第五章-局域网课件.ppt

1、第 5 章 局域网5.1 局域网概述5.2 传统以太网5.3 以太网的 MAC 层5.4 扩展的局域网5.5 高速以太网5.6 虚拟局域网5.7 其他种类的高速局域网5.8 无线局域网5.1 局域网概述n局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。n局域网具有如下的一些主要优点：n能方便地共享昂贵的外部设备、主机以及软件、数据。从一个站点可访问全网。n便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。n提高了系统的可靠性、可用性和残存性。局域网的拓扑 匹配电阻集线器干线耦合器总线网星形网树形网 环形网媒体共享技术n静态划分信道n频分复用n时分复用n波分复用n

2、码分复用 n动态媒体接入控制（多点接入）n随机接入n受控接入，如多点线路探询(polling)，或轮询。5.2 传统以太网5.2.1 以太网的工作原理 n1.两个标准 nDIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。nIEEE 的 802.3 标准。nDIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。n严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网 数据链路层的两个子层 n为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层

3、拆成两个子层：n逻辑链路控制 LLC(Logical Link Control)子层n媒体接入控制 MAC(Medium Access Control)子层。n与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的 局域网对 LLC 子层是透明的 局 域 网网络层物理层站点 1网络层物理层逻辑链路控制LLCLLC媒体接入控制MACMAC数据链路层站点 2以后一般不考虑 LLC 子层 n由于TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此现在 802

4、委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。n很多厂商生产的网卡上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。IEEE 802标准系列n802.1 A：网络管理和性能测量；B：概述、体系结构、网络互连；n 802.2 LLC的功能；n 802.3 CSMA/CD 总线网的MAC和物理层的规范；n 802.4 Token Bus令牌总线网的MAC和物理层的规范；n 802.5 Token Ring令牌环网的MAC和物理层的规范；n 802.6 分布队列双总线DQDB MAN城域网标准；n 802.7 宽带技术；n 802.8 光纤技术（光纤分布数据接口FDDI）

5、；n 802.9 综合业务数字网ISDN；n 802.10 局域网安全技术；n 802.11 无线局域网；IEEE 802标准之间的关系802.3CSMA/CDMAC物理层802.4令牌总线MAC物理层802.5令牌环MAC物理层802.6MANMAC物理层802.9语音数据综合ISDN802.11无线局域网802.8光纤技术802.7宽带技术802.2 逻辑链路控制LLC802.1B 综述及体系结构8 0 2.1A管理802.10 局域网安全物理层数据链路层网络层ISO/OSIIEEE 8022.网卡的作用 n网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡 NIC(Network

6、Interface Card)，或“网卡”。n网卡的重要功能：n进行串行/并行转换。n对数据进行缓存。n在计算机的操作系统安装设备驱动程序。n实现以太网协议。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n最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件。3.CSMA/CD 协议 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 发送的数据以太网的广播方式发送 n总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发

7、送的数据信号。n由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。n其他所有的计算机（A,C 和 E）都检测到不是发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧而不能够收下来。n具有广播特性的总线上实现了一对一的通信。以太网采取了两种重要的措施 n采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。n以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。n这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。以太网提供的服务 n以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。n当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不

8、做。差错的纠正由高层来决定。n如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CDnCSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。n“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。n“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。n总线上并没有什么“载波”。因此，“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。碰

9、撞检测n“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。n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）。n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。n所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。冲突造成的信号变形冲突造成的信号变形检测到碰撞后n在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。n每一个正在发送数据的站，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，然后等待一段随机时间后再次发送。电磁波在总线上的有限传播速率的

10、影响 n当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。nA 向 B 发出的信息，要经过一定的时间后才能传送到 B。nB 若在 A 发送的信息到达 B 之前发送自己的帧(因为这时 B 的载波监听检测不到 A 所发送的信息)，则必然要在某个时间和 A 发送的帧发生碰撞。n碰撞的结果是两个帧都变得无用。1 kmABt碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=t=0单程端到端传播时延记为 1 kmABt碰撞t=B 检测到信道空闲发送数据t=/2发生碰撞t=2 A 检测到发生碰撞 t=B 发送数据B 检测到发生碰撞 t=ABABAB t=0 A 检测到信道空闲发送

