【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)10BASEFB(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，用來在一個(gè)跨越遠(yuǎn)距離的中繼主干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中把 10BASEFB同步信令中繼器連接在一起。 雙絞線以太網(wǎng)： 10BaseT 雙絞線， UTP(Unshielded Twisted Paired ) 5類（ 4對(duì)） 集線器 HUB， 8口， 12口， 24口等 接口： RJ45， 也有 BNC或光纖接口， 站點(diǎn)和集線器距離應(yīng)小于 100m RJ－ 45 接口標(biāo)準(zhǔn)和雙絞線： MAC層的硬件地址 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 ：地址全球唯一 本地管理 ：局部唯一 (自行分配 ) 采用轉(zhuǎn)發(fā)器和集線器 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 (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 基于共享式集線器（ HUB）的以太網(wǎng) ? 為什么不簡(jiǎn)單地采用一個(gè)大的 LAN？ 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)部門分別擁有自己獨(dú)立管理的 LAN，為了進(jìn)行交互，需要使用網(wǎng)橋來實(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，是比較經(jīng)濟(jì)的方案； 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) LAN 可以減輕負(fù)擔(dān)； 網(wǎng)橋的結(jié)構(gòu) 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)過程中采用逆向?qū)W習(xí) (backward learning)算法收集 MAC地址。網(wǎng)橋通過分析幀的源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)沒有更新的地址 /端口項(xiàng)； 幀的路由過程 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?qū)W習(xí)。 網(wǎng)橋協(xié)議結(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、不同傳輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)橋的基本特征 : ； 、不同傳輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)； 、存儲(chǔ)、地址過濾與轉(zhuǎn)發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)互連的網(wǎng)絡(luò)之間的通信； 同的協(xié)議； 5. 網(wǎng)橋可以分隔兩個(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)無用的通信量劇增，造成“廣播風(fēng)暴” ,如下圖所示： 網(wǎng)橋的工作過程 : 網(wǎng)橋最常見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)通過網(wǎng)橋互聯(lián)的工作原理。 網(wǎng)橋的基本分類 :按照其路由表的建立方法分為兩類。 透明網(wǎng)橋 （ transparent bridge） 源路由選擇網(wǎng)橋（ source routing bridge） 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)來說是 “ 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) Ether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。 透明橋的原理十分簡(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，如果沒有，添加。從而使網(wǎng)橋“了解”哪些結(jié)點(diǎn)來自于（屬于）哪個(gè)子網(wǎng)（ LAN）。 幀轉(zhuǎn)發(fā) LAN和目的 LAN相同，丟棄該幀。 ，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)。 ，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。 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)?LAN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)幀在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)（如下圖） 冗余網(wǎng)橋引起的循環(huán) 解決方法：構(gòu)造基于網(wǎng)橋的支撐樹（ Span Tree—生成樹）。構(gòu)造支撐樹的基本思想是首先選擇網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)網(wǎng)橋作為支撐樹的根，再?gòu)呐c該支撐樹（最初只有支撐樹的根）相鄰（指可以通過某個(gè)子網(wǎng)直接訪問）的網(wǎng)橋集合中選擇一個(gè)加入支撐樹，選擇的條件是加入該網(wǎng)橋不會(huì)形成環(huán)路；這種選擇的過程繼續(xù)進(jìn)行，直至支撐樹已經(jīng)可以互連所有的子網(wǎng)。剩下的網(wǎng)橋留作備用。構(gòu)造支撐樹的過程發(fā)生在新的網(wǎng)橋加入網(wǎng)絡(luò)，或者支撐樹中的某個(gè)網(wǎng)橋發(fā)生故障。 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。 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) 12位的編號(hào)，每個(gè)網(wǎng)橋有一個(gè) 4位的編號(hào)； 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“無用功”，使得結(jié)點(diǎn)不能正常地進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。 網(wǎng)橋的層次結(jié)構(gòu) 網(wǎng)橋幀轉(zhuǎn)發(fā)過程 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)。 (1) 傳統(tǒng)的共享媒體局域網(wǎng)由于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) (4)交換的概念 (基本思想 ) 交換技術(shù)就是為終端用戶提供專用點(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、檢查協(xié)議等，時(shí)延比路由器小。 (7) 交換過程 工作過程：交換機(jī)檢查來自 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)打開一專用的 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)工作站發(fā)往另一個(gè)工作站的數(shù)據(jù)包，在它們之間動(dòng)態(tài)建立一專用的 10/100Mbps鏈路，一旦端口完成通信，動(dòng)態(tài)交換釋放此鏈路 (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)聽碰撞信號(hào) 基于交換式集線器的以太網(wǎng)示意圖 以太網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)部交換示意圖 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)連接。 典型的交換式局域網(wǎng)是交換式以太網(wǎng)（ switched Ether），它的核心部件是以太網(wǎng)交換機(jī)（ Ether switch）。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。 Hub 同軸電纜 ? 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) 二層交換機(jī) 沖突域 沖突域 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) 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同時(shí)通信而沒有阻塞。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）。 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。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，如果終端忙則一直存儲(chǔ)在發(fā)送隊(duì)列中。 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，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)沒有數(shù)據(jù)了再傳送優(yōu)先級(jí)低的隊(duì)列，依次類推。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)。 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?，? 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 地址來查找 CAM 表，查找的結(jié)果是一個(gè)或一組端口，根據(jù)查找的結(jié)果把數(shù)據(jù)包送到相應(yīng)端口的發(fā)送隊(duì)列。 CAM 表包含下面幾項(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 VLAN