局域网路由和局域网交换.ppt

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1、局域网路由和局域网交换 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望概述o目前三种主要类型的局域网是以太网，令牌环和FDDI。oIEEE定义了这三种局域网的大部分标准。11/29/20222SWAU.CS.LK局域网标准NameMAC SublayerSpecLLC SublayerSpecOther CommentsEthernet version 2(DIX Ethernet)EthernetNot applicableThis spec is owned

2、by Digital,Intel,and Xerox.IEEE EthernetIEEE 802.3IEEE 802.2Also popularly called 802.3 Ethernet.Token RingIEEE 802.5IEEE 802.2IBM helped development before the IEEE took over.FDDIANSI X3T9.5IEEE 802.2ANSI liked 802.2,so they just refer to the IEEE spec.11/29/20223SWAU.CS.LKMAC地址oMAC地址的一个主要的功能就是区分或标

3、识以太网，令牌环，和FDDI局域网上的接口卡。Vendor Code(24 bits)MACAddressMostSignificantByteLeastSignificantByteEthernetMost Significant Bit is lastToken RingMost Significant Bit is first11/29/20224SWAU.CS.LKMAC地址o广播地址0 xFFFF.FFFF.FFFF。广播地址可以让局域网上的所有设备接收到同一个帧。o组播地址在以太网和FDDI中使用。可以让局域网上的部分是设备接收到同一个帧。在IP组播中也使用组播地址。o功能地址只在

4、令牌环上使用。功能地址区分一个或多个接口提供的特定功能。11/29/20225SWAU.CS.LK以太网标准StandardMaximum Cable LengthType of CableMAC Sublayer SpecificationDevice connects to a Hub or Directly to a Bus10B5500m50 Ohm thick coaxial cable802.3Bus10B2185m50 Ohm thin coaxial cable802.3Bus10BT100mUTP802.3Hub10BTL2000mFiber802.3Hub100BTx100

5、mUTP/STP802.3Hub100BT4100mUTP,4 pair802.3Hub100BFx400mFiber802.3Hub11/29/20226SWAU.CS.LK快速以太网StandardWhat It DefinesType of CableMaximum Length to HubMaximum Distance between Devices802.3MAC framing and CSMA/CD rulesN/AN/AN/A802.310BT10B210B5Cat 3,4,5 UDP(2pair)50 Ohm thin coaxial cable50 Ohm thick

6、coaxial cable100mN/AN/A500m500m185m802.3u100BTX100BFX100BT4autonegotiationCAT 5 UDP(2 pair)MM Fiber(2 strands)CAT 3,4,5 UDP(4 pair)100m100m100m412m412,2km w/FDX412m802.3xFull-duplex operationN/AN/AN/A11/29/20227SWAU.CS.LK以太网分段o局域网分段的益处o透明网桥o使用路由器分段o使用交换机分段11/29/20228SWAU.CS.LK局域网分段的益处o超越距离限制o通过减少或消除

7、碰撞加快反应速度和增加吞吐量o通过降低广播风暴和组播的影响加快反应速度和增加吞吐量o增加每个用户的可用带宽o限制到不同局域网段的流量11/29/20229SWAU.CS.LK透明网桥o透明网桥的三个关键功能n通过检查接收到的帧的源MAC地址学习MAC地址。n根据MAC地址决定何时转发一个帧，何时过滤掉一个帧。n和其他桥一起通过生成树协议创建一个没有环路的环境。11/29/202210SWAU.CS.LK透明网桥单个以太网段0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0

8、200.1111.1111ARP(DNS)2DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222ARP3DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111DNS Request4DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222DNS Reply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP 7DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111Connect to

9、 Web 11/29/202211SWAU.CS.LK透明网桥0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(DNS)0200.1111.1111 E0E0E1Address Table After Step12DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222ARP 0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E1Address Table After Step23DMAC=0200.22

10、22.2222SMAC=0200.1111.1111DNS Request0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E1Address Table After Step34DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222DNS Reply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP 0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E10200.3333.3333 E1Address Table A

11、fter Step27DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111Connect to Web11/29/202212SWAU.CS.LK透明网桥o透明网桥的一些功能n广播和组播能够被桥转发n透明网桥根据第二层的头和逻辑地址转发和第三层无关n存储-转发（Store-and-Forward）是透明网桥的典型操作n透明网桥必须对帧进行处理，所以也增加了时延11/29/202213SWAU.CS.LK透明网桥o透明网桥能够提供的好处n因为每段都能达到以太网的最大长度，所以超越以太网的距离限制n通过桥对帧的过滤减少了碰撞n桥不能降低广播/组播的影响n每一段分别运行在10

12、或100Mbps代替了整个段运行在10或100Mbps，增加了可用带宽n可以在桥上对帧进行限制和过滤11/29/202214SWAU.CS.LK使用路由器分段0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Router-E0)E0E1Notes:Addresses of frame on left-side Ethernet2DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.4444.4444ARP 3DMAC=0200.444

13、4.4444SMAC=0200.1111.1111DNS Request4DNS Reply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP 7DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111Connect to Web0200.4444.44440200.5555.5555DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.4444.444411/29/202215SWAU.CS.LK使用路由器分段o使用路由器分段的功能n广播和组

14、播帧不被路由器转发（默认）n路由器使用第三层头和逻辑地址交换包，是第三层协议相关的n路由器通常使用存储-转发，同样增加时延n路由器转发一个包前要进行很多处理，这些也要增加时延11/29/202216SWAU.CS.LK使用路由器分段o使用路由器分段的益处n超越了距离限制n同一段的流量不被转发，减少了碰撞n路由器不转发广播/组播（默认）降低了广播/组播的影响n路由器提供了更好的可管理性，路由器可以提供对于包更详细的内容n路由器提供比透明网桥更多的功能，比如包的分片和重组，插入包的生存时间控制n额外的处理同样比透明网桥引入了更多的时延11/29/202217SWAU.CS.LK使用交换机分段020

