計算機網(wǎng)絡(luò)考研輔導(dǎo)講座數(shù)據(jù)鏈路層下.ppt

第四講 數(shù)據(jù)鏈路層(下),第五講：數(shù)據(jù)鏈路層(下),2011年考研大綱考查范圍: 數(shù)據(jù)鏈路層（下半部分）：,（2012年1月的考研不考這部分）,(七) 廣域網(wǎng)（這部分內(nèi)容教材沒有，但考研大綱有，要詳細講） 1. 廣域網(wǎng)的基本概念 廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)比較的主要不同之處： 覆蓋的地理范圍不同 核心技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)不同 組建與管理方式不同 Internet是將多個廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)互連構(gòu)成的網(wǎng)際網(wǎng)。 廣域網(wǎng)是Internet的核心部分，其任務(wù)是通過長距離傳輸主機所發(fā)送的數(shù)據(jù)。連接廣域網(wǎng)各結(jié)點交換機的鏈路都是高速鏈路，其距離可以是幾千公里的光纜線路，也可以是幾萬公里的點對點衛(wèi)星鏈路，還有無線分組交換網(wǎng)，通信容量必須足夠大。,知識點歸納,知識點歸納,廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)都是Internet的重要組成構(gòu)件。相距較遠的局域網(wǎng)通過路由器與廣域網(wǎng)相連組成了一個覆蓋范圍很廣的互聯(lián)網(wǎng)。,知識點歸納,互聯(lián)網(wǎng)，一般不稱它為廣域網(wǎng)。因為在互聯(lián)網(wǎng)中，不同網(wǎng)絡(luò)的“互連”才是其最主要的特征?；ヂ?lián)網(wǎng)必須使用路由器來連接。 廣域網(wǎng)是單個的網(wǎng)絡(luò)，它使用結(jié)點交換機連接各主機而不是用路由器連接各網(wǎng)絡(luò)。 結(jié)點交換機在單個網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)分組，而路由器在多個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的互聯(lián)網(wǎng)中轉(zhuǎn)發(fā)分組。 從互聯(lián)網(wǎng)的角度來看，廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)都是平等的。 廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)有一個共同點：連接在一個廣域網(wǎng)或一個局域網(wǎng)上的主機在該網(wǎng)內(nèi)進行通信時，只需要使用其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的物理地址即可。,知識點歸納,公共電話交換網(wǎng)(PSTN) 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN) X.25分組交換網(wǎng) 幀中繼(Frame Relay, FR)網(wǎng) 異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode, ATM)網(wǎng) GE與10GE的光Ethernet技術(shù) 波分復(fù)用(WDM)技術(shù),用于構(gòu)成廣域網(wǎng)的主要網(wǎng)絡(luò)類型與技術(shù),由于廣域網(wǎng)的造價較高，一般都是由國家或較大的電信公司 出資建造。,知識點歸納,廣域網(wǎng)是一種公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) Public Data Network，PDN 電信運營商，國家 廣域網(wǎng)技術(shù)研究的重點是寬帶核心交換技術(shù) 廣域網(wǎng)核心技術(shù)-電信運營商負責(zé)的通信子網(wǎng)中使用的技 術(shù)，涉及：光纖傳輸、無線傳輸、衛(wèi)星傳輸。 將核心交換技術(shù)與接入技術(shù)分開，由城域網(wǎng)承擔(dān)用戶接入 的任務(wù)，而廣域網(wǎng)技術(shù)主要研究遠距離、寬帶、高服 務(wù)質(zhì)量的核心交換技術(shù)。,知識點歸納,廣域網(wǎng)組成與結(jié)構(gòu) 資源子網(wǎng) 通信子網(wǎng) 廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)與OSI參考模型 OSI參考模型中的通信子網(wǎng)結(jié)構(gòu)就是典型的廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。,知識點歸納,知識點歸納,廣域網(wǎng)與分組交換技術(shù)： 分組交換技術(shù) 在廣域網(wǎng)中傳輸分組的方法有兩類 線路交換 線路建立、數(shù)據(jù)傳輸、線路釋放 分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 數(shù)據(jù)報方式 (Datagram, DG) 虛電路方式 (Virtual Circuit,VC) 永久虛電路(Permanent, PVC) 交換虛電路(Switched VC, SVC),知識點歸納,虛電路服務(wù)分為三個階段： 虛電路的建立、數(shù)據(jù)傳輸、虛電路的釋放。 在虛電路建立后，網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的服務(wù)就好像在兩個主機之間建立了一對穿過網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字管道。所有發(fā)送的分組都按順序進入管道，然后按照先進先出的原則沿著此管道傳送到目的站主機。 到達目的站的分組順序就與發(fā)送時的順序一致，因此網(wǎng)絡(luò)提供虛電路服務(wù)對通信的服務(wù)質(zhì)量 QoS (Quality of Service)有較好的保證。 注意：由于采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，虛電路和電路交換的連接不同。電路交換真正占有一條通道，而虛電路則是斷續(xù)地占有一段又一段的鏈路。,虛電路服務(wù)示意圖,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分組交換網(wǎng),H1 要和 H5 通信,主機 H1 先向主機 H5 發(fā)出一個特定格式的控制信息分組，要求進行通信，同時尋找一條合適路由。若 H5 同意通信就發(fā)回響應(yīng)，然后雙方就建立了虛電路。,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分組交換網(wǎng),同理，主機 H2 和主機 H6 通信之前，也要建立虛電路。