第五章 網(wǎng)絡(luò)互連

1、 第五章第五章 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)概述n網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)n 局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互聯(lián)n 局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)n 廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)n 網(wǎng)絡(luò)互連的方式 利用網(wǎng)間連接器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備1 1、中繼器、中繼器n工作原理：由于數(shù)字信號在傳輸過程中，其高次諧波最工作原理：由于數(shù)字信號在傳輸過程中，其高次諧波最易衰減而使信號變形，電纜上的阻抗、容抗也會使信號易衰減而使信號變形，電纜上的阻抗、容抗也會使信號幅值和形狀變小或失真，中繼器在信號傳輸一定距離后幅值和形狀變小或失真，中繼器在信號傳輸一定距離后對其進行整形和放大，但不對信號作校驗等其他處理。對其進行整形和放大，但不對

2、信號作校驗等其他處理。n使用中繼器進行網(wǎng)絡(luò)互連，注意兩點：使用中繼器進行網(wǎng)絡(luò)互連，注意兩點：n使用中繼器互連以太網(wǎng)不能形成環(huán)路。使用中繼器互連以太網(wǎng)不能形成環(huán)路。n必須遵循必須遵循MAC協(xié)議的延時特性，不能用中繼器將電纜無協(xié)議的延時特性，不能用中繼器將電纜無限地連接起來。限地連接起來。1 kmABt碰撞t = B 檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)t = / 2發(fā)生碰撞t = 2 A 檢測到發(fā)生碰撞 t = B 發(fā)送數(shù)據(jù)B 檢測到發(fā)生碰撞 t = ABABAB t = 0 A 檢測到信道空閑發(fā)送數(shù)據(jù)ABt = 0t = B 檢測到發(fā)生碰撞停止發(fā)送STOPt = 2 A 檢測到發(fā)生碰撞STOPAB單程端到端

3、傳播時延記為 中繼器n中繼器是第1層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備n中繼器的用途：在比特級上對網(wǎng)絡(luò)信號進行再生和重定時，從而可以使它們可以在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上傳輸更長的距離。n缺點：不能對網(wǎng)絡(luò)流量進行過濾n使用中繼器時注意：n用中繼器連接的以太網(wǎng)不能形成環(huán)n必須遵守MAC協(xié)議定時特性，不能用中繼器將電纜無限連接起來（四中繼器原則）四中繼器原則n在網(wǎng)絡(luò)上的任何兩臺計算機之間不能安裝超過4臺的中繼器或者放大式集線器。n該規(guī)則能保證當沖突發(fā)生時，沖突域中的每個節(jié)點都能知道已經(jīng)發(fā)生了沖突。n5-4-3-2-1n網(wǎng)絡(luò)的5個部分，4臺集線器或中繼器，網(wǎng)絡(luò)的3個部分可以連接主機，兩個部分是鏈路部分，1個大的沖突域（如圖所示） 2 2、集

4、線器、集線器l實質(zhì)：實質(zhì)：一個多端口的中繼器一個多端口的中繼器l提供的服務：提供的服務：容許在一個或多個容許在一個或多個LANLAN中連接大量計算機中連接大量計算機減少多協(xié)議服務減少多協(xié)議服務鞏固網(wǎng)絡(luò)主干鞏固網(wǎng)絡(luò)主干實現(xiàn)高速通信實現(xiàn)高速通信l提供的接口：提供的接口：8 8口、口、1616口和口和2424口等?？诘?。具有三個端口的集線器 集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線n用多個集線器可連成更大的局域網(wǎng) 在物理層擴展局域網(wǎng)在物理層擴展局域網(wǎng) 一系二系三系集線器集線器集線器集線器主干集線器n優(yōu)點n使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。n擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。n

