【正文】 討論如何改進共享介質(zhì)的多址接入技術(shù)，以減少由于碰撞帶來的容量浪費。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 另一個實現(xiàn)時的主要問題是，進行第四層交換需要交換機有區(qū)分和存儲大量轉(zhuǎn)發(fā)表項的能力。 (3) 根據(jù)應(yīng)用類型提供不同服務(wù)級別的能力。也就是說，在所有主機 TCP/IP協(xié)議棧實現(xiàn)中，這些端口的用途是相同的。通常第二層和第三層提供的主要是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)和主機的信息，而不提供關(guān)于應(yīng)用類型和屬性的信息，這些是在第四層來提供的。但是 NetFlow不建立端到端的路徑，分組的交換只有局部意義。 (2) 路由器收到該請求，如果允許建立捷徑，則按傳統(tǒng)方式路由該請求分組，如果不允許，發(fā)端系統(tǒng) A將收不到 NHRP響應(yīng)，后續(xù)分組將按逐跳路由方式轉(zhuǎn)發(fā)。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) (2) 以網(wǎng)絡(luò)為中心的方法。它們主要的差別在于交換機的伸縮性和所使用的路由表查找算法。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 2) 比較 這里我們將兩種方式做一簡單比較： (1) 逐包式技術(shù)互操作性更好，它可以與傳統(tǒng)路由器和第二層交換機很好地協(xié)調(diào)工作；而流交換技術(shù)由于使用了專用的技術(shù)，很難與原有的路由器和交換機協(xié)議兼容。該方法的優(yōu)點是沒有采用新的協(xié)議和專有技術(shù)，可以和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完全兼容。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 4．實現(xiàn)技術(shù)的分類 1) 分類 第三層交換技術(shù)在設(shè)計時可通過以下方法解決路由器的瓶頸問題： (1) 用硬件 ASIC來增強路由器的處理能力，主要是將最耗時的分組轉(zhuǎn)發(fā)功能用硬件處理。而第三層交換則可以直接理解第二層的控制信息，處理分組時，不需要進行 “逐層拆打 ”。目前市場上高檔路由器的最大處理能力約為每秒 25萬個包，而相應(yīng)交換機的最大處理能力則在每秒 1000萬個包以上，二者相差 40倍。路由器的隔離作用使得每一個 IP子網(wǎng)可以作為一個獨立的自治系統(tǒng)，自治系統(tǒng)內(nèi)部可以實施自己的管理策略、路由策略等，與其它外部網(wǎng)絡(luò)互不影響，這一特點使得 Inter的管理變得簡單，也符合計算機網(wǎng)絡(luò)開放的精神。但局域網(wǎng)中的第三層交換技術(shù)是指將第二層交換和第三層路由功能結(jié)合在一起的一種新技術(shù)，它既可以提供第二層交換的快速性，又可以提供第三層路由的靈活性，實際上是一種多層交換技術(shù)。(4) 支持的端口類型。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 6．主要缺點 第二層交換的主要的缺點是：通過交換機互連的網(wǎng)絡(luò)是一個平面網(wǎng)絡(luò)，實際上，所有網(wǎng)段屬于同一個廣播域。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù)圖 閉合環(huán)路問題第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) (3) 隨后交換機 2也成功地向 LAN2轉(zhuǎn)發(fā)該分組，此時 B和交換機 1又將收到該分組，其中交換機 1也會更新轉(zhuǎn)發(fā)表中 A的位置到 LAN2， 我們看到 B重復(fù)收到了兩次該分組，但更糟的問題還在后面。然而，在實際的網(wǎng)絡(luò)中，為保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，需要網(wǎng)絡(luò)拓撲中配置一定的冗余路由，這樣兩個網(wǎng)段之間就可能存在多條可選路由，這就意味著網(wǎng)絡(luò)中存在閉合環(huán)路。 (5) 節(jié)點 C收到分組后，向節(jié)點 A發(fā)送分組進行響應(yīng)。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 4．工作原理 目前大多數(shù)局域網(wǎng)交換機都支持 IEEE 802委員會提出的透明網(wǎng)橋技術(shù) (transparent bridging), 其主要特點是：無需網(wǎng)絡(luò)管理員人工干預(yù)，交換機可以通過生成樹計算、地址學習等機制獲知網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點的地址信息，創(chuàng)建轉(zhuǎn)發(fā)所需的端口 —MAC 地址表。而當錯誤率回落到一個下限值時，交換機又切換回直通方式。 (3) 若正確，則以分組中的目的地址為關(guān)鍵字查找端口 —MAC地址表。因為交換機僅讀取分組中代表目的地址的 6個字節(jié)，就決定向哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)，而不等待收完整個分組后再轉(zhuǎn)發(fā)，所以交換機對錯誤分組不進行過濾。 1) 直通方式 (cutthrough) 采用直通方式的交換機利用目的 MAC地址出現(xiàn)在分組開頭的特點，一旦識別出目標地址，就立即將進來的分組轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的端口。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) (2) 總線結(jié)構(gòu)。 (4) 采用局域網(wǎng)交換機改造原有共享式局域網(wǎng)，原有的軟硬件無需改變。 (3) 網(wǎng)橋通常只支持相同類型局域網(wǎng)的互連，而交換機可以支持異構(gòu)局域網(wǎng)之間的互連。 它們之間在接口的類型和數(shù)目、端口的類型和數(shù)目、內(nèi)部緩沖區(qū)的大小及交換矩陣的復(fù)雜度上都有不同，因而體現(xiàn)在成本、性能上就有很大差異。 交換機為執(zhí)行路由選擇，需要讀取輸入端口中分組的目的地址，然后根據(jù)路由表進行分組的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)。傳統(tǒng)共享介質(zhì)型 LAN顯然不能滿足這種不斷增長的需求，交換技術(shù)的引入則可以很好地解決帶寬不足的問題。它能夠處理不同網(wǎng)絡(luò)之間的差異，例如編址方式、幀的最大長度、接口等方面的差異，其功能遠比網(wǎng)橋復(fù)雜。 (3) 廣播域：當局域網(wǎng)上任意一個站點發(fā)送廣播幀時，凡能收到廣播幀的區(qū)域稱為廣播域，這一區(qū)域中的所有站點稱為處在同一個廣播域。在局域網(wǎng)交換機到交換機的互連中使用千兆 Ether接口，例如長距離使用光纖，短距離則使用銅線，以解決由于 100兆 Ether普及后，對骨干網(wǎng)帶寬的壓力。在定義新的介質(zhì)和傳輸規(guī)范時，千兆 Ether保留了 CSMA/CD協(xié)議和 MAC幀格式，幀間隔則提升到 μs。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù)圖 MAC地址的結(jié)構(gòu)和 (a) MAC地址的具體結(jié)構(gòu)； (b) 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 3． Ether物理層介質(zhì) 對于具體可選用的物理層的實現(xiàn)方案， IEEE 一個簡明的表示法： 以 Mb/s為單位的傳輸速率 信號調(diào)制方式 以百米為單位的網(wǎng)段的最大長度 例如 10BASE2中的 10代表傳輸速率是 10 Mb/s， BASE代表采用基帶信號方式， 2代表一個網(wǎng)段的長度是 200米。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) (3) 目的地址：指明該幀的接收者，標準允許 2字節(jié)和 6字節(jié)兩種長度的地址形式，但 10 M基帶以太網(wǎng)只使用 6字節(jié)地址。 (4) 發(fā)送完干擾信號，等待一段隨機的時間后，再重新傳輸(從第一步開始 )。 根據(jù)物理層介質(zhì)的不同， Ether可分為 10BASE2(基帶細同軸 )、 10BASE5(基帶粗同軸 )、 10BASET(基帶雙絞線 )、10BASEFL(基帶光纖 )幾種類型。