第五章 高速以太网.

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1 第五章 高速以太网

2 1.交换式以太网 5.1 高速局域网 以网络交换机为主干的以太网 拓扑仍为星形结构（总线/HUB→LAN_SWITCH）
为何要使用网络交换机？ 以太网——共享介质网络 共享介质网络中站点数的增加将导致LAN的性能降低，相当于多个子信道分享通信线路。解决：网络分段(减少站点数)→网络交换 ◆总线网络或基于集线器的网络： 网络总带宽=10Mbps，n个站点共享，每站点平均带宽10/n Mbps； ◆基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受CSMA/CD的限制， 网络总带宽=（n/2～n）*10Mbps，每个连接的带宽为10Mbps ；

3 10Mbps 网络交换机 使用交换机后，可建立多个并发的通信。例如： 8个端口可建立4个并发通信， 总带宽 = (8/2)*10Mbps = 40 Mbps 在访问服务器的流量非常大的网络中，可在交换机上设置1-2个高速端口(100Mbps/1Gbps)，把服务器与该高速端口相连，便可大大提高服务器访问的速度。这种连接服务器的方法又称为Big-Pipe。

4 交换机的两种用法(以10Mbps网络交换机为例)：
网络交换机Switch 独享10M HUB HUB 独享10M 共享10M 共享10M

5 2. 100Mbps 快速以太网 又称快速以太网(Fast Ethernet，FE)，包括100Base-TX和100Base-FX。
拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样； 传输率快10倍； 帧结构和介质访问控制方式沿用IEEE802.3。 3种不同的物理层标准： MAC子层 100BaseTX 100BaseFX 100BaseT4 2对5类 UTP 光纤 4对3类 UTP

6 快速以太网组成实例 网卡(外置或内置收发器)、收发器(外置)与收发器电缆 集线器（双绞线或光纤接口） 双绞线及光缆
100Base TX集线器 100Base TX集线器 UTP5 外置光纤收发器 光纤 UTP5 UTP5 UTP5 UTP5 光纤 100Base FX集线器 光纤 插有光纤接口网卡

7 3.FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
网络由双环构成，可靠性高。 传输速率为100Mbps。 介质访问控制方法采用Token Passing，类似于令牌环。 传输介质主要为光纤，网络覆盖范围较大(几十km)。 服务器 集中器 集中器 令牌

8 4.千兆以太网(Gigabit Ethernet，GE)
两种标准：802.3z和802.3ab 802.3z BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF 802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线(5类，6类) 连接距离较短： 1000BaseX:双绞线 - 25米；MMF - 550米；SMF - 3km 1000BaseT: 5类双绞线 － 100米 拓扑结构和媒体布线方法同10/100BaseT相同； 传输速率比100BaseT快10倍； 帧结构和介质访问控制方式仍沿用IEEE802.3。 允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。

9 5.4 LAN的扩展（LAN互连）— 网桥 LAN互连的必要性及要解决的问题 LAN互连的必要性： 地域限制、负载问题、互通问题、安全问题
帧格式不同、传输速率不同、最大帧长不同 LAN互连的实现： 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

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
网段4 10Base5 粗缆Ethernet hub router server 10BaseT-双绞线

11  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）

12 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 3 2 1 LANx LANy LANz 连接三个网段的网桥 端口-地址表的结构

13 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。

14 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）

15 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。

16 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

17 补充作业： 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？

18 ？ 网络互联的动力：更大范围的资源共享 网络互联：HOST-LAN、LAN－LAN/WAN
Communications network that serves users within a confined area is known as a Local Area Network (LAN). Computers (server and workstations) are normally distributed around a single office or building, including and network device like hub, bridge or router. Messages are transmitted in LAN as a series of packet with high data rate (small propagation delay). The packets may be fixed or variable length. Most LANs have broadcast capability.

19 1. 网络互联层次 从OSI/RM层次观点考察网络互联 物理层：在电缆段之间复制比特信号（无地址） 中继器、集线器 应用层 应用层 表示层
会话层 会话层 传输层 传输层 网络层 中继器、集线器 网络层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层

20 数据链路层： 在网段之间转发数据帧（根据物理地址）
数据链路层： 在网段之间转发数据帧（根据物理地址） 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 传输层 网桥、交换机 传输层 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 数据链路层 The topology of a network defines the structure of its logiacal layout. There are three main categories of LAN topologies: bus/tree, star and ring. 物理层 物理层 物理层

21 网络层： 在网络之间转发报文分组（根据逻辑地址）
网络层： 在网络之间转发报文分组（根据逻辑地址） 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 路由器 传输层 传输层 网络层 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层

22 更高层： 连接不同体系结构的网络 网关 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 传输层 传输层 网络层 网络层 网络层 数据链路层
更高层： 连接不同体系结构的网络 网关 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 传输层 传输层 网络层 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层

23 2. LAN的互联 本地互联 特点：范围有限、主干（Backbone）采用局域网 技术，如FDDI、Ethernet
互联设备：网桥、交换机、路由器 远程互联 特点：范围大、主干采用广域连网技术，如ISDN、X.25、DDN、ATM、F.R等 互联设备：路由器、网关

24 互联实例1：远程PC接入局域网 LAN 拨号访问服务器 PSTN … … PC PC Modem

25 互联实例2：利用帧中继实现局域网远程互联 LAN1 LAN2 LAN3 路由器 FRS：帧中继交换机 FRS FRS 广域网 FRS 路由器