11、数据ABt=0t=B 检测到发生碰撞停止发送STOPt=2 A 检测到发生碰撞STOPAB单程端到端传播时延记为 重要特性n使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。n每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。n这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。4.争用期n最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。n以太网的端到端往返时延 2 称为争用期，或碰撞窗口。n经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。二进制指数

12、类型退避算法n发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。n确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。n定义重传次数 k，k 10，即 k=Min重传次数,10n从整数集合0,1,(2k 1)中随机地取出一个数，记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。n当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。争用期的长度 n以太网取 51.2 s 为争用期的长度。n对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。n以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。最短有效帧长 n如果发生冲突，就一定

13、是在发送的前 64 字节之内。n由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节。n以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。强化碰撞 n当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。数据帧干扰信号 TJ人为干扰信号 ABTBt B 发送数据A 检测到冲突开始冲突信道占用时间A 发送数据B 也能够检测到冲突，并立即停止发送数据帧，接着就发送干扰信号。这里为了简单起见，只画出 A 发送干扰信号

14、的情况。5.2.2 传统以太网的连接方法 n传统以太网可使用的传输媒体有四种：n铜缆（粗缆或细缆）n铜线（双绞线）n光缆n这样，以太网就有四种不同的物理层。10BASE5粗缆10BASE2细缆10BASE-T双绞线10BASE-F光缆以太网媒体接入控制 MAC铜缆或铜线连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MAUMDI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 粗缆以太网是最初使用的以太网，其网卡通过DB-15型连接器(15针)与收发器电缆(transceiver cable)相连，收发器电缆的正式

15、名称是AUI电缆。AUI是连接单元接口(Attachment Unit Interface)的缩写。收发器电缆的另一端连接到收发器(transceiver)。收发器电缆的长度不能超过50 m。收发器由两部分组成，一部分是含有电子元器件的媒体连接单元MAU(Medium Attachment Unit)，另一部分是没有电子元器件的插入式分接头(tap)，称为媒体相关接口MDI(Medium Dependent Interface)，它直接插入到电缆中(不用切断电缆)就能和同轴电缆的内部导线有良好的接触连接。粗缆以太网 10BASE5收发器的功能如下：（1）从计算机经收发器电缆得到数据向同轴电缆发

16、送，或反过来，从同轴电缆接收数据经收发器电缆送给计算机。（2）检测在同轴电缆上发生的数据帧的碰撞。（3）在同轴电缆和电缆接口的电子设备之间进行电气隔离。（4）当收发器或所连接的计算机出故障时，保护同轴电缆不受其影响。粗缆以太网 10BASE510Base510Base2细缆细缆n 用更便宜的直径为 5 mm 的细同轴电缆(特性阻抗仍为 50 欧)，可代替粗同轴电缆。n 将媒体连接单元 MAU 和媒体相关接口 MDI都安装在网卡上，取消了外部的 AUI电缆。n 细缆直接用标准 BNC T 型接头连接到网卡上的 BNC 连接器的插口。10BaseT10Base-Tn10BASE-T 的通信距离稍短

17、，每个站到集线器的距离不超过 100 m。n这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。n10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。具有三个端口的集线器 集线器网卡工作站网卡工作站网卡工作站双绞线RJ45RJ45接头接头布线标准 TIA/EIA568标准 UTP线对的定义Pair 1:蓝 pair 2:桔 pair 3:绿 pair 4:棕 568A 1 2 3 4 5 6 7 8绿白 绿 桔白 蓝 蓝白 桔 棕白 棕 568B 1 2 3 4 5 6 7 8桔白 桔 绿

