局域网和局域网交换(大连理工).ppt

网络教程局域网和局域网 交换 大连理工大学网络中心 局域网和局域网交换 n局域网概述 n以太网分段 n局域网交换和虚网 n生成树协议 局域网和局域网交换局域 网概述 nMAC地址 n以太网标准 n快速以太网 局域网概述 n目前三种主要类型的局域网是以太网， 令牌环和FDDI。 nIEEE定义了这三种局域网的大部分标准 。 局域网标准 NameMAC Sublayer Spec LLC Sublayer Spec Other Comments Ethernet version 2 (DIX Ethernet) EthernetNot applicableThis spec is owned by Digital, Intel, and Xerox. IEEE EthernetIEEE 802.3IEEE 802.2Also popularly called 802.3 Ethernet. Token RingIEEE 802.5IEEE 802.2IBM helped development before the IEEE took over. FDDIANSI X3T9.5IEEE 802.2ANSI liked 802.2, so they just refer to the IEEE spec. 局域网头格式 Preamble Dest. Address Source Address TypeDataFCS Ethernet (DIX) Preamble Dest. Address Source Address LengthDataFCS IEEE Ethernet SDDSAPSSAPControl AC Dest. Address Source Address EDDataFCS IEEE Token Ring FDDSAPSSAPControlSDFS SD Dest. Address Source Address EDDataFCS ANSI FDDI FCDSAPSSAPControlPreambleFS 86variable24 71662111-2 variable4 802.3 11166111-2 variable411 802.2802.3 802.5 802.2802.5 41166111-2variable4.51.5 FDDI MAC802.2FDDI 最大帧大小，除前导码以外： 以太网：1518 bytes 令牌环：4472 bytes (4 MB) 17,800 bytes (16MB) FDDI ：4472 bytes (4MB) MAC地址 nMAC地址的一个主要的功能就是区分或 标识以太网，令牌环，和FDDI局域网上 的接口卡。 Vendor Code (24 bits) MAC Address Most Significant Byte Least Significant Byte EthernetMost Significant Bit is last Token RingMost Significant Bit is first MAC地址 n广播地址0xFFFF.FFFF.FFFF。广播地址可 以让局域网上的所有设备接收到同一个帧。 n组播地址在以太网和FDDI中使用。可以让 局域网上的部分是设备接收到同一个帧。在IP 组播中也使用组播地址。 n功能地址只在令牌环上使用。功能地址区 分一个或多个接口提供的特定功能。 以太网标准 StandardMaximum Cable Length Type of CableMAC Sublayer Specification Device connects to a Hub or Directly to a Bus 10B5500m50 Ohm thick coaxial cable 802.3Bus 10B2185m50 Ohm thin coaxial cable 802.3Bus 10BT100mUTP802.3Hub 10BTL2000mFiber802.3Hub 100BTx100mUTP/STP802.3Hub 100BT4100mUTP, 4 pair802.3Hub 100BFx400mFiber802.3Hub 半双工和全双工以太网操作 Hub NIC NIC NIC NIC 2-Pair Cable Receive Pair Transmit Pair Transmit Receive Collision?Loop back 1 2 23 4 4 5 5 5 10BT Half-Duplex Operation 1.网卡发送一个 帧。 2.网卡将帧回送 到自己的接收 对。 3.Hub接收到帧 。 4.Hub在内部总 线上传递帧。 5.Hub将信号从 每个设备的接 收对送出。 半双工和全双工以太网操作 Full-Duplex NIC Full-Duplex NIC Receive Transmit Receive Transmit 10BT Full-Duplex Operation 不会发生碰撞；所以，时间不会浪费在重传帧上。 不必等其他机器发送。 每个方向都有10M带宽，增加了可用的带宽。 快速以太网 StandardWhat It DefinesType of CableMaximum Length to Hub Maximum Distance between Devices 802.3MAC framing and CSMA/CD rules N/AN/AN/A 802.310BT 10B2 10B5 Cat 3,4,5 UDP(2pair) 50 Ohm thin coaxial cable 50 Ohm thick coaxial cable 100m N/A N/A 500m 500m 185m 802.3u100BTX 100BFX 100BT4 autonegotiation CAT 5 UDP (2 pair) MM Fiber (2 strands) CAT 3,4,5 UDP (4 pair) 100m 100m 100m 412m 412, 2km w/FDX 412m 802.3xFull-duplex operation N/AN/AN/A 以太网分段 n局域网分段的益处 n透明桥 n使用路由器分段 n使用交换机分段 局域网分段的益处 n超越距离限制 n通过减少或消除碰撞加快反应速度和增 加吞吐量 n通过降低广播风暴和组播的影响加快反 应速度和增加吞吐量 n增加每个用户的可用带宽 n限制到不同局域网段的流量 透明桥 n透明桥的三个关键功能 n通过检查接收到的帧的源MAC地址学习MAC 地址。 