第3章以太网PPT讲稿.ppt

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1、第3章以太网第1页，共89页，编辑于2022年，星期一3.1 3.1 局域网拓扑结构局域网拓扑结构把计算机网络看作是由一组结点和链路组成把计算机网络看作是由一组结点和链路组成的几何图形。的几何图形。这些结点和链路所组成的几何图形是这些结点和链路所组成的几何图形是网络的网络的拓扑结构拓扑结构。拓扑分类：。拓扑分类：总线形拓扑结构；总线形拓扑结构；星形拓扑结构；星形拓扑结构；环形拓扑结构；环形拓扑结构；树形拓扑结构；树形拓扑结构；网状形拓扑结构。网状形拓扑结构。第2页，共89页，编辑于2022年，星期一3.1 3.1 局域网拓扑局域网拓扑结构构总线形总线形星形星形环形环形树形树形网状形网状形星形级

2、联星形级联容错性好，路由复杂，容错性好，路由复杂，以太网须辅之生成树以太网须辅之生成树算法。算法。以太网使用的拓扑结构以太网使用的拓扑结构,用集线器或用集线器或交换机连接终端。可以隔离错误，交换机连接终端。可以隔离错误，实现综合布线。双绞线或光纤，交实现综合布线。双绞线或光纤，交换机能分割大网。终端独立换机能分割大网。终端独立特定环网，容错特定环网，容错性好性好最早的以太网特征：最早的以太网特征：采用总线形拓扑结构，用采用总线形拓扑结构，用CSMA/CDCSMA/CD作为争用总线的算法，作为争用总线的算法，物理层采用曼彻斯特编码的基物理层采用曼彻斯特编码的基带信号传输方式。带信号传输方式。简单

3、，但一台终端出错，整个网络瘫痪。简单，但一台终端出错，整个网络瘫痪。早期以太网采用总线争用算法，由链路早期以太网采用总线争用算法，由链路层实现终端访问总线功能（为媒体接入层实现终端访问总线功能（为媒体接入控制层，控制层，MACMAC）。传输介质为同轴电缆）。传输介质为同轴电缆第3页，共89页，编辑于2022年，星期一一是以太网，二是一是以太网，二是IEEE 802.3IEEE 802.3局域网局域网由于由于IEEE 802IEEE 802委员会定义了多种局域网，委员会定义了多种局域网，MACMAC层不相同，层不相同，为了屏蔽为了屏蔽MACMAC层的差异，定义了层的差异，定义了LLCLLC层层以

4、太网就是局域网，无需以太网就是局域网，无需LLCLLC层层-以太网体系结构。以太网体系结构。3.2 3.2 以太网体系结构以太网体系结构局域网体系结构局域网体系结构以太网体系结构以太网体系结构第4页，共89页，编辑于2022年，星期一3.3 3.3 总线形以太网总线形以太网本讲内容本讲内容n基带传输与曼彻斯特编码；基带传输与曼彻斯特编码；nMACMAC帧结构；帧结构；nCSMA/CDCSMA/CD操作过程；操作过程；n冲突域直径与最短帧长；冲突域直径与最短帧长；n集线器和星形以太网结构。集线器和星形以太网结构。第5页，共89页，编辑于2022年，星期一n曼曼彻彻斯斯特特编编码码解解决决了了位位

5、同同步步、帧帧对对界界和和总总线状态问题；线状态问题；nMACMAC帧帧结结构构解解决决了了终终端端封封装装数数据据格格式式和和终终端寻址问题；端寻址问题；nCSMA/CDCSMA/CD解解决决公公平平争争用用总线问题。总线问题。3.3 3.3 总线形以太网总线形以太网n信信号号识别和和总线状状态问题。n寻址址问题和和数数据据封装封装问题。n帧对界界问题。n公公平平争争用用总线问题。两两个个端端之之间间的的数数据据传传输输第6页，共89页，编辑于2022年，星期一3.3.1基带传输和曼彻斯特编码基带传输和曼彻斯特编码一、基带传输和时钟同步一、基带传输和时钟同步n基带传输是指直接在电缆上传输表示

6、二进制基带传输是指直接在电缆上传输表示二进制数数0 0和和1 1的数字信号的传输方式。的数字信号的传输方式。n基带传输解决基带传输解决位同步，接收端如何确定每一位同步，接收端如何确定每一位二进制数的宽度。位二进制数的宽度。如何解决位同步？如何解决位同步？n发送端和接收端就每位二进制宽度有共识。发送端和接收端就每位二进制宽度有共识。n发送端和接收端就每位二进制值有着共识。发送端和接收端就每位二进制值有着共识。n接收端和发送端的发送时钟须同频且同步。接收端和发送端的发送时钟须同频且同步。第7页，共89页，编辑于2022年，星期一累积误差导致一位数据被累积误差导致一位数据被重复锁存两次。重复锁存两次

