局域網(wǎng)的擴展--集線器-網(wǎng)橋-以太網(wǎng)交換機

1、局域網(wǎng)的擴展-集線器-網(wǎng)橋-以太網(wǎng)交換機集線器，網(wǎng)橋，以太網(wǎng)交換機3.5 擴展的局域網(wǎng)擴展的局域網(wǎng)概念：多個局域網(wǎng)用中間設(shè)備連接起來，實現(xiàn)多個局概念：多個局域網(wǎng)用中間設(shè)備連接起來，實現(xiàn)多個局域網(wǎng)之間的通信域網(wǎng)之間的通信3.5.1 在物理層擴展局域網(wǎng)在物理層擴展局域網(wǎng)一、利用光纖延長主機到集線器距離一、利用光纖延長主機到集線器距離主機使用光纖和一對光纖調(diào)制解調(diào)器連接到集主機使用光纖和一對光纖調(diào)制解調(diào)器連接到集線器線器以太網(wǎng)集線器光纖光纖調(diào)制解調(diào)器光纖調(diào)制解調(diào)器二、用多級集線器擴展局域網(wǎng)二、用多級集線器擴展局域網(wǎng)例如：某大學(xué)有三個系，各自有一個局域網(wǎng)例如：某大學(xué)有三個系，各自有一個局域網(wǎng)三個獨立的

2、碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域用集線器組成更大的局域網(wǎng)都在一個碰撞域中用集線器組成更大的局域網(wǎng)都在一個碰撞域中一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域主干集線器碰撞域用集線器擴展局域網(wǎng)的優(yōu)缺點用集線器擴展局域網(wǎng)的優(yōu)缺點（1）優(yōu)點）優(yōu)點使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。（2）缺點）缺點碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同以太網(wǎng)技術(shù)，那么就不如果不同的碰撞域使用不同以太網(wǎng)技術(shù)，那么就不能用集線器將它

3、們互連起來。能用集線器將它們互連起來。3.5.2 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)是使用在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋網(wǎng)橋。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù) MAC 幀的目的幀的目的地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)。地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個幀時，網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此并不是向所有的接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的幀的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個接口。到哪一個接口。 1、 網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)

4、表接口管理 軟件網(wǎng)橋協(xié)議 實體緩存接口 1接口 2111222站地址 接口網(wǎng)橋接口 1接口 2網(wǎng)段 B網(wǎng)段 A網(wǎng)橋12使用網(wǎng)橋帶來的好處使用網(wǎng)橋帶來的好處過濾通信量，增大吞吐量。過濾通信量，增大吞吐量。 擴大了物理范圍。擴大了物理范圍。提高了可靠性。提高了可靠性?？苫ミB不同物理層、不同可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率子層和不同速率（如（如10 Mb/s 和和 100 Mb/s 以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF使用網(wǎng)橋帶來的缺點使用網(wǎng)橋帶來的缺點存儲轉(zhuǎn)發(fā)和存儲轉(zhuǎn)發(fā)和CSMA/CD算法增加了時延。算法增加了時延。 在在MAC 子層無流量控制功

5、能，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很重時，網(wǎng)橋中的緩存子層無流量控制功能，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很重時，網(wǎng)橋中的緩存空間可能不夠而溢出，導(dǎo)致丟幀空間可能不夠而溢出，導(dǎo)致丟幀。網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。這就是所謂的過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞。這就是所謂的廣播風(fēng)暴廣播風(fēng)暴。B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF用戶層IPMAC站 1用戶層IPMAC站 2物理層網(wǎng)橋 1網(wǎng)橋 2AB用戶數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T 物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN

6、兩個網(wǎng)橋之間還可使用一段點到點鏈路 網(wǎng)橋不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同 集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。 網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行 CSMA/CD 算法。若在算法。若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送并進行退避。發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送并進行退避。2、透明網(wǎng)橋、透明網(wǎng)橋目前使用得最多的網(wǎng)橋是目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋透明網(wǎng)橋(transparent bridge)。 “透明透明”是指局域網(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)是指局域網(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)

