计算机网络第9章 局域网的扩展.ppt

1、第9章 局域网的扩展,光纤调制解调器、中继器、网桥 与交换机,本章学习要求,掌握：局域网扩展的各种方法 了解：分布生成树的算法 应用：网桥功能的模拟实现,本章结构,距离限制与局域网设计 光纤扩展 中继器 网桥 交换与交换机机,1.距离限制与局域网设计,局域网的连接距离是设计局域网时考虑的一个基本方面。 影响局域网连接距离的主要因素是公平访问机制。 此外，信号在传输过程中会逐渐减弱。,2.光纤扩展,光纤扩展的特点： 光纤具有高带宽低时延的特点，因此可以用来扩展局域网。 光纤扩展是在标准的接口硬件上接入另外的硬件，使之能在较长距离内传送信号。它既不是增强由接口硬件产生的信号的强度，也不是在最大连接

2、距离范围内加长导线。,2.光纤扩展,2.光纤扩展,光纤调制解调器的功能： AUI信号与数字信号之间的相互转换 数字信号与在光纤中传送的光脉冲之间的转换,2.光纤扩展,光纤调制解调器的应用 在不改变原来的局域网和计算机的情况下能连接远处的局域网。 由于光纤的延迟短、带宽宽，因此能在几公里的范围内正常地工作。一般用它来把一幢大楼内的计算机连接到另一幢大楼内的局域网中。,3.中继器,中继器（repeater）是一个用来扩展局域网的硬件设备。它把两段局域网连接起来，并把一段局域网上的电信号增强（放大）后传输到另一段上。中继器对它所连接的局域网是不可见的（透明的）。 中继器是直接连接到以太网电缆上，并且

3、不等一个完整的帧发送过来就把信号从一根电缆发送到另一根电缆。,3.中继器,中继器把两个局域网扩展为一个局域网，它的扩展能力受到局域网最大传输范围限制。另外，中继器不仅传输帧信息，也传输干扰信号。 通过增加中继器增加以太网的连接距离，虽然可以保证有足够的信号强度，但每个中继器和网段都增加了延迟。如果延迟太长，这个方案就不能工作。实际中，任何一对工作站之间的中继器超过四个，网络便不能正常工作。,3.中继器,4.网桥,网桥的功能 帧识别 桥接网络的启动与稳态特性 桥接网络的规划 网桥环 分布生成树算法,4.1 网桥的功能,网桥（bridge）也是一个用来扩展局域网的硬件设备，通常它由一台专门的计算机

4、担任。它把两段局域网连接起来，并把一段局域网上传输过来的完全无误的帧增强后传输到另一段上，对错误帧和干扰信号则不传输。网桥对它所连接的局域网是不可见的（透明）。 网桥只在必要而且可行的情况下才转发帧。必要指的是网桥对帧的过滤作用；可行指的是网桥采用和网上其他计算机一样的信道共享技术，当它获得介质访问控制权时才转发帧。因此网桥连接的局域网可以并行工作。,4.2 帧识别,网桥最主要的功能是帧识别在需要时网桥才转发帧。 为决定是否转发帧，网桥使用帧头中的目的地址。 可适应（adaptive）或学习（learning）的网桥 简单地说就是网桥通过信息头中的源地址确定发送帧的计算机的位置，通过目的地址确

5、定接收帧的计算机的位置。,4.2 帧识别,4.3 桥接网络的启动与稳态特性,当网络首次启动时，网桥不知道计算机在网段中的位置，会无目的地转发发往该计算机的帧。 桥接网络的传送原则：稳定状态下，网桥只把帧传送到需要传送的范围内。,4.4 桥接网络的规划,内容 大楼间桥接 远程桥接,4.4.1 规划内容,传送原则决定桥接网的设计：网桥硬件能允许不同网段内的通信同时进行。 在设计一个桥接网的关键是并行原则：当网桥知道了所有计算机的位置后，各段内的通信可同时进行。 通过把交互频繁的计算机连在同一个网段上可以提高桥接网的性能。,4.4.2 大楼间桥接,采用中继器和光纤的缺点 扩展一个桥接网最简单的方式是

6、：用一根光缆和一对调制解调器来连接一个网桥和一个局域网网段，该网段允许离网桥较远。,4.4.2 大楼间桥接,使用网桥有三个优点： 只需要简单的光纤连接，所以比对每台计算机用光纤连接便宜； 大楼之间的连接是通过网桥实现的，所以计算机可以动网段上加入或移去，而不改变大楼间的连接线路； 网桥可以使各网段内的计算机同时通信。,4.4.3 远程桥接,跨越较远距离的桥接网解决方案： 租用线路来连接站点； 租用卫星频道,4.4.3 远程桥接,4.4.3 远程桥接,由于带宽限制，在两个站点内都要完成识别帧的功能。 因为局域网网段传送帧的速度比卫星发送快得多，所以用于远距离的网桥需要有缓冲功能。 为避免网桥的存