7、。3.3.1基带传输和曼彻斯特编码基带传输和曼彻斯特编码一、基带传输和时钟同步一、基带传输和时钟同步第8页，共89页，编辑于2022年，星期一n接收端接收端须从数据中提取从数据中提取发送端的送端的时钟信息。信息。n同同步步接接收收时钟指指的的是是让接接收收时钟的的跳跳变和和数数据据一一致致，即数据包含即数据包含发送送时钟的跳的跳变信息。信息。n曼曼彻斯斯特特编码将将每每位位二二进制制数数分分成成两两部部分分，前前半半部部分分是是数数据据反反码，后后半半部部分分是是数数据据原原码，每每位位数数据据中中间发生跳生跳变。接收端用。接收端用该跳跳变同步接收同步接收时钟。n曼曼彻斯特斯特编码可作可作时钟

8、，也可判断忙，也可判断忙闲。二、用曼彻斯特编码传输发送时钟信息二、用曼彻斯特编码传输发送时钟信息3.3.1基带传输和曼彻斯特编码基带传输和曼彻斯特编码第9页，共89页，编辑于2022年，星期一曼彻斯特编码携带的时曼彻斯特编码携带的时钟信息不断同步接收时钟信息不断同步接收时钟的上升沿。钟的上升沿。一、基带传输和曼彻斯特编码一、基带传输和曼彻斯特编码二、用曼彻斯特编码传输发送时钟信息二、用曼彻斯特编码传输发送时钟信息第10页，共89页，编辑于2022年，星期一n曼曼彻彻斯斯特特编编码码的的每每一一数数据据都都携携带带发发送送时时钟钟信信息息，用用于于对接收时钟进行同步。对接收时钟进行同步。n一一旦

9、旦发发送送数数据据，总总线线电电信信号号周周期期性性跳跳变变（载载波波），可可以通过是否存在载波确定总线是否传输数据。以通过是否存在载波确定总线是否传输数据。n基带信号变化速率（波特率）数据传输速率基带信号变化速率（波特率）数据传输速率X2X2。一、基带传输和曼彻斯特编码一、基带传输和曼彻斯特编码第11页，共89页，编辑于2022年，星期一3.3.2 MAC3.3.2 MAC帧结构帧结构帧是数据链路层传输的单位。帧是数据链路层传输的单位。数据链路层的主要功能：数据链路层的主要功能：帧同步（帧定界）帧同步（帧定界）链路管理链路管理 流量控制流量控制 差错控制差错控制 寻址寻址第12页，共89页，

10、编辑于2022年，星期一3.3.2 MAC3.3.2 MAC帧结构帧结构先导码：先导码：7字节字节10101010.位同步位同步帧开始分界符：帧开始分界符：1字节字节10101011.帧的开始帧的开始源和目的地址：源和目的地址：48位位MAC地址。地址。类型：数据字段数据的类型。类型：数据字段数据的类型。IP分组或分组或ARP等其它等其它数据：通过以太网传输的信息。数据：通过以太网传输的信息。64-1518字节字节FCS:对传输过程中出现的错误进行检测。对传输过程中出现的错误进行检测。曼彻斯特编码和先导码、帧开始分界符解决曼彻斯特编码和先导码、帧开始分界符解决MAC帧帧对界帧帧对界问题。问题。

11、一、一、帧定界定界第13页，共89页，编辑于2022年，星期一3.3.2 MAC3.3.2 MAC帧结构帧结构MAC帧地址表示接收和发送的地址帧地址表示接收和发送的地址-MAC地址地址MAC地址地址48位，有单播、组播和广播地址。位，有单播、组播和广播地址。广播地址：广播地址：48位全位全1组播地址：组播地址：01:00:5e:00:00:00-:7f:ff:ffMAC地址最低位：地址最低位：0-单播，单播，1-组播，源地址组播，源地址0MAC地址次低位：地址次低位：0-局部地址，局部地址，1-全局地址全局地址网卡上有一个唯一固化的网卡上有一个唯一固化的48位位MAC地址。地址。目的地址的不同

12、种类处理方式不同。目的地址的不同种类处理方式不同。二、二、寻址址第14页，共89页，编辑于2022年，星期一3.3.2MAC帧结构帧结构32位帧检验序列位帧检验序列FCS用于接收端检验用于接收端检验MAC帧帧正确与否。正确与否。FCS检验的是：目的地址、源地址、类型、数检验的是：目的地址、源地址、类型、数据和填充字段组成的二进制位流。据和填充字段组成的二进制位流。以太网以太网FCS能查出大多数传输错。由帧检验序能查出大多数传输错。由帧检验序列字段（列字段（FCS）对经过总线传输的）对经过总线传输的MAC帧进帧进行检验，出错丢弃，不重传。行检验，出错丢弃，不重传。出错丢弃的出错丢弃的MAC帧以太