,虛電路服務(wù)示意圖,虛電路轉(zhuǎn)發(fā)表,虛電路轉(zhuǎn)發(fā)表在建立虛電路（虛呼叫）時確定。分組在傳送時只需攜帶虛電路號，虛電路號只具有本地意義，根據(jù)虛電路建立順序由各主機、各結(jié)點自主排序，入出口號不一定相同。,虛電路轉(zhuǎn)發(fā)表建立過程示例一,1. A 請求與 B 建立虛電路,虛電路轉(zhuǎn)發(fā)表建立過程示例二,虛電路轉(zhuǎn)發(fā)表建立過程示例二,2. B 響應(yīng) A 的虛電路建立請求,虛電路轉(zhuǎn)發(fā)表建立過程示例二,3. A 和 B 使用虛電路進行數(shù)據(jù)傳輸,知識點歸納,比較兩種服務(wù)的思路來源： 數(shù)據(jù)報服務(wù)力求使網(wǎng)絡(luò)生存性好和使對網(wǎng)絡(luò)的控制功能分散，因而只能要求網(wǎng)絡(luò)提供盡最大努力的服務(wù)。 可靠通信由用戶終端中的軟件（即TCP）來保證。 虛電路服務(wù)的思路來源于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)。 電信網(wǎng)負責(zé)保證可靠通信的一切措施，因此電信網(wǎng)的結(jié)點交換機復(fù)雜而昂貴。,數(shù)據(jù)報服務(wù)和虛電路服務(wù)的比較,主要的幾種廣域網(wǎng)與提供的速率,HDLC： ISO 提出的高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程 High-level Data Link Control HDLC的主要概念： 主站(Primary Station)：負責(zé)鏈路控制，包括對次站的控制、恢復(fù)鏈路差錯，它發(fā)出的幀為命令幀。 次站(Secondary Station)：受主站控制的站，它完成主站所命令的工作，返回響應(yīng)幀。 復(fù)合站(Combined Station)：既有主站功能，又有次站功能?？砂l(fā)出命令幀和響應(yīng)幀。 （2）鏈路結(jié)構(gòu) 非平衡式結(jié)構(gòu)(Unbalanced)：由一個主站和一個或多個次站組成，點對點或多點通信。 平衡式結(jié)構(gòu)(Balanced)：由二個復(fù)合站組成。,知識點歸納,HDLC的鏈路結(jié)構(gòu),HDLC數(shù)據(jù)操作方式： 正常響應(yīng)方式(NRM-Normal Response Mode) 用于非平衡式鏈路結(jié)構(gòu)(點-點、點-多點) 傳輸過程由主站啟動，并向次站發(fā)命令，主站輪詢、選擇次站，主站并負責(zé)鏈路管理及對超時重發(fā)和各類恢復(fù)操作的控制。 異步平衡方式(ABM-Asychronous Balanced Mode) 用于平衡式鏈路結(jié)構(gòu)(全雙工點-點)，每個站都是復(fù)合站。 每一個復(fù)合站都可以發(fā)出命令幀和響應(yīng)幀，對另一站傳輸數(shù)據(jù)。 異步響應(yīng)方式(ARM-Asychronous Response Mode) 用于非平衡式鏈路結(jié)構(gòu) 次站無主站允許，即可主動向主站發(fā)送數(shù)據(jù)。 主站仍負責(zé)初始化、錯誤恢復(fù)等，起控制作用。 此方式一般使用較少,知識點歸納,（1） 標(biāo)志字段 8比特序列 01111110 標(biāo)志幀的開始和結(jié)束，即用于幀的同步 “0”比特插入法，保持標(biāo)志字段的唯一性，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。 在發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)時，每5個連續(xù)“1”后面自動插入一個“0”。 在接收端，檢測到連續(xù)5個“1”后，自動刪除后面的一個“0”，恢復(fù)成原來的數(shù)據(jù)。,HDLC 幀結(jié)構(gòu),HDLC 幀格式,（2）地址字段： 一般為8個比特，可擴展。 全“1”為廣播地址，全“0”為測試用。 擴充地址時，前面的8位組首位為0，只有最后一個首位為“1”，表示地址結(jié)束。 （3）控制字段： 用于構(gòu)成各種命令和響應(yīng)，以便對鏈路監(jiān)視和控制 （4）信息字段： 可以是任意長度的二進制比特串，一般為02000比特長。 （5）幀校驗序列字段：FCS 用于差錯控制，采用CRC碼，多項式為X16+X12+X5+1。 校驗范圍為兩個標(biāo)志字段之間。,HDLC 幀結(jié)構(gòu),信息幀 I-Frame：用于傳送數(shù)據(jù) 監(jiān)控幀 S-Frame：用于差錯控制和流量控制 無編號幀 U-Frame：主要用于提供鏈路的建立、 拆除及其它多種控制功能,HDLC 幀的類型,三種類型的幀格式全視圖,三種類型的幀格式、提供的命令與響應(yīng),(1)信息幀結(jié)構(gòu)視圖,采用滑窗協(xié)議，N ( S）表示發(fā)送的幀序列號， N（R）表示捎帶的確認信息(期待接收的下一個幀) ，N具有3位，即幀序號07。擴展方式下有7位。 P/F為探詢/終止位。 NRM下，主站輪詢次站有無數(shù)據(jù)要發(fā)送，置P=“1”。若次站有數(shù)據(jù)發(fā)送，則在前面各幀中置F=“0”，最后一數(shù)據(jù)幀中置F=“1” ；若無數(shù)據(jù)發(fā)送，則在響應(yīng)幀中置F=“1”。 ARM和ABM中，任何一站在發(fā)送的S幀和I幀中置P=“1”，表示詢問對方狀態(tài)，對方在收到該幀后應(yīng)回答本站的狀態(tài)，并置F=“1”。,信 息 幀,(2)監(jiān)控幀視圖,監(jiān)控幀： 根據(jù)3,4位的取值有四種類型。,監(jiān) 控 幀,(3)無編號幀視圖,無編號幀： 不包含N(S)和N(R)，即無編號。 用于提供鏈路的建立、拆除及其他多種控制功能。 它的類型由M1M5來編碼，總共可有32種命令或響應(yīng)。 DISC（DISConnect）：終止邏輯鏈接，結(jié)束以前操作模式. 置模式命令：SNRM、SABM、SNRME、SABME等。后帶E的為置擴展模式，擴展模式下幀序號由3位變成7位。 FRMR（FRaMe Reject）：幀發(fā)生語義格式錯誤。 UA（Unnumbered Acknowledgement）：無編號命令的應(yīng)答。 DM（Disconnect Mode）：響應(yīng)幀，表明本方已與鏈路斷開。 UI（Unnumbered Information）：無編號信息幀，為送給對方鏈路層實體的信息。 其它命令與響應(yīng)，用于測試、鏈路初始化、參數(shù)協(xié)商等。,無 編 號 幀,HDLC的擴展模式,LAPB(Link Access Procedure Balanced)： 平衡型鏈路訪問規(guī)程，它是HDLC的一個子集，用于X.25中。 操作過程可分為建立鏈路、數(shù)據(jù)傳輸和斷開鏈路三個階段。 通過任意一方發(fā)送SABM命令，另一方返回UA響應(yīng)來建立雙向鏈路。 在啟動建立鏈路之前，為確保DCE和DTE處于相同的階段，DCE?？