第3章 数据链路层(5).ppt

回顾 链路层使用信道链路层三个基本问题链路层协议局域网模型局域网种类 各自使用的协议 网卡地址 在物理层扩展局域网 使用中继器 集线器 3 5局域网互联与网桥工作原理 在物理层扩展局域网 物理层扩展设备 中继器 Repeater 和集线器 Hub 中继器在物理层上实现局域网网段的扩展 主要起到对传输介质上信号波形的接收 整形 放大及转发作用 延长网络距离的作用 集线器集线器 Hub 是一种多端口转发器 所有连接到集线器的结点共享一个冲突域 中继器的连接 集线器 a b 局域网扩展 在数据链路层扩展局域网 使用网桥 交换机在网段之间转发数据帧 根据MAC层物理地址 网桥 网桥根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发 网桥具有过滤帧的功能 当网桥收到一个帧时 先检查此帧的目的MAC地址 然后再确定是过滤丢弃 还是将该帧转发到另一个端口 网桥的作用 过滤和转发 一 网桥的内部结构 站表 端口管理软件 网桥协议实体 端口1 端口2 缓存 网段B 网段A 1 1 1 2 MAC1 MAC3 MAC5 2 MAC2 MAC4 2 站地址 端口 网桥 网桥 MAC6 网段A 网段B 网桥依靠转发表转发帧 使用网桥带来的好处 过滤通信量 B2 B1 碰撞域 碰撞域 碰撞域 A B C D E F 扩大了物理范围 提高了可靠性 可互连不同物理层 不同MAC子层和不同速率 如10Mb s和100Mb s以太网 的局域网 使用网桥带来的缺点 存储转发增加了时延 在MAC子层并没有流量控制功能 具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大 网桥在转发一个帧之前 必须修改帧的某些字段的内容 以适合另一个MAC子层的要求 网桥只适合于用户数不太多 不超过几百个 和通信量不太大的局域网 否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞 这就是所谓的广播风暴 网桥的路由选择策略 透明网桥特点透明网桥由各个网桥自己来决定路由选择 局域网上的各结点不负责路由选择 网桥对于互连局域网的各结点来说是 透明 的 透明网桥一般用在两个使用同样的MAC层协议的网段之间的互连 透明网桥的最大优点是容易安装 是一种即插即用设备 其标准是IEEE802 1D 目前 常用的有两种网桥 即透明网桥和源路由网桥 透明网桥 TransparentBridge 若从A发出的帧从接口x进入了某网桥 那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到A 网桥每收到一个帧 就记下其源地址和进入网桥的接口 作为转发表中的一个项目 在转发帧时 则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的 这时就把在 地址 栏下面已经记下的源地址当作目的地址 而把记下的进入接口当作转发接口 网桥应当按照以下自学习算法处理收到的帧和建立转发表 地址接口 转发表的建立过程举例 B2 B1 A B C D E F 1 2 1 2 地址接口 网桥在转发表中登记以下三个信息 站地址 登记收到的帧的源MAC地址 端口 登记收到的帧进入该网桥的端口号 时间 登记收到的帧进入该网桥的时间 转发表中的MAC地址是根据源MAC地址写入的 但在进行转发时是将此MAC地址当作目的地址 源路由网桥 SourceRoute 源路由网桥是由发送帧的源结点负责路由选择 为了发现合适的路由 发送方以广播方式向接收方发送一个发现帧 DiscoveryFrame 其主要作用是发现最佳路径 多个发现帧将在整个网络中沿着所有可能的路由向接收方发送 在传送过程中 每个发现帧都记录所经过的路由 当这些发现帧到达接收方时 就沿着各自的路由返回发送方 发送方在了解这些路由后 从所有可能的路由中选择出一个最佳路由 网桥的路由选择策略 源路由网桥和透明网桥的区别 源路由网桥对主机是不透明的 它采用手工配置方式 面向连接 使用源路由网桥可以利用最佳路由 透明网桥是对主机是透明的 采用自动配置方式 无连接 透明网桥使用生成树 它一般不是最佳路由 交换机的两种用法 以10Mbps网络交换机为例 1 端口下接站点 站点独占10Mbps带宽 2 端口下接网段 网段中所有站点共享10Mbps带宽 共享10M 独享10M 