局域网的扩展集线器,网桥,以太网交换机

1、集线器，网桥，以太网交换机3.5 扩展的局域网扩展的局域网概念：多个局域网用中间设备连接起来，实现多个概念：多个局域网用中间设备连接起来，实现多个局域网之间的通信局域网之间的通信3.5.1 在物理层扩展局域网在物理层扩展局域网一、利用光纤延长主机到集线器距离一、利用光纤延长主机到集线器距离n主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器到集线器以太网集线器光纤光纤调制解调器光纤调制解调器二、用多级集线器扩展局域网二、用多级集线器扩展局域网例如：某大学有三个系，各自有一个局域网例如：某大学有三个系，各自有一个局域网三个独立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用

2、集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中用集线器组成更大的局域网都在一个碰撞域中一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域主干集线器碰撞域n用集线器扩展局域网的优缺点用集线器扩展局域网的优缺点（1）优点）优点使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。能够进行跨碰撞域的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。扩大了局域网覆盖的地理范围。（2）缺点）缺点碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同以太网技术，那如果不同的碰撞域使用不同以太网技术，那么就不能用集线器将它们互连起来。么就不能用集线器将它们互连起来

3、。3.5.2 在数据链路层扩展局域网在数据链路层扩展局域网n在数据链路层扩展局域网是使用在数据链路层扩展局域网是使用网桥网桥。n网桥工作在数据链路层，它根据网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的帧的目的地址对收到的帧进行转发。目的地址对收到的帧进行转发。n网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口。定将该帧转发到哪一个接口。 1、 网桥的内部结构网桥的内部结构转发表接口管理 软件网桥协议 实体

4、缓存接口 1接口 2111222站地址 接口网桥接口 1接口 2网段 B网段 A网桥12n使用网桥带来的好处使用网桥带来的好处过滤通信量，增大吞吐量。过滤通信量，增大吞吐量。 扩大了物理范围。扩大了物理范围。提高了可靠性。提高了可靠性。可互连不同物理层、不同可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同子层和不同速率（如速率（如10 Mb/s 和和 100 Mb/s 以太网）的以太网）的局域网。局域网。B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEFn使用网桥带来的缺点使用网桥带来的缺点存储转发和存储转发和CSMA/CD算法增加了时延。算法增加了时延。 在在MAC 子层无流量控制功能，网络负荷很重时，网桥中

5、的子层无流量控制功能，网络负荷很重时，网桥中的缓存空间可能不够而溢出，导致丢帧缓存空间可能不够而溢出，导致丢帧。网桥只适合于用户数不太多和通信量不太大的局域网，否则网桥只适合于用户数不太多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。这就是所谓的谓的广播风暴广播风暴。B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF用户层IPMAC站 1用户层IPMAC站 2物理层网桥 1网桥 2AB用户数据IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T 物理层DLRMAC物理层物理层DLRMAC物理层物理层LANLAN两个网桥之间还可使用一段点

6、到点链路 网桥不改变它转发的帧的源地址n网桥和集线器（或转发器）不同网桥和集线器（或转发器）不同 集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。 网桥在转发帧之前必须执行网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。算法。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送并若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送并进行退避。进行退避。2、透明网桥、透明网桥n目前使用得最多的网桥是目前使用得最多的网桥是透明网桥透明网桥(transparent bridge)。 n“透明透明”是指局域网上的站点并不知道所是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对发送的帧

7、将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。各站来说是看不见的。 n透明网桥是一种透明网桥是一种即插即用设备即插即用设备，其标准是，其标准是 IEEE 802.1D。n 透明网桥采用的自学习算法透明网桥采用的自学习算法 若从若从 A 发出的帧从接口发出的帧从接口 x 进入了某网桥，则从进入了某网桥，则从这个接口出发沿这个接口出发沿相反方向相反方向一定可把一个帧传送一定可把一个帧传送到到 A。 网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网网桥每收到一个帧，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。桥的接口，作为转发表中的一个项目。 在建立转发表时是把帧首部中的在建立转发表时是把帧首

8、部中的源地址源地址写在写在“地址地址”这一栏的下面。这一栏的下面。 在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的目的目的地址地址来转发的。这时就把在来转发的。这时就把在“地址地址”栏下面已栏下面已经记下的经记下的源地址当作目的地址源地址当作目的地址，而把记下的，而把记下的进进入接口入接口当作当作转发接口转发接口。转发表的建立过程举例转发表的建立过程举例地址 接口B2B1ABCDEF1212地址 接口B 1B AA BA 1F CF 2A 1F 2n在网桥的转发表中写入的信息除了在网桥的转发表中写入的信息除了地址地址和和接口接口外，还有外，还有帧进入该网桥的时间帧进入

9、该网桥的时间。这是因为以太网的拓扑可能经常会发生变化，这是因为以太网的拓扑可能经常会发生变化，使得网桥转发表中保留的网络拓扑信息成为使得网桥转发表中保留的网络拓扑信息成为“过时的过时的”。若把每个帧到达网桥的时间登记下来，而网若把每个帧到达网桥的时间登记下来，而网桥中的桥中的接口管理软件接口管理软件周期性的扫描转发表中周期性的扫描转发表中的项目，删除的项目，删除一定时间以前一定时间以前登记的项目，这登记的项目，这样就使得网桥中的转发表能反映当前网络的样就使得网桥中的转发表能反映当前网络的最新拓扑状态最新拓扑状态。n网桥的自学习和转发帧的步骤归纳网桥的自学习和转发帧的步骤归纳网桥收到一帧后先进行