芍鲃影l(fā)一個DM響應(yīng)幀，要求DTE啟動鏈路的建立過程。,HDLC 的鏈路訪問規(guī)程,HDLC 幀應(yīng)用舉例(無錯時),HDLC 幀應(yīng)用舉例 (有錯時),DTE與DCE在數(shù)據(jù)鏈路層上的通信過程,優(yōu)點： 適用于點-點或點對多點通信。 可用于半雙工或全雙工通信。 采用同步方式和滑窗協(xié)議傳輸，傳輸效率高。 主站可同時與多個從站建立鏈路，傳輸效率高。 幀都有幀校驗序列，且按順序編號，可靠性較高。 采用比特填充法實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸。 可傳輸任意長度的二進制比特串。 采用統(tǒng)一的幀格式來傳輸數(shù)據(jù)、命令和響應(yīng)，非常利于程序的實現(xiàn)。 因此HDLC和相類似的協(xié)議獲得了廣泛的應(yīng)用。,使用 HDLC 的優(yōu)點,因特網(wǎng)的點對點協(xié)議 PPP,現(xiàn)在全世界使用得最多的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是 點對點協(xié)議 PPP (Point-to-Point Protocol) 用戶使用撥號電話線接入因特網(wǎng)時，一般都 是使用 PPP 協(xié)議； 兩個路由器間的點到點鏈路上也可以使用PPP協(xié)議。,用戶撥號入網(wǎng)的示意圖,路由器,調(diào)制解調(diào)器,調(diào)制解調(diào)器,因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP),用戶家庭,撥號電話線,使用 TCP/IP 的 PPP 連接,路由選擇 進程,至 因 特 網(wǎng),PC 機,PPP 協(xié)議,1992 年制訂了 PPP 協(xié)議。經(jīng)過 1993 年和 1994 年的修訂，現(xiàn)在的 PPP 協(xié)議已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn) RFC 1661 PPP協(xié)議有三個組成部分 一個將 IP 數(shù)據(jù)報封裝到串行鏈路的方法 鏈路控制協(xié)議 LCP(Link Control Protocol) 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 NCP(Network Control Protocol),PPP 協(xié)議的幀格式,PPP 的幀格式和 HDLC 的相似 標(biāo)志字段 F 仍為 0x7E （十六進制的 7E 的二 進制表示是 01111110） 地址字段 A 只置為 0xFF。地址字段實際上并 不起作用 控制字段 C 通常置為 0x03 PPP 是面向字節(jié)的，所有的 PPP 幀的長度都 是整數(shù)字節(jié),PPP 協(xié)議的幀格式,PPP 有一個 2 個字節(jié)的協(xié)議字段。 當(dāng)協(xié)議字段為 0x0021 時，PPP 幀的信息字段就是IP 數(shù)據(jù)報。 若為 0xC021, 則信息字段是 PPP 鏈路控制數(shù)據(jù)。 若為 0x8021，則表示這是網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)。,IP 數(shù)據(jù)報,1,2,1,1,字節(jié),1,2,不超過 1500 字節(jié),PPP 幀,先發(fā)送,7E,FF,03,F,A,C,FCS,F,7E,協(xié)議,信 息 部 分,首部,尾部,PPP 透明傳輸問題,當(dāng) PPP 用在同步傳輸鏈路時，協(xié)議規(guī)定采用 硬件來完成0比特填充（和 HDLC 的做法一 樣）； 當(dāng) PPP 用在異步傳輸時，就使用一種特殊的 字符填充法。,PPP 字符填充法,將信息字段中出現(xiàn)的每一個 0x7E 字節(jié)轉(zhuǎn)變成 為 2 字節(jié)序列 (0x7D, 0x5E) 若信息字段中出現(xiàn)一個 0x7D 的字節(jié), 則將其 變成為 2 字節(jié)序列 (0x7D, 0x5D) 若信息字段中出現(xiàn) ASCII 碼的控制字符（即 數(shù)值小于 0x20 的字符），則在該字符前面要 加入一個 0x7D 字節(jié)，同時將該字符的編碼加 以改變 共同規(guī)律：前加0x7D ，后將出現(xiàn)的這些字節(jié)b5反相,不提供使用序號和確認的可靠傳輸,PPP 協(xié)議之所以不使用序號和不使用確認機制是出于以下的考慮： 在數(shù)據(jù)鏈路層出現(xiàn)差錯的概率不大時，使用比較簡單的 PPP 協(xié)議較為合理 在因特網(wǎng)環(huán)境下，PPP 的信息字段放入的數(shù)據(jù)是 IP 數(shù)據(jù)報。數(shù)據(jù)鏈路層的可靠傳輸并不能夠保證網(wǎng)絡(luò)層的傳輸也是可靠的 幀檢驗序列 FCS 字段可保證無差錯接受,PPP 協(xié)議的工作狀態(tài),當(dāng)用戶撥號接入 ISP 時，路由器的調(diào)制解調(diào)器對撥號 做出確認，并建立一條物理連接。 PC 機向路由器發(fā)送一系列的 LCP 分組（封裝成多個 PPP 幀), 這些分組及其響應(yīng)選擇一些 PPP 鏈路參數(shù) 。 接著進行網(wǎng)絡(luò)層配置，交互的NCP分組 給新接入的 PC機分配一個臨時的 IP 地址，PC 機成為因特網(wǎng)上的一個主機。 通信完畢時，NCP 釋放網(wǎng)絡(luò)層連接，收回原來分配出去的 IP 地址。接著，LCP 釋放數(shù)據(jù)鏈路層連接。最后 釋放物理層連接。,PPP 協(xié)議的狀態(tài)圖,寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) B-ISDN與ATM*,綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN的基本概念 與單一業(yè)務(wù)的電信網(wǎng)不同，ISDN可以同時提供多種業(yè)務(wù)，用戶線路可供多種業(yè)務(wù)共用，在線路上可以同時傳輸電話、電報、數(shù)據(jù)等多種信息。 ISDN用戶可以以不同業(yè)務(wù)類型同時與多個用戶通信。ISDN完全采用數(shù)字 信道，因而能獲得較高的通信質(zhì)量與可靠性。 N-ISDN向B-ISDN的發(fā)展 N-ISDN: (1)以PSTN為基礎(chǔ)，(2)采用同步時分多路復(fù)用技術(shù)，(3)各個通路 及其速率是預(yù)定的； B-ISDN: (1)以光纖作為干線和傳輸介質(zhì)，(2)采用異步傳輸模式ATM技術(shù)， (3)使用通路的概念但其速率不是固定的。 設(shè)計B-ISDN的目標(biāo)是將語音、數(shù)據(jù)、靜態(tài)與動態(tài)圖像的傳輸，以及N-ISDN的所有服務(wù)綜合于一個通信網(wǎng)中，覆蓋從低傳輸速率到高傳輸速率的各種非實時、實時與突發(fā)性的傳輸要求。