站点的平均拥有带宽为每个站点的平均拥有带宽为W/n；解决的方法：解决的方法：n网段分割，在各段之间分离流量网段分割，在各段之间分离流量n通过创建更小的冲突域，使每个用户可以获取更通过创建更小的冲突域，使每个用户可以获取更多的带宽多的带宽2022-12-1647网络分段网络分段 HUB HUBMAC广播域广播域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域网桥或网络交换机网桥或网络交换机交换机只能
29、分隔冲突域，但不能分隔广播域交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域2022-12-1648能够用来为局域网分段的设备能够用来为局域网分段的设备 网桥网桥 交换机交换机 路由器路由器2022-12-1649辨别冲突域辨别冲突域集线器集线器网桥网桥交换机交换机路由器路由器冲突域冲突域:1 4 4 4 2022-12-1650交换技术交换技术n交换机的三种功能交换机的三种功能n生成树协议生成树协议n几种交换方法几种交换方法2022-12-1651交换机的三种功能交换机的三种功能n地址学习地址学习n转发转发/过滤过滤n避免环路避免环路2022-12-1652地址学习地址学习 初始初始 MAC 地址表是
30、空的地址表是空的MAC 地址表地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD2022-12-1653地址学习地址学习 A站发送一帧到站发送一帧到C站站 交换机通过学习数据帧中的源地址缓存交换机通过学习数据帧中的源地址缓存A站站MAC地址对应端口地址对应端口E0表项表项 A站发送到站发送到C站的帧被洪泛输出到除站的帧被洪泛输出到除E0以外的所有其它端口以外的所有其它端口MAC 地址表地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E
31、0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBA2022-12-1654地址学习地址学习 D站发送一帧到站发送一帧到C站站 交换机通过学习数据帧的源地址缓存交换机通过学习数据帧的源地址缓存D站站MAC地址对应端口地址对应端口E3表项表项 D站发送到站发送到C站的帧被洪泛输出到除端口站的帧被洪泛输出到除端口E3以外的所有其它端口以外的所有其它端口MAC 地址表地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E3:0260.8c01.4444E0E1E2E3DCAB2022-12-165
32、5过滤过滤nA站站发送一帧到发送一帧到C站站n目的已知，帧不被洪泛，直接输出到端口目的已知，帧不被洪泛，直接输出到端口E2E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCABMAC address table2022-12-1656交换机转发信息的方式交换机转发信息的方式nCut-through（直通方式）直通方式）n交换机检查目的地址并立即开交换机检查目的地址并立即开始转
33、发帧始转发帧FrameFramenStore and forward（存储转发方式）存储转发方式）n帧被完全接收，转发之前要对帧被完全接收，转发之前要对帧进行校验帧进行校验FrameFrameFramenFragment free（无碎片直通方式）无碎片直通方式）(modified cut-through)n交换机检查开始的交换机检查开始的64个字节然后立即开始转发帧个字节然后立即开始转发帧哪种方式速度最快？哪种方式速度最快？比较三种方式的优缺点比较三种方式的优缺点2022-12-1657以太网交换机帧转发方式以太网交换机帧转发方式n直接交换方式直接交换方式在此方式中，交换机只要接受并检测在此
34、方式中，交换机只要接受并检测到目的地址字段，立即将该帧转发出去，到目的地址字段，立即将该帧转发出去，而不管这一帧数据是否出错，帧出错检而不管这一帧数据是否出错，帧出错检测任务由节点主机完成。这种交换方式测任务由节点主机完成。这种交换方式的优点是交换延迟时间短；缺点是缺乏的优点是交换延迟时间短；缺点是缺乏差错检测能力，不支持不同输入输出速差错检测能力，不支持不同输入输出速率的端口之间的帧转发。率的端口之间的帧转发。2022-12-1658以太网交换机帧转发方式以太网交换机帧转发方式n存储转发交换方式存储转发交换方式在此方式中，交换机首先完整地接受在此方式中，交换机首先完整地接受发送帧，并先进行差
