第六章-計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

弟八早

計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

CISCO本節(jié)內(nèi)容

?局域網(wǎng)常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及新技術(shù)介紹

?網(wǎng)卡

?中繼器

?集線器

?網(wǎng)橋

?交換機

?生成樹

?路由器

?VIan與三層交換機

?遠程訪問

HUAWei

CISCO

網(wǎng)卡（NIC）

?網(wǎng)卡是與計算機主板或外圍設(shè)備上總線擴展槽

相適應(yīng)的一種小型接口設(shè)備，它能夠?qū)⒂嬎銠C

產(chǎn)生的脈沖信號轉(zhuǎn)換成可以在電纜上傳輸?shù)母?/p>

式。

?全世界所生產(chǎn)的每一塊網(wǎng)卡都具有全球唯一的

身份識別號碼：MAC地址。

(4

HUAWei

網(wǎng)卡的種類

?ISA/PCI/PCI-E網(wǎng)卡

?PCMCIA網(wǎng)卡

?USB網(wǎng)卡

?光纖網(wǎng)卡

?無線網(wǎng)卡

HUAWei

CISCO

HUAWei

中繼器

?由于在任何一種傳輸介質(zhì)上存在信號衰減的問

題，所以傳輸距離受到限制，所以需要將信號

重新放大。

?中繼器能夠?qū)τ陔娎|過長而衰減的信號進行清

除、放大和重傳，這使得網(wǎng)絡(luò)信號能夠傳輸更

長的距離。

?中繼器缺點是不能過濾流量。

(4

HUAWei

CISCO

集線器(Hub)

?集線器的作用是再生信號并對信號進行重新

定時。這一過程是針對大量主機而完成的，

如4、8、16、24端口，這一過程稱為集中。

(4

HUAWei

CISCO

集線器的工作原理

?集線器能夠創(chuàng)建于總線方式相同的爭用環(huán)境，

當(dāng)一臺設(shè)備進行傳輸時，集線器上其他的設(shè)備

都會監(jiān)聽它，并且爭取下一次的傳輸權(quán)利。因

此，連接在集線器上的設(shè)備將平分該集線器所

擁有的帶寬。并且在同一集線器上的設(shè)備屬于

同一個沖突域。

(4

HUAWei

CISCO

集線器的特點

?能婚再生信號笄且放大信號。

?能疆在整個網(wǎng)絡(luò)傳播信號。

?不能過濾網(wǎng)絡(luò)流量。

?不能確定最佳路經(jīng)。

?可以作為網(wǎng)絡(luò)的中心點。

HUAWGI

CISCO

HUAWei

CISCO

網(wǎng)橋(brige)

?網(wǎng)橋用于連接兩個或者多個局域網(wǎng)網(wǎng)段。每個

網(wǎng)段是一個獨立的沖突域。

?網(wǎng)橋設(shè)計用來創(chuàng)建更多的可用帶寬。

?網(wǎng)橋的目的是過濾局域網(wǎng)上的流量，以保證本

地通信在本地進行，而且可以與局域網(wǎng)其它部

分進行連接以處理那些被送往該處的流量。

(4

HUAWei

CISCO

網(wǎng)橋的工作原理

?網(wǎng)橋可以獲得連接在其端口上的網(wǎng)段中所有

設(shè)備的MAC地址，通過查看MAC地址確定那些

流量是本地的。

?網(wǎng)橋遇到目標(biāo)不明的數(shù)據(jù)幀（即在自己的地

址表中查不到的）或者廣播數(shù)據(jù)幀的時候，

都采用洪泛方式發(fā)送這些數(shù)據(jù)幀到除接收端

口以外的所有端口。

?網(wǎng)橋分割了沖突域，但卻擴大了不明的數(shù)據(jù)

幀和廣播數(shù)據(jù)幀到達的范圍，故我們稱其擴

大了廣播域。

HUAWEI

CISCO

網(wǎng)橋的學(xué)習(xí)/工作過程1

portlport2

PC2PC4

■Bridge■

PCI地址表PC3

null

z嬲

HUAWei

Eod-------13d

A—

I■弘pym■

豺黑

ff*彝

?odIKOd

靠

格

新

壯

豺

N陋H/ws

OUSG

CISCO

網(wǎng)橋的學(xué)習(xí)/工作過程3

portlport2

PC2PC4

|答.

