【正文】 集線器 三系 集線器 一系 集線器 一個(gè)更大的局域網(wǎng) (一個(gè)沖突域 ) 知識(shí)點(diǎn)歸納 ? 優(yōu)點(diǎn) ?使原來屬于不同沖突域的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行跨沖突域的通信。 ?擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。 ? 缺點(diǎn) ?沖突域增大了，但總的吞吐量反而減小 。 ?如果不同的沖突域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。 用集線器擴(kuò)展局域網(wǎng) 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng)用的設(shè)備： 網(wǎng)橋（ Bridge）和交換機(jī)（ Switch） 網(wǎng)橋 交換機(jī) (2) 在數(shù)據(jù)鏈路層擴(kuò)展局域網(wǎng) 知識(shí)點(diǎn)歸納 為什么要使用網(wǎng)橋？ ? 中繼器的數(shù)目已經(jīng)達(dá)到最大，但網(wǎng)絡(luò)還需擴(kuò)大距離時(shí)； ? 兩個(gè)局域網(wǎng)距離相隔太遠(yuǎn)，中繼器不能及 (此時(shí)需帶有 WAN鏈路的遠(yuǎn)程網(wǎng)橋 ) ； ? 局域網(wǎng)有太多的流量，要分成幾個(gè)網(wǎng)段減小流量 (用路由器相連太貴或因無路由協(xié)議時(shí) ) ； ? 連接不同類型的 LAN時(shí)； ? 安全或管理原因。 網(wǎng)橋連接網(wǎng)段擴(kuò)展局域網(wǎng) 網(wǎng)橋是在邏輯鏈路層上存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的設(shè)備，當(dāng)在多 個(gè)局域網(wǎng)之間需要交換信息，或?yàn)榱税踩?、減小沖突域、增 大吞吐量、要將現(xiàn)存的單個(gè)局域網(wǎng)分隔成幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就要 用到網(wǎng)橋。（上圖中紅色光球 沖突） 連接網(wǎng)橋前后的沖突域變化 一個(gè)沖突域 四個(gè)沖突域 網(wǎng)橋 ? 網(wǎng)橋根據(jù) MAC 幀的目的地址對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。 ? 網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)幀時(shí)，先檢查此幀的目的 MAC 地址，然后再確定是過濾丟棄、還是將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)端口。 網(wǎng)橋的作用：過濾和轉(zhuǎn)發(fā) 網(wǎng)橋的內(nèi)部組成 網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)表 端口管理 軟件 網(wǎng)橋協(xié) 議實(shí)體 端口 1 端口 2 緩存 MAC1 MAC2 MAC3 網(wǎng)段 B 網(wǎng)段 A 1 1 1 2 MAC1 MAC3 MAC5 2 MAC2 MAC4 MAC6 2 站地址 端口 網(wǎng)橋 網(wǎng)橋 MAC4 MAC5 MAC6 1 2 從 到 局域網(wǎng)橋的操作 由于 MAC不同，網(wǎng)橋在 LLC 子層過濾、轉(zhuǎn)發(fā) 幀 從 到 局域網(wǎng)橋的操作 由于 MAC相同，僅在 MAC 子層過濾、轉(zhuǎn)發(fā) 幀 ? 過濾通信量。 ? 擴(kuò)大了物理范圍。 ? 提高了可靠性。 ? 由于網(wǎng)橋的網(wǎng)絡(luò)端口內(nèi)有緩沖存儲(chǔ)器，端口與端口間不是直接相連，因此可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率（如 10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。 使用網(wǎng)橋帶來的好處 ? 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)增加了時(shí)延。 ? 在 MAC 子層并沒有流量控制功能。 ? 具有不同 MAC 子層的網(wǎng)段橋接在一起時(shí)，時(shí)延更大。 ? 網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多 (不超過幾百個(gè) )和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時(shí)還會(huì)因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。