7、储器发生溢出，大多数通信软件在发送完一帧后处于应答模式，网桥允许计算机以局域网许可的速度发送帧。,4.5 网桥环,4.5 网桥环,造成这种情况是由于3方面因素： 桥在主机没有接收到包之前，没有主机所在位置的信息； 一座桥没有是否存在其他桥的信息； 我们用图来代替树。,4.6 分布生成树,为防止无限循环的问题，桥接网络必须保证以下两种情况不同时发生： 所有网桥转发所有帧 桥接网包含一个桥接网段的环 分布生成树（DST）算法：用来确定用于转发帧的网桥，并避免形成网桥环。,树、最小生成树,在数据结构中，生成树算法是用于在一个图中建立一棵树。这棵树包含了所有的顶点（结点）和连接这些顶点的数目最少的边（

8、线）。任何一个顶点都可以作为生成树的根。即使在选定一个特定的根后，基于每个顶点与根相连接的分支组成的子集可以获得若干棵生成树。然而，在选定根之后，通常我们只对某一特定的生成树感兴趣，在这棵树中每个顶点到根有最短的路径。最短的路径定义为由一个特定的顶点到根的权值的总和。如果图中没有权值，则每条边的权值定义为1。,图及其最小生成树,DST算法的初始化,虽然在许多数据结构的书中给出了由图产生生成树的算法，但是算法是建立在假设已经知道图的拓补结构基础上的。然而，当一个学习桥刚建立时，它并不知道其他桥在什么位置。所以生成树一定是动态地构成。 给每一座桥赋一个ID值。这个ID可以是由网络管理者确定的一个任

9、意数，或者是一个端口的地址（通常是最小的）。 每个端口被赋予一个耗费值。通常这一耗费值由该端口所支持的比特率来确定。比特率越高，耗费就越低。如果比特率是不相关的，则每个端口的路径费用被置为1（跳数）。,DST算法步骤,在桥中选一座桥作为树的根。这一步通过对每座桥赋一个ID并将ID值最小的桥作为根来实现。 对每座桥确定它的根端口，并且这一端口到根有最低的根路径耗费。根路径耗费由端口到根的路径的累计费用。 对每一段选择一指定桥。,桥协议数据单元（BPDU）,所有的桥都定期交换一个称为桥协议数据单元（BPDU）的特定帧。每个BPDU包含源的桥ID、累计的根路径耗费和一些其他的信息。当一座桥初始化BP

10、DU后，累计的根路径耗费为零。,第一步：寻找根桥,当一座桥接收到一个BPDU后，它就将该BPDU所来自的桥的ID与自己的ID比较。 如果它自己的ID大于源的桥的ID，就通过接收端口的耗费来增加根路径耗费并转发帧。在知道它不会被选作根桥时（存在另一座桥，有比它低的ID），它就停止发送自己的BPDU。 如果它自己的ID小于源桥的ID，桥就将这个BPDU丢弃。 显然此后唯一产生的BPDU是具有最小的源桥ID的那一个，即根桥。采用这一方法，每座桥知道哪一座桥是根桥。,第二步：寻找根端口,在产生根桥后，查看桥端口中接收的BPUDU，具有最少累计根耗费的端口即为根端口。注意根桥没有根端点。,实例,第三步：

11、选择指定桥,在每座桥的根端口被确定之后，连接到同一段的所有桥彼此发送BPDU。将能把一帧以最低的根耗费从段发送到根的桥称为指定桥，并将连接这座桥到段的特定的端口称为指定端口。注意根端口不能作为指定端口。虽然一座桥有唯一的根端口（根桥除外，没有根端口），但可以有两个以上的指定端口。,第四步：构造生成树,在确定了根桥、每座桥的根端口和指定端口之后，桥的端口被划分为分开的两组。转发端口是根端口和所有的指定端口。其余的端口被称为阻塞端口。当一座桥接收了一个数据帧时，它就通过转发端口转发它，而不会通过阻塞端口转发它。,实例,5. 交换与交换机,交换机的工作原理 交换机与集线器的结合,5.1 交换机的工作原理,一般而言，如果一个网络包括能连接一台或多台计算机的电子设备，并允许它们能收发数据，这种网络技术称为可交换技术。一个交换局域网包括一个简单的电子设备，