,（以下，加*號內(nèi)容在2012.1考研的大綱中已不再列入，可不復(fù)習(xí)）,ATM網(wǎng)*,ATM的基本概念: SONET/SDH: 同步光纖網(wǎng)、同步數(shù)字體系，全網(wǎng)使用統(tǒng)一的時鐘，在鏈路上傳輸嚴(yán)格同步， SONET/SDH的同步指的是物理層的時鐘同步。 ATM: 一種面向連接的分組交換技術(shù)，傳輸?shù)氖枪潭ㄩL度53字節(jié)的信元 (是數(shù)據(jù)鏈路層的PDU) ，被插入到SONET/SDH的幀中進行傳輸。采用統(tǒng)計時分復(fù)用方法，每一個用戶發(fā)送的信元插到SONET/SDH幀中的位置并不固定，取決于鏈路的忙閑程度、取決于當(dāng)時SDH幀中哪些地方有空位置。 相對于“同步時分復(fù)用” ，ATM的數(shù)據(jù)傳輸是“異步”的。 目前， ATM主要用于廣域網(wǎng)的核心交換網(wǎng)。,（ATM的內(nèi)容在教材中沒有，下面詳細講）,ATM 異步傳輸模式 （Asynchronous Transfer Mode）： 基于信元交換技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸模式。它采用異步時分復(fù)用技術(shù)： SDH傳送的同步比特流被劃分為一個個固定時間長度的 STM 幀，當(dāng)用戶的ATM信元需要傳送時，就可插入到SDH的一個STM幀中。只要SDH的幀有空位置就將這些信元插入進來 ATM名詞中的“異步”即是指將ATM信元“異步插入”到同步的SDH比特流中。 ATM綜合吸收了分組交換高效率和電路交換高速度的優(yōu)點，針對分組交換速率比較低的缺陷，利用電路交換幾乎與協(xié)議處理無關(guān)的特點，通過高性能的硬件設(shè)備來提高處理速度，實現(xiàn)高速化傳輸。,ATM 的概念*,ATM的主要技術(shù)特點*,面向連接，采用固定長度數(shù)據(jù)傳輸單元-53字節(jié)的信元(cell) 各類信息(數(shù)字、語音、圖像、視頻)均可以信元為單位進行傳送，因此ATM能夠支持多媒體通信 ATM以統(tǒng)計時分多路復(fù)用方式來動態(tài)分配帶寬，網(wǎng)絡(luò)傳輸時延小，能夠適應(yīng)實時通信的要求 ATM無鏈路的糾錯與流量控制，協(xié)議簡單，數(shù)據(jù)交換效率高 ATM采用兩級虛電路機制，增加了虛電路分配的靈活性 ATM的數(shù)據(jù)傳輸率為155Mbps2.4Gbps 從本質(zhì)上看，ATM是一種高速分組交換技術(shù)。 ATM規(guī)范制定：ITU-T，ATM Forum 各種網(wǎng)絡(luò)(X.25, FR, IP網(wǎng)絡(luò)等)都可以通過互聯(lián)設(shè)備與ATM網(wǎng)絡(luò)連接，用戶也可以通過T1, E1, T3或OC-3等線路接入ATM網(wǎng)絡(luò)。,ATM 的網(wǎng)絡(luò)元素 *,ATM 端點(endpoint): 通過點到點鏈路與ATM 交換機相連 ATM 交換機: 一種快速分組交換機，其交換容量高達數(shù)百Gb/s,一個ATM 網(wǎng)絡(luò)包含：端點和交換機,ATM網(wǎng)絡(luò)由ATM交換機與ATM端點組成*,ATM 的網(wǎng)絡(luò)元素*,UNI 用戶網(wǎng)絡(luò)接口UNI（User-Network Interface） ATM端點與所連接的ATM交換機之間的接口 NNI 網(wǎng)絡(luò)結(jié)點接口NNI（Network-Node Interface） ATM網(wǎng)絡(luò)中兩個ATM交換機之間，或在兩個ATM網(wǎng)絡(luò)之間的接口。,ATM 交換機的主要構(gòu)件是: 交換結(jié)構(gòu)(switching fabric)、若干個高速輸入端口和輸出端口、必要的緩存。 當(dāng)輸入端A、C有信元進入時，它們將通過交換結(jié)構(gòu)并行地轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口E、H。交換機在一個時鐘周期內(nèi)就會將到達輸入端口的信元經(jīng)過交換結(jié)構(gòu)送往相應(yīng)的輸出端口，因此在交換機中進行的交換非?？焖?。,ATM 交換機*,ATM 信元*,ATM 采用定長分組作為傳輸和交換的單位。這種定長分組叫做信元 ( cell )。當(dāng)用戶的 ATM 信元需要傳送時，就可“異步”插入到 SDH 的一個幀中。 每個 ATM 信元 53 個字節(jié)。可傳輸話音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻業(yè)務(wù)。ATM 傳輸可以提供 155Mbps 到 2.4Gbps 之間的高速數(shù)據(jù)傳輸通道。 ATM采用異步時分復(fù)用方式工作，來自不同信息源的信元匯集到一起，在一個緩沖器內(nèi)排隊，隊列中的信元逐個輸出到傳輸線路，在傳輸線路上形成首尾相接的信元流。信元的首部標(biāo)有VPI/VCI字段，說明該信元使用的虛電路號，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)信元頭中的虛電路號來轉(zhuǎn)發(fā)信元。,ATM 異步(統(tǒng)計)時分復(fù)用,異步時分復(fù)用(統(tǒng)計時分復(fù)用) *,信息源隨機地產(chǎn)生信息，因此信元到達隊列也是隨機的。高速的業(yè)務(wù)信元來得十分頻繁、集中，低速的業(yè)務(wù)信元來得很稀疏。這些信元都按先來后到在隊列中排隊，然后按輸出次序復(fù)用到傳輸線上。 具有同樣虛電路標(biāo)識號的信元在傳輸線上并不像T1、E1同步時分多路復(fù)用那樣對應(yīng)某個固定的時間間隙，也不是按周期出現(xiàn)的，也即信息和它在幀中時隙位置之間沒有關(guān)系，信息只是按信元頭中的虛電路標(biāo)識號VPI/VCI來區(qū)分的。這種復(fù)用方式稱為異步時分復(fù)用，又稱統(tǒng)計時分復(fù)用。而在同步時分復(fù)用方式(如PCM復(fù)用方式)中，信息以它在一幀中的時間位置(時隙)來區(qū)分，一個時隙對應(yīng)著一條信道，不需要另外的信息頭來標(biāo)識信息的身份。,異步時分復(fù)用(統(tǒng)計時分復(fù)用) *,異步時分復(fù)用方式使ATM具有很大的靈活性，任何業(yè)務(wù)都可按實際需要來占用資源。對于特定的業(yè)務(wù)，傳送速率可隨信息到達的速率而變化，因此網(wǎng)絡(luò)資源得到了最大限度的利用。ATM網(wǎng)絡(luò)可以適用于任何業(yè)務(wù)，不論其特性如何(速率高低、突發(fā)性大小、質(zhì)量和實時性要求等)，真正做到了完全的業(yè)務(wù)綜合。 若某個時刻隊列中沒有等待發(fā)送的信元，此時線路上就插入空信元(信元頭中含有標(biāo)志)；反之，若某個時刻隊列已經(jīng)充滿緩沖區(qū)，傳輸線路上找不到可以傳送信元的機會(信元流都已排滿)，此時為了盡量減少對業(yè)務(wù)質(zhì)量的影響，將優(yōu)先級別低的信元先丟棄。