(10)--3.5网桥和以太网交换机.ppt
3.5 网桥和以太网交换机主讲：陈茜本讲要点 n网桥的特点及工作原理。n交换机的特点及工作原理。3.5.1 网桥n网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。n当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或者把它丢弃（即过滤）。1.网桥的内部结构 转发表接口管理 软件网桥协议 实体缓存接口 1接口 2ABC网段 2网段 11112ACE2BDF2站地址 接口网桥网桥DEF接口 1接口 212AEAB转发过滤使用网桥带来的好处n（1）过滤通信量，增大吞吐量。网桥使以太网各网段成为隔离开的碰撞域,减轻了扩展的局域网上的负荷，也减小了帧的的平均时延。B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF独立的碰撞域，使不同网段上的通信不会相互干扰。网桥使各网段成为隔离开的碰撞域,使用网桥带来的好处n（2）扩大了物理范围，增加了工作站的数目。n（3）提高了可靠性。当网络出现故障，一般只影响个别网段。n（4）可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网。n存储、查表、转发以及执行CSMA/CD增加了时延。n在MAC 子层并没有流量控制功能，当网络负荷很重时，网桥中的缓存空间可能不够而发生溢出，以致产生帧丢失的现象。n网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则，有时还会因传播过多的广播信息，产生网络拥塞，并占用大量的带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪。这就是所谓的广播风暴。使用网桥带来的缺点 2.透明网桥n目前使用得最多的网桥是透明网桥。n“透明”是指网桥对各站来说是看不见的。n透明网桥是一种即插即用设备。n站点不需要做任何配置和修改，也不需要人工配置转发表。只要将透明网桥连接到局域网就可以使用。需要解决的一个问题：n既然透明网桥是不需要人工配置转发表的，那么透明网桥是如何自己建立起转发表的呢？网桥应当按照以下自学习算法处理收到的帧和建立转发表 n若从 A 发出的帧从接口 x 进入了某网桥，那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到 A。n网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口，作为转发表中的一个项目。n在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面。n在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的。这时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址，而把记下的进入接口当作转发接口。一种特殊情况n如果在网桥学习到转化表各项之前，网桥接收到了一个帧，那么在这种情况下，网桥是如何完成转发工作的呢？n在这种情况下，当网桥接收到一个帧，如果该帧的目的地址不在转发表中，网桥就会向所有其他接口来转发该帧。透明网桥处理帧和建立转发表的具体算法：n（1）从端口x收到无差错的帧，在转发表中查找目的站地址。n（2）如有，则查找出到此地址应当走的端口d,然后进行步骤（3），否则转到步骤（5）。n（3）如到这个地址去的端口d=x,则丢弃该帧（因为这表示不需要经过网桥进行转发）。否则，从端口d转发此帧。n（4）转到步骤(6)。n（5）向网桥除x以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目标站）。n（6）如源站不在转发表中，则将源站MAC地址加入到转发表中，登记该帧进入网桥的端口号，设置计时器。然后转到步骤（8）。如果源站在转发表中，则执行步骤（7）。n（7）更新转发表该项记录的时间。n（8）等待新的数据帧。转到步骤（1）。透明网桥处理帧和建立转发表的具体算法：网桥在转发表中登记以下三个信息 n在网桥的转发表中写入的信息除了地址和接口外，还有帧进入该网桥的时间。n这是因为以太网的拓扑可能经常会发生变化，站点也可能会更换适配器（这就改变了站点的地址）。另外，以太网上的工作站并非总是接通电源的。n把每个帧到达网桥的时间登记下来，就可以在转发表中只保留网络拓扑的最新状态信息。这样就使得网桥中的转发表能反映当前网络的最新拓扑状态。3.5.2 以太网交换机 n1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。n交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。n网桥接口很少，一般为2-4个，但以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，在数据链路层根据MAC地址转发帧。n以太网交换机的每个接口都直接与主机或另一个集线器或交换机相连,而普通网桥的接口往往是连接到以太网的一个网段。以太网交换机的特点以太网交换机的特点n当交换机直接与计算机或交换机连接时可以工作在全双工方式下，能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据，这时就无需使用CSMA/CD协议了。以太网交换机的特点n当交换机的接口连接共享媒体的集线器时，仍需要工作在半双工方式下并要使用CSMA/CD协议。n以太网交换机跟透明网桥一样，即插即用，通过自学习算法构建帧转发表。n以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。独占传输媒体的带宽 n对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。n使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对接口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。从共享式以太网向交换式以太网的转换n所有接入设备的软件、硬件、适配器等都不需要做任何变动。n只要增加交换机的容量，整个系统的容量很容易扩充。n以太网交换机一般都具有多种速率的接口，这就大大方便了各种不同情况用户的接入。n右图给出了一个简单例子。图中的以太网交换机有三个10兆的接口，分别和三个系的以太网相连接。n还有三个100兆的接口，分别和电子邮件服务器、万维网服务器以及一个连接因特网的路由器相连接。用以太网交换机扩展以太网 用以太网交换机扩展以太网 一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件 服务器以太网交换机路由器交换机对收到的帧进行转发的方式：n存储转发方式：需要把整个数据帧先缓存再处理。n直通方式：在接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的MAC地址决定该帧的转发接口，提高了转发速度。但由于不进行差错控制，有可能会导致无效帧的转发。小结n网桥的特点及工作原理n交换机的特点及工作原理
