计算机网络技术教程 教学课件 ppt 作者 尚晓航1 (08)第5章 广域网2

1、网络互连,其目的是使得一个网络上的某一台主机能够与另一个网络上的主机进行通信。 提供网络间的链路。至少必须提供物理和链路层的连接。 提供不同网络中的进程间的数据的路由选择和传递。 提供记帐服务，跟踪各个网络和路由器的使用情况，并记录这些状态信息。 必须能够适应网络间的许多差异，而不需要变更所连接网络的体系结构。 网络互连可以在不同的层次上进行,网络互连设备,转发器： 物理层设备，将网段上衰减的信号，经放大、整形再转发到其他网段上去。 用来延伸电缆的长度，扩展网段的距离，但它不能提供网段之间的隔离作用 集线器 实际上是一种多端口转发器，来自于一个端口的物理信号被转发给所有其它端口上去。 网桥 数据链路层设备，网桥接收一个帧，并将它向上传送到数据链路层进行检验和的检查。然后该帧递交给物理层，转发到另一个不同的网络。网桥在转发帧之前可能对数据链路层的帧头作一些改变，以进行数据链路层上的协议转换,网络互连设备,交换Hub或者局域网交换机 实际上是属于第二层（数据链路层）的设备，也就是它是一种多端口的网桥。 智能Hub 常常提供网络管理的功能，用户可以通过某种网络管理协议（比如SNMP）来对智能

2、Hub所连接的端口、流量进行监视和控制。 可堆叠Hub 各个Hub之间可以通过另外一个高速数据通道（常常是Gbps）相连，从而使得各个堆叠起来的Hub组合起来形成一个具有更多端口的Hub 它和通过以太网技术把多个级连起来是不同的概念，级连技术必须遵循以太网的基本组网原则；而堆叠起来的Hub实际上相当于一个大的Hub,网络互连设备,路由器 网络层的设备，在不同的网络间存储和转发分组，提供网络层上的协议转换 网关 指高层协议（包括运输层）进行协议转换的网间连接器，又被称为协议转换器 运输层网关在运输层连接两个网络 应用层网关在应用层连接两部分应用程序，比如邮件网关,网桥概述,桥提供了一种对LAN的扩展。由于网桥实现MAC子层的连接，对于遵循IEEE 802标准的局域网是完全透明的。它不需要对连接在这些LAN上的站点的通信软件进行修改。,网桥概述,网桥的功能 过滤和转发 当网桥收到一个MAC帧时，它检查该帧的源地址和目的地址，如果在同一网络之上，则不对其进行转发 否则根据它所保持的路由表选择正确的网络来进行“转发”。 网桥可能具有“学习”功能，应该能够动态地了解别的局域网或网桥的状态，帮助其

3、进行自我配置工作,网桥：协议转换,各种局域网都有其不同的物理特性和帧格式 不同的帧格式 不同的数据速率 不同的超时时间 不同的最大帧长度,透明网桥,每个网桥维护一张过滤数据库，列出了每个可能的目的地以及哪一条输出线路（端口号）。 假设一个桥在端口x上接收到一个MAC帧： 查询过滤数据库，决定该目的MAC地址是否列在除端口x外的其它端口中。 扩散： 如果目的MAC地址没有找到，把该帧往除了它所到来的端口外的所有端口发送。 转发： 如果目的地址列在过滤数据库中的某个端口y中，如果端口y是非阻塞的，把该帧通过端口y转发到它所连接的LAN 逆向学习：利用每个MAC帧中的源地址字段 超时：过滤数据库中每一项都有一个防止过时的计时器，一定时间站点没有活动将从过滤数据库中清除,生成树算法,桥的回路：会带来广播风暴和单播帧的学习故障 让网桥互相通信，并用一棵到达每个LAN的生成树覆盖实际的拓扑结构,生成树算法,首先选出一个网桥作为生成树的根 每个桥分配一个唯一的标识（桥MAC地址+桥优先级）；每个桥的端口分配一个该桥中的唯一标识（端口标识）。 每个网桥都广播它的标识，标识最低的网桥被选为生成树的根。接