13、网不作处理，由高层帧以太网不作处理，由高层协议负责解决。协议负责解决。三、差三、差错控制功能控制功能第15页，共89页，编辑于2022年，星期一3.3.2MAC帧结构帧结构类型字段是表示类型字段是表示MACMAC帧数据要提交不同的进程帧数据要提交不同的进程处理。处理。MACMAC数据字段数据字段64-151864-1518，太小要填充，超过要分，太小要填充，超过要分割成满足要求的帧。不能限制上层的数据。割成满足要求的帧。不能限制上层的数据。限帧长的原因：限帧长的原因：接收端缓存器空间有限接收端缓存器空间有限不能允许某终端长期占用总线不能允许某终端长期占用总线太长了重传代价太大。太长了重传代价太

14、大。四、差四、差错控制功能控制功能第16页，共89页，编辑于2022年，星期一n公公平平总总线线争争用用问问题题CSMA/CD(CSMA/CD(载载波波侦侦听听、多多点接入点接入/冲突检测冲突检测)n总总线线空空闲闲才才能能发发送送数数据据。发发送送前前，先先侦侦听听总总线是否有载波。线是否有载波。n总线忙时要等待一个时间间隔。总线忙时要等待一个时间间隔。n发送过程中仍需监测发送过程中仍需监测冲突发生冲突发生。n冲突发生，延迟时间后再发送。冲突发生，延迟时间后再发送。后退算法后退算法3.3.3 CSMA/CD3.3.3 CSMA/CD操作过程操作过程一、一、CSMA/CDCSMA/CD工作原理

15、工作原理第17页，共89页，编辑于2022年，星期一CSMA/CDCSMA/CD工作流程工作流程先听再讲先听再讲总线无载波才能发送数据总线无载波才能发送数据边听边讲边听边讲一边发送数据，一边监测是一边发送数据，一边监测是否发生冲突否发生冲突退后再讲退后再讲一旦发生冲突，延迟一段时间后，一旦发生冲突，延迟一段时间后，再重新发送，两个终端的延迟时再重新发送，两个终端的延迟时间必须不同间必须不同3.3.3 CSMA/CD3.3.3 CSMA/CD操作过程操作过程一、一、CSMA/CDCSMA/CD工作原理工作原理第18页，共89页，编辑于2022年，星期一冲突发生后要用后退延迟算法，要求：冲突发生后

16、要用后退延迟算法，要求：发发生生冲冲突突后后，某某个个终终端端的的后后退退时时间间不不同同于于其其他终端，且小于其他终端。他终端，且小于其他终端。在符合的情况下，后退时间尽可能短。在符合的情况下，后退时间尽可能短。能自动适应不同负荷。能自动适应不同负荷。二、后退延迟算法二、后退延迟算法3.3.3 CSMA/CD3.3.3 CSMA/CD操作操作过程程第19页，共89页，编辑于2022年，星期一K为为冲冲突突次次数数。初初始始K=0，发发生生一一次次冲冲突突，K加加1，KMIN冲突次数，冲突次数，10。从从0，1，2K-1中随机选择某个整数中随机选择某个整数r。根据根据r，计算后退时间，计算后退

17、时间T=r*t（t=51.2 s）。）。如如果果连连续续重重传传了了16次次都都检检测测到到冲冲突突发发生生，则则终止传输，并向高层协议报告。终止传输，并向高层协议报告。注意：每个终端独立执行后退算法。注意：每个终端独立执行后退算法。3.3.3 CSMA/CD3.3.3 CSMA/CD操作操作过程程二、后退延二、后退延迟算法算法第20页，共89页，编辑于2022年，星期一后退延迟算法实现功能后退延迟算法实现功能n随随机机选选择择尽尽量量保保证证各各个个终终端端所所选选择择的的延延迟迟时时间间不同。不同。n随随着着冲冲突突次次数数的的增增加加，不不断断加加大大随随机机数数选选择择范范围围，使使得

18、得不不同同终终端端选选择择相相同同延延迟迟时时间间的的概概率率减减小，自动适应总线负荷。小，自动适应总线负荷。n基本延迟时间差大于最远两端的传播时间。基本延迟时间差大于最远两端的传播时间。n不能无穷次地重复冲突情况不能无穷次地重复冲突情况。三、后退延迟算法三、后退延迟算法3.3.3 CSMA/CD3.3.3 CSMA/CD操作操作过程程第21页，共89页，编辑于2022年，星期一三、捕获效应三、捕获效应终端终端A A和终端和终端B B同时发送数据，同时发送数据，发生冲突发生冲突,终端终端A A选择选择0 0延迟，延迟，终端终端B B选择延迟选择延迟51.251.2 s s，终，终端端A A成功

