局域网路由和局域网交换.ppt

1、局域网路由和局域网交换,西南农业大学信息学院 吕家恪,2020/8/13,SWAU.CS.LK,2,概述,目前三种主要类型的局域网是以太网，令牌环和FDDI。 IEEE定义了这三种局域网的大部分标准。,2020/8/13,SWAU.CS.LK,3,局域网标准,2020/8/13,SWAU.CS.LK,4,MAC地址,MAC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 Signif

2、icant Bit is last Token RingMost Significant Bit is first,2020/8/13,SWAU.CS.LK,5,MAC地址,广播地址0 xFFFF.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。 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。 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。,2020/8/13,SWAU.CS.LK,6,以太网标准,2020/8/13,SWAU.CS.LK,7,快速以太网,2020/8/13,SWAU.CS.LK

3、,8,以太网分段,局域网分段的益处 透明网桥 使用路由器分段 使用交换机分段,2020/8/13,SWAU.CS.LK,9,局域网分段的益处,超越距离限制 通过减少或消除碰撞加快反应速度和增加吞吐量 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 增加每个用户的可用带宽 限制到不同局域网段的流量,2020/8/13,SWAU.CS.LK,10,透明网桥,透明网桥的三个关键功能 通过检查接收到的帧的源MAC地址学习MAC地址。 根据MAC地址决定何时转发一个帧，何时过滤掉一个帧。 和其他桥一起通过生成树协议创建一个没有环路的环境。,2020/8/13,SWAU.CS.LK,11,透明网桥单

4、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

5、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,2020/8/13,SWAU.CS.LK,12,透明网桥,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,

6、E0,E1,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,DN

7、S 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,2020/8/13,SWAU.CS.LK,13,透明网桥,透明网桥的一些功能 广播和组播能够被桥转发 透明网桥根据

8、第二层的头和逻辑地址转发和第三层无关 存储-转发（Store-and-Forward）是透明网桥的典型操作 透明网桥必须对帧进行处理，所以也增加了时延,2020/8/13,SWAU.CS.LK,14,透明网桥,透明网桥能够提供的好处 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 通过桥对帧的过滤减少了碰撞 桥不能降低广播/组播的影响 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 可以在桥上对帧进行限制和过滤,2020/8/13,SWAU.CS.LK,15,使用路由器分段,0200.3333.3333,Web Server,Name S

9、erver,0200.2222.2222,0200.1111.1111,1,DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111,ARP (Router-E0),E0,E1,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=0200.1111.111

10、1,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=0200.4444.4444,2020/8/13,SWAU.CS.LK,16,使用路由器分段,使用路由器分段的功能 广播和组播帧不被路由器转发（默认） 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 路由器通常使用存储-转发，同样增加时延 路由器转发一

11、个包前要进行很多处理，这些也要增加时延,2020/8/13,SWAU.CS.LK,17,使用路由器分段,使用路由器分段的益处 超越了距离限制 同一段的流量不被转发，减少了碰撞 路由器不转发广播/组播（默认）降低了广播/组播的影响 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 路由器提供比透明网桥更多的功能，比如包的分片和重组，插入包的生存时间控制 额外的处理同样比透明网桥引入了更多的时延,2020/8/13,SWAU.CS.LK,18,使用交换机分段,0200.3333.3333,Web Server,Name Server,0200.2222.2222,0200.1111.1

12、111,1,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

13、 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,E2,2020/8

14、/13,SWAU.CS.LK,19,使用交换机分段,在交换机中同时传送帧,a,b,c,d,2020/8/13,SWAU.CS.LK,20,使用交换机分段,Full-Duplex,a,b,c,2020/8/13,SWAU.CS.LK,21,使用交换机分段,使用交换机分段的功能 广播和组播能够被交换机转发 交换机使用第二层头和逻辑地址，与第三层无关。 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 交换机必须对帧进行处理，引入了时延,2020/8/13,SWAU.CS.LK,22,使用交换机分段,使用交换机分段的益处 超越了距

15、离限制 减少了碰撞，因为帧只在特定口发送 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 因为每段分别运行在10或100Mbps增加了可用带宽 可以限制用户流量 可以同时转发多个帧 交换机通常在硬件上进行了优化，同透明网桥相比，时延较小,2020/8/13,SWAU.CS.LK,23,局域网交换和虚网,交换机的基本逻辑操作 接收一个帧 如果目的地址是广播地址或组播地址，在全部端口转发 如果目的地址是单播地址，地址表里没有，在全部段口转发 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。,2020/8/13,SWAU.CS.LK,24,局域网交换和虚网,

16、交换机内部处理,2020/8/13,SWAU.CS.LK,25,局域网交换和虚网,冲突域,2020/8/13,SWAU.CS.LK,26,局域网交换和虚网,广播域,2020/8/13,SWAU.CS.LK,27,虚网,一个虚网是由一个或多个交换机创建的广播域。 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。 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。,2020/8/13,SWAU.CS.LK,28,虚网,IP Subnet 10.1.1.0/24 IPX network 1,IP Subnet 10.1.2.0/24 IPX network 2,

17、IP Subnet 10.1.3.0/24 IPX network 3,E1,E0,E2,2020/8/13,SWAU.CS.LK,29,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

18、,E8,Trunking port,2020/8/13,SWAU.CS.LK,30,虚网,Frame Trunking/Tagging Protocols,2020/8/13,SWAU.CS.LK,31,虚网,虚网的益处 使用虚网，增加了网络的灵活性。方便增加，移动设备。 强迫虚网间进行第三层路由(如不是3层交换机或者不能外接路由器，可以)，加强了系统管理。 分成多个广播域，降低了广播占用的带宽 降低了联网设备的CPU利用率，因为减少了广播数量,2020/8/13,SWAU.CS.LK,32,生成树协议,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。 通过发送CBPDUs(Configuration Bridge Protocol Data Unit)，配置端口的状态转发或阻塞。,2020/8/13,SWAU.CS.LK,33,生成树协议如何工作,B1,B2,B3,B4,B5,E0,E0,E1,E1,E0,E0,E1,E1,E0,E1,2020/8/13,SWAU.CS.LK,34,生成树协议如何工作,生成树算法 所有在根桥的端口处于转发状态 每个非根桥的具有管理员赋予的它和根之间的一个端口叫做桥的根端口，处于转发状态