共享10M 独享10M 网络交换机Switch HUB HUB 交换机概述 认识一下交换机 交换机 英文名称为Switch 工作在OSI的数据链路层 也称二层交换机 它是一种基于MAC地址 网卡的硬件地址 识别 用于数据帧的转发的设备 以太网交换机内部结构示意图 1 3 2 4 5 6 Switches EachsegmenthasitsowncollisiondomainBroadcastsareforwardedtoallsegments Memory Switch 连接独享端口以太交换机后的冲突域变化 全双工交换以太网 不再使用CSMA CD 交换机概述 以太网交换机工作机制 地址学习转发 过滤 交换机概述 交换机功能 交换机的功能 地址学习 初始的MAC地址表为空交换机通过学习功能来完成写入MACaddresstableMAC地址表存放在交换机的RAM中 E00260 8c01 1111 交换机收到数据帧后 查找MAC地址表 没找到 交换机将该数据帧泛洪 flooding 到所有其它的端口上 交换机将收到的frame的源地址及与之相连的端口写入MAC地址表 学习 交换机的功能 地址学习 续 如果交换机连接的所有主机都发送过数据帧 就可以建立起一个完整的MAC地址表MAC地址表是动态变化的 如果在一定时间内某一主机没有新的数据帧发送 则相应的表项将被清除 交换机的功能 转发与过滤 如果数据帧的目的MAC地址在MAC地址表中有相应的表项 则交换机将该数据帧直接发往对应的端口 转发 从而保证其它端口上的主机不会收到无关的数据帧 过滤 广播帧和组播帧仍将被泛洪 flooding 到除接收端口以外的所有其它端口 Cut Through 直通方式交换机接收到目的地址即开始转发过程延迟小交换机不检测错误Store and Forward 存储转发方式交换机将全部内容接收才开始转发过程延迟大交换机检测错误 不会有错包Fragment free 无碎片转发方式交换机接收完数据包的前64字节 一个最短帧长度 然后根据头信息查表转发 结合了直通方式和存储转发方式的优点 交换机概述 数据帧转发方式 冲突域与广播域 HUB为共享端口 连接的各结点处在同一个网段 位于一个冲突域 物理上连在一起可能发生冲突的网络分段 而交换机为独享端口 每个端口的网段构成一个冲突域 HUB和交换机都会在端口间转发MAC广播帧 因此HUB 网络交换机连接的所有结点都处在同一个广播域中 网桥与广播风暴 中继器与冲突域 第一 扩展网络距离 将衰减信号经过再生 第二 实现粗同轴电缆以太网和细同轴电缆以太网的互连 网桥与广播风暴 集线器与冲突域 所有主机都连接到中心节点的集线器上构成一个物理上的星型连接 在集线器内部 各接口都是通过背板总线连接在一起的 在逻辑上仍构成一个共享的总线 因此 集线器和其所有接口所接的主机共同构成了一个冲突域和一个广播域 网桥与广播风暴 网桥 Bridge 又称为桥接器 分割冲突域 不能阻隔广播 是一个广播域 交换机与广播风暴 交换机 Switch 分割冲突域 每个接口一个冲突域 不能阻隔广播 是一个广播域 Hub 不能隔离冲突域 不能隔离广播域 Switch 可以隔离冲突域 每接口为一冲突域 不能隔离广播域 网桥功能同交换机 Router 可以隔离冲突域 每接口为一冲突域 可以隔离广播域 每接口同时为一广播域 比较 交换机配置命令模式 用户模式Switch 交换机信息的查看 简单测试命令特权模式Switch 查看 管理交换机配置信息 测试 调试全局模式Switch config 配置交换机的整体参数端口模式Switch config if 配置交换机的接口参数VLAN配置模式Switch config vlan 1 在用户模式下进入特权模式Switch enableSwitch 2 返回用户模式Switch disableSwitch 或Switch exitPressRETURNtogetstarted Switch 交换机配置命令模式 1 进入全局配置模式下Switch configureterminalSwitch config exitSwitch 2 进入接口配置模式Switch config interfacefastethernet0 1Switch config if exitSwitch config 交换机配置命令模式 从子模式下直接返回特权模式Switch config if endSwitch 交换机配置