4、着按根桥到每个网桥的最短路径来构造生成树 对于每个桥： 每个桥的每个端口都有一个路径花费，它是通过该端口在一个LAN上传输帧的花费。 每个桥有一条到根桥的具有最少花费的路径，该路径上面的第一个跳段所使用的端口就是根端口。如果两个端口的路径花费相同，则选择端口标识更小的那个端口 根路径花费：每个桥到根桥的具有最少花费的路径（该路径由网桥的根端口开始）的花费,生成树算法,对于每个LAN： 选取桥： 每个LAN中选取一个桥，该桥是那个LAN中具有最少的到根桥的路径花费的桥 只有这个选取桥允许把帧转发给那个LAN或把来自于那个LAN的帧转发出去 选取端口 选取桥的那个用来把桥连接到该LAN上的端口 有两个或多个桥具有同样的根路径花费，具有最高优先级的桥选取为选取桥。如果选取桥有两个或多个端口连在这个LAN上，具有最低端口标识的端口被选取,生成树算法,生成树算法要求网桥之间通BPDU交换信息。由一个桥传输的一个BPDU被送到在同一个LAN上的所有其它桥 这个桥以及桥中的端口的标识 这个桥所认为的根桥的标识 这个桥的根路径花费 基本步骤： 初始时网桥认为自己是根桥，产生BPDU消息给连接的LAN上

5、的所有其他桥 每次一个桥收到一个BPDU，它将传输BPDU来表明根桥的标识以及到达根桥的跳段个数 慢慢地BPDU扩散，只有那个具有最小标识的桥被认为是根桥，并且每个桥都知道到该根桥的路径花费,局域网交换机,局域网交换机实际上是一种高性能的多端口网桥。 转发和过滤，并且具有自学习功能 局域网交换机一般有几十个端口，而网桥的端口数很少 帧的转发采用了高效的交换逻辑来实现 许多交换机都支持全双工模式，也就是能够同时通过同一个端口发送和接收帧，以全双工方式连接到以太网端口的站点永远也不会检测到冲突的存在，吞吐量是原来的一倍。,局域网交换机,典型的局域网交换机的结构 端口 中心的交换电路:一般可以采用高速总线结构、多级交换阵列结构等。 连接到交换电路上的输入和输出缓存。 输入缓存存放收到的帧，分析帧头，将帧发送到目的端口的输出缓存中；如果目的端口忙，暂存输入缓存中,局域网交换机：交换技术,直通Cut-through 在收到帧中的目的地址字段后就开始转发，具有较短的转发延迟 没有差错检测机制，坏帧也被转发 存储转发store-and-forward 接收到完整的帧后才进行转发 差错检测，出错的帧被

6、丢弃 Fragment-free:无残帧 和直通类似，但是收到64个字节后开始转发 考虑到大多数错误和所有冲突在一个帧的前面64个字节出现,帧交换技术,自适应交换机： 无拥塞或者误码率较低时采用直通方式 拥塞或者误码率较高时采用存储转发方式 全双工： 节点之间或者节点与交换机之间通过点到点链路连接 节点可以同时发送和接收帧，无需CSMA/CD机制,虚拟局域网 Virtual LAN,通过网桥连接的网络属于同一个广播域： 广播帧会被网桥转发给这个扩展的大局域网中的所有主机中，这可能占用相当大的带宽， 路由器可以隔离广播域，但是代价高 VLAN： 一个交换网络分成多个逻辑子网，每个子网就是一个广播域。 每个虚拟局域网被分配一个标识，帧只在具有相同VLAN标识的网段间转发，从而可以限制广播帧的扩散的范围,VLAN,如何分割一个“扩展”的LAN？ 基于端口的VLAN： 交换机根据是从哪个端口收到帧来判断这个帧是属于哪个VLAN的。 如果节点移动位置，只需要改变端口的VLAN设置，无需物理位置的移动 一个缺点是连接到交换机的一个端口上所有节点都必须属于同一个VLAN中。,VLAN,如何分割一个“