19、发送。成功发送。终端终端A A再次发送数据，和终端再次发送数据，和终端B B又一次发生冲突又一次发生冲突,终端终端A A的的K=1K=1，终端，终端B B的的K=2,K=2,终端终端A A选择选择较小延迟的概率大于终端较小延迟的概率大于终端B B，终端终端A A又成功发送。又成功发送。3.3.3 CSMA/CD3.3.3 CSMA/CD操作操作过程程第22页，共89页，编辑于2022年，星期一捕获效应造成的后果捕获效应造成的后果n捕获效应使单个终端独占总线带宽，捕获效应使单个终端独占总线带宽，n捕捕获获效效应应完完全全背背弃弃了了公公平平原原则则，是是CSMA/CDCSMA/CD的的重大缺陷。

20、重大缺陷。n捕捕获获效效应应在在重重负负荷荷的的情情况况下下，使使传传输输时时延延无无法法估计，导致多媒体应用的失败。估计，导致多媒体应用的失败。n全双工的交换式以太网捕获效应自然消失。全双工的交换式以太网捕获效应自然消失。3.3.3 CSMA/CD3.3.3 CSMA/CD操作操作过程程三、捕获效应三、捕获效应第23页，共89页，编辑于2022年，星期一冲突存在，发送端如何检测冲突？冲突存在，发送端如何检测冲突？将将发发生生冲冲突突时时影影响响的的网网络络所所覆覆盖盖的的地地理理范范围围，称为称为冲突域冲突域将将同同一一冲冲突突域域中中相相距距最最远远的的两两个个终终端端之之间间的的物物理距

21、离称为理距离称为冲突域直径冲突域直径。冲突域直径是用时间来度量：冲突域直径是用时间来度量：T=L/V T=L/V电信号的传播速率为（电信号的传播速率为（2/3)c2/3)c：T=3 L/2c T=3 L/2c 或或 L=(2/3)c*T L=(2/3)c*T3.3.4冲突域直径和最短帧长冲突域直径和最短帧长一、冲突域直径一、冲突域直径第24页，共89页，编辑于2022年，星期一3.3.4冲突域直径和最短帧长冲突域直径和最短帧长中继器将衰减的信号再生（放大和同步）的物理层设备。中继器将衰减的信号再生（放大和同步）的物理层设备。二、中二、中继器器扩展展电信号信号传播距离播距离第25页，共89页，编

22、辑于2022年，星期一3.3.4冲突域直径和最短帧长冲突域直径和最短帧长n信号衰减不是限制冲突域直径的因素。信号衰减不是限制冲突域直径的因素。nCSMA/CDCSMA/CD和后退算法要求网络轻负荷，影响电和后退算法要求网络轻负荷，影响电缆段数和冲突域直径，但不是主要因素。缆段数和冲突域直径，但不是主要因素。n主要因素是冲突域直径和最短帧长相互制约主要因素是冲突域直径和最短帧长相互制约。nN N个中继器互连的大致冲突域直径：个中继器互连的大致冲突域直径：L=L=（2/3)c*(T-N*T1)2/3)c*(T-N*T1)注意：注意：T1T1为中继器的延时。理论上不受限制。为中继器的延时。理论上不受

23、限制。二、中二、中继器器扩展展电信号信号传播距离播距离第26页，共89页，编辑于2022年，星期一3.3.4 3.3.4 冲突域直径和最短帧长冲突域直径和最短帧长三、三、MACMAC帧的最短的最短帧长信号衰减不是限制冲突域直径的因素。信号衰减不是限制冲突域直径的因素。CSMA/CD和后退算法要求网络轻负荷，影响和后退算法要求网络轻负荷，影响电缆段数和冲突域直径，但不是主要因素。电缆段数和冲突域直径，但不是主要因素。主要因素是冲突域直径和最短帧长相互制约主要因素是冲突域直径和最短帧长相互制约。N个中继器互连的大致冲突域直径：个中继器互连的大致冲突域直径：L=（2/3)c*(T-N*T1)注意：注

24、意：T1为中继器的延时。理论上不受限制。为中继器的延时。理论上不受限制。第27页，共89页，编辑于2022年，星期一3.3.4冲突域直径和最短帧长冲突域直径和最短帧长终端终端A A发送发送t t时间后，终端时间后，终端B B仍仍认为总线空闲。认为总线空闲。如果终端如果终端B B开始发开始发送数据，在终端送数据，在终端B B立即发生冲突，终立即发生冲突，终端端B B立即检测到冲立即检测到冲突，但终端突，但终端A A检测检测不到不到终端终端A A在终端在终端B B发生冲突后，发生冲突后，经过经过t t时间，才能检测到冲时间，才能检测到冲突发生，这就意味着终端突发生，这就意味着终端A A发送数据的时