緩沖區(qū)的容量必須根據(jù)信息流量來計算，以使信元丟棄率在10-9以下。,ATM 交換結(jié)點的工作*,為了提高處理速度和降低延遲，ATM以面向連接的方式工作。網(wǎng)絡(luò)的處理工作十分簡單：通信開始時建立虛電路，以后用戶將虛電路標(biāo)識號VPI/VCI寫入信元頭(即地址信息)，網(wǎng)絡(luò)中的ATM交換機根據(jù)虛電路標(biāo)識號將信元逐站轉(zhuǎn)發(fā)，送往目的地。 ATM網(wǎng)絡(luò)中的交換結(jié)點提供信元的交換。結(jié)點完成的只是虛電路的交換，因為同一虛電路上的所有信元都選擇同樣的路由，經(jīng)過同樣的通路到達目的地。在接收端，這些信元到達的次序總是和發(fā)送次序相同。 ATM交換結(jié)點的工作比X.25分組交換網(wǎng)中的結(jié)點要簡單得多。ATM結(jié)點只做信元頭的CRC檢驗，對于數(shù)據(jù)字段的傳輸差錯根本不過問。ATM結(jié)點不做差錯控制(信元頭中沒有信元的編號)，也不參與流量控制，這些工作都留給端結(jié)點去做。ATM交換結(jié)點的主要工作就是讀信元頭，根據(jù)信元頭中虛電路號快速將信元轉(zhuǎn)發(fā)，這件工作在很大程度上依靠硬件完成，所以ATM交換的速度非常快，可以和光纖的傳輸速度相匹配。,ATM 的協(xié)議參考模型*,用戶、控制、管理三個平面意味著，在ATM網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男旁N類有： 用戶數(shù)據(jù)類信元、信令(控制)類信元、管理類信元,ATM協(xié)議的平面和層次*,三個平面： 用戶平面：用于用戶信息傳輸以及相關(guān)控制功能，如 流量控制、差錯控制等。 控制平面：用于呼叫控制和連接控制，連接釋放等。 管理平面：包括平面管理和層管理。 層管理執(zhí)行與各層實體中的資源和參數(shù)有關(guān)的管理功能。 平面管理執(zhí)行與系統(tǒng)整體有關(guān)的管理功能，協(xié)調(diào)各平面之間的關(guān)系。平面管理不分層次。 三個層次： 物理層(ATM-PHY層)、ATM層、ATM適配層(AAL層) ATM 的協(xié)議參考模型共有三層，大體上與 OSI 的最低兩層相當(dāng)（但無法嚴(yán)格對應(yīng)）。,ATM 層一： 物理層(ATM-PHY) *,物理層PHY分為兩個子層： PMD (Physical Medium Dependent)子層 負責(zé)正確傳輸和接收比特流。 完成只和媒體相關(guān)的功能，如線路編碼和解碼、比特定時以及光電轉(zhuǎn)換等。 傳輸媒體有光纖、UTP/STP等 TC (Transmission Convergence)子層 實現(xiàn)信元流和比特流的轉(zhuǎn)換，包括速率適配(空閑信元的插入)、信元定界與同步、傳輸幀產(chǎn)生與恢復(fù)等. 典型的 TC 層， 發(fā)送時就是用信元流轉(zhuǎn)換成比特流裝入SONET / SDH幀，接收時從SONET/SDH幀中的比特流轉(zhuǎn)換成信元流，標(biāo)記出每個信元的開始和結(jié)束.,ATM 信元流裝入一個 STM-1 幀的例子*,ATM 層二： ATM 層*,ATM 層主要完成交換和復(fù)用，它的功能是： 信元的復(fù)用與解復(fù)用 信元的 VPI/VCI 轉(zhuǎn)換 (將進入信元首部中的VPI/VCI轉(zhuǎn)換成新的數(shù)值) 信元首部的產(chǎn)生與提取 流量控制,VPI 與 VCI *,虛通道VP和虛通路VC,每個ATM 虛連接 用信元首部中的兩級標(biāo)識號 VPI/VCI 來標(biāo)識，該標(biāo)識用于在選定虛通道VP中選定一個特定虛通路VC. 虛通路標(biāo)識符VCI (Virtual Channel Identifier) 一個虛通路VC是兩個端點之間的一個運送 ATM 信元的通信通路。 虛通道標(biāo)識符 VPI (Virtual Path Identifier) 一個虛通道VP包含有許多相同端點的VC，這些VC使用同一個VPI,VPI 與 VCI *,VPI/VCI 的值是在各段鏈路上分別分配的，所以只有局部的意義。 ATM交換機根據(jù)信元首部中的VPI/VCI值進行路由選擇，信元首部中的VPI/VCI值 在經(jīng)過ATM交換機時，其 VPI /VCI值 會改變。,ATM 層三： ATM 適配層(AAL) *,AAL (ATM Adaptation Layer) 作用： 將各種類型的應(yīng)用適配成 ATM 網(wǎng)絡(luò)能傳輸?shù)男畔⒏袷剑瑸樯厦娓邔痈鞣N特定的業(yè)務(wù)提供服務(wù)。,ATM 的砂漏模型,不同信號源發(fā)出的信號通過AAL層都變成固定長度的數(shù)據(jù)塊(48字節(jié)長)，然后再交給ATM層，加上 5字節(jié)的首部后變成53字節(jié)的信元。,AAL 的作用*,ATM 信元的封裝*,AAL 層將 48 字節(jié)長的數(shù)據(jù)塊交給 ATM 層，加上 5 字節(jié)的首部后變成 53 字節(jié)的信元,AAL 層的兩個子層*,AAL層分為兩個子層： 會聚子層 CS (Convergence Sublayer) 對不同的應(yīng)用提供不同的服務(wù)。每一個 AAL 用戶根據(jù)不同的應(yīng)用需求通過相應(yīng)的服務(wù)訪問點 SAP（即應(yīng)用程序的地址）接入到 AAL 層； 在 CS 子層形成的協(xié)議數(shù)據(jù)單元叫做 CS-PDU。 分段與重裝子層 SAR (Segmentation And Reassembly) 發(fā)送處理時，將上層數(shù)據(jù) (CS-PDU) 分段成 48 字節(jié)數(shù)據(jù)，交給下層 ATM 層作為信元的凈負荷； 接收處理時，將從下層ATM層得來的各信元的48字節(jié)數(shù)據(jù)重組裝交給上層 CS 子層。 在SAR子層形成的48字節(jié)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元叫做 SAR-PDU,ATM 層和 AAL 層*,在 ATM 交換機中只有物理層和 ATM 層。 AAL 層只能駐留在 ATM 端點之中。,ATM、OSI 層次的對應(yīng)關(guān)系*,孤立地觀察ATM網(wǎng)絡(luò)時，ATM網(wǎng)絡(luò)像一個廣域網(wǎng)，因為它可以覆蓋很大的地理范圍，有自己網(wǎng)絡(luò)的硬件地址和進行信元轉(zhuǎn)發(fā)的結(jié)點交換機，并且向上提供虛電路服務(wù)，好像是處在網(wǎng)絡(luò)層； 不過從IP層來看，將IP層中的IP分組交給下面的ATM網(wǎng)絡(luò)傳送，整個的ATM網(wǎng)絡(luò)又相當(dāng)于兩個IP結(jié)點之間的一條數(shù)據(jù)鏈路。從這個角度看，整個ATM網(wǎng)絡(luò)又好像是處在數(shù)據(jù)鏈路層。 