<“■Bridge■

響應(yīng)|丟棄

PC1MAC地址表PC3

PCI--------portl

PC2--------portl

HUAWei

CISCO

網(wǎng)橋的學(xué)習(xí)/工作過程4

portlport2

PC2PC4

,春赤?I

轉(zhuǎn)發(fā)、,”發(fā)送I

發(fā)』一Bridge

響應(yīng)

PC1MAC地址表PC3

PCIportl

PC2-----portl

HUAWei

CISCO

網(wǎng)橋的學(xué)習(xí)/工作過程5

portlport2

PC2PC4

,美齊

j發(fā)送轉(zhuǎn)發(fā)??

■■Bridge?

響應(yīng)應(yīng)答

MAC地址表

PC1PC3

PC1-----portl

PC2-----portl

PC3-----port2

HUAWei

CISCO

網(wǎng)橋的優(yōu)缺點

?優(yōu)點：

?比集線器更智能，他們可以分析進入的數(shù)據(jù)幀而且基于尋址

信息對他們進行轉(zhuǎn)發(fā)或丟棄。

?可以在兩個或多個局域網(wǎng)段之間搜集和傳送分組。

?能夠創(chuàng)建更多的沖突域，是不止一臺設(shè)備能夠在不引起沖突

的情況下同時傳送數(shù)據(jù)。

?可以維護地址表。

?缺點:

?由于網(wǎng)橋在執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)前先接收幀并進行緩沖，與中繼器相比

會引入理多時延。

?由于網(wǎng)橋不提供流控功能，因此在流量較大時有可能使其過

載，從而造成幀的丟失。

HUAWei

CISCO

交換機

?交換機在功能上等同于網(wǎng)橋，在效果上相同

與集線器，所以交換機又稱為智能網(wǎng)橋或多

端口網(wǎng)橋。

?交換機使用的目的使連接集中化，同時為每

個連接提供獨立的通道和帶寬。

(4

HUAWei

CISCO

交換機的工作原理

?交換機與網(wǎng)橋一樣基于MAC地址做出轉(zhuǎn)發(fā)判斷,

同時使用交換機的背板帶寬為每個連接提供

獨立的通道，使之相互之間沒有競爭，享受

獨立的帶寬。同時交換機支持堆疊和其他功

能，智能交換機更具有強大的功能來應(yīng)對網(wǎng)

絡(luò)的變化。

HUAWei

CISCO

交換機的特點

?端口數(shù)量大大增加，成倍的增加可用帶寬。

?采用硬件實現(xiàn)交換過程，使用專用的集成電

路芯片(ASIC),大大提高轉(zhuǎn)發(fā)速率。

?采用3種數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模式，而傳統(tǒng)網(wǎng)橋只有一

種轉(zhuǎn)發(fā)模式。

HUAWei

CISCO

交換機的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式

?存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式

?直通傳送模式

?改進型直通傳送模式

(4

HUAWei

CISCO

存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式

?存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式要將整個數(shù)據(jù)幀接收下來，同時

要校驗數(shù)據(jù)是否正確，所以轉(zhuǎn)發(fā)速度很慢，采

用這個方法的唯一好處就是可以有效的檢查出

來壞數(shù)據(jù)幀，但在數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)質(zhì)量不斷提升、