35、错检测。如果接受发送帧，并先进行差错检测。如果接受帧是正确的，则根据帧目的地址确定输帧是正确的，则根据帧目的地址确定输出端口号，然后再转发出去。这种交换出端口号，然后再转发出去。这种交换方式的优点是具有差错检测能力，并能方式的优点是具有差错检测能力，并能支持不同输入输出速率的端口之间的帧支持不同输入输出速率的端口之间的帧转发；缺点是交换延迟时间将会增长。转发；缺点是交换延迟时间将会增长。2022-12-1659以太网交换机帧转发方式以太网交换机帧转发方式n无碎片直通方式无碎片直通方式(改进直接交换方式改进直接交换方式)它将前两者结合起来，在此方式中，交换它将前两者结合起来，在此方式中，交换机在
36、接受到帧的前机在接受到帧的前64字节后，判断以太网帧字节后，判断以太网帧的帧头字段是否正确，如果正确则转发出去。的帧头字段是否正确，如果正确则转发出去。这种方法对于短的以太网帧来说，其交换延这种方法对于短的以太网帧来说，其交换延迟时间与直接交换方式比较接近；而对于长迟时间与直接交换方式比较接近；而对于长的以太网帧来说，由于它只对帧的地址字段的以太网帧来说，由于它只对帧的地址字段和控制字段进行了差错检测，因此交换延迟和控制字段进行了差错检测，因此交换延迟时间将会减少。时间将会减少。2022-12-1660冗余拓扑冗余拓扑n冗余拓扑可以消除单点造成的失败冗余拓扑可以消除单点造成的失败n冗余拓扑会导
37、致广播风播，多帧复制等问题冗余拓扑会导致广播风播，多帧复制等问题网段网段 1网段网段 2Server/host XRouter Y交换机交换机A交换机交换机B2022-12-1661广播风暴广播风暴网段网段 1网段网段 2服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y 广广 播播交换机交换机 A交换机交换机 B2022-12-1662多帧复制多帧复制网段网段 1网段网段 2服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y 单单 播播交换机交换机 A交换机交换机 B 主机主机 X 发送一单播帧到路由器发送一单播帧到路由器Y 路由器路由器 Y MAC地址还没有被交换机学习到地址还没有被交换机学习到 路由器路
38、由器 Y 将接收到两个相同的帧将接收到两个相同的帧 单单 播播 单单 播播2022-12-1663解决办法：生成树协议解决办法：生成树协议将部分端口设为阻塞状态将部分端口设为阻塞状态阻塞阻塞x2022-12-1664生成树协议生成树协议 每个网络一个根桥（标识号最小的桥）每个网络一个根桥（标识号最小的桥）每个非根桥一个根端口每个非根桥一个根端口 每个网段一个指定端口每个网段一个指定端口x指定端口指定端口(转发转发)根端口根端口(转发转发)指定端口指定端口(转发转发)非指定端口非指定端口(阻塞阻塞)根桥根桥非根桥非根桥SW XSW Y100baseT 10baseT2022-12-1665生成树
39、协议生成树协议-根桥的选择根桥的选择交换机交换机 Y Y缺省优先权：缺省优先权：32768 32768 MAC 0c0022222222MAC 0c0022222222交换机交换机 X X缺省优先权：缺省优先权：32768 32768 MAC 0c0011111111MAC 0c0011111111 BPDUBPDU=桥协议数据单元桥协议数据单元根桥根桥=最小桥标识号最小桥标识号桥标识号桥标识号=桥优先权桥优先权+桥桥MAC地址地址上图中哪个交换机标识号最小上图中哪个交换机标识号最小?2022-12-1666生成树协议端口状态生成树协议端口状态交换机交换机 Y Y缺省优先权：缺省优先权：327
40、6832768MAC 0c0022222222MAC 0c0022222222交换机交换机 X X缺省优先权：缺省优先权：32768 32768 MAC 0c0011111111MAC 0c0011111111根桥根桥xPort 0Port 1Port 0Port 1100baseT10baseT 指定端口指定端口根端口根端口非指定端口非指定端口指定端口指定端口2022-12-1667生成树举例生成树举例:交换机交换机YMAC 0c0022222222缺省优先权缺省优先权32768交换机交换机XMAC 0c0011111111缺省优先权缺省优先权32768 Port 0Port 1Port 0
41、Port 1交换机交换机 ZMac 0c0011110000缺省优先权缺省优先权 32768Port 0 请指出根桥、指定端口、根端口和非指定端口请指出根桥、指定端口、根端口和非指定端口 哪些是转发端口，哪些是阻塞端口？哪些是转发端口，哪些是阻塞端口？100baseT100baseT2022-12-1668生成树举例生成树举例:交换机交换机YMAC 0c0022222222缺省优先权缺省优先权32768交换机交换机XMAC 0c0011111111缺省优先权缺省优先权32768 Port 0Port 1Port 0Port 1交换机交换机 ZMac 0c0011110000缺省优先权缺省优先权