因此，ATM體系結(jié)構(gòu)中的層次和OSI的層次很難有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。ATM網(wǎng)絡(luò)可以做為數(shù)據(jù)鏈路層或網(wǎng)絡(luò)層接入現(xiàn)有計算機網(wǎng)，它們的處理方式因接入點的不同而不同。,ATM 信元格式*,ATM 信元格式*,通用流量控制GFC(Generic Flow Control), 4位 只用于 UNI 接口,如用共享介質(zhì)接入時，用其進行接入流量控制,類似局域網(wǎng)MAC功能。ATM網(wǎng)一般采用點到點接入，此時不需要這一控制功能，通常置為0000。 虛通道標(biāo)識符VPI/虛通路標(biāo)識符VCI，8/16位(UNI), 12/16位(NNI) 載荷類型PT (Payload Type)，3位 用于指示信元中的載荷（即數(shù)據(jù)字段中的數(shù)據(jù)）類型：區(qū)分該信元是用戶信息或非用戶信息；有無遭到擁塞；AAL-SDU應(yīng)用服務(wù)類型。 信元丟失優(yōu)先級CLP(Cell Loss Priority)，1位 指示信元丟失優(yōu)先級。CLP=0表示該信元為高優(yōu)先級信元，CLP=1表示該信元為低優(yōu)先級信元。若網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，則先丟棄CLP=1的低優(yōu)先級信元。 首部差錯控制HEC(Header Error Control)，8位 檢測信元首部中的多個比特錯,并可進行信元頭中單個比特的糾錯。,ATM 的邏輯連接機制*,在 ATM 中使用的虛通路是一種邏輯連接。 虛通路是 ATM 網(wǎng)絡(luò)中的基本交換元素。 兩個端用戶要進行通信： 首先必須建立虛通路連接， 然后才能在這個端到端連接上以固定信元長 度和可變速率進行全雙工的通信。 數(shù)據(jù)傳送完畢后再釋放連接。,*,ATM 的主要信令報文*,報文類型 當(dāng)主機發(fā)送時的意義 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時的意義 SETUP 請求建立連接 有一個入呼叫 CALL 收到入呼叫 連接建立的請求 PROCEEDING 正在進行處理 CONNECT 接受入呼叫 呼叫請求已被接受 CONNECT 對 CONNECT 對 CONNECT ACK 報文的確認 報文的確認 RELEASE 請求釋放連接 端點發(fā)出了連接釋放請求 RELEASE 對 RELEASE 的確認 對 RELEASE 的確認 COMPLETE,VCI 和 VPI 的轉(zhuǎn)換*,ATM 信元在 ATM 網(wǎng)中傳輸時一定是在某特定的虛連接上按序傳送的。 ATM 信元的首部一定要有這個虛連接的標(biāo)識符VPI/VCI，以便唯一地標(biāo)識該信元屬于哪一個虛通路。 所有的 VPI/VCI 值只在每一段物理鏈路上具有唯一的值。 每經(jīng)過一段鏈路，信元的 VPI/VCI 值都可能改變數(shù)值。 每一個交換機中都有一個VPI/VCI的轉(zhuǎn)換表(也叫信元轉(zhuǎn)發(fā)表)，至少有4個參數(shù)：入端口號、入VPI/VCI值、出端口號、出VPI/VCI值，每當(dāng)建立一個新的虛連接時，會在該表中建立一行，填入相應(yīng)的項。 虛連接很多時表會很大，對內(nèi)存和處理帶來很大負擔(dān)。若有許多ATM連接，它們的源點和終點在地理上都比較集中，則這些連接就可以使用一個共同的虛通道標(biāo)識符VPI，這樣，在ATM網(wǎng)絡(luò)中的交換機就只需將VPI值進行轉(zhuǎn)換，而不管每條連接的VCI值是多少。這樣的VPI轉(zhuǎn)換表要比VPI/VCI轉(zhuǎn)換表簡單得多，進行這種交換的ATM交換機就是ATM交連機。,端點 A 通過 ATM 交換機 X, Y 和 Z 與端點 B 建立了一條邏輯連接*,ATM 網(wǎng)絡(luò),A,B,交 換 機 X,交 換 機 Y,交 換 機 Z,1,2,1,2,3,2,3,4,3,4,1,4,3/17,42/55,6/35,9/35,交換機 X 的 VPI/VCI 轉(zhuǎn)換表,交換機 Y 的 VPI/VCI 轉(zhuǎn)換表,交換機 Z 的 VPI/VCI 轉(zhuǎn)換表,ATM交換機Y就是ATM交連機，它只改變VPI值而不改變VCI值。,ATM 的傳輸服務(wù)類型*,A類服務(wù)，恒定比特率CBR（Constant Bit Rate）業(yè)務(wù) 端點間保持定時同步，比特率恒定，面向連接，就像專線 用于語音、靜態(tài)圖象的傳輸服務(wù) 由AAL1子層適配 B類服務(wù)，實時-可變比特率(RT-VBR, Real Time Variable Bit Rate)業(yè)務(wù) 端點間保持定時同步，比特率可變，面向連接 用于可變速率語音和壓縮視頻圖象的傳輸服務(wù)，如多媒體會議、視頻點播等，能 更有效地分配資源 由AAL2子層適配 C類服務(wù)，非實時-可變比特率(NRT-VBR, NRT-Variable Bit Rate)業(yè)務(wù) 端點間不要求定時同步，比特率可變，面向連接 可用于支持突發(fā)性數(shù)據(jù)的傳輸服務(wù)，如多媒體電子郵件 由AAL3/AAL4 或 AAL5 子層適配 D類服務(wù)，如果提供擁塞反饋機制稱可用比特率(ABR, Available Bit Rate)業(yè)務(wù);否則，稱未確定比特率(UBR, Unspecified Bit Rate)業(yè)務(wù)。ABR時，能確保一個最小信元傳輸速率并提供擁塞反饋機制，而UBR時，只等同于Inetrnet中IP的盡最大努力傳輸模式，但還能提供按序傳輸 。 端點間不要求定時同步，比特率可變，無連接 主要用于 QoS 要求較低或不要求的場合 由AAL3/AAL4 或 AAL5 子層適配 通常，A, B 類用于支持面向語音和視頻的應(yīng)用；C, D 類用于支持面向數(shù)據(jù)的應(yīng)用。,ATM 服務(wù)類型一覽表*,不需要,面向連接的突 發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸, 如音視頻多媒體Email,AAL 層舉例：AAL5 *,AAL5從AAL3/4簡化得來，又稱SEAL(Simple Efficient Adaptation Layer), 既簡單又高效,AAL5 *,所有的支持交換虛連接 SVC (Switched Virtual Connection)的 ATM 交換機和端點都必須支持 AAL5。 用戶數(shù)據(jù)先傳遞給 AAL5 的匯聚子層 CS，作為匯聚子層的數(shù)據(jù)。 SAR 的協(xié)議數(shù)據(jù)單元 SAR-PDU 是由 CS 子層交來的48字節(jié)的數(shù)據(jù)塊組成。 每個 SAR-PDU 往下送到ATM層，再加上 5 個字節(jié)的 ATM 信元首部就構(gòu)成了一個完整的 53個字節(jié)的ATM 信元。,選擇固定長度的短信元作為信息傳輸?shù)膯挝唬欣趯拵Ц咚俳粨Q。 能支持不同速率的各種業(yè)務(wù)。 