【正文】 146 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 大型局域網(wǎng)與 Inter的連接 Si 147 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 小結(jié) ?局域網(wǎng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是覆蓋一個(gè)公司、一所大學(xué)、一幢辦公大樓的 “ 有限的地理范圍 ” ； ?決定局域網(wǎng)特性的三要素是：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹鬏斀橘|(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法 ； ?從采用的介質(zhì)訪問控制方法的角度，局域網(wǎng)可以分為共享介質(zhì)式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類 ； ?目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)是 10Mb/s速率的 Ether網(wǎng)，速率為 100Mb/s的 Fast Ether與 1Gb/s、 10GE的Gigabit Ether已成為高速局域網(wǎng)方案中的首選技術(shù)，更高傳輸速率的 100Gb/s的 Ether正在研究中； 148 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 ?Ether核心技術(shù)：幀格式、 CSMA/CD、物理層標(biāo)準(zhǔn) ?交換式局域網(wǎng)通過局域網(wǎng)交換機(jī)支持連接到交換機(jī)端口的結(jié)點(diǎn)之間的多個(gè)并發(fā)連接，實(shí)現(xiàn)多結(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸，增加了網(wǎng)絡(luò)帶寬，改善局域網(wǎng)的性能與服務(wù)質(zhì)量； ?交換技術(shù)的發(fā)展為虛擬局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。所以稱為設(shè)施，是因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)不一定是一臺(tái)設(shè)備，有可能在一臺(tái)主機(jī)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)功能，當(dāng)然也不排除使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來專門實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)具有的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。 ?由于網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)互連、互通和應(yīng)用互操作的設(shè)施。 144 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)關(guān)的概念 145 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)關(guān)主要具有如下功能 ?把一種協(xié)議變成另一種協(xié)議，把一種數(shù)據(jù)格式變成另一種數(shù)據(jù)格式，把一種速率變成另一種速率，以求兩者的統(tǒng)一；提供中轉(zhuǎn)中間接口。 143 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連 ?網(wǎng)關(guān) (Gateway)是一種更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，用于連接網(wǎng)絡(luò)層之上執(zhí)行不同協(xié)議的子網(wǎng)，組成異構(gòu)的互連網(wǎng)，能實(shí)現(xiàn)異構(gòu)設(shè)備之間的通信，對(duì)不同的傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行翻譯和變換。適用于大型網(wǎng)絡(luò)。 ③提供經(jīng)濟(jì)合理的 WAN接入。必要時(shí)進(jìn)行分組格式和分組長度的轉(zhuǎn)換。路由器利用自學(xué)習(xí)能力自動(dòng)記憶網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，并計(jì)算出最佳傳輸路徑。 ?路由表一般只給出可以到達(dá)數(shù)據(jù)接收方的下一臺(tái)路由器的路徑。為完成該項(xiàng)工作，在路由器中保存著一張各種傳輸路徑的有關(guān)數(shù)據(jù)表，也就是路由表 (Routing Table)，供路由器選擇路由時(shí)使用。 ?路由器是屬于網(wǎng)絡(luò)層的一種互聯(lián)設(shè)備 ，只接收源站或其他路由器的信息，它不關(guān)心各子網(wǎng)使用的硬件設(shè)備，但要求運(yùn)行與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議相一致的軟件。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個(gè)子網(wǎng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)子網(wǎng)時(shí)，可通過路由器來完成。 139 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 用路由器連接網(wǎng)絡(luò) 140 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 路由器的作用 ?路由器是用于連接多個(gè)邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)。在具體的網(wǎng)絡(luò)互連中，采用路由器還是采用網(wǎng)橋，取決于網(wǎng)絡(luò)管理員的需要和具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 ?由于路由器工作于網(wǎng)絡(luò)層，它處理的信息量比網(wǎng)橋要多，因而處理速度比網(wǎng)橋慢。 138 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 通過路由器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連 ?路由器 (Router)是多個(gè)網(wǎng)絡(luò)和介質(zhì)之間實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的一種設(shè)備，是一種比網(wǎng)橋更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，適合于連接復(fù)雜的大型網(wǎng)絡(luò)。 ?這種方式可以確定該幀是否是碎片幀，因?yàn)樗槠瑤厝恍∮?512字節(jié)，這時(shí)交換機(jī)就自動(dòng)丟棄它，而不會(huì)將它送到目的交換端口。這時(shí)，由于幀差錯(cuò)而引起的重發(fā)等操作會(huì)降低系統(tǒng)的效率。所以速度很快，延遲很小。 ?傳輸可靠是這種方式的最大優(yōu)點(diǎn)，但延遲時(shí)間長也是其顯而易見的不足之處。 在所有接入設(shè)備的軟件、硬件、網(wǎng)卡等都不需要進(jìn)行改動(dòng)的情況下，即接入設(shè)備可繼續(xù)使用原來的CSMA/CD協(xié)議。交換機(jī)有時(shí)又稱為交換式集線器 (Switching Hub)，它可以同時(shí)連通許多對(duì)端口，而每對(duì)端口都可以獨(dú)享帶寬。如果總帶寬是10Mb/s，有 10個(gè)用戶，每個(gè)用戶就是 1Mb/s。 133 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 通過交換機(jī)擴(kuò)展 ?集線器可以對(duì)局域網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展，但是由集線器擴(kuò)展的局域網(wǎng) (如以太網(wǎng) )的帶寬和原來的一樣，屬于共享帶寬的性質(zhì)。 ?以太網(wǎng)交換機(jī)通常都有十幾個(gè)接口。 132 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 多接口網(wǎng)橋 —— 以太網(wǎng)交換機(jī) ?1990 年問世的 交換式集線器 (switching hub)， 可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個(gè)最佳路由。 ?源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個(gè) 發(fā)現(xiàn)幀 ，每個(gè)發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。 “ 131 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 源路由網(wǎng)橋 ?透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡(luò)資源的利用不充分。 ?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。 ?根據(jù)所采用的路由選擇算法差異又可將網(wǎng)橋 分為透明橋 (Transparent Bridges)和 源路由選擇橋 (Source Routing Bridges)。 128 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 EtherFDDIEther 封裝橋 Ether Ether FDDI 129 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 其他分類 ?還可把網(wǎng)橋分成基于 MAC子層的網(wǎng)橋 和基于 LLC子層的網(wǎng)橋 ，前者主要用于連接同構(gòu)網(wǎng)絡(luò) (如 ),后者可用于不同鏈路層協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換 (如 )。封裝橋把以太網(wǎng)協(xié)議幀作為數(shù)據(jù)封裝在 FDDI協(xié)議幀中，等傳到了另一端以太網(wǎng)再將其拆封還原。 ?封裝橋 主要用于兩個(gè)局域網(wǎng)通過其他類型的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連的情況，如 EtherFDDIEther，即兩個(gè)以太網(wǎng)通過FDDI主干網(wǎng)進(jìn)行互連的情況。 ?轉(zhuǎn)換橋 是將原來的數(shù)據(jù)鏈路幀封裝打開檢查，如果數(shù)據(jù)格式與目的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路格式一致，則直接用目的鏈路的幀路的幀格式封裝即可。因?yàn)樯婕暗骄钟蚓W(wǎng)和廣域網(wǎng)的速度差異問題，所以至少要有相當(dāng)大的速度緩沖能力。 ?遠(yuǎn)程網(wǎng)橋 通常要通過其他通信介質(zhì) (如通信子網(wǎng) )把不同區(qū)域的多個(gè) LAN網(wǎng)段連接起來。 126 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)橋分類 ?根據(jù)網(wǎng)橋的用途可以將網(wǎng)橋分成 本地網(wǎng)橋 和 遠(yuǎn)程網(wǎng)橋 兩類。 因?yàn)槭枪ぷ髟跀?shù)據(jù)鏈路層，所以沒有必要檢查上層來的信息，而只是要求能夠迅速轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的分組 (Packet)。如需要轉(zhuǎn)發(fā)，則根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的目的地址提取出到達(dá)目標(biāo)的完整路徑。 這些協(xié)議包含了尋址、介質(zhì)訪問算法、流量控制及錯(cuò)誤處理和恢復(fù)等。這就是所謂的 廣播風(fēng)暴。 ?具有不同 MAC 子層的網(wǎng)段橋接在一起時(shí)，時(shí)延更大。 121 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 使用網(wǎng)橋帶來的缺點(diǎn) ?存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)增加了時(shí)延。 ?路由器和三層交換機(jī)不傳遞廣播數(shù)據(jù)包，所以可以降低廣播域；其他設(shè)備傳遞廣播數(shù)據(jù)包，所以擴(kuò)展了廣播域。 ?中繼器和集線器可以放大信號(hào)，但是它不區(qū)分有效信號(hào)與無效信號(hào)，因此會(huì)擴(kuò)大沖突域。因此，廣播域的大小要有一定的限制。 ?單播和廣播是兩種主要的信息傳送方式，廣播方式是指一臺(tái)主機(jī)同時(shí)向網(wǎng)段中所有的其他計(jì)算機(jī)發(fā)送信息，廣播方式會(huì)占用大量的通信資源。 ?沖突域是指能夠發(fā)生沖突的網(wǎng)段。 117 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)橋使各網(wǎng)段成為隔離開的沖突域 118 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 沖突、沖突域 /廣播、廣播域的基本概念 ?沖突是指在同一個(gè)網(wǎng)段上，同一個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)信號(hào)在發(fā)送，否則兩個(gè)信號(hào)相互干擾，即發(fā)生沖突。 ?提高了可靠性。 