線路誤碼率不斷下降的發(fā)展中已經(jīng)不適用了。

網(wǎng)橋就典型使用這一模式。

HUAWEI

CISCO

直通傳送模式

?直通傳送模式就是只要網(wǎng)橋收到的數(shù)據(jù)幀的

目標(biāo)地址，就立即將數(shù)據(jù)發(fā)向相應(yīng)的端口，

因此數(shù)據(jù)傳送延遲很小，速度很快，但無法

檢測出壞幀。但是甌著數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)質(zhì)量不

斷提升、線路誤碼率不斷下降，出現(xiàn)錯誤的

幾率很小，即使有錯誤，也會有終端設(shè)備處

理，無需擔(dān)心。因此目前大多數(shù)交換機都采

用這種工作模式。

CISCO改進型直通傳送模式

?改進型直通模式的效率介于存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式和直

通模式之間，他也不完全接收數(shù)據(jù)幀，只不過

要等接收到數(shù)據(jù)幀前64字節(jié)后才進行轉(zhuǎn)發(fā)，這

樣就可以過濾一些小于64字節(jié)的碎片幀（正常

的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀都大于64字節(jié)）。

HUAWei

使用交換機構(gòu)建大型橋接網(wǎng)絡(luò)存在的問題

?由于使用交換機構(gòu)建交換架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，等同

于使用若干網(wǎng)橋構(gòu)建了一個大型橋接網(wǎng)絡(luò)，

所以不可避免的存在著廣播風(fēng)暴的問題，而

這一問題是對大型橋接網(wǎng)絡(luò)最大的挑戰(zhàn)。

CISCO

廣播的危害

?廣播信息真是那么頻繁出現(xiàn)的嗎？

實際上廣播幀會非常頻繁地出現(xiàn)。利用TCP/IP協(xié)議棧

通信時，除了前面出現(xiàn)的ARP外，還有可能需要發(fā)出

DHCP、RIP等很多其他類型的廣播信息。除了TCP/IP

以外，NetBEUI.IPX和AppleTalk等協(xié)議也經(jīng)常需要

用到廣播。例如在Windows下雙擊打開“網(wǎng)絡(luò)計算機”

時就會發(fā)出廣播（多播）信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的廣播數(shù)

據(jù)達到一個數(shù)量極限的時候，就會將網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬

消耗殆盡，使網(wǎng)速極其緩慢甚至于不可用，這種現(xiàn)象

稱為廣播風(fēng)暴。

?另外，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)交換機采用冗余連接方式或者出現(xiàn)環(huán)路

的時候，如果不做適當(dāng)處理，必然產(chǎn)生廣播風(fēng)暴。

HUAWei

CISCO

廣播的傳播圖例

PCAPCB

超五類線PCA發(fā)出的廣播

PCA發(fā)出的廣招數(shù)據(jù)傳通整個網(wǎng)絡(luò)，消耗了網(wǎng)絡(luò)帶寬和其它計算機的系統(tǒng)資源

HUAWei

CISCO

冗余鏈路與生成樹協(xié)議

?為了實現(xiàn)設(shè)備之間的冗余，往往需要對網(wǎng)絡(luò)中

的關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵鏈路進行備份，這就是使用

冗余技術(shù)的出發(fā)點，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和需求日趨復(fù)

雜的今天，這項技術(shù)顯得尤為重要。

(4

HUAWei

CISCO

采用冗余結(jié)構(gòu)所需要解決的問題

?冗余結(jié)構(gòu)雖然有很強的自愈性，但是設(shè)計不

好就會引發(fā)大量的問題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)計失敗。

下來我們將討論一下冗余帶來的問題和解決

方法。

HUAWei

CISCO

冗余導(dǎo)致的問題

?廣播風(fēng)暴（重點說明）

?單幀的多次遞交

?交換機地址表的不穩(wěn)定

HUAWei

alall

廣播風(fēng)暴

國國

?冗余拓撲結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的最嚴重的問題就是廣播風(fēng)

暴。如果不對采用冗余結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)進行特殊設(shè)

計，則采用冗余結(jié)構(gòu)的交換網(wǎng)絡(luò)必然會因為廣

播風(fēng)暴而癱瘓。

HUAWei

CISCO

生成樹協(xié)議

?為了解決冗余結(jié)構(gòu)所產(chǎn)成的上述問題，

IEEE802委員會根據(jù)DEC公司的“網(wǎng)橋到網(wǎng)橋”

