Westmont College 网络的扩展 (中继器, 网桥, 交换机) CS 140 Part V 网络的扩展 (中继器, 网桥, 交换机) Chapter 11
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 2019/4/10
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 2019/4/10
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） 2019/4/10
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 2019/4/10
中继器 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 2019/4/10
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 2019/4/10
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 2019/4/10
集线器 物理属性 逻辑上 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) 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 2019/4/10
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 2019/4/10
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 2019/4/10
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 多集线器的使用 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 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 2019/4/10
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 允许独立传输 2019/4/10
用网桥实现多个网段互连 网段1 网段2 10Base2 - 细缆Ethernet hub 网段3 10Base5 粗缆Ethernet 网桥 网段4 10Base5 粗缆Ethernet hub router server 10BaseT-双绞线 2019/4/10
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） ●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） 2019/4/10
1. 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。 端口号 MAC地址 1 2 3 11 12 21 31 32 33 3 2 1 LANx LANy LANz 连接三个网段的网桥 端口-地址表的结构 2019/4/10
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： 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。 2019/4/10
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 2019/4/10
学习源地址，丢弃本网端帧，转发异网端帧，广播未知帧。 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。 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 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） 2019/4/10
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。 2019/4/10
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 2019/4/10
利用网桥扩展网络 使用光纤的典型 能跨越建筑物扩展 2019/4/10
利用卫星的网桥 能跨越任意的距离 2019/4/10
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 2019/4/10
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 2019/4/10
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) 2019/4/10
分布式生成树算法 在IEEE 802.1d中详细描述。 Radia Perlman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 Microsystems DST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。 2019/4/10
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 允许单独的两台计算机对同时通讯 但是价格比集线器高 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 2019/4/10
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 只是概念图，非实际实现 2019/4/10
总结 局域网 光纤能应用于计算机和局域网之间 中继器 有距离限制 能扩展 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 2019/4/10
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 2019/4/10
总结 (续) 集线器 交换机 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 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 2019/4/10
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？ 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？ 2019/4/10