18、白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 不同设备间的连线直通线：568A-568A 或568B-568B交叉线：568A-568B原则：同类设备间用交叉线，不同类设备间用直通线（交换机的MDI口与网卡相同）10BaseFn 使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。n 星形拓扑结构星形拓扑结构n 最常见的布线标准：最常见的布线标准：n 10BaseFL-10BaseFL-异步点到点链路，链路最长异步点到点链路，链路最长2 km2 km10M10M以太网以太网802.3802.3标准内容标准内容5.2.3 以太网的信道利用率 我们假定：n总线上共有 N 个站，每个站

19、发送帧的概率都是 p。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。n帧长为 L(bit)，数据发送速率为 C(b/s)，因而帧的发送时间为 L/C=T0(s)。以太网的信道利用率 n一个帧从开始发送，经碰撞后再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间 使得信道上无信号在传播)时为止，共需平均时间为 Tav。发 送 成 功 争用期 争用期 争用期 2T0t占用期 争用期的平均个数 NR 发送一帧所需的平均时间 Tav22以太网的信道利用率（续）令 A 为某个站发送成功的概率，则 A=P某个站发送成功=Np(1 p)N 1 (5-1)显然，某个站发送失败的概率为

20、 1 A。因此，P争用期为 j 个=P发送 j 次失败但下一次成功 =(1 A)jA (5-2)争用期的平均个数等于帧重发的次数 NR：NjAAAARjj()()/110(5-3)以太网的信道利用率（续）求出以太网的信道利用率（它又称为归一化吞吐量）为：这里参数 a 是总线的单程传播时延与帧的发送时延之比。(5-4)12(1121000AaTNTTTSRav0Ta(5-5)最大信道利用率若设法使 A 为最大，则可获得最大的信道利用率。将(5-4)式对 p 求极大值，得出当 p=1/N 时可使 A等于其极大值 Amax：当 N 时，Amax=1/e 0.368。(5-6)1max11NNA 将(

21、5-6)式中的 Amax 值代入(5-4)式，即得出信道利用率的最大值 Smax。取 A=Amax=e1 0.368 时，(5-4)式可简化为：若 a0，则信道利用率的最大值可达到 100%。信道利用率的最大值 Smax N (5-7)aS44.411maxa 1 时的信道利用情况（a=4）ABABt=T0ABABt=3T0t=4T0t=2T0ABt=5T0参数 a=4 使得信道利用率很低。n考虑到 T0 是帧长 L 与数据的发送速率 C之比，于是参数 a 可写为：n(5-9)式的分子正是时延带宽积，或以比特为单位的信道长度，而分母是以比特为单位的帧长。参数 a 和时延带宽积的联系LCCLTa

22、/0(5-9)a=0.01 时的信道利用情况参数 a=0.01 使得信道利用率很高。ABABt=t=0.5ABt=100ABt=100.55.3 以太网的 MAC 层5.3.1 MAC 层的硬件地址 n在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。n802 标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。n但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 bit 的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。MAC 层的硬件地址nEthernet地址地址 网络物理地址网络物理地址 物理网络地址物理网络地址;nEthernet地址地址=Manufacture

23、ID+NIC ID 24bit+24bitn 公司：公司：Cisco 00-00-0cn Novell 00-00-1Bn 00-00-D8n 3Com 00-20-AFn 00-60-8Cn IBM 08-00-5An典型的典型的Ethernet地址地址：00-60-8C-01-28-12 000000001010000010001100 000000010010100000010010nEthernet地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。地址具有惟一性，取决于你所使用的网卡。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 0000000

24、0 00000000 00000001最低位最先发送最高位最低位最高位最后发送机构惟一标志符 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 610101100 11011110 01001000 00000000 00000000 10000000802.5802.6802.3802.4网卡上的硬件地址 路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-022

25、0-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-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。网卡检查 MAC 地址 n网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址.n如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。n否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。n“发往本站的帧”包括以下三种帧：n单播(unicast)帧（一对一）n广播(broadcast)帧（一对全体）n多播(multicast)帧（一对多）5.3.2 两种不同的 MAC 帧格式 n常用的以太网MAC帧格式有两种标准：nDIX