10、网桥收到一帧后先进行自学习自学习。查转发表中与收到帧的。查转发表中与收到帧的源地址源地址有无匹配的项目。如没有，就在转发表中增加一个项目（源地有无匹配的项目。如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。如有，则把原有的项目进行址、进入的接口和时间）。如有，则把原有的项目进行更新更新。转发帧。查找转发表中与收到帧的转发帧。查找转发表中与收到帧的目的地址目的地址有无相匹配的项目。有无相匹配的项目。如没有，则通过如没有，则通过所有其他接口所有其他接口进行转发。进行转发。如有，且对应转发表中的接口如有，且对应转发表中的接口不是不是该帧进入网桥的接口，该帧进入网桥的接口，则按转发表中的

11、接口进行转发；否则应丢弃这个帧（因为则按转发表中的接口进行转发；否则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。这时不需要经过网桥进行转发）。n使用透明网桥扩展局域网的回路问题使用透明网桥扩展局域网的回路问题局域网 2局域网 1网桥 2网桥 1 AF不停地兜圈子A 发出的帧F1网桥 1 转发的帧F2网桥 2 转发的帧网络资源白白消耗了n为了避免转发的帧在网络中不断地兜圈子，为了避免转发的帧在网络中不断地兜圈子，透明网桥使用了生成树算法。透明网桥使用了生成树算法。 互连在一起的网桥在进行彼此通信后，就能互连在一起的网桥在进行彼此通信后，就能找出原来的网络拓扑的一个子集。这个子集找出原来的网络

12、拓扑的一个子集。这个子集里，整个连通的网络不存在回路，即在任何里，整个连通的网络不存在回路，即在任何两个站之间只存在一条路径。两个站之间只存在一条路径。3、源路由网桥、源路由网桥n源路由源路由网桥：由发送帧的网桥：由发送帧的源站负责路由选源站负责路由选择择。源站在发送帧时将详细的路由信息放。源站在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。在帧的首部中。n源站获取路由信息方法：源站获取路由信息方法：源站以源站以广播方式广播方式向欲通信的目的站发送一个向欲通信的目的站发送一个发现帧发现帧作为探测之作为探测之用。用。传送过程中，每个发现帧都传送过程中，每个发现帧都记录所经过的路由记录所经过的路由。发现

13、帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。路由。4、多接口网桥、多接口网桥以太网交换机以太网交换机n1990 年问世的年问世的交换式集线器交换式集线器(switching hub)，也常称为以，也常称为以太网交换机太网交换机(switch)或或第二层交换机第二层交换机（表明此交换机工作在数据（表明此交换机工作在数据链路层）。链路层）。n以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以太网交换机实质上就是一个以太网交

14、换机实质上就是一个多接口的网多接口的网桥桥，同工作在物理层的转发器和集线器有，同工作在物理层的转发器和集线器有很大差别。很大差别。n以太网交换机的特点以太网交换机的特点以太网交换机的每个接口都直接与一个以太网交换机的每个接口都直接与一个主机或另一个集线器相连，并且一般都主机或另一个集线器相连，并且一般都工作在工作在全双工方式全双工方式。以太网交换机能同时连通许多对的接口，以太网交换机能同时连通许多对的接口，使使每一对相互通信的主机都能像独占通每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样信媒体那样，无碰撞地传输数据。，无碰撞地传输数据。以太网交换机也是以太网交换机也是即插即用即插即用设备，转发设备

15、，转发表也是通过自学习算法自动地逐渐建立表也是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。起来的。 以太网交换机使用了专用的以太网交换机使用了专用的交换结构芯交换结构芯片片，其，其交换速率较高交换速率较高。n共享式以太网与交换式以太网带宽对比共享式以太网与交换式以太网带宽对比 对于普通对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的个用户，则每个用户占有的平均带宽只有平均带宽只有总带宽总带宽(10 Mb/s)的的 N 分之一分之一。 使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是机的带宽还是 10 Mb/s，

16、但由于一个用户在，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体带宽，因此对于拥有输媒体带宽，因此对于拥有 N 对接口的交换对接口的交换机，其总容量为机，其总容量为 N 10 Mb/s。这正是交换机。这正是交换机的的最大优点最大优点。 n使用以太网交换机扩展局域网非常方便使用以太网交换机扩展局域网非常方便 从共享总线以太网或从共享总线以太网或10BASE-T以太网转到以太网转到交换式以太网时，所有接入设备的软件、硬交换式以太网时，所有接入设备的软件、硬件和适配器都不需要作任何改动，所有接入件和适配器都不需要作任何改动，所有接入的设备继续使用的

17、设备继续使用CSMA/CD协议。协议。 只要增加集线器的容量，整个系统的容量是只要增加集线器的容量，整个系统的容量是很容易扩充的。很容易扩充的。 以太网交换机一般具有多种速率的接口，大以太网交换机一般具有多种速率的接口，大大方便了各种不同情况的用户。大方便了各种不同情况的用户。用以太网交换机扩展局域网举例用以太网交换机扩展局域网举例一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件 服务器以太网交换机路由器n利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网局域网 虚拟局域网虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网

18、段构成是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。的与物理位置无关的逻辑组。这些网段具有某些共同的需求。这些网段具有某些共同的需求。每一个每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个明发送这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。 虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。种服务，而并不是一种新型局域网。以太网交换机以太网交换机以太网交换机以太网交换机VLAN3VLAN1VLAN2三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时，工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息，而工作站 A1, A2 和 C1都不会收到 B1 发出的广播信息。A4A1A3A2B3B1B2C3C1C2以太网交换机A4B1以太网交换机VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网交换机以太网交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的构成 虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。 n虚拟局域网使用的以太网帧格式（虚拟局域网使用的以太网帧