所有信息在最低層是以面向連接的方式傳送，保持了電路交換在保證實時性和服務(wù)質(zhì)量方面的優(yōu)點。 由于ATM使用光纖信道傳輸，誤碼率極低，故省略了數(shù)據(jù)鏈路層的差錯控制和流量控制，而把它們放到高層處理，因而明顯地提高了信元在網(wǎng)絡(luò)中的傳送速率。,ATM 的主要優(yōu)點*,信元首部的開銷太大，即 5 字節(jié)的信元首部在整個53 字節(jié)的信元中所占的比例相當(dāng)大。 ATM 的技術(shù)復(fù)雜且價格較高。 ATM 能夠直接支持的應(yīng)用不多。 10吉比特以太網(wǎng)的問世，進一步削弱了 ATM 在因特網(wǎng)高速主干網(wǎng)領(lǐng)域的競爭能力。,ATM 的缺點*,IP over ATM *,90年代中期，ATM網(wǎng)絡(luò)開始廣泛應(yīng)用于廣域網(wǎng)，成為Internet的核心交換網(wǎng)的一個重要組成部分。 大量的低速路由器需要通過一些匯聚點接入到ATM主干網(wǎng)中。 ATM主干網(wǎng)中的路由器是核心路由器(core router)或主干路由器(backbone router)，它是執(zhí)行ATM協(xié)議的高端路由器或ATM交換路由器。 執(zhí)行匯聚點功能的路由器是邊界路由器(border router)或接入路由器(access router)，它們需要完成ATM信元與IP分組格式轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。 對于傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)的用戶看來，ATM主干網(wǎng)在接入路由器之間提供跨主干網(wǎng)的永久虛電路PVC，實現(xiàn)“IP over ATM”的傳輸模式。,知識點歸納,（八）數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備： 網(wǎng)橋（透明網(wǎng)橋、源路徑網(wǎng)橋）、 交換機 網(wǎng)橋的概念： 網(wǎng)橋是一種存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，用來連接類型相似的局域網(wǎng)。從協(xié)議層次看，網(wǎng)橋?qū)儆阪溌穼臃懂牐搶訉?shù)據(jù)幀進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。它既不同于只作單純信號放大、再生增強的轉(zhuǎn)接器（中繼器）,也不同于網(wǎng)絡(luò)層進行轉(zhuǎn)發(fā)的路由器。,局域網(wǎng)擴展及虛擬局域網(wǎng),在物理層擴展局域網(wǎng) - 使用中繼器、集線器 在電纜段之間復(fù)制比特信號，信號整形、放大、再生,擴展后的局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層看來還是一個網(wǎng)絡(luò),知識點歸納,局域網(wǎng)擴展,在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng) - 使用網(wǎng)橋、交換機 在網(wǎng)段之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀（根據(jù)MAC層物理地址）,擴展后的局域網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)層看來還是一個網(wǎng)絡(luò),知識點歸納,網(wǎng)絡(luò)互連,在網(wǎng)絡(luò)層對多個網(wǎng)絡(luò)互連 - 使用路由器 在網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā) IP 分組（根據(jù) IP 邏輯地址）,知識點歸納,在傳輸層及更高層互連 - 使用網(wǎng)關(guān) 在傳輸層及更高層上進行處理或協(xié)議轉(zhuǎn)換,網(wǎng)絡(luò)互連,知識點歸納,(1) 在物理層擴展局域網(wǎng),物理層擴展設(shè)備： 中繼器（Repeater）和集線器（Hub）,中繼器,作用 在物理層上實現(xiàn)局域網(wǎng)網(wǎng)段的擴展，主要起到信號再生、放大、延長網(wǎng)絡(luò)距離的作用。 優(yōu)點 安裝簡單、使用方便、價格便宜。 缺點 不能夠無限制地擴展網(wǎng)絡(luò)長度。 中繼器處理的對象是數(shù)據(jù)比特，它不能識別數(shù)據(jù)鏈路層的幀格式或網(wǎng)絡(luò)層的分組格式。不提供網(wǎng)段之間的隔離。 注意：中繼器、放大器兩者之間的區(qū)別,知識點歸納,中繼器的連接,知識點歸納,中繼器的工作原理,信號的解碼與編碼 - 信號整形、放大、再生,知識點歸納,集線器,集線器：多端口中繼器,知識點歸納,用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng) 級聯(lián)式集線器 (Uplink 端口) 堆疊式集線器 (Up、Down 堆疊端口) 底板插入模塊 (如光纖模塊等),用多個集線器可連成一個更大的局域網(wǎng),集線器,知識點歸納,優(yōu)點 使原來屬于不同沖突域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨沖突域的通信。 擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。 缺點 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。,用集線器擴展局域網(wǎng),在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)用的設(shè)備： 網(wǎng)橋（Bridge）和交換機（Switch）,(2) 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng),知識點歸納,為什么要使用網(wǎng)橋？,中繼器的數(shù)目已經(jīng)達到最大，但網(wǎng)絡(luò)還需擴大距離時； 兩個局域網(wǎng)距離相隔太遠，中繼器不能及 (此時需帶有WAN鏈路的遠程網(wǎng)橋) ； 局域網(wǎng)有太多的流量，要分成幾個網(wǎng)段減小流量 (用路由器相連太貴或因無路由協(xié)議時) ； 連接不同類型的 LAN時； 安全或管理原因。,網(wǎng)橋連接網(wǎng)段擴展局域網(wǎng),網(wǎng)橋是在邏輯鏈路層上存儲轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的設(shè)備，當(dāng)在多 個局域網(wǎng)之間需要交換信息，或為了安全、減小沖突域、增 大吞吐量、要將現(xiàn)存的單個局域網(wǎng)分隔成幾個網(wǎng)絡(luò)時，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,一個沖突域,四個沖突域,網(wǎng)橋,網(wǎng)橋根據(jù) MAC 幀的目的地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)。 