26、 Ethernet V2 标准nIEEE 的 802.3 标准n最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。MAC 帧字节6624IP 层物理层目的地址源地址长度/类型FCSMAC 层10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入数 据MAC 子层IP 层LLC 子层802.2LLC 帧当长度/类型字段表示长度时 802.3MAC 帧以太网 V2 MAC 帧这种 802.3+802.2 帧已经较少使用目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 150043 1497111DSAP SSAP111 控制 数 据字节DSA

27、PSSAP控制IP 数据报IP 数据报MAC 帧物理层MAC 层IP 层以太网 V2 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 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 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 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 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 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

28、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 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 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 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 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 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

29、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 MAC 帧目的地址源地址类型数 据FCS6624字节46 1500IP 数据报以太网 V2 的 MAC 帧格式10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入在帧的前面插入的 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 帧。为了达到比特

30、同步，在传输媒体上实际传送的要比 MAC 帧还多 8 个字节n数据字段的长度与长度字段的值不一致；n帧的长度不是整数个字节；n用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错；n数据字段的长度不在 46 1500 字节之间。n有效的 MAC 帧长度为 64 1518 字节之间。n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。无效的 MAC 帧 n帧间最小间隔为 9.6 s，相当于 96 bit 的发送时间。n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。n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。帧间最小间隔 n用多个集线器

31、可连成更大的局域网 5.4 扩展的局域网5.4.1 在物理层扩展局域网 集线器集线器一系二系集线器三系三个独立的碰撞域n用多个集线器可连成更大的局域网 5.4.1 在物理层扩展局域网 一系二系三系集线器集线器集线器集线器主干集线器n优点n使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。n扩大了局域网覆盖的地理范围。n缺点n碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。n如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。用集线器扩展局域网 n在数据链路层扩展局域网是使用网桥。n网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。n网桥具有过滤帧的功能。当网

32、桥收到一个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口 5.4.2 在数据链路层扩展局域网 使用网桥或交换机扩展网络HUBHUB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v交换机只能分隔冲突域，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HUB冲突域冲突域/广播域广播域网段网段2网段网段1总带宽总带宽:BW*2结点带宽结点带宽:BW/4总带宽总带宽:BW结点带宽结点带宽:BW/81.网桥的内部结构 站表端口管理 软件网桥协议 实体端口 1端口 2缓存网段 B网段 A111222

33、站地址 端口网桥网桥n过滤通信量。n扩大了物理范围。n提高了可靠性。n可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网。使用网桥带来的好处 n存储转发增加了时延。n在MAC 子层并没有流量控制功能。n具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大。n网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。使用网桥带来的缺点 用户层IPMAC站 1用户层IPMAC站 2物理层网桥 1网桥 2AB用户数据IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T 物理层DLRM

34、AC物理层物理层DLRMAC物理层物理层LANLAN两个网桥之间还可使用一段点到点链路 n集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。n网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。n若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。n在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。n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。网桥和集线器(或转发器)不同 n目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge)。n“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。n透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE 802.1

35、D。2.透明网桥(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 地址加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口号，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)。

36、网桥处理收到帧和建立转发表的算法从端口x收到帧有无差错？无在转发表中查找目的MAC找到对应端口d？从端口d发送该帧d=x？是丢弃该帧向除x以外的端口转发该帧源站在转发表？否在网桥转发表中登记源站端口设置计时器更新计时器等待新帧丢弃该帧否有否是网桥处理收到帧和建立转发表的算法n站地址：登记收到的帧的源 MAC 地址。n端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。n时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。n转发表中的 MAC 地址是根据源 MAC 地址写入的，但在进行转发时是将此 MAC 地址当作目的地址。n如果网桥现在能够从端口 x 收到从源地址 A 发来的帧，那么以后就可以从端口 x 将帧转发到目的地址