協(xié)議制定了生成樹協(xié)議，規(guī)范代號為802.Id。

?生成樹是一個在數(shù)據(jù)鏈路層的管理協(xié)議，改協(xié)

議的目的就是在物理環(huán)路上建立一個無環(huán)的邏

輯鏈路拓撲結(jié)構(gòu)。其方式就是在發(fā)現(xiàn)有冗余鏈

路得時候，阻斷其中一條鏈路，使其處于待命

狀態(tài)，而另一條正常使用，當(dāng)某一條失效得失

后，待命的鏈路立即自動啟動。

HUAWei

HUAWei

CISCO

路由器

?路由器的目的是檢查進入的分組，為他們選擇

通過的網(wǎng)絡(luò)的最佳路徑，然后將他們交換到合

適的出口上。路由器是大型網(wǎng)絡(luò)中最重要的流

量控制設(shè)備，路由器的使用可以使任何類型的

計算機能夠與任何地方的計算機相互通信。

(4

HUAWei

CISCO

路由器的工作原理

?路由器在接收到每個數(shù)據(jù)包時查看數(shù)據(jù)包內(nèi)的

目標(biāo)地址，然后匹配自己所具有的路由表，如

果匹配到，則按照路由表中所指示的地址轉(zhuǎn)發(fā)

數(shù)據(jù)包，如果沒有，則丟棄該數(shù)據(jù)包。

HUAWei

CISCO

路由器的工作過程1

192.168.0.254/24192.168.1.254/24

192.168.0.1/24

Gateway:192.168.0.254/24

PCI

地址表

192.168.0.0/24----portl

192.168.1.0/24----port2

HUAWei

路由器的工作過程2

192.168.0.254/24192.168.1.254/24

portlport2

192.168.0.1/24192.168.1.1/24

Gateway:192.168.0.254/24Gateway:192.168.1.254/24

PCI■routerPC2

IPSA:192.168.0.1/24

地址表

IPDA:192.168.0.254/24

MACSA:PC1192.168.0.0/24----portl

MACDA:000000000000192.168.1.0/24----port2

HUAWei

CISCO圖解

?PCI為192.168.0.0網(wǎng)段中的成員，和路由器的

端口1在同一個網(wǎng)段中。PC2為192.168.1.0網(wǎng)

段成員，和路由器的端口2在同一網(wǎng)段中。當(dāng)

PC1要與PC2聯(lián)系時，由于沒有PC2的MAC地址，

且PC2與他不在一個網(wǎng)段中,故無法使用ARP解

析PC2的MAC地址。但是由于定義有網(wǎng)關(guān)，所

以PC1就設(shè)法將這個請求交給網(wǎng)關(guān)（即路由器）

完成。所以PC1就首先向發(fā)出請求網(wǎng)關(guān)在該網(wǎng)

段中的端口MAC地址的ARP廣播，以便隨后能將

對夕卜網(wǎng)的請求發(fā)給網(wǎng)關(guān)處理。

HUAWei

路由器的工作過程3

192.168.0.254/24192.168.1.254/24

portlport2

192.168.0.1/24192.168.1.1/24

Gateway:192.168.0.254/24Gateway:192,168.1.254/24

PCI■router.PC2

IPSA:192.168.0.254/24

地址表

IPDA:192.168.0.1/24

192.168.0.0/24----portl

MACSA:routerport1

MACDA:PCI192.168.1.0/24----port2

HUAWei

CISCO

圖解

?路由器的端口1監(jiān)聽總線，收到該數(shù)據(jù)報，端

口1的數(shù)據(jù)鏈路層首先檢查數(shù)據(jù)中的MAC地址，

發(fā)現(xiàn)目的地址為12個0,便將數(shù)據(jù)提交高層，

以便高層確定是否是給自己的，經(jīng)端口1的網(wǎng)