網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個幀時，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)到另一個端口。,網(wǎng)橋的作用：過濾和轉(zhuǎn)發(fā),網(wǎng)橋的內(nèi)部組成,從 802.x 到 802.y 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 802.x 到 802.x 局域網(wǎng)橋的操作,由于MAC相同，僅在 MAC 子層過濾、轉(zhuǎn)發(fā) 802.x 幀,過濾通信量。 擴大了物理范圍。 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,存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延。 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，時延更大。 網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會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,集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。 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)送和進行退避。 在這一點上網(wǎng)橋的接口很像一個網(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)需要進行局域網(wǎng)互連時，只需把連接插頭插入網(wǎng)橋，不需要改動任何硬件和軟件，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)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(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 802.1D。,透明網(wǎng)橋的過濾與轉(zhuǎn)發(fā),當(dāng)一幀到達時，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，因而采用擴散算法(flooding algorithm)：把每個到來的、 未知的目的站點(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,隨著時間的推移，網(wǎng)橋?qū)⒘私饷總€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)腖AN上，而不再擴散發(fā)送。 當(dāng)網(wǎng)橋剛接入網(wǎng)時，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，若對應(yīng)的項在路徑表中沒有，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。,處理動態(tài)拓撲（時間項）,為了處理動態(tài)拓撲問題，每當(dāng)增加路徑表項時，均在該項中注明幀的到達時間。每當(dāng)目的地已在表中的幀到達時，將以當(dāng)前時間更新該項。這樣，從表中每項的時間即可知道該機器最后幀到來的時間。網(wǎng)橋中有一個進程定期地掃描該表，會清除時間早于當(dāng)前時間若干分鐘的全部表項。 如果從LAN上取走一臺計算機，并在別處重新連到LAN上的話，那么在幾分鐘內(nèi)，網(wǎng)橋中該表里對應(yīng)地址的項會動態(tài)得到更新，它即可重新開始正常工作而無須人工干預(yù)。這個算法同時也意味著，如果機器在幾分鐘內(nèi)無動作，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)還是擴散？,到達透明網(wǎng)橋的幀是丟棄、轉(zhuǎn)發(fā)還是擴散？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： 1、如果目的LAN和源LAN相同，則丟棄該幀； 2、如果目的LAN和源LAN不同，則轉(zhuǎn)發(fā)該幀； 3、如果目的LAN未知，則進行擴散（廣播）。,(1) 從端口 x 收到無差錯的幀(如有差錯即丟棄) ，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，然后進行(3)，否則轉(zhuǎn)到(5)。 (3) 如到這個 MAC 地址去的端口 d = x，則丟棄此幀(因為這表示不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(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，登記該幀進入網(wǎng)橋的端口號，設(shè)置計時器。然后轉(zhuǎn)到(8)。如源站在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則執(zhí)行(7)。 (7) 更新計時器。 (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：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的端口號。 時間：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的時間。,網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中登記的三個信息,透明網(wǎng)橋工作舉例,有時為了線路能有容錯能力，增加一些冗余線路，造成拓撲中有環(huán)路，會產(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,不停地 兜圈子,A 發(fā)出的幀,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（即生成初始拓撲中沒有回路的子集）： 每隔幾秒鐘每一個網(wǎng)橋要廣播其標(biāo)識號(網(wǎng)橋生產(chǎn)廠家設(shè)定的唯一序號)和它所知道的其他所有LAN上的網(wǎng)橋標(biāo)識號 算法選擇一個網(wǎng)橋作為支撐樹的根(例如選擇一個最小序號的網(wǎng)橋)，然后以最短路徑為依據(jù)，找到樹上的每一個結(jié)點 一旦網(wǎng)橋確定了支撐樹，網(wǎng)橋就虛擬地斷開鏈路不在支撐樹中的網(wǎng)橋上相關(guān)端口，從初始拓撲結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建支撐樹。隨著相關(guān)端口的斷