1、Part V,网络的扩展(中继器, 网桥, 交换机),2018/9/24,2,为何要扩展网络,LAN互连的必要性： 地域限制、负载问题、互通问题、安全问题LAN互连的困难： 帧格式不同、传输速率不同、最大帧长不同,2018/9/24,3,扩展技术,扩展时不可违背兼容原则可扩展往往是原始设计的一部分举例使用比铜的延迟更低的材料来连接网络,2018/9/24,4,扩展实例：光纤扩展,光纤延迟低带宽宽能在规定的范围内传播信号（更远）,2018/9/24,5,三种主要的扩展手段,中继器/HUB 在物理层上实现互联 网桥 在数据链路层上实现互联 路由器 在网络层上实现互联,2018/9/24,6,中继器
2、,是一种硬件装置用来连接两个局域网网段把信号从一个网段复制到另一个网段通过光纤内置中继器能扩展连接,2018/9/24,7,中继器 (续),中继器放大一个网段传来的信号并把它发送到其他网段中继器的操作在两个方向同时进行但是它也会传播干扰和冲突,2018/9/24,8,中继器和早期的以太网布线,上图是一个办公室网络系统的设计任意两个站点之间只需要两个中继器,2018/9/24,9,集线器,物理属性它是一种小型的电子设备能够实现若干台计算机之间的连接(例如,4 或20台)逻辑上对信号进行处理把任何接收到的信号传播到所有的连接类似于用中继器连接网段不能识别数据包（仍然工作在物理层）费用极低,2018
3、/9/24,10,连接复用法,实现目标实现多站点共享同一网络连接考虑因素费用配线的方便程度所需的硬件设备,2018/9/24,11,连接复用法的说明,使用多路转换装置连接到网络各站点连接到多路转换设备比HUB早出现,2018/9/24,12,类似连接复用法的现代方法,现在集线器的使用比较广泛通过集线器的连接一个集线器用于连接各计算机另一个用于连接其他集线器多集线器的使用能以菊花链的形式连接起来工作时就如同一个大型的集线器叫做 stack,2018/9/24,13,网桥,一种硬件设备连接两个局域网网段(segments)转发帧：在数据链路层上实现互联但不会转发干扰和冲突有寻址和过滤通信量能力允许
4、独立传输,2018/9/24,14,用网桥实现多个网段互连,hub,10Base2 - 细缆Ethernet,10Base5 粗缆Ethernet,10BaseT-双绞线,router,server,hub,网桥,网段3,网段4,10Base5 粗缆Ethernet,网段1,网段2,2018/9/24,15,用网桥进行LAN扩展的缺点： 时延增加 没有流量控制功能，重载时会丢失帧 不能防止广播风暴（广播消息仍会泛滥到网桥所连接的各个网段）两种类型的网桥： 透明网桥（Transparency Bridge） 源选径网桥（Source Routing Bridge）,2018/9/24,16,1.