5、缺點n碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。n如果不同的碰撞域使用不同的數(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)用集線器擴展局域網(wǎng) 三種結(jié)構(gòu)：三種結(jié)構(gòu)：獨立式（獨立式（Stand alone）：）： 固定端口配置，擴充時用級連的方法固定端口配置，擴充時用級連的方法堆疊式（堆疊式（Stackable）：）： 固定配置，用堆疊方法進行擴充固定配置，用堆疊方法進行擴充堆疊連堆疊連接在一起的接在一起的HUB在邏輯相當于一臺單獨的在邏輯相當于一臺單獨的HUB，可統(tǒng)一管理，可統(tǒng)一管理模塊化（模塊化（Module）：）： 又稱機箱式，由一臺帶有底板、電源的機箱又稱機箱式，由一臺帶有底板、

6、電源的機箱和若干塊多端口的接口卡（線卡）組成?？珊腿舾蓧K多端口的接口卡（線卡）組成?？伸`活按需配置，通過插入不同的插卡滿足需靈活按需配置，通過插入不同的插卡滿足需求（如插入交換卡、路由卡、加密卡等）求（如插入交換卡、路由卡、加密卡等）以以1臺服務器，臺服務器，3臺臺PC機為例：機為例： 一臺一臺HUB 4塊塊UTP接口的網(wǎng)卡接口的網(wǎng)卡 4臺臺PC機機 8個個RJ45接頭（水晶頭）接頭（水晶頭） 若干米若干米UTP雙絞線雙絞線 共享介質(zhì)環(huán)境中的沖突和沖突域共享介質(zhì)共享介質(zhì)(多路訪問多路訪問)擴展介質(zhì)擴展介質(zhì)點到點點到點沖突和沖突域n在同一個網(wǎng)絡(luò)上，當兩個比特同時在進行傳輸時，就可能會發(fā)生沖突。n

7、一個網(wǎng)絡(luò)上若有過多的網(wǎng)絡(luò)流量則會導致嚴重的問題n在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，數(shù)據(jù)分組產(chǎn)生和發(fā)生沖突的這樣一個區(qū)域被稱為沖突域n所有共享介質(zhì)環(huán)境都是沖突域，一條線路可通過接插電纜、收發(fā)器、中繼器和集線器與另一條線路進行連接，所有這些第1層互連設(shè)備都是沖突域的一部分n當沖突發(fā)生的時候，卷入到?jīng)_突的數(shù)據(jù)分組會受到逐位的破壞 工作站越多意味著沖突越多工作站越多意味著沖突越多中繼器、集線器和沖突域n中繼器會對比特進行再生和重定時，但是中繼器不能對通過它們的業(yè)務流量進行過濾。中繼器會把一個端口收到的信號轉(zhuǎn)發(fā)到所有的端口n使用中繼器會擴展沖突域的范圍，在中繼器兩端的網(wǎng)絡(luò)是一個大的沖突域n集線器也稱多端口中繼器，進入集線器一

8、個端口的任何信號都會再生、重定時而且被發(fā)送到其余的所有端口n中繼器和集線器都是第1層的設(shè)備，因此它們不會對網(wǎng)絡(luò)流量進行過濾。n如圖所示沖突域：由一臺集線器和中繼器所擴展沖突域：由一臺集線器和中繼器所擴展3 3、網(wǎng)橋、網(wǎng)橋n網(wǎng)橋是一種在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)互連的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。網(wǎng)橋是一種在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)互連的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。n網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù) MAC 幀的目的地址對收到的幀幀的目的地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)。進行轉(zhuǎn)發(fā)。n網(wǎng)橋的功能和作用網(wǎng)橋的功能和作用 功能：功能： （1）過濾和轉(zhuǎn)發(fā)）過濾和轉(zhuǎn)發(fā) （2）學習功能）學習功能 作用：作用： （1）擴展網(wǎng)絡(luò)的物理尺寸）擴展網(wǎng)絡(luò)