絡(luò)層檢查后，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)IP與自己相符，便明白

是請求自己端口1的MAC地址，隨即響應(yīng)該請求,

向主機192.168.0.1/24返回自己的MAC地址。

(4

HUAWei

CISCO

路由器的工作過程4

192.168.0.254/24192.168.1.254/24

192.168.1.1/24

Gateway:192,168.1.254/24

PC2

IPSA:192.168.0.1/24

地址表

IPDA:192.168.1.1/24

192.168.0.0/24----portl

MACSA:PCI

MACDA:routerport1192.168.1.0/24----port2

HUAWei

CISCO

圖解

?在收到解析到默認網(wǎng)關(guān)的MAC以后，PC1正式

向網(wǎng)關(guān)提交數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)請求，在IP報中的原地

址封裝自己的192.168.0.1,目標(biāo)地址封裝

PC2的192.168.1.1,而在數(shù)據(jù)幀中原MAC地址

封裝自己的MAC地址，而在目標(biāo)MAC中封裝默

認網(wǎng)關(guān)的MAC地址，并發(fā)送出去。同時將網(wǎng)關(guān)

的IP地址與MAC地址的映射關(guān)系保存在自己的

ARP緩存中，以備下次使用。

(4

HUAWei

路由器的工作過程5

192.168.0.254/24192.168.1.254/24

192.168.0.1/24192.168.1.1/24

Gateway:192,168.0.254/24Gateway:192,168.1.254/24

PCIPC2

router

IPSA:192.168.0.1/24地址表

IPDA:192.168.1.1/24192.168.0.0/24portl

MACSA:PCI

152.168.1.0/24port2

MACDA:routerport1

HUAWei

CISCO

圖解

?路由器端口1監(jiān)聽總線，收到來自PC1的數(shù)據(jù)報,

在自己端口1的數(shù)據(jù)鏈路層檢查目標(biāo)MAC地址，

發(fā)現(xiàn)是給自己的，遞交上層，端口1網(wǎng)絡(luò)再檢

查目標(biāo)IP地址，發(fā)現(xiàn)不和自己是同一網(wǎng)段，隨

即檢查路由表，找到了192.168.1.0網(wǎng)段為端

口2連接，便將該數(shù)據(jù)報遞交給端口2處理。

（如果在路由表中找不到，則丟棄該數(shù)據(jù)報）。

(4

HUAWei

CISCO

路由器的工作過程6

192.168.0.254/24192.168.1.254/24

192.168.0.1/24

Gateway:192,168.0.25/24

PCI

地址表IPSA:192.168.1.254/24

IPDA:192,168.1.1/24

192.168.0.0/24----portl

緩存MACSA:routerport2

192.168.1.0/24----port2

IPSA:192.168.0.1/24MACDA:000000000000

IPDA:192.168.1.1/24

MACSA:PCI

MACDA:routerport1

HUAWGI

CISCO圖解

?路由器端口2在接收到端口1遞交的數(shù)據(jù)報后，

端口2的網(wǎng)絡(luò)層首先檢查數(shù)據(jù)報中的目的IP地址,

再確定了目的地址與自己在同一網(wǎng)段中后，檢

查自己的ARP列表，發(fā)現(xiàn)沒有192.168.1.1對應(yīng)的

MAC地址，便臨時在緩存中緩存該數(shù)據(jù)報，并調(diào)

用ARP解析192.168.1.1主機的MAC地址。

(4

HUAWei

CISCO

路由器的工作過程7

192.168.0.254/24192.168.1.254/24

portlport2

192.168.0.1/24192.168.1.1/24

Gateway:192.168.0.254/24Gateway:192.168.1.254/24

1T▼

PCI■router■PC2

―“一■—~一—--■■■—

地址表IPSA:192.168.1.1/24

緩存

IPDA:192.168.1.254/24

192.168.0.0/24——portlIPSA:192.168.0.1/24

MACSA:PC2

p2IPDA:192,168.1.1/24

192.168.1.0/24——ortMACDA:routerport2

MACSA:PCI

MACDA:routerport1

HUAWei

CISCO

圖解

?PC2監(jiān)聽總線，收到了路由器端口2發(fā)送的ARP

廣播，PC2的數(shù)據(jù)鏈路層首先檢查數(shù)據(jù)中的MAC

地址，發(fā)現(xiàn)目的地址為12個0,便將數(shù)據(jù)提交

高層，以便高層確定是否是給自己的，經(jīng)PC2

的網(wǎng)絡(luò)層檢查后，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)IP與自己相符，便