這就是所謂的 廣播風(fēng)暴 。 使用網(wǎng)橋帶來的缺點(diǎn) ? 集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，不對(duì)傳輸媒體進(jìn)行檢測(cè)。 ? 網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行 CSMA/CD 算法。 ? 若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進(jìn)行退避。 ? 在這一點(diǎn)上網(wǎng)橋的接口很像一個(gè)網(wǎng)卡。但網(wǎng)橋卻沒有網(wǎng)卡。 ? 由于網(wǎng)橋沒有網(wǎng)卡，因此網(wǎng)橋并 不改變 它轉(zhuǎn)發(fā)的 幀的源地址 。 網(wǎng)橋和集線器 (或轉(zhuǎn)發(fā)器 )不同 透明網(wǎng)橋 ? 透明網(wǎng)橋 (transparent bridge) 關(guān)心的是完全透明。當(dāng)需要進(jìn)行局域網(wǎng)互連時(shí) ， 只需把連接插頭插入網(wǎng)橋，不需要改動(dòng)任何硬件和軟件，無需設(shè)置地址開關(guān)，無需裝入路由表或參數(shù)。什么也不干，只須插入電纜就完事，現(xiàn)有 LAN的運(yùn)行完全不受網(wǎng)橋的任何影響。 ? “透明”是指局域網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個(gè)網(wǎng)橋，因?yàn)榫W(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。 ? 透明網(wǎng)橋是一種 即插即用設(shè)備 ，其標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 。 透明網(wǎng)橋的過濾與轉(zhuǎn)發(fā) 當(dāng)一幀到達(dá)時(shí)，網(wǎng)橋必須決定將其丟棄還是轉(zhuǎn)發(fā)。如果要轉(zhuǎn)發(fā)，則必須決定發(fā)往哪一條輸出線路(LAN)。 這需要通過查詢網(wǎng)橋中一張路徑選擇表里的目的地址而作出決定。該表列出每個(gè)可能的目的地， 以及它屬于哪一條輸出線路 (LAN)。 在插入網(wǎng)橋之初，表為空，由于網(wǎng)橋不知道任何目的地的位置，因而采用擴(kuò)散算法 (flooding algorithm)： 把每個(gè)到來的、 未知的目的站點(diǎn) (不在路徑表中 )的幀輸出到連在此網(wǎng)橋的所有 LAN（除了發(fā)送該幀來的輸入線路以外 ）。 透明網(wǎng)橋的逆向?qū)W習(xí)法 隨著時(shí)間的推移，網(wǎng)橋?qū)⒘私饷總€(gè)目的地的位置。一旦知道了目的地位置，發(fā)往該處的幀就只發(fā)到適當(dāng)?shù)?LAN上，而不再擴(kuò)散發(fā)送。 當(dāng)網(wǎng)橋剛接入網(wǎng)時(shí)，路徑表是空的，它通過逆向?qū)W習(xí)法 來獲知路徑并逐步建立起路徑表，網(wǎng)橋通過檢查收到幀的源地址及其輸入線路，若對(duì)應(yīng)的項(xiàng)在路徑表中沒有，則將其登記到透明網(wǎng)橋的路徑表中。隨著收到的幀越來越多，路徑表就逐漸完備起來。 處理動(dòng)態(tài)拓?fù)洌〞r(shí)間項(xiàng)） 為了處理動(dòng)態(tài)拓?fù)鋯栴}，每當(dāng)增加路徑表項(xiàng)時(shí)，均在該項(xiàng)中注明幀的到達(dá)時(shí)間。每當(dāng)目的地已在表中的幀到達(dá)時(shí)，將以當(dāng)前時(shí)間更新該項(xiàng)。這樣，從表中每項(xiàng)的時(shí)間即可知道該機(jī)器最后幀到來的時(shí)間。網(wǎng)橋中有一個(gè)進(jìn)程定期地掃描該表，會(huì)清除時(shí)間早于當(dāng)前時(shí)間若干分鐘的全部表項(xiàng)。 如果從 LAN上取走一臺(tái)計(jì)算機(jī)，并在別處重新連到LAN上的話，那么在幾分鐘內(nèi)，網(wǎng)橋中該表里對(duì)應(yīng)地址的項(xiàng)會(huì)動(dòng)態(tài)得到更新，它即可重新開始正常工作而無須人工干預(yù)。這個(gè)算法同時(shí)也意味著，如果機(jī)器在幾分鐘內(nèi)無動(dòng)作，那么發(fā)給它的幀將不得不廣播散發(fā)，一直到它自己發(fā)送出一幀為止。 丟棄、轉(zhuǎn)發(fā)還是擴(kuò)散？ 到達(dá)透明網(wǎng)橋的幀是丟棄、轉(zhuǎn)發(fā)還是擴(kuò)散？其處理過程取決于發(fā)送的 LAN(源 LAN)和目的地所在的 LAN(目的 LAN)是否相同。 