37、 A。网桥在转发表中登记以下三个信息 n这是为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子。透明网桥使用了支撑树算法 局域网 2局域网 1网桥 2网桥 1 AFF2F1不停地兜圈子A 发出的帧网桥 1 转发的帧网桥 2 转发的帧网络资源白白消耗了n每隔几秒钟每一个网桥要广播其标识号(由生产网桥的厂家设定的一个惟一的序号)和它所知道的其他所有在网上的网桥。n支撑树算法选择一个网桥作为支撑树的根(例如，选择一个最小序号的网桥)，然后以最短路径为依据，找到树上的每一个结点。n当互连局域网的数目非常大时，支撑树的算法很花费时间。这时可将大的互连网划分为多个较小的互连网，然后得出多个支撑树。支撑树的得出n透明

38、网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。n源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。n源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。n发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。3.源路由网桥n1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。n交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。n以太网交换机通常都有十几

39、个端口。因此，以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。4.多端口网桥以太网交换机 交换机的外观交换机的端口n主要指RJ-45接口.其种类通常有10Base-T,10Base-F,100Base-T4,100Base-FX,100Base-T 1000Base-FX等.nRS-232端口:nMDI-II上行端口:n扩展模块插槽:交换机的内部组成nCPU:可以实现高速的数据处理和传输.nRAM/DRAM:主存储器,存储运行配置.nNVRAM(非易失性RAM):存储备份配置文件等.nFlashROM(快闪存储器):存储系统软件映像、启动配置文件等，是可擦写、可编程的。nR

40、OM：存储开机诊断程序、引导程序和操作系统软件。n接口电路：交换机各端口的内部电路。交换机的简单分类（一）按交换机的配置可否改变，可分为：n模块式：模块可以插拔。这种交换机配制灵活，模块可按需购买。一般说来，模块式交换机的档次较高。n固定配置式：接口固定，硬件不可升级。交换机的简单分类（二）按交换机工作在OSI参考模型的层次，可分为第二层、第三层与第四层交换机。n二层交换机：每个端口拥有自己的冲突域。如果具有VLAN功能，每个VLAN是一个广播域。n三层交换机：根据目的IP转发数据报，与路由器相似，必须创建和维护路由表。n四层交换机：可以解释TCP和UDP信息，允许设备为不同的应用（使用端口号

41、区分）分配优先级。局域网交换机的工作原理地址表165432MAC帧DA=结点B转发机构缓冲器端口地址映射表端口MAC地址1结点A:00-01-0C-12-D1-28234结点B:06-21-0A-12-61-205结点C:30-61-2C-61-02-166结点D:01-31-00-0C-12-D1DAMAC帧DA=结点CDA结点A:00-01-0C-12-D1-28结点B结点C结点D:01-31-00-0C-12-D1局域网交换机局域网交换机结点E交换机的工作方式1、直通方式(cut-throught)2、存储-转发方式(store-forward)3、自适应（直通/存储转发）交换机的工作方

42、式1、直通方式(cut-throught)n工作原理：交换器端口接收到数据帧的前14个字节后，得到数据帧的目的地址，就立即将数据帧发往目的地端口，“边收边发”。n优点：延迟小（仅有14个字节的延迟）；交换速度快。n缺点：无法检测到冲突帧和出错帧。交换机的工作方式2、存储-转发方式(store-forward)n工作原理：交换器端口等数据帧全部接收到后，检查出错帧，如无错才送往目的端口。n 优点：可以检查出冲突帧和出错帧，使转发的帧均为有效帧，支持不同速率的端口之间的帧转发。n 缺点：延迟较大（整个数据帧长度的延迟时间，加上检查出错帧的时间），交换速度较慢。交换机的工作方式3、自适应（直通/存储

43、转发）n工作原理：交换机根据网络的状况自动更换数据交换方式。当网络性能好时，单位时间内出错的帧的概率小于某个阀值，采用“直通”的交换方式；当网络性能差时，单位时间内出错的帧的概率大于某个阀值，采用“存储转发”的交换方式；n特点：可以提高交换机的数据交换速率。n以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。n交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。n以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。以太网交换机的特点n并发连接；并发连接；n S=N10Mb/s交换式局域网基于硬件交换技术共享式局域网与交换式