明白是請求自己的MAC地址，隨即響應(yīng)該請求，

向請求方路由器的端口2192.168.1.254/24返回

返自己的MAC地址。

(4

HUAWei

CISCO

路由器的工作過程8

192.168.0.254/24192.168.1.254/24

192.168.0.1/24

Gateway:192,168.0.254/24

PCI

地址表

IPSA:192.168.0.1/24

192.168.0.0/24----portlIPDA:192.168.1.1/24

192.168.1.0/24----port2MACSA:routerport2

MACDA:PC2

HUAWGI

CISCO

圖解

?路由器的端口2監(jiān)聽總線，收到來自PC2的回

復(fù)數(shù)據(jù)后，便獲得了PC2的MAC地址，使得路由

器的端口2正式向主機192.168.1.1/24發(fā)送數(shù)

據(jù)報，再從緩存中提出數(shù)據(jù)報后，端口2的網(wǎng)

絡(luò)層便將該數(shù)據(jù)的TTL值減1后交給端口2的數(shù)

據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層將原數(shù)據(jù)報中的原MAC

地址和目標(biāo)MAC地址分別替換成端口2的MAC地

址以及PC2的MAC地址，并發(fā)送出去，同時將主

機192.168.1.1與他的MAC地址的映射條目保存

在ARP緩存中，以備下次使用。

HUAWei

CISCO

路由器的工作過程9

192.168.0.254/24192.168.1.254/24

192.168.0.1/24192.168.1.1/24

Gateway:192,168.0.254/24Gateway:192.168.1.254/24

PCIPC2

地址表

IPSA:192.168.1.1/24

192.168.0.0/24---portlIPDA:192.168.0.1/24

192.168.1.0/24---port2MACSA:PC2

MACDA:routerport2

HUAWei

CISCO

圖解

?PC2監(jiān)聽總線，收到了路由器端口2發(fā)來的數(shù)據(jù)，接

收檢查，發(fā)現(xiàn)是給自己的，便遞交高層處理，處理

完畢后便向目標(biāo)地址返回應(yīng)答，并將IP地址與MAC地

址的映射保存在自己的ARP列表中（注意，這組映射

很特殊，是將目標(biāo)地址192.168.0.1與路由器的端口

2的MAC地址作了映射，所以在后續(xù)數(shù)據(jù)處理中，凡

是去向192.168.0.1主機的數(shù)據(jù)，都會在ARP列表中

查道對應(yīng)的路由器端口2的MAC地址，這樣，PC2就會

將所有數(shù)據(jù)都發(fā)給路由器的端口2處理了。）

0/

HUAWei

CISCO

路由器能婚處理的路由協(xié)議

?常用的路由協(xié)議有：

?TCP/IP協(xié)議

?IPX/SPX協(xié)議

?APPLETALK協(xié)議

(4

HUAWei

CISCO

vlan

?VIan概述

?Vian的類型

HUAWei

CISCO

VIan概述

?VLAN(VirtualLAN),翻譯成中文是“虛擬

局域網(wǎng)”oLAN可以是由少數(shù)幾臺家用計算機

構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，也可以是數(shù)以百計的計算機構(gòu)成

的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。VLAN所指的LAN特指使用路由器

分割的網(wǎng)絡(luò)---也就是廣播域。

(4

HUAWei

CISCO

使用Vian的原因

?先讓我們先復(fù)習(xí)一下廣播域的概念。廣播域，指的是

廣播幀所能傳遞到的范圍，亦即能夠直接通信的范圍。

嚴格地說，并不僅僅是廣播幀，多播幀和目標(biāo)不明的

單播幀也能在同一個廣播域中暢行無阻。本來，二層

交換機只能構(gòu)建單一的廣播域，不過使用VLAN功能后,

它能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)分割成多個廣播域。