25、间大于等于发送数据的时间大于等于2t2t时，才能检测到这种情时，才能检测到这种情况下发生的冲突。况下发生的冲突。如果冲突域直径为如果冲突域直径为t t，则每一帧的发，则每一帧的发送时间大于等于送时间大于等于2t!2t!三、三、MACMAC帧的最短的最短帧长第28页，共89页，编辑于2022年，星期一t=B检测到到信道空信道空闲发送数据送数据t=/2发生碰撞生碰撞ABABABABt=B 检测到发生碰撞停止发送STOPAB t=0A检测到到信道空信道空闲发送数据送数据t=2 A检测到到发生碰撞生碰撞STOP3.3.4 3.3.4 冲突域直径和最短帧长冲突域直径和最短帧长三、三、MACMAC帧的最短

26、的最短帧长问，至少多少时间问，至少多少时间A确认没有冲突发生？确认没有冲突发生？第29页，共89页，编辑于2022年，星期一四、冲突域直径和最短帧长四、冲突域直径和最短帧长nLMIN=2 LMIN=2 t t X X(t(t：冲突域直径）：冲突域直径）n总线形以太网总线形以太网 X=10Mbps,t=25.6 X=10Mbps,t=25.6 s s LMIN=2 LMIN=2 t t X X 2 2 25.6 25.6 1010-6-6 10107 7=512b=64B=512b=64B。n如果终端如果终端A A的发送速率提高为的发送速率提高为100Mbps100Mbps或或1000Mbps1

27、000Mbps，则最短帧长和冲突域直径关系？则最短帧长和冲突域直径关系？第30页，共89页，编辑于2022年，星期一如如果果终终端端A A的的发发送送速速率率提提高高为为100Mbps100Mbps或或1000Mbps1000Mbps，则则最最短短帧帧长和冲突域直径关系？长和冲突域直径关系？如果如果t t不变，则不变，则100Mbps100Mbps时，时，LMINLMIN 2 2 25.6 25.6 1010-6-6 10108 8=5120b=640B=5120b=640B1000Mbps1000Mbps时时 LMIN LMIN 2 2 25.6 25.6 1010-6-6 10109 9=

28、51200b=6400B=51200b=6400B如果最短帧长不变（如果最短帧长不变（LMIN=64B)LMIN=64B)100Mbps100Mbps时时 t=LMIN/(2 t=LMIN/(2 X)=512/(2 X)=512/(2 10108 8)=2.562.56 s s。单段电缆单段电缆t t c c (2/3)=512m(2/3)=512m1000Mbps1000Mbps时时 t=LMIN/(2t=LMIN/(2 X X)=512/(2)=512/(2 10109 9)=)=0.0.256256 s s。单段电缆。单段电缆 t t c c (2/3)(2/3)51.2m51.2m四、

29、冲突域直径和最短帧长四、冲突域直径和最短帧长第31页，共89页，编辑于2022年，星期一n100Mbps100Mbps以以太太网网，LMIN=64BLMIN=64B，t=t=2.562.56 s s，单单段段电电缆缆512m512m，如如果果中中间间有有中中继继器器，则则距距离离为为216m216m（标准推荐距离）（标准推荐距离）n1000Mbps1000Mbps以以太太网网，LMIN=640BLMIN=640B，t=t=2.562.56 s s，单单段段电电缆缆 512m512m，通通过过载载波波扩扩充充和和小小报报文文聚集解决最短帧长聚集解决最短帧长640B640B的问题。的问题。四、冲突

30、域直径和最短帧长四、冲突域直径和最短帧长第32页，共89页，编辑于2022年，星期一n集线器是多端口中继器，从一个端口输入的信号经放集线器是多端口中继器，从一个端口输入的信号经放大、同步后，从所有其他端口发送出去；大、同步后，从所有其他端口发送出去；n连接集线器端口和终端的传输媒体是双绞线缆；连接集线器端口和终端的传输媒体是双绞线缆；n集线器为核心的星形网，物理上是星形，逻辑上等同集线器为核心的星形网，物理上是星形，逻辑上等同于总线形，它仍然是一个冲突域于总线形，它仍然是一个冲突域3.3.5集线器和星形以太网结构集线器和星形以太网结构第33页，共89页，编辑于2022年，星期一简单的星形网络结

31、构简单的星形网络结构n多端口集线器为核心设备；多端口集线器为核心设备；n两头连接两头连接RJ-45RJ-45标准插头的双绞线缆，一头插入集线器标准插头的双绞线缆，一头插入集线器RJ-45RJ-45端口，一头插入计算机网卡端口，一头插入计算机网卡RJ-45RJ-45端口。端口。3.3.5集线器和星形以太网结构集线器和星形以太网结构第34页，共89页，编辑于2022年，星期一总线形以太网的缺陷总线形以太网的缺陷nCSMA/CDCSMA/CD算算法法和和后后退退算算法法决决定定只只有有轻轻负负荷荷下下以以太太网网才才能能正正常常工工作。作。nCSMA/CDCSMA/CD算算法法和和后后退退算算法法并