n根据MAC地址决定何时转发一个帧，何时过 滤掉一个帧。 n和其他桥一起通过生成树协议创建一个没有 环路的环境。 透明桥单个以太网段 0200.3333.3333 Web Server Name Server 0200.2222.2222 0200.1111.1111 1 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (DNS) 2 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 ARP 3 DMAC=0200.2222.2222 SMAC=0200.1111.1111 DNS Request 4 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 DNS Reply 5 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (Web) 6 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.3333.3333 ARP 7 DMAC=0200.3333.3333 SMAC=0200.1111.1111 Connect to Web 透明桥 0200.3333.3333 Web Server Name Server 0200.2222.2222 0200.1111.1111 1 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (DNS) 0200.1111.1111 E0 E0E1 Address Table After Step1 2 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 ARP 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E1 Address Table After Step2 3 DMAC=0200.2222.2222 SMAC=0200.1111.1111 DNS Request 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E1 Address Table After Step3 4 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 DNS Reply 5 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (Web) 6 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.3333.3333 ARP 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E1 0200.3333.3333 E1 Address Table After Step2 7 DMAC=0200.3333.3333 SMAC=0200.1111.1111 Connect to Web 透明桥 n透明桥的一些功能 n广播和组播能够被桥转发 n透明桥根据第二层的头和逻辑地址转发和第 三层无关 n存储-转发（Store-and-Forward）是透明桥 的典型操作 n透明桥必须对帧进行处理，所以也增加了时 延 透明桥 n透明桥能够提供的好处 n因为每段都能达到以太网的最大长度，所以 超越以太网的距离限制 n通过桥对帧的过滤减少了碰撞 n桥不能降低广播/组播的影响 n每一段分别运行在10或100Mbps代替了整个 段运行在10或100Mbps，增加了可用带宽 n可以在桥上对帧进行限制和过滤 使用路由器分段 0200.3333.3333 Web Server Name Server 0200.2222.2222 0200.1111.1111 1 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (Router-E0) E0E1 Notes: Addresses of frame on left-side Ethernet 2 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.4444.4444 ARP 3 DMAC=0200.4444.4444 SMAC=0200.1111.1111 DNS Request 4 DNS Reply 5 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (Web) 6 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.3333.3333 ARP 7 DMAC=0200.3333.3333 SMAC=0200.1111.1111 Connect to Web 0200.4444.4444 0200.5555.5555 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.4444.4444 使用路由器分段 n使用路由器分段的功能 