7、橋，因為網(wǎng)橋?qū)Ω髡舅偷膸瑢⒔?jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。來說是看不見的。 透明網(wǎng)橋是一種透明網(wǎng)橋是一種即插即用設(shè)備即插即用設(shè)備，其標(biāo)準(zhǔn)是，其標(biāo)準(zhǔn)是 。 透明網(wǎng)橋采用的自學(xué)習(xí)算法透明網(wǎng)橋采用的自學(xué)習(xí)算法 若從若從 A 發(fā)出的幀從接口發(fā)出的幀從接口 x 進入了某網(wǎng)橋，則從這個進入了某網(wǎng)橋，則從這個接口出發(fā)沿接口出發(fā)沿相反方向相反方向一定可把一個幀傳送到一定可把一個幀傳送到 A。 網(wǎng)橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網(wǎng)橋的網(wǎng)橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網(wǎng)橋的接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個項目。接口，作為轉(zhuǎn)發(fā)表中的一個項目。 在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時是把幀首部中的在建立轉(zhuǎn)發(fā)表時是把幀首部中的

8、源地址源地址寫在寫在“地址地址”這一欄的下面。這一欄的下面。 在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，則是根據(jù)收到的幀首部中的在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，則是根據(jù)收到的幀首部中的目的地址目的地址來轉(zhuǎn)發(fā)的。這時就把在來轉(zhuǎn)發(fā)的。這時就把在“地址地址”欄下面已經(jīng)記下欄下面已經(jīng)記下的的源地址當(dāng)作目的地址源地址當(dāng)作目的地址，而把記下的，而把記下的進入接口進入接口當(dāng)作當(dāng)作轉(zhuǎn)發(fā)接口轉(zhuǎn)發(fā)接口。轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程舉例轉(zhuǎn)發(fā)表的建立過程舉例地址 接口B2B1ABCDEF1212地址 接口B 1B AA BA 1F CF 2A 1F 2在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入的信息除了在網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)表中寫入的信息除了地址地址和和接接口口外，還有外，還有幀進入該網(wǎng)橋的時間幀進入該網(wǎng)橋的

9、時間。這是因為以太網(wǎng)的拓?fù)淇赡芙?jīng)常會發(fā)生變化，這是因為以太網(wǎng)的拓?fù)淇赡芙?jīng)常會發(fā)生變化，使得網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)表中保留的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒊蔀槭沟镁W(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)表中保留的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒊蔀椤斑^時的過時的”。若把每個幀到達網(wǎng)橋的時間登記下來，而網(wǎng)橋中的若把每個幀到達網(wǎng)橋的時間登記下來，而網(wǎng)橋中的接口管理軟件接口管理軟件周期性的掃描轉(zhuǎn)發(fā)表中的項目，刪周期性的掃描轉(zhuǎn)發(fā)表中的項目，刪除除一定時間以前一定時間以前登記的項目，這樣就使得網(wǎng)橋中登記的項目，這樣就使得網(wǎng)橋中的轉(zhuǎn)發(fā)表能反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的的轉(zhuǎn)發(fā)表能反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的最新拓?fù)錉顟B(tài)最新拓?fù)錉顟B(tài)。網(wǎng)橋的自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的步驟歸納網(wǎng)橋的自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的步驟歸納網(wǎng)橋收到一幀后先進行網(wǎng)橋收到一

10、幀后先進行自學(xué)習(xí)自學(xué)習(xí)。查轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的。查轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的源地址源地址有無匹配的項有無匹配的項目。如沒有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中增加一個項目（源地址、進入的接口和目。如沒有，就在轉(zhuǎn)發(fā)表中增加一個項目（源地址、進入的接口和時間）。如有，則把原有的項目進行時間）。如有，則把原有的項目進行更新更新。轉(zhuǎn)發(fā)幀。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的轉(zhuǎn)發(fā)幀。查找轉(zhuǎn)發(fā)表中與收到幀的目的地址目的地址有無相匹配的項目。有無相匹配的項目。如沒有，則通過如沒有，則通過所有其他接口所有其他接口進行轉(zhuǎn)發(fā)。進行轉(zhuǎn)發(fā)。如有，且對應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)表中的接口如有，且對應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)表中的接口不是不是該幀進入網(wǎng)橋的接口，則按該幀進入網(wǎng)橋的接口，則按轉(zhuǎn)發(fā)表中的接口進