32、并不不是是公公平平争争用用总总线线算算法法，会会导导致致捕捕获效应。获效应。n冲冲突突域域直直径径和和最最短短帧帧长长的的关关系系，使使以以太太网网速速率率发发展展变变得得十十分分困难。困难。以太网必须有一场技术革命，否则，面临淘汰！以太网必须有一场技术革命，否则，面临淘汰！六、总线形以太网总结六、总线形以太网总结第35页，共89页，编辑于2022年，星期一3.4网桥与交换机网桥与交换机主要内容：主要内容：网桥分割冲突域原理网桥分割冲突域原理 网桥根据转发表转发网桥根据转发表转发MACMAC帧帧 网桥工作流程网桥工作流程 交换机工作原理交换机工作原理 交换机分类交换机分类第36页，共89页，编

33、辑于2022年，星期一n某大学有三个系，各自有一个局域网某大学有三个系，各自有一个局域网三个独立的冲突域三个独立的冲突域一系一系冲突域二系二系冲突域冲突域三系三系冲突域冲突域3.4网网桥与交与交换机机一、冲突域分割一、冲突域分割第37页，共89页，编辑于2022年，星期一一、冲突域一、冲突域3.4 3.4 网网桥与交与交换机机一系一系三系三系二系二系主干集线器主干集线器一个更大的冲突域一个更大的冲突域冲突域冲突域QA:好处和不好？好处和不好？第38页，共89页，编辑于2022年，星期一一、冲突域一、冲突域u集线器扩大网络范围，冲突域扩大。集线器扩大网络范围，冲突域扩大。u节点数增加时，冲突次数

34、加大，吞吐量下降。节点数增加时，冲突次数加大，吞吐量下降。u冲突次数到冲突次数到1616次就要算出错。次就要算出错。u不同速率的网络不能用集线器互联。不同速率的网络不能用集线器互联。uHOW TO CUT?HOW TO CUT?3.4网网桥与交与交换机机第39页，共89页，编辑于2022年，星期一n网桥隔断电信网桥隔断电信号，使每个端号，使每个端口连接的网络口连接的网络都是独立的总都是独立的总线形网络；线形网络；n网桥分组转发网桥分组转发设备，实现帧设备，实现帧不同总线形网不同总线形网络之间转发。络之间转发。二、网二、网桥与冲突域分割与冲突域分割3.4网网桥与交与交换机机第40页，共89页，编

35、辑于2022年，星期一3.4网网桥与交与交换机机二、网二、网桥内部内部结构构站表站表接口管理接口管理 软件件网网桥协议 实体体缓存缓存接口接口 1 1接口接口 2 21 11 11 12 22 22 2站地址站地址 接口接口网网桥接口接口 1 1接口接口 2 2网段网段 B B网段网段 A A网网桥1 12 2n站地址：收到帧源站地址：收到帧源MAC地址地址n端口：帧进入该网桥的端口号端口：帧进入该网桥的端口号n时间：收到帧进入该网桥时间时间：收到帧进入该网桥时间第41页，共89页，编辑于2022年，星期一3.4网网桥与交与交换机机三、网三、网桥转发过程程用用户层IPMAC用用户层IPMAC物

36、理物理层网网桥 1网网桥 2ABDL-HDL-T物理物理层DLRMAC物理物理层物理物理层DLRMAC物理物理层物理物理层LANLAN用用户数据数据 IP-H MAC-HMAC-T 第42页，共89页，编辑于2022年，星期一3.4网网桥与交与交换机机三、透明网三、透明网桥n“透明透明”是指局域网上的站点并不知道所是指局域网上的站点并不知道所发送的送的帧将将经过哪几个网哪几个网桥。n透明网透明网桥是一种是一种即插即用即插即用设备，其，其标准准是是 IEEE 802.1D。n要解决要解决问题：n 转发表的维护转发表的维护n 自适应自适应/自学习自学习n 转发过程转发过程第43页，共89页，编辑于

37、2022年，星期一三、透明网桥三、透明网桥学习与转发学习与转发地址学习部分地址学习部分如果从端口如果从端口X X接收到源终端地址接收到源终端地址为为Y Y的的MACMAC帧，可通过端口帧，可通过端口X X转发转发目的地址为目的地址为Y Y的的MACMAC帧。帧。转发部分部分n不在端口不在端口X X所所连冲突域，在端口冲突域，在端口X X所所连的冲突域，的冲突域，则从端口从端口X X发送送该MACMAC帧。n在端口在端口X X所所连的冲突域，的冲突域，则丢弃弃该MACMAC帧。n转发表中找不到地址表中找不到地址为D D的的项，广，广播播该MACMAC帧。第44页，共89页，编辑于2022年，星期