9、的物理尺寸 （2）實現(xiàn)局域網(wǎng)之間以及遠程局域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間的互相連接）實現(xiàn)局域網(wǎng)之間以及遠程局域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間的互相連接 （3）連接不同傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)）連接不同傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 站表端口管理 軟件網(wǎng)橋協(xié)議 實體端口 1端口 2緩存網(wǎng)段 B網(wǎng)段 A111222站地址 端口網(wǎng)橋網(wǎng)橋用網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)多個網(wǎng)段互連n過濾通信量。 n擴大了物理范圍。n提高了可靠性。n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)橋帶來的好處使用網(wǎng)橋帶來的好處 n存儲轉(zhuǎn)發(fā)增加了時延。 n在MAC 子層并沒有流量控制功能。 n具有不同

10、MAC 子層的網(wǎng)段橋接在一起時時延更大。n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暴。 使用網(wǎng)橋帶來的缺點使用網(wǎng)橋帶來的缺點 n集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。n網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行 CSMA/CD 算法。n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。n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。 n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）不同網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同 4 4、路由器（、路由器（RouterRouter）n路由器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

11、互連發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)層。n路由器是局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間進行互連的關(guān)鍵設(shè)備，通常的路由器都具有負載平衡、阻止廣播風暴、控制網(wǎng)絡(luò)流量及其提高系統(tǒng)容錯能力等功能。n路由器能在多個網(wǎng)絡(luò)和介質(zhì)之間提供網(wǎng)絡(luò)互連能力，用路由器可以實現(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)互連。路由器的特點及分類路由器的特點及分類路由器最突出的特點：路徑選擇功能路徑選擇功能路由器的分類：p 近程路由器和遠程路由器近程路由器和遠程路由器p 內(nèi)部路由器和外部路由器內(nèi)部路由器和外部路由器p 靜態(tài)路由器和動態(tài)路由器靜態(tài)路由器和動態(tài)路由器p 單協(xié)議路由和多協(xié)議路由器單協(xié)議路由和多協(xié)議路由器5 5、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)關(guān)n網(wǎng)關(guān)又稱信關(guān)，它所實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)互連發(fā) 生在網(wǎng)絡(luò)層上，是網(wǎng)絡(luò)層以上的

12、互連設(shè)備的總稱。n可以對LAN和WAN進行網(wǎng)絡(luò)互連。6 6、交換機、交換機n交換機又稱交換式集線器，分第二層交換機、第三層交換機和高層交換機。n主要特點：所有端口平時都不連通。n交換機的最大優(yōu)點：整個局域網(wǎng)總的可用帶寬就是：N*10 Mb/s。n交換機的交換方式：直通方式和傳統(tǒng)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式。n交換機的三種功能n生成樹協(xié)議n幾種交換方法交換機的三種功能n地址學習地址學習n轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)/過濾過濾n避免環(huán)路避免環(huán)路地址學習 初始初始 MAC 地址表是空的地址表是空的MAC 地址表地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E

13、1E2E3ABCD地址學習 A站發(fā)送一幀到站發(fā)送一幀到C站站 交換機通過學習數(shù)據(jù)幀中的源地址緩存交換機通過學習數(shù)據(jù)幀中的源地址緩存A站站MAC地址對應端口地址對應端口E0表項表項 A站發(fā)送到站發(fā)送到C站的幀被洪泛輸出到除站的幀被洪泛輸出到除E0以外的所有其它端口以外的所有其它端口MAC 地址表地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0: 0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBA地址學習 D站發(fā)送一幀到站發(fā)送一幀到C站站 交換機通過學習數(shù)據(jù)幀的源地址緩存交換機通過學習數(shù)據(jù)幀的源地址緩存D站站MAC地址對應