11、行轉(zhuǎn)發(fā)；否則應(yīng)丟棄這個幀（因為這時不需轉(zhuǎn)發(fā)表中的接口進行轉(zhuǎn)發(fā)；否則應(yīng)丟棄這個幀（因為這時不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(zhuǎn)發(fā)）。要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(zhuǎn)發(fā)）。使用透明網(wǎng)橋擴展局域網(wǎng)的回路問題使用透明網(wǎng)橋擴展局域網(wǎng)的回路問題局域網(wǎng) 2局域網(wǎng) 1網(wǎng)橋 2網(wǎng)橋 1 AF不停地兜圈子A 發(fā)出的幀F(xiàn)1網(wǎng)橋 1 轉(zhuǎn)發(fā)的幀F(xiàn)2網(wǎng)橋 2 轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了為了避免轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子，透為了避免轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡(luò)中不斷地兜圈子，透明網(wǎng)橋使用了生成樹算法。明網(wǎng)橋使用了生成樹算法。 互連在一起的網(wǎng)橋在進行彼此通信后，就能找互連在一起的網(wǎng)橋在進行彼此通信后，就能找出原來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€子集。這個子集里，出原來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€

12、子集。這個子集里，整個連通的網(wǎng)絡(luò)不存在回路，即在任何兩個站整個連通的網(wǎng)絡(luò)不存在回路，即在任何兩個站之間只存在一條路徑。之間只存在一條路徑。3、源路由網(wǎng)橋、源路由網(wǎng)橋源路由源路由網(wǎng)橋：由發(fā)送幀的網(wǎng)橋：由發(fā)送幀的源站負(fù)責(zé)路由選擇源站負(fù)責(zé)路由選擇。源站在發(fā)送幀時將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部源站在發(fā)送幀時將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。中。源站獲取路由信息方法：源站獲取路由信息方法：源站以源站以廣播方式廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀發(fā)現(xiàn)幀作為探測之用。作為探測之用。傳送過程中，每個發(fā)現(xiàn)幀都傳送過程中，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由記錄所經(jīng)過的路由。發(fā)現(xiàn)幀到達目的站時就沿各

13、自的路由返回源站。發(fā)現(xiàn)幀到達目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。4、多接口網(wǎng)橋、多接口網(wǎng)橋以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機202X 年問世的交換式集線器年問世的交換式集線器(switching hub)，也常稱為以太網(wǎng)交換機也常稱為以太網(wǎng)交換機(switch)或第二層交換或第二層交換機（表明此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。機（表明此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。以太網(wǎng)交換機通常都有十幾個接口。因此，以太以太網(wǎng)交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網(wǎng)交換機實質(zhì)上就是一個多接口的網(wǎng)橋，同工網(wǎng)交換機實質(zhì)

14、上就是一個多接口的網(wǎng)橋，同工作在物理層的轉(zhuǎn)發(fā)器和集線器有很大差別。作在物理層的轉(zhuǎn)發(fā)器和集線器有很大差別。以太網(wǎng)交換機的特點以太網(wǎng)交換機的特點以太網(wǎng)交換機的每個接口都直接與一個主以太網(wǎng)交換機的每個接口都直接與一個主機或另一個集線器相連，并且一般都工作機或另一個集線器相連，并且一般都工作在在全雙工方式全雙工方式。以太網(wǎng)交換機能同時連通許多對的接口，使以太網(wǎng)交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣那樣，無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。，無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)交換機也是以太網(wǎng)交換機也是即插即用即插即用設(shè)備，轉(zhuǎn)發(fā)表也是設(shè)備，轉(zhuǎn)發(fā)表也是通過自學(xué)習(xí)