5、 IEEE802.1透明网桥,特点：由网桥实现路由选择，网桥和路由对站点透明, 网桥采用存储、转发方式，需要有足够缓存 网桥有寻址和路由选择能力，路由选择采用查表法：网桥内的端口-地址表描述了到达每个站点的路由。,连接三个网段的网桥,端口-地址表的结构,2018/9/24,17,选路方法： （参考上图） 假定网桥开机后从端口1收到来自LANx的帧，它就查端口-地址表： . 若目的MAC地址在本端口的表项中，则丢弃此帧 . 若目的MAC地址在其他端口的表项中，则把帧转发到相应端口所在的LAN . 若目的MAC地址不在表中，则用洪泛法转发，即向除接收到该帧的端口(本例为端口1)之外的其他所有端口广
6、播。,端口-地址表的建立方法： 在转发过程中逆向学习若帧的源地址不在表中，则插入到表中。,2018/9/24,18,网桥的工作原理示例,网桥从源地址中获知计算机的位置自动完成,2018/9/24,19,网桥工作原理归纳为：学习源地址，丢弃本网端帧，转发异网端帧，广播未知帧。,注：网络交换机工作原理与网桥类似可看成是一个多端口的高速网桥（工作在链路层上）,透明网桥的优缺点： 优点：容易配置、安装，无需管理 缺点：不能保证最佳路由,2018/9/24,20,2. 源选径网桥,特点：由源站负责路由选择，路由信息放在发送的帧的首部（即把要经过的路径放在帧中，帧按该路径传送）,选路方法：源站向目的站发送
7、探测帧，该帧在扩展的LAN中沿所有可能路由传送；每个探测帧都记录下它所经过的路由；这些探测帧在到达目的站后，再沿各自的路由返回源站；由源站选择其中的最佳路由，作为发送帧中的路由信息。,源选径网桥的优缺点：优点：网桥功能可以很简单；可以用最佳路由传送。缺点：源站计算路由费时；主机负担重。,2018/9/24,21,3. 两种网桥的比较,透明网桥,源选径网桥,服务类型,无连接,面向连接,对源站的透明性,完全透明,不透明,配置、管理,自动配置，容易管理,人工方法,选择的路由,次佳,最佳,目的地确定方法,逆向学习,探测帧,故障处理及拓扑变化,网桥负责,主机负责,复杂性和开销,网桥负担,主机负担,201
8、8/9/24,22,利用网桥扩展网络,使用光纤的典型能跨越建筑物扩展,2018/9/24,23,利用卫星的网桥,能跨越任意的距离,2018/9/24,24,利用网桥扩展的网络,能跨越很多网段两台计算机间发送的帧能被正确地转发,2018/9/24,25,明显的问题,复杂的桥连接很难辨别增加网桥很容易形成环 考虑广播帧的情形,2018/9/24,26,生成树算法,允许环的存在所有的网桥都用该算法来发现另一个网桥打破环该算法称为： Distributed Spanning Tree (DST),2018/9/24,27,分布式生成树算法,在IEEE 802.1d中详细描述。Radia Perlman
9、进行进一步的研究拥有50个专利权在麻省理工学院获得BS, MS, PhD等学位现在工作于Sun MicrosystemsDST算法可以决定哪些网桥不转发帧，它允许网桥判断转发是否会形成环路。本质上，如果一个网桥发现所连接的每个段都包含了同意转发帧的网桥，它就不转发帧，从而避免循环。DST算法结束后，同意转发帧的网桥形成了一棵树。,2018/9/24,28,交换机,一种电子设备物理上相似于集线器逻辑上则相似于网桥工作对象是数据包能识别地址仅在必须时转发允许单独的两台计算机对同时通讯 但是价格比集线器高,2018/9/24,29,交换机的功能：概念,操作一个局域网段只有一台主机网桥用以连接每个网段
10、只是概念图，非实际实现,2018/9/24,30,总结,局域网有距离限制能扩展光纤能应用于计算机和局域网之间中继器用于连接两个局域网网段复制和放大所有信号同时也转发干扰和冲突,2018/9/24,31,总结 (续),网桥用于连接两个局域网网段能够识别帧使用地址不转发干扰和冲突在网络中允许同步传输,2018/9/24,32,总结 (续),集线器是星型拓扑结构网络中的中心设备工作原理类似于中继器交换机也是星型拓扑结构网络中的中心设备工作原理类似于一些由网桥连接起来的网段,33,作业补充： 1.为什么网桥（交换机）不能隔离广播信息? 2.网桥工作在OSI参考模型的那一层上？ 3.一个小型局域网络，用一台有8个10Mb/s端口和 1个100Mb/s 端口的网络交换机作为核心连接设备。交换机的8个10M端口分别连接8台PC机，100M端口与1台服务器相连。若该网络的流量主要是集中于PC机与服务器之间，PC之间很少进行通信。问：该网络的理论上的最大传输速率为多少？4.对于100BaseT标准，其传输速率为多少？采用了什么类型的传输介质？,