15、0.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(DNS)0200.1111.1111 E0E0E1Address Table After Step12DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222ARP 0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E2Address Table After Step23DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111DNS Requ

16、est0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E24DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222DNS Reply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP 0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E20200.3333.3333 E1Address Table After Step27DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111Connect to

17、 WebE211/29/202218SWAU.CS.LK使用交换机分段在交换机中同时传送帧abcd11/29/202219SWAU.CS.LK使用交换机分段Full-Duplexabc11/29/202220SWAU.CS.LK使用交换机分段o使用交换机分段的功能n广播和组播能够被交换机转发n交换机使用第二层头和逻辑地址，与第三层无关。n存储-转发和cut-through识交换机典型的处理方式。cut-through时延较小，单时增加了转发出错包的风险n交换机必须对帧进行处理，引入了时延11/29/202221SWAU.CS.LK使用交换机分段o使用交换机分段的益处n超越了距离限制n减少了碰撞

18、，因为帧只在特定口发送n交换机不能降低组播影响。但是可以通过组播协议降低组播影响n因为每段分别运行在10或100Mbps增加了可用带宽n可以限制用户流量n可以同时转发多个帧n交换机通常在硬件上进行了优化，同透明网桥相比，时延较小11/29/202222SWAU.CS.LK局域网交换和虚网o交换机的基本逻辑操作n接收一个帧n如果目的地址是广播地址或组播地址，在全部端口转发n如果目的地址是单播地址，地址表里没有，在全部段口转发n如果目的地址是单播地址，地址表里有，在相应端口转发，除非地址对应该帧进入的端口。11/29/202223SWAU.CS.LK局域网交换和虚网Switching Method

19、DescriptionStore-and-Forward在转发前接收全部的帧。丢弃FCS校验失败的帧。Cut-through直接转发，在最后一位接收完之前，可能第一位已经转发出去。不进行FCS检验FragmentFree同Cut-through类似，不过在接收完64bits前不进行转发。交换机内部处理11/29/202224SWAU.CS.LK局域网交换和虚网冲突域11/29/202225SWAU.CS.LK局域网交换和虚网广播域11/29/202226SWAU.CS.LK虚网o一个虚网是由一个或多个交换机创建的广播域。o虚网可以通过交换机的配置实现，也可以是通过外部的服务器同交换机通讯配置。

20、o通常可以分为基于端口的虚网，基于协议的虚网，基于MAC的虚网等。11/29/202227SWAU.CS.LK虚网IP Subnet10.1.1.0/24IPX network 1IP Subnet10.1.2.0/24IPX network 2IP Subnet10.1.3.0/24IPX network 3E1E0E211/29/202228SWAU.CS.LK虚网E1E8E10E11SW1SW2Address TableVlan 10200.1111.0001 E10200.1111.0002 E1002000.1111.0001Vlan1Vlan2Vlan2Vlan102000.222

21、2.000102000.1111.000202000.2222.0002Address TableVlan 10200.2222.0001 E110200.2222.0002 E1E1E8Trunking port11/29/202229SWAU.CS.LK虚网Tagging MethodMediaInter-Switch Link(ISL)Fast Ethernet802.1qFast Ethernet802.10FDDILAN Emulation(LANE)ATMFrame Trunking/Tagging Protocols11/29/202230SWAU.CS.LK虚网o虚网的益处n使

22、用虚网，增加了网络的灵活性。方便增加，移动设备。n强迫虚网间进行第三层路由(如不是3层交换机或者不能外接路由器，可以)，加强了系统管理。n分成多个广播域，降低了广播占用的带宽n降低了联网设备的CPU利用率，因为减少了广播数量11/29/202231SWAU.CS.LK生成树协议o生成树协议的主要作用是在有多个路径情况下动态的创建桥接/交换网络。o通过发送CBPDUs(Configuration Bridge Protocol Data Unit)，配置端口的状态转发或阻塞。11/29/202232SWAU.CS.LK生成树协议如何工作B1B2B3B4B5E0E0E1E1E0E0E1E1E0E1

23、11/29/202233SWAU.CS.LK生成树协议如何工作o生成树算法n所有在根桥的端口处于转发状态n每个非根桥的具有管理员赋予的它和根之间的一个端口叫做桥的根端口，处于转发状态。n连接到同一个段的几个端口通过CBPDU声明到根桥的距离，具有最小值的桥叫做designated bridge。Designated bridge上的端口处于转发状态。11/29/202234SWAU.CS.LK生成树协议如何工作Bridge InterfaceCostB1,E0100B1,E110B2,E0*100B2,E1100B3,E0*100B3,E110B4,E010B4,E1*100B5,E0*10B

24、5,E110011/29/202235SWAU.CS.LK生成树协议如何工作B1B2B3B4B5E0E0E1E1E0E0E1E1E0E1ID is 0200.1111.1111Priority 1Root is 0200.1111.1111Cost is 0ID is 0200.5555.5555Priority 1Root is 0200.1111.1111Cost is 10ID is 0200.4444.4444Priority 1Root is 0200.1111.1111Cost is 110ID is 0200.3333.3333Priority 1Root is 0200.1111.1111Cost is 200ID is 0200.2222.2222Priority 1Root is 0200.1111.1111Cost is 100B511/29/202236SWAU.CS.LK生成树协议如何工作B1B2B3B4B5E0E0E1E1E0E0E1E1E0E1RPRPRPRP11/29/202237SWAU.CS.LK