15、算法自動地逐漸建立起來的。通過自學(xué)習(xí)算法自動地逐漸建立起來的。 以太網(wǎng)交換機使用了專用的以太網(wǎng)交換機使用了專用的交換結(jié)構(gòu)芯片交換結(jié)構(gòu)芯片，其其交換速率較高交換速率較高。共享式以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)帶寬對比共享式以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)帶寬對比對于普通對于普通 10 Mb/s 的共享式以太網(wǎng)，若共有的共享式以太網(wǎng)，若共有 N 個用戶，則每個用戶占有的個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的的 N 分之一分之一。使用以太網(wǎng)交換機時，雖然在每個接口到主機的帶使用以太網(wǎng)交換機時，雖然在每個接口到主機的帶寬還是寬還是 10 Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨，但由于一

16、個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體帶寬，因占而不是和其他網(wǎng)絡(luò)用戶共享傳輸媒體帶寬，因此對于擁有此對于擁有 N 對接口的交換機，其總?cè)萘繛閷涌诘慕粨Q機，其總?cè)萘繛?N 10 Mb/s。這正是交換機的。這正是交換機的最大優(yōu)點最大優(yōu)點。 使用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)非常方便使用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)非常方便從共享總線以太網(wǎng)或從共享總線以太網(wǎng)或10BASE-T以太網(wǎng)轉(zhuǎn)到交換以太網(wǎng)轉(zhuǎn)到交換式以太網(wǎng)時，所有接入設(shè)備的軟件、硬件和適式以太網(wǎng)時，所有接入設(shè)備的軟件、硬件和適配器都不需要作任何改動，所有接入的設(shè)備繼配器都不需要作任何改動，所有接入的設(shè)備繼續(xù)使用續(xù)使用CSMA/CD協(xié)議。協(xié)議。只

17、要增加集線器的容量，整個系統(tǒng)的容量是很容易只要增加集線器的容量，整個系統(tǒng)的容量是很容易擴充的。擴充的。以太網(wǎng)交換機一般具有多種速率的接口，大大方以太網(wǎng)交換機一般具有多種速率的接口，大大方便了各種不同情況的用戶。便了各種不同情況的用戶。用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)舉例用以太網(wǎng)交換機擴展局域網(wǎng)舉例一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s萬維網(wǎng)服務(wù)器電子郵件 服務(wù)器以太網(wǎng)交換機路由器利用以太網(wǎng)交換機可以很方便地實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)利用以太網(wǎng)交換機可以很方便地實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng) VLAN 是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)

18、的邏輯組。物理位置無關(guān)的邏輯組。這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個每一個 VLAN 的幀都有一個明確的標(biāo)識符，指明發(fā)送的幀都有一個明確的標(biāo)識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個這個幀的工作站是屬于哪一個 VLAN。虛擬局域網(wǎng)其實只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，虛擬局域網(wǎng)其實只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。而并不是一種新型局域網(wǎng)。以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機VLAN3VLAN1VLAN2三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 當(dāng) B1 向 VLAN2 工作組內(nèi)成員發(fā)送數(shù)據(jù)時，工作站 B2 和 B3 將會收到廣播的信息，而工作站 A1, A2 和 C1都不會收到 B1 發(fā)出的廣播信息。A4A1A3A2B3B1B2C3C1C2以太網(wǎng)交換機A4B1以太網(wǎng)交換機VLAN3C3B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機三個虛擬局域網(wǎng) VLAN1, VLAN2和 VLAN3 的構(gòu)成 虛擬局域網(wǎng)限制了接收廣播信息的工作站數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)不會因傳播過多的廣播信息(即“廣播風(fēng)暴”)而引起性能惡化。 虛擬局域網(wǎng)使用的以太網(wǎng)幀格式（虛擬局域網(wǎng)使