38、一3.4网网桥与交与交换机机三、透明网三、透明网桥-转发表表维护以太网拓扑可能常会发生变化，站点也可能以太网拓扑可能常会发生变化，站点也可能会更换适配器，以太网上的工作站关机等会更换适配器，以太网上的工作站关机等在网桥的转发表中写入的信息：在网桥的转发表中写入的信息：地址地址接口接口有帧进入该网桥的时间有帧进入该网桥的时间把每个帧到达网桥的时间登记，可在转发表把每个帧到达网桥的时间登记，可在转发表中只保留网络拓扑的中只保留网络拓扑的最新状态信息最新状态信息，使得转，使得转发表能反映当前网络最新拓扑状态。发表能反映当前网络最新拓扑状态。第45页，共89页，编辑于2022年，星期一3.4网网桥与交

39、与交换机机四、网四、网桥与集与集线器比器比较一系一系三系三系二系二系主干主干1.都是集都是集线器，有几个冲突域？器，有几个冲突域？2.主干主干HUB换成网成网桥，有几个冲突域？，有几个冲突域？3.所有所有HUB换成网成网桥，有几个冲突域？，有几个冲突域？第46页，共89页，编辑于2022年，星期一四、网桥工作过程举例四、网桥工作过程举例终端终端A终端终端D转发过程转发过程 MAC A 1MAC A 1MAC A 43.4网网桥与交与交换机机第47页，共89页，编辑于2022年，星期一MAC A 1MAC A 1MAC A 4终端终端EE终端终端A A转发过程转发过程 MACE2MACE2MAC

40、E4四、网桥工作过程举例四、网桥工作过程举例3.4网网桥与交与交换机机第48页，共89页，编辑于2022年，星期一第49页，共89页，编辑于2022年，星期一五、网桥特点五、网桥特点3.4 3.4 网网桥与交与交换机机n工作在数据工作在数据链路路层，处理的是理的是帧n过滤通信量。通信量。扩大了物理范大了物理范围。n分割冲突域。故障影响一个网段分割冲突域。故障影响一个网段n互互连不同物理不同物理层、MAC 层和速率和速率LAN n存存储转发增加了增加了时延。延。nMAC层没有流量控制功能。没有流量控制功能。帧丢失失 n网网桥适合于用适合于用户数不多数不多,可能广播可能广播风暴。暴。第50页，共8

41、9页，编辑于2022年，星期一通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太网最远两端距离无限；网最远两端距离无限；中继器只能使信号传输距离无限，无法增加中继器只能使信号传输距离无限，无法增加冲突域直径；冲突域直径；网桥作为分组转发设备，对网桥作为分组转发设备，对MACMAC帧进行转发，帧进行转发，而中继器只对信号进行再生；而中继器只对信号进行再生；中继器（含集线器）只处理物理层设备，网中继器（含集线器）只处理物理层设备，网桥处理桥处理MACMAC帧，是链路层设备。帧，是链路层设备。六、网六、网桥与集与集线器比器比较3.4 3.4 网网桥与交与交换机机n通通过无数

42、网无数网桥互互连无数冲突域，可以使以太网最无数冲突域，可以使以太网最远两端距离无限；两端距离无限；n中中继器只能使信号器只能使信号传输距离无限，无法增加冲突距离无限，无法增加冲突域直径；域直径；n网网桥作作为分分组转发设备，对MACMAC帧进行行转发，而中而中继器只器只对信号信号进行再生；行再生；n中中继器（含集器（含集线器）只器）只处理物理理物理层设备，网，网桥处理理MACMAC帧，是，是链路路层设备。六、网六、网桥与集与集线器比器比较第51页，共89页，编辑于2022年，星期一n通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太网最远两端距离无限；网最远两端距离无

43、限；n中继器只能使信号传输距离无限，无法增加中继器只能使信号传输距离无限，无法增加冲突域直径；冲突域直径；n网桥作为分组转发设备，对网桥作为分组转发设备，对MAC帧进行转发，帧进行转发，而中继器只对信号进行再生；而中继器只对信号进行再生；n中继器（含集线器）只处理物理层设备，网中继器（含集线器）只处理物理层设备，网桥处理桥处理MAC帧，是链路层设备。帧，是链路层设备。六、交六、交换机机3.4 3.4 网网桥与交与交换机机n网网桥多是多是软件件实现，速率慢，端口数少，速率慢，端口数少n多端口网多端口网桥以太网交以太网交换机机n交交换机工作在数据机工作在数据链路路层n交交换机端口工作在全双工方式。