44、局域网的比较共享式局域网与交换式局域网的比较n对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。n使用以太网交换机时，虽然在每个端口到主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对端口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。独占传输媒体的带宽 用以太网交换机扩展局域网 集线器集线器集线器一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件 服务器以太网交换机路由器5.5

45、 高速以太网推动局域网技术发展的因素推动局域网技术发展的因素n个人计算机的广泛应用；个人计算机的广泛应用；在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百在过去二十年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；万倍，而网络数据传输速率只提高了上千倍；从理论上讲，一台微通道或从理论上讲，一台微通道或EISAEISA总线的微型机总线的微型机能产生大约能产生大约250Mb/s250Mb/s的流量；的流量；n基于基于WebWeb的的Internet/IntranetInternet/Intranet应用也要求更高的应用也要求更高的带宽；带宽；n在数据仓库、桌面电视会议、在数据仓库、桌面

46、电视会议、3D3D图形与高清晰度图形与高清晰度图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。图像这类应用中，人们需要有更高带宽的局域网。传统共享式局域网的缺点n传统的局域网技术是建立在传统的局域网技术是建立在“共享介质共享介质”的基础的基础上，典型的介质访问控制方法是上，典型的介质访问控制方法是CSMA/CDCSMA/CD、Token Token RingRing、Token BusToken Bus；n介质访问控制方法用来保证每个结点都能够介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公公平平”地使用公共传输介质；地使用公共传输介质；n每个结点平均能分配到的带宽随着结点数的不断每个结点平均能分配到的

47、带宽随着结点数的不断增加而急剧减少；增加而急剧减少；n网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，生，网络效率将会下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。网络服务质量将会下降。高速局域网的研究方法n第一种方案：提高第一种方案：提高Ethernet的数据传输速率：的数据传输速率：10Mb/s100Mb/s10Gb/s；n第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥第二种方案：将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，导致了局域网互连技术的发或路由器互连的子网，导致了局域网互连技术的发展；展；n

48、第三种方案：将第三种方案：将“共享介质方式共享介质方式”改为改为“交换方交换方式式”，导致了，导致了“交换式局域网交换式局域网”技术的发展。技术的发展。5.5.1 100BASE-T 以太网n速率达到或超过 100 Mb/s 的以太网称为高速以太网。n在双绞线上传送 100 Mb/s 基带信号的星型拓扑以太网，仍使用 IEEE 802.3 的CSMA/CD 协议。100BASE-T 以太网又称为快速以太网(Fast Ethernet)。三种不同的物理层标准 n100BASE-TXn使用 2 对 UTP 5 类线或屏蔽双绞线 STP，全双工。n100BASE-FX n使用 2 根光纤，全双工。n

49、100BASE-T4n使用 4 对 UTP 3 类线或 5 类线。100BASE-T 以太网的特点nFast Ethernet的传输速率比普通Ethernet快10倍，数据传输速率达到了100Mb/s；每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns；nFast Ethernet保留着传统的帧格式、介质访问控制方法与组网方法；n在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，不使用 CSMA/CD 协议。nMAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定的。n帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的 0.96 s。n1995年9月，IEEE 802委员会正式批准了Fast Ethernet标准IEEE 80

50、2.3u。5.5.2 千兆以太网n千兆位以太网产生的背景；n千兆位以太网同样保留着传统的100Base-T的所有特征。nGigabit Ethernet标准的工作是从1995年开始的，1995年11月 IEEE 802.3委员会成立了高速网研究组；1996年8月成立了802.3z工作组，主要研究使用光纤与短距离屏蔽双绞线的Gigabit Ethernet物理层标准；1997年初成立了802.3ab工作组，主要研究使用长距离光纤与非屏蔽双绞线的Gigabit Ethernet物理层标准。5.5.2 千兆以太网n允许在 1 Gb/s 下全双工和半双工两种方式工作。n使用 802.3 协议规定的帧格