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù)圖 IEEE 802的參考模型與 OSI模型的比較第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) MAC子層負責共享介質(zhì)的訪問控制，它與具體的物理介質(zhì)有關(guān)，其主要功能包括： (1) 發(fā)端傳輸時將上層來的數(shù)據(jù)封裝成幀后進行發(fā)送 (接收時執(zhí)行相反的動作 )。引入獨立的 MAC子層的原因是，傳統(tǒng)的第二層協(xié)議中沒有定義共享介質(zhì)的訪問控制邏輯，而且獨立的 MAC子層也允許同一個 LLC可以靈活地選擇接入不同的物理網(wǎng)絡(luò)。不同的局域網(wǎng)標準之間的差別主要在物理層和 MAC子層，而在 LLC子層則是兼容的。 (2) 差錯檢測。在 MAC子層，共享介質(zhì)的訪問控制采用 CSMA/CD協(xié)議 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 實現(xiàn)沖突檢測的方法很多，最簡單的一種是比較接收到的信號的電壓的大小。目的地址的最高位標識地址的性質(zhì)， “0”代表這是一個單播地址，“1”則代表這是一個群地址，群地址用于實現(xiàn)多播通信(multicast)。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù)表 IEEE 10 Mb/s物理層的介質(zhì)選項第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 4．百兆 Ether 100兆 Ether指 100BASET或快速 Ether， IEEE 員會于 1995制定了快速 Ether標準 ， 新標準作為對 的補充和擴充，保持了和原有標準的兼容性。 目前千兆 Ether標準包含的主要物理層介質(zhì)選項如下： (1) 1000BASELX： 使用 μm或 50 μm多模光纖，最長網(wǎng)段距離為 550 m； 采用 10 μm單模光纖，最長網(wǎng)段距離為 5 km。在局域網(wǎng)中的另外一個應(yīng)用是交換機至信息服務(wù)器的連接，以解決信息訪問瓶頸。 共享介質(zhì)局域網(wǎng)最大的缺點是：當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大，用戶數(shù)目增多時，數(shù)據(jù)傳輸時延會急劇上升。通過路由器互連的局域網(wǎng)被分割成不同的 IP子網(wǎng)，每一個 IP子網(wǎng)是一個獨立的廣播域。第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) (2) 現(xiàn)代局域網(wǎng)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)日趨龐大和復(fù)雜。以局域網(wǎng)為例，這一操作可以根據(jù) MAC地址 (第二層 )進行 ,也可以根據(jù) IP地址 (第三層 )進行，還可以根據(jù)特定應(yīng)用的端口地址進行 (第四層 )。鑒于 Ether在現(xiàn)在和未來應(yīng)用中的絕對統(tǒng)治地位，我們將主要以 Ether為背景介紹局域網(wǎng)交換技術(shù)。 (4) 網(wǎng)橋具有更強的網(wǎng)絡(luò)管理能力。例如，在以太網(wǎng)中，工作站可以繼續(xù)使用以太網(wǎng)的 MAC協(xié)議來訪問局域網(wǎng)。這種方式的交換機內(nèi)部沒有交換矩陣，而采用時分多路復(fù)用方式讓所有端口共享一條內(nèi)部公共總線的帶寬，所有端口均與該總線相連。其正常工作流程如下： (1) 檢查進入端口的每個分組，并存儲目的地址。對現(xiàn)代局域網(wǎng)而言，由于差錯率很低，通常不會造成問題。 (4) 得到目的端口號后，啟動交換控制邏輯建立出 /入端口之間的交叉連接，將分組發(fā)往指定端口。 這種混合方式的優(yōu)點是綜合了直通式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)式兩者的優(yōu)點，保證在差錯率低時有很小的時延，但相應(yīng)的控制邏輯也復(fù)雜，成本較高。其工作過程分五部分：(1) 學習 (Learning)；(2) 泛洪 (Floo