14、端口地址對應端口E3表項表項 D站發(fā)送到站發(fā)送到C站的幀被洪泛輸出到除端口站的幀被洪泛輸出到除端口E3以外的所有其它端口以外的所有其它端口MAC 地址表地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0: 0260.8c01.1111E3: 0260.8c01.4444E0E1E2E3DCAB過濾nA站發(fā)送一幀到C站n目的已知，幀不被洪泛，直接輸出到端口E2E0: 0260.8c01.1111E2: 0260.8c01.2222E1: 0260.8c01.3333E3: 0260.8c01.44440260.8c01.11

15、110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCABMAC address table交換機轉(zhuǎn)發(fā)信息的方式nCut-through（直通方式）n交換機檢查目的地址并立即開始轉(zhuǎn)發(fā)幀F(xiàn)rameFramenStore and forward（存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式）n幀被完全接收，轉(zhuǎn)發(fā)之前要對幀進行校驗FrameFrameFramenFragment free（無碎片直通方式） (modified cut-through)n交換機檢查開始的64個字節(jié)然后立即開始轉(zhuǎn)發(fā)幀哪種方式速度最快？哪種方式速度最快？比較三種方式的優(yōu)缺點比較三種方式的優(yōu)缺點冗余

16、拓撲n冗余拓撲可以消除單點造成的失敗n冗余拓撲會導致廣播風播，多幀復制等問題Server/host X網(wǎng)段網(wǎng)段 1網(wǎng)段網(wǎng)段 2Router Y交換機交換機A交換機交換機B廣播風暴網(wǎng)段網(wǎng)段 1網(wǎng)段網(wǎng)段 2服務器服務器/主機主機 X路由器路由器 Y 廣廣 播播交換機交換機 A交換機交換機 B多幀復制 主機主機 X 發(fā)送一單播幀到路由器發(fā)送一單播幀到路由器Y 路由器路由器 Y MAC地址還沒有被交換機學習到地址還沒有被交換機學習到 路由器路由器 Y 將接收到兩個相同的幀將接收到兩個相同的幀網(wǎng)段網(wǎng)段 1網(wǎng)段網(wǎng)段 2服務器服務器/主機主機 X路由器路由器 Y 單單 播播交換機交換機 A交換機交換機 B

17、單單 播播 單單 播播解決辦法：生成樹協(xié)議將部分端口設(shè)為阻塞狀態(tài)將部分端口設(shè)為阻塞狀態(tài)阻塞阻塞x生成樹協(xié)議 每個網(wǎng)絡(luò)一個根橋（標識號最小的橋）每個網(wǎng)絡(luò)一個根橋（標識號最小的橋） 每個非根橋一個根端口每個非根橋一個根端口 每個網(wǎng)段一個指定端口每個網(wǎng)段一個指定端口x指定端口指定端口 (轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā))根端口根端口 (轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā))指定端口指定端口 (轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā))非指定端口非指定端口 (阻塞阻塞)根橋根橋非根橋非根橋SW XSW Y100baseT 10baseT生成樹協(xié)議-根橋的選擇交換機交換機 X X缺省優(yōu)先權(quán)：缺省優(yōu)先權(quán)： 32768 32768 MAC 0c0011111111MAC 0c0011111

18、111 BPDU = 橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元根橋根橋 = 最小橋標識號最小橋標識號橋標識號橋標識號= 橋優(yōu)先權(quán)橋優(yōu)先權(quán) +橋橋MAC地址地址上圖中哪個交換機標識號最小上圖中哪個交換機標識號最小?交換機交換機 Y Y缺省優(yōu)先權(quán)：缺省優(yōu)先權(quán)： 32768 32768 MAC 0c0022222222MAC 0c0022222222BPDU生成樹協(xié)議端口狀態(tài) 交換機交換機 Y Y缺省優(yōu)先權(quán)：缺省優(yōu)先權(quán)： 3276832768MAC 0c0022222222MAC 0c0022222222交換機交換機 X X缺省優(yōu)先權(quán)：缺省優(yōu)先權(quán)： 32768 32768 MAC 0c0011111111MAC 0c0011111111根橋根橋x