44、机端口工作在全双工方式。许多多对的端口，的端口，使每一使每一对进行无碰撞地行无碰撞地传输数据。数据。n交交换机用硬件交机用硬件交换芯片，交芯片，交换速率就速率就较高。高。n对于于 10 Mb/s 10 Mb/s共享式，共享式，总10MB10MB，各，各1/N1/Nn用交用交换机机时，N N 对端口容量端口容量为 2N*10Mb/s 2N*10Mb/s。第52页，共89页，编辑于2022年，星期一n通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太网最远两端距离无限；网最远两端距离无限；n中继器只能使信号传输距离无限，无法增加中继器只能使信号传输距离无限，无法增加冲突域

45、直径；冲突域直径；n网桥作为分组转发设备，对网桥作为分组转发设备，对MAC帧进行转发，帧进行转发，而中继器只对信号进行再生；而中继器只对信号进行再生；n中继器（含集线器）只处理物理层设备，网中继器（含集线器）只处理物理层设备，网桥处理桥处理MAC帧，是链路层设备。帧，是链路层设备。六、交六、交换机三种交机三种交换方式方式3.4 3.4 网网桥与交与交换机机n1 1、存、存储转发方式（方式（Storage Forward)Storage Forward)n先将先将MAC帧读内部缓冲区，进行帧校验，帧读内部缓冲区，进行帧校验，一旦有错，就重发。一旦有错，就重发。n定义过滤算法来控制交换的通信量，实

46、现定义过滤算法来控制交换的通信量，实现速率不同两个端口间信息处理。速率不同两个端口间信息处理。n传输延迟大（随帧的长度而变化），缓传输延迟大（随帧的长度而变化），缓存是有限的，当负荷增大时，会引起阻存是有限的，当负荷增大时，会引起阻塞现象塞现象第53页，共89页，编辑于2022年，星期一n通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太网最远两端距离无限；网最远两端距离无限；n中继器只能使信号传输距离无限，无法增加中继器只能使信号传输距离无限，无法增加冲突域直径；冲突域直径；n网桥作为分组转发设备，对网桥作为分组转发设备，对MAC帧进行转发，帧进行转发，而中继器只对

47、信号进行再生；而中继器只对信号进行再生；n中继器（含集线器）只处理物理层设备，网中继器（含集线器）只处理物理层设备，网桥处理桥处理MAC帧，是链路层设备。帧，是链路层设备。六、交六、交换机三种交机三种交换方式方式3.4 3.4 网网桥与交与交换机机n2 2、直通方式、直通方式 （Cut-ThroughCut-Through）n交换机收到交换机收到MAC帧时，不待收完整，就按帧帧时，不待收完整，就按帧头的头的DA来判别起转发端口。起转发速度快，来判别起转发端口。起转发速度快，延迟一致性好（与帧长短无关）。延迟一致性好（与帧长短无关）。n在转发时不进行差错校验，当某些帧已有错仍在转发时不进行差错校

48、验，当某些帧已有错仍然加以转发，做无用功；然加以转发，做无用功；n不适宜速率不同的两个端口间转发，不适宜速率不同的两个端口间转发，100Mbit/s网段的信息直通转发到网段的信息直通转发到10Mbit/s网网段，必产生阻塞。段，必产生阻塞。第54页，共89页，编辑于2022年，星期一n通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太网最远两端距离无限；网最远两端距离无限；n中继器只能使信号传输距离无限，无法增加中继器只能使信号传输距离无限，无法增加冲突域直径；冲突域直径；n网桥作为分组转发设备，对网桥作为分组转发设备，对MAC帧进行转发，帧进行转发，而中继器只对信号

49、进行再生；而中继器只对信号进行再生；n中继器（含集线器）只处理物理层设备，网中继器（含集线器）只处理物理层设备，网桥处理桥处理MAC帧，是链路层设备。帧，是链路层设备。六、交六、交换机三种交机三种交换方式方式3.4 3.4 网网桥与交与交换机机n3 3、无碎片直通、无碎片直通(Fragment-free Cut-Through)(Fragment-free Cut-Through)n最小帧的长度为最小帧的长度为64字节，无碎片直通方字节，无碎片直通方式针对这一特征设置一个式针对这一特征设置一个64字节的字节的FIFO缓冲，相对可减少出错帧的转发率，凡缓冲，相对可减少出错帧的转发率，凡小于小于6

50、4字节的帧均不转发）。字节的帧均不转发）。n无碎片直通方式较之直通方式提供好的差无碎片直通方式较之直通方式提供好的差错检验，几乎没增加延迟。不分段交换方错检验，几乎没增加延迟。不分段交换方式会检查到帧的数据域。式会检查到帧的数据域。第55页，共89页，编辑于2022年，星期一例例3.253.25 所有的交所有的交换机初始机初始转发表表为空，空，给出完成出完成A AB B、E EF F、C CA A数据数据帧传输后各交后各交换机机转发表内容。表内容。3.4 3.4 网网桥与交与交换机机AS1B213S2C213S3D213S4EF21 13第56页，共89页，编辑于2022年，星期一例例3.25