n广播和组播帧不被路由器转发（默认） n路由器使用第三层头和逻辑地址交换包，是 第三层协议相关的 n路由器通常使用存储-转发，同样增加时延 n路由器转发一个包前要进行很多处理，这些 也要增加时延 使用路由器分段 n使用路由器分段的益处 n超越了距离限制 n同一段的流量不被转发，减少了碰撞 n路由器不转发广播/组播（默认）降低了广播/组播 的影响 n路由器提供了更好的可管理性，路由器可以提供对 于包更详细的内容 n路由器提供比透明桥更多的功能，比如包的分片和 重组，插入包的生存时间控制 n额外的处理同样比透明桥引入了更多的时延 使用交换机分段 0200.3333.3333 Web Server Name Server 0200.2222.2222 0200.1111.1111 1 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (DNS) 0200.1111.1111 E0 E0 E1 Address Table After Step1 2 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 ARP 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E2 Address Table After Step2 3 DMAC=0200.2222.2222 SMAC=0200.1111.1111 DNS Request 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E2 4 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 DNS Reply 5 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (Web) 6 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.3333.3333 ARP 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E2 0200.3333.3333 E1 Address Table After Step2 7 DMAC=0200.3333.3333 SMAC=0200.1111.1111 Connect to Web E2 使用交换机分段 在交换机中同时传送帧 ab cd 使用交换机分段 Full-Duplex a b c 使用交换机分段 n使用交换机分段的功能 n广播和组播能够被交换机转发 n交换机使用第二层头和逻辑地址，与第三层 无关。 n存储-转发和cut-through识交换机典型的处 理方式。 cut-through时延较小，单时增加 了转发出错包的风险 n交换机必须对帧进行处理，引入了时延 使用交换机分段 n使用交换机分段的益处 n超越了距离限制 n减少了碰撞，因为帧只在特定口发送 n交换机不能降低组播影响。但是可以通过组播协议 降低组播影响 n因为每段分别运行在10或100Mbps增加了可用带宽 n可以限制用户流量 n可以同时转发多个帧 n交换机通常在硬件上进行了优化，同透明桥相比， 时延较小 局域网交换和虚网 n交换机的基本逻辑操作 n接收一个帧 n如果目的地址是广播地址或组播地址，在全 部端口转发 n如果目的地址是单播地址，地址表里没有， 在全部段口转发 n如果目的地址是单播地址，地址表里有，在 相应端口转发，除非地址对应该帧进入的端 口。 局域网交换和虚网 Switching MethodDescription Store-and-Forward在转发前接收全部的帧。丢弃 FCS校验失败的帧。 Cut-through直接转发，在最后一位接收完之 前，可能第一位已经转发出去。 不进行FCS检验 FragmentFree同Cut-through类似，不过在接 收完64bits前不进行转发。 交换机内部处理 局域网交换和虚网 冲突域 局域网交换和虚网 广播域 虚网 n一个虚网是由一个或多个交换机创建的 广播域。 n虚网可以通过交换机的配置实现，也可 以是通过外部的服务器同交换机通讯配 置。 n通常可以分为基于端口的虚网，基于协 议的虚网，基于MAC的虚网等。 虚网 IP Subnet 10.1.1.0/24 IPX network 1 IP Subnet 10.1.2.0/24 IPX network 2 IP Subnet 10.1.3.0/24 IPX network 3 E1 E0 E2 虚网 E1 E8 E10 E11 SW1 SW2 Address Table Vlan 1 0200.1111.0001 E1 0200.1111.0002 E10 02000.1111.0001 Vlan1 Vlan2 Vlan2 Vlan1 02000.2222.0001 02000.1111.0002 02000.2222.0002 Address Table Vlan 1 0200.2222.0001 E11 0200.2222.0002 E1 E1 E8 Trunking port 虚网 Tagging MethodMedia Inter-Switch Link (ISL) Fast Ethernet 802.1qFast Ethernet 802.10FDDI LAN Emulation (LANE) ATM Frame Trunking/Tagging Protocols 虚网 n虚网的益处 n使用虚网，增加了网络的灵活性。方便增加 ，移动设备。 n强迫虚网间进行第三层路由，加强了系统管 理。 n分成多个广播域，降低了广播占用的带宽 n降低了联网设备的CPU利用率，因为减少了 广播数量 生成树协议 n生成树协议的主要作用是在有多个路径 情况下动态的创建桥接/交换网络。 n通过发送CBPDUs(Configuration Bridge Protocol Data Unit)