114 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)橋的工作過程 115 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 116 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 使用網(wǎng)橋帶來的好處 ?過濾通信量。 ?網(wǎng)橋還具有隔離網(wǎng)段的功能，所以它可以調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，屏蔽某些節(jié)點(diǎn)故障，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并由于其隔離能力可以提高網(wǎng)絡(luò)安全性、保密性。通常有容錯(cuò)能力，可平衡負(fù)載，有一定的管理能力 。 ?可疊加組合型集線器主要是為了擴(kuò)充局域網(wǎng)，可把若干分立的集線器組合起來成為一個(gè)邏輯整體，可擁有可擴(kuò)充的多個(gè)接口。 ?集線器大致可分成 3種類型，即普通型、可疊加組合型和高檔智能型。 110 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 用中繼器擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)有效長度 中繼器 111 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 通過集線器擴(kuò)展 ?集線器也稱為 Hub，從本質(zhì)上說， Hub也是中繼器的一種，但在使用上更加靈活方便。 ?中繼器主要用于連接具有相同物理層的 LAN，用中繼器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)是簡單方便，與上層協(xié)議沒有任何關(guān)系，也沒有網(wǎng)絡(luò)流量控制等功能，僅僅受 MAC協(xié)議要求的限制。 用中繼器所進(jìn)行的連接，其功能主要是放大傳輸信號(hào)，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的有效連接長度。 106 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 無線城域網(wǎng)服務(wù)范圍的示意圖 107 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 幾種無線網(wǎng)絡(luò)的比較 108 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展與互連 ?局域網(wǎng)互連的應(yīng)用環(huán)境 ?一個(gè)單位的多個(gè)部門局域網(wǎng)的互連； ?辦公樓之間局域網(wǎng)的互連； ?將數(shù)千臺(tái)計(jì)算機(jī)按地理位臵或組織關(guān)系劃分為多個(gè)子網(wǎng)的互連； ?超過單個(gè)局域網(wǎng)的最大覆蓋范圍的多個(gè)局域網(wǎng)互連； ?企業(yè)中部門的信息對(duì)安全、保密方面要求不同的局域網(wǎng)互連。 ?兩個(gè)正式標(biāo)準(zhǔn) ?（它的正式名字是 ），是固定寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)（ GHz頻段）。 105 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access ?WiMAX 常用來表示無線城域網(wǎng) WMAN，這與 WiFi常用來表示無線局域網(wǎng) WLAN 相似。 ?WMAN 可提供 “ 最后一英里 ” 的 寬帶無線接入（固定的、移動(dòng)的和便攜的）。 104 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 無線城域網(wǎng) WMAN ?(Wireless Metropolitan Area Network) ?2022 年 4 月通過了 無線城域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。它使用PIFS，由于 PIFS比 DIFS短，所以其總能先獲得對(duì)信道的訪問權(quán)。所有監(jiān)聽到 CTS的站都必須推遲向信道發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。 103 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 SIFS在以下情況下使用： ② 發(fā)送 “ 允許發(fā)送幀 CTS” 一個(gè)站如果發(fā)送一個(gè)短的請(qǐng)求發(fā)送幀 RTS就可以保證它可以優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)幀。因?yàn)榘l(fā)送站每次只能發(fā)送一個(gè)幀，接收站等待一個(gè) SIFS后就發(fā)一個(gè) ACK，發(fā)送站只要收到 ACK就可以接著發(fā)送下一幀。 DIFS 的長度比 PIFS 再增加一個(gè) 實(shí)習(xí)長度 CSMA/CA基本工作原理示意圖 102 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 SIFS在以下情況下使用： ① 發(fā)送 “ 確認(rèn)幀 ACK” 一個(gè)站點(diǎn)只要收到的幀不是多播幀或廣播幀，那么這個(gè)站點(diǎn)就要在等待一個(gè) SIFS后發(fā)生一個(gè)確認(rèn)幀 ACK。 PIFS 的長度是 SIFS 加一個(gè)時(shí)隙 (slot)長度。 媒體空閑 發(fā)送第 1幀 ACK SIFS DIFS PIFS 發(fā)送下 1幀 NAV（媒體忙） 爭用窗口 100 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 時(shí)間 SIFS DIFS PIFS SIFS 時(shí)間 推遲接入 等待重試時(shí)間 有幀要發(fā)送 源站 目的站 其他站 有幀要發(fā)送 時(shí)間 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院時(shí)隙的長度是這樣確定的：在一個(gè)基本服務(wù)集 (BSS)內(nèi)當(dāng)某個(gè)站在一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)接入到媒體時(shí)，那么在下一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，其他站就都能檢測(cè)出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。一個(gè)站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時(shí)間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。這樣做可以使產(chǎn)生沖突的概率大為減小，特別是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重的情況下。如果在 IFS時(shí)間內(nèi)信道仍然空閑，則發(fā)