7、扩展”的LAN？ 基于MAC地址的VLAN： 交换机维护一个MAC地址和对应VLAN的表，根据帧的源MAC或者目的MAC地址来确定属于哪一个VLAN 当节点移动时不需要重新配置交换机。 MAC地址和VLAN的对应表的维护是一项非常烦琐的工作，当一个新节点加入时，必须增加一个相应的表项。,VLAN,如何分割一个“扩展”的LAN？ 基于协议的VLAN或者第三层的VLAN 交换机收到一个帧之后，根据第三层（网络层）的信息比如协议和第三层地址来判断属于哪一个VLAN。 这是一种最灵活的方法，但是要求交换机支持第三层的交换,VLAN,一个简单的配置： X、W属于VLAN 100，Y、Z属于VLAN200 X发送一个帧时，交换机B2怎么通知B1这个帧是属于VLAN 100？ B2必须在原有的帧的基础上添加一个VLAN的头部 VLAN头部位于以太网头部和帧数据字段之间，当收到该帧之后，通过检查帧类型字段就可以知道该帧是VLAN帧还是普通的以太网帧，从而不会影响原有系统的运行,IP提供的服务,通用的IP地址空间 与网络无关的通信服务模型 不可靠的、尽力递交的数据报递交Best-Effort Servi

8、ce 无带宽保证 报文可能丢失 失序、延迟 无拥塞指示,IP地址,IP地址： Internet中的每个主机有一个或者多个全局唯一的32位IP地址 32位的IP地址由一个网络号和主机号组成 路由器只需要了解其他网络的位置，而不必了解每一台主机在互连网中的位置 “点十进制”表示: IP地址的每个字节用十进制整数表示，中间用dot分割。 0x8cb3dcc8 140. 179. 220. 200 10001100. 10110011. 11011100. 11001000,IP地址,地址类：A/B/C/D/E类地址 路由的方便不同的组织网络规模不同 IP地址根据前面4个比特属于不同的类 A类地址 0xxx 0126 7位网络+ 24位主机 B类地址 10xx 128191 14位网络+16位主机 C类地址 110x 192223 21位网络+8位主机 D类地址 1110 224239 组播地址 E类地址 1111 240254 保留 01111111(127): 回环地址，用于测试用途,IP地址,IP地址类： 两层的层次结构: network number + host id 内部地址(pr

9、ivate address)：这些地址永远不出现在Internet中, RFC 1918 A类：10.0.0.0 16个B类地址：172.16.0.0172.31.255.255 256个C类地址：192.168.0.0192.168.255.255,IP地址,一些特殊的地址：全0表示本网络或者本主机，而全1则表示广播地址。 本地广播地址：255.255.255.255 直接广播地址：主机部分全1，140.179.255.255 本机地址：全0， 0.0.0.0 本网络： 140.179.0.0 本网中的主机：0.0.200.200，当主机不知道网络号时使用，但是要求知道地址类 127.x.x.x：回环地址,IP地址,子网(subnetting) 多个物理网络（子网）共享一个IP网络地址空间（常常为B类） IP地址主机部分的一些比特作为子网号 只有本地路由器知道子网的存在 本地路由器通过子网掩码来截取子网号 三层层次结构：网络号子网ID主机ID,IP地址,子网掩码：标识哪些地址属于网络部分，哪些地址属于主机部分： 主机部分对应的比特为0，其它为1 传统上子网掩码不会在0后再跟一个1，即子网ID是连续的 A类地址：255.0.0.0，B类地址255.255.0.0，C类地址255.255.255.0,IP地址,子网地址 10001100.10110011.11011100.11001000 140.179.220.200 IP地址 11111111.11111111.11100000.00000000 255.255.224.000 子网掩码 - 10001100.10110011.11000000.00000000 140.179.192.000 子网地址 10001100.10110011.11011111.11111111 140.179.223.255 广播地址,IP转发,IP转发过程： 在转发时，IP分组的源和目的地址不改变，只是MAC地址改变,get destination IP address D i

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