42、 32768Port 0 请指出根桥、指定端口、根端口和非指定端口请指出根桥、指定端口、根端口和非指定端口 哪些是转发端口，哪些是阻塞端口？哪些是转发端口，哪些是阻塞端口？100baseT100baseT指定端口指定端口根端口根端口非指定端口非指定端口指定端口指定端口根端口根端口根桥根桥2022-12-1669主要基于软件主要基于软件每个桥一个生成树每个桥一个生成树通常每个桥最多通常每个桥最多16个端口个端口网桥网桥局域网交换机局域网交换机主要基于硬件主要基于硬件(ASIC)每个交换机多个生成树每个交换机多个生成树交换机具有更多的端口交换机具有更多的端口2022-12-1670n下图是直接交付
43、和间接交付的示意下图是直接交付和间接交付的示意图。图。路由器在网际互连中的作用路由器在网际互连中的作用2022-12-1671n路由器是一种具有多个输入端口和多个路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。下图给出了典型的路由器的构成分组。下图给出了典型的路由器的构成框图。框图。2022-12-16722022-12-1673n整个的路由器结构可划分为两大部分：整个的路由器结构可划分为两大部分：择部分和择部分和部分。部分。n路由选择部分也叫做路由选择部分也叫做，其核心，其核心构件是路由选择处理机。构件是路由选择处理机。n分组转发部
44、分由三部分组成：分组转发部分由三部分组成：、一组一组和一组和一组。下面分。下面分别讨论每一部分的组成。别讨论每一部分的组成。2022-12-1674n下图给出了在输入端口的队列中排队的下图给出了在输入端口的队列中排队的分组的示意图。分组的示意图。2022-12-1675n我们再来观察在输出端口上出现什么情我们再来观察在输出端口上出现什么情况，如图况，如图7-4所示。所示。2022-12-1676交换构件的交换方法：交换构件的交换方法：（1）通过存储器进行交换）通过存储器进行交换 最早使用的路由器就是利用普通的计算机，用最早使用的路由器就是利用普通的计算机，用CPU作为路由选择处理机。当路由器的
45、某个端口收作为路由选择处理机。当路由器的某个端口收到一个分组时，就用中断方式通知路由选择处理机。到一个分组时，就用中断方式通知路由选择处理机。然后分组就从输入端口复制到存储器中。路由选择然后分组就从输入端口复制到存储器中。路由选择处理机从分组头部提取目的地址，查找路由表，再处理机从分组头部提取目的地址，查找路由表，再将分组复制到输出端口的缓存中。将分组复制到输出端口的缓存中。2022-12-1677n 许多现代的路由器也通过存储器进行交许多现代的路由器也通过存储器进行交换，与早期的路由器的区别就是目的地换，与早期的路由器的区别就是目的地址的查找和分组在存储器中的缓存都是址的查找和分组在存储器中
46、的缓存都是在输入端口中进行的。例如，在输入端口中进行的。例如，Catalyst 8500系列交换机系列交换机2022-12-1678（2）通过总线进行交换）通过总线进行交换 数据报从输入端口通过共享的总线直接传送到合适数据报从输入端口通过共享的总线直接传送到合适的输出端口，而不需要路由选择处理机的干预。的输出端口，而不需要路由选择处理机的干预。例如，例如，Catalyst 1900系列交换机（系列交换机（1G bit/s）2022-12-1679（3）通过交叉开关交换结构进行交换）通过交叉开关交换结构进行交换 这种交换结构称为互连网络，有这种交换结构称为互连网络，有2N条总线，可条总线，可以使
47、以使N个输入端口和个输入端口和N个输出端口相连接，这取决于个输出端口相连接，这取决于相应的交叉结点是使水平总线和垂直总线接通还是相应的交叉结点是使水平总线和垂直总线接通还是断开。当输入端口收到一个分组时，就将它发送到断开。当输入端口收到一个分组时，就将它发送到与该输入端口相连的水平总线上，若通向所要转发与该输入端口相连的水平总线上，若通向所要转发的输出端口的垂直总线是空闲，就接通将分组转发的输出端口的垂直总线是空闲，就接通将分组转发到输出端口；否则就进入在输入端口排队。到输出端口；否则就进入在输入端口排队。例如，例如，Cisco 12000系列交换路由器（系列交换路由器（60G bit/s)2022-12-1680路由器和网桥的区别路由器和网桥的区别n网桥独立于高层协议，它把网桥独立于高层协议，它把n个物理网个物理网络连起来后提供给用户的仍然是一个逻络连起来后提供给用户的仍然是一个逻辑网络，用户根本不知道网桥存在。辑网络，用户根本不知道网桥存在。n路由器则利用路由器则利用IP协议将网络分成协议将网络分成n个逻个逻辑子网，每个子网有各自独立的网络地辑子网，每个子网有各自独立的网络地址，是完全独立的自治域。址，是完全独立的自治域。n路由器可处理存在多路由的情况，网桥路由器可处理存在多路由的情况，网桥几乎不能在回路中正常工作。几乎不能在回路中正常工作。