方法如下所示： 如果目的 LAN和源 LAN相同，則丟棄該幀； 如果目的 LAN和源 LAN不同，則轉(zhuǎn)發(fā)該幀； 如果目的 LAN未知，則進(jìn)行擴(kuò)散（廣播）。 (1) 從端口 x 收到無差錯(cuò)的幀 (如有差錯(cuò)即丟棄 ) ，在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找目的站 MAC 地址。 (2) 如有，則查找出到此 MAC 地址應(yīng)當(dāng)走的端口 d，然后進(jìn)行 (3)，否則轉(zhuǎn)到 (5)。 (3) 如到這個(gè) MAC 地址去的端口 d = x，則丟棄此幀 (因?yàn)檫@表示不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā) ) 。否則從端口 d 轉(zhuǎn)發(fā)此幀。 (4) 轉(zhuǎn)到 (6)。 (5) 向網(wǎng)橋除 x 以外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀 (這樣做可保證找到目的站 ) 。 (6) 如源站不在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則將源站 MAC 地址加入到轉(zhuǎn)發(fā)表，登記該幀進(jìn)入網(wǎng)橋的端口號(hào)，設(shè)置計(jì)時(shí)器。然后轉(zhuǎn)到 (8)。如源站在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則執(zhí)行 (7)。 (7) 更新計(jì)時(shí)器。 (8) 等待新的數(shù)據(jù)幀。轉(zhuǎn)到 (1)。 網(wǎng)橋處理接收幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表的算法 ? 站地址：登記收到的幀的源 MAC 地址。 ? 端口：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的端口號(hào)。 ? 時(shí)間：登記收到的幀進(jìn)入該網(wǎng)橋的時(shí)間。 網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記的三個(gè)信息 透明網(wǎng)橋工作舉例 有時(shí)為了線路能有容錯(cuò)能力，增加一些冗余線路，造成拓?fù)渲杏协h(huán)路，會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子的現(xiàn)象，因此發(fā)展出一種網(wǎng)橋支撐樹算法。 透明網(wǎng)橋使用了支撐 (生成 )樹算法 局域網(wǎng) 2 局域網(wǎng) 1 網(wǎng)橋 2 網(wǎng)橋 1 A F F2 ④ F1 ③ 不停地 兜圈子 ① ② A 發(fā)出的幀 ⑤ 網(wǎng)橋 1 轉(zhuǎn)發(fā)的幀 ⑥ 網(wǎng)橋 2 轉(zhuǎn)發(fā)的幀 網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了 支撐樹（生成樹）算法 為了防止幀的循環(huán)，使用支撐樹算法，網(wǎng)橋間相互通信來確定支撐樹（即生成初始拓?fù)渲袥]有回路的子集）： ? 每隔幾秒鐘每一個(gè)網(wǎng)橋要廣播其標(biāo)識(shí)號(hào) (網(wǎng)橋生產(chǎn)廠家設(shè)定的唯一序號(hào) )和它所知道的其他所有 LAN上的網(wǎng)橋標(biāo)識(shí)號(hào) ? 算法選擇一個(gè)網(wǎng)橋作為支撐樹的根 (例如選擇一個(gè)最小序號(hào)的網(wǎng)橋 )，然后以最短路徑為依據(jù)，找到樹上的每一個(gè)結(jié)點(diǎn) ? 一旦網(wǎng)橋確定了支撐樹，網(wǎng)橋就虛擬地?cái)嚅_鏈路不在支撐樹中的網(wǎng)橋上相關(guān)端口，從初始拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中創(chuàng)建支撐樹。隨著相關(guān)端口的斷開和環(huán)路的去除，幀不再循環(huán) ? 如果以后某個(gè)時(shí)候，支撐樹的一條鏈路失效了，網(wǎng)橋可以自動(dòng)地將這些端口重新連接，再次運(yùn)行支撐樹算法，生成新的支撐樹，虛擬斷開網(wǎng)橋上新的不在支撐樹上的端口 源路由選擇網(wǎng)橋 支持 CSMA/CD和令牌總線的人選擇了透明網(wǎng)橋，而令牌環(huán)的支持者則偏愛一種稱為源路由選擇 (source routing)的網(wǎng)橋（受到 IBM的鼓勵(lì)）。 源路由選擇的核心思想是假定每個(gè)幀的發(fā)送者都知道接收者是否在同一 LAN上。 當(dāng)發(fā)送一幀到另外的LAN時(shí)，源機(jī)器將目的地址的最高位設(shè)置成 1作為標(biāo)記。另外， 它還在幀頭加進(jìn)此幀應(yīng)走的實(shí)際路徑 (如A?LAN1?B1 ?LAN2 ?B2 ?LAN3 ?X)。 源路由選擇網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)幀 源路由選擇網(wǎng)橋 (下圖中的 B B2)只關(guān)心那些目的地址高位為 1的幀，當(dāng)見到這樣的幀時(shí)，它掃描幀頭中的路由(A?LAN1?B1 ?LAN2 ?B2 ?LAN3 ?X)， 尋找發(fā)來此幀的那個(gè) LAN的編號(hào)。 如果發(fā)來此幀的那個(gè) LAN編號(hào)后跟的是本網(wǎng)橋的編號(hào)，則將此幀轉(zhuǎn)發(fā)到路由中自己后面的那個(gè)LAN。 如果該 LAN編號(hào)后跟的不是本網(wǎng)橋，則不轉(zhuǎn)發(fā)此幀。 A X B1 B2 LAN1 LAN3 LAN2 源路由選擇中如何獲取路由 源路由選擇的前提是互聯(lián)網(wǎng)中的每臺(tái)機(jī)器都知道所有其他機(jī)器的最佳路徑。如何得到這些路由是源路由選擇算法的重要部分。 獲取路由算法的基本思想是：如果不知道目的地地址的位置，源機(jī)器就發(fā)布一 廣播幀 ，詢問它在哪里。 每個(gè)網(wǎng)橋都轉(zhuǎn)發(fā)該查找?guī)? (discovery frame) ，這樣該幀就可到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)中的每一個(gè) LAN 。 當(dāng) 答復(fù)回來時(shí) ， 途經(jīng)的 網(wǎng)橋?qū)⑺鼈冏约旱臉?biāo)識(shí)記錄在答復(fù)幀中 ，于是，廣播幀的發(fā)送者就可以得到確切的路由，并可從中選取最佳路由。 遠(yuǎn)程網(wǎng)橋 ※ 網(wǎng)橋有時(shí)也被用來連接兩個(gè)或多個(gè)相距較遠(yuǎn)的 LAN。 可在每個(gè) LAN中設(shè)置一個(gè)網(wǎng)橋，并且用點(diǎn)到點(diǎn)的連接（比如租用電話公司的電話線）在網(wǎng)橋間連接。點(diǎn)到點(diǎn)連線可采用各種不同的協(xié)議，如選用 PPP協(xié)議。將傳輸?shù)搅硪粋€(gè) LAN中的MAC幀加到該點(diǎn)到點(diǎn)鏈路上 PPP幀的有效載荷中傳送 (該方法叫“隧道法” )，如果兩邊的 LAN 相同，這種辦法的效果最好。 PSTN LAN1 LAN2 Ether幀 Ether幀 遠(yuǎn)程網(wǎng)橋 ※ 用戶層 IP MAC 站 1 用戶層 IP MAC 站 2 物理層 網(wǎng)橋 B1 網(wǎng)橋 B2 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 用戶數(shù)據(jù) IPH MACH MACT DLH DLT ① ⑨ ② ⑧ ③ ④ ⑥ ⑦ ⑤ 物理層 DL R MAC 物理層 物理層 DL R MAC 物理層 物理層 LAN1 LAN2 兩個(gè)網(wǎng)橋之間還可使用一段點(diǎn)到點(diǎn)鏈路 IP信包 以太幀 PPP幀 同一個(gè)沖突域中各站點(diǎn)共享 10Mbps帶寬 站點(diǎn)越多，每個(gè)站點(diǎn)得到的平均帶寬越小。 多端口網(wǎng)橋 ——以太網(wǎng)交換機(jī) ? 問題： 站點(diǎn)數(shù)的增加導(dǎo)致 LAN 性能降低，每個(gè)站點(diǎn)帶寬低 ? 解決方法： 交換式 LAN， 中心設(shè)備為一個(gè)以太交換機(jī)， 內(nèi)有高速交換背板。交換機(jī)通常都有十幾個(gè)以上的端口，可以同時(shí) 在各端口間高速交換，并可支持多種速率。 ? 工作原理：當(dāng)各主機(jī)需要通信時(shí)，交換機(jī)能 同時(shí) 連通許多對(duì)的端口，使每一對(duì)相互通信的主機(jī)都能像 獨(dú)占通信媒體 那樣，無碰撞地傳輸數(shù)據(jù) 。以太網(wǎng)交換機(jī)和透明網(wǎng)橋一樣，也是一種即插即用設(shè)備，其內(nèi)部的 幀轉(zhuǎn)發(fā)表 也是通過 自學(xué)習(xí)算法自動(dòng) 地 逐漸建立 起來的。 ? 由于端口發(fā)送、接收線分開，交換機(jī)的端口 RAM中可以緩存輸入的幀， 所有端口都可以同時(shí)收、發(fā)，全雙工傳輸，以 獨(dú)享 方式操作。此時(shí)無沖突，不需采用 CSMA/CD協(xié)議。 交換機(jī)是一種快速的多端口網(wǎng)橋 ? 以太交換機(jī)使用了 專用的交換結(jié)構(gòu)芯片 ，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)硬件實(shí)現(xiàn)的多端口 (824口 ) 高速網(wǎng)橋，交換速率很高。 ? 而網(wǎng)橋一般用