局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換

1、局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 n以太網(wǎng)分段 n生成樹協(xié)議 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換局域 網(wǎng)概述 nMAC地址 n以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) n快速以太網(wǎng) 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 局域網(wǎng)概述 n目前三種主要類型的局域網(wǎng)是以太網(wǎng)， 令牌環(huán)和FDDI。 nIEEE定義了這三種局域網(wǎng)的大部分標(biāo)準(zhǔn)。 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) NameMAC Sublayer Spec LLC Sublayer Spec Other Comments Ethernet version 2 (DIX Ethernet) EthernetNot applicableThis spec is owned by Dig

2、ital, 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. 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 局域網(wǎng)頭格式 Preamble Dest. Address Sourc

3、e Address TypeDataFCS Ethernet (DIX) Preamble Dest. Address Source Address LengthDataFCS IEEE Ethernet SDDSAPSSAPControl AC Dest. Address Source Address EDDataFCS IEEE Token Ring FDDSAPSSAPControlSDFS SD Dest. Address Source Address EDDataFCS ANSI FDDI FCDSAPSSAPControlPreambleFS 86variable24 716621

4、11-2 variable4 802.3 11166111-2 variable411 802.2802.3 802.5 802.2802.5 41166111-2variable4.51.5 FDDI MAC802.2FDDI 最大幀大小，除前導(dǎo)碼以外： 以太網(wǎng)：1518 bytes 令牌環(huán)：4472 bytes (4 MB) 17,800 bytes (16MB) FDDI ：4472 bytes (4MB) 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 MAC地址 nMAC地址的一個(gè)主要的功能就是區(qū)分或 標(biāo)識以太網(wǎng)，令牌環(huán)，和FDDI局域網(wǎng)上 的接口卡。 Vendor Code (24 bits) MAC Add

5、ress Most Significant Byte Least Significant Byte EthernetMost Significant Bit is last Token RingMost Significant Bit is first 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 MAC地址 n廣播地址0 xFFFF.FFFF.FFFF。廣播地址可 以讓局域網(wǎng)上的所有設(shè)備接收到同一個(gè)幀。 n組播地址在以太網(wǎng)和FDDI中使用?？梢宰?局域網(wǎng)上的部分是設(shè)備接收到同一個(gè)幀。在IP 組播中也使用組播地址。 n功能地址只在令牌環(huán)上使用。功能地址區(qū) 分一個(gè)或多個(gè)接口提供的特定功能。 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

6、 StandardMaximum Cable Length Type of CableMAC Sublayer Specification Device connects to a Hub or Directly to a Bus 10B5500m50 Ohm thick coaxial cable 802.3Bus 10B2185m50 Ohm thin coaxial cable 802.3Bus 10BT100mUTP802.3Hub 10BTL2000mFiber802.3Hub 100BTx100mUTP/STP802.3Hub 100BT4100mUTP, 4 pair802.3H

7、ub 100BFx400mFiber802.3Hub 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 半雙工和全雙工以太網(wǎng)操作 Hub NIC NIC NIC NIC 2-Pair Cable Receive Pair Transmit Pair Transmit Receive Collision?Loop back 1 2 23 4 4 5 5 5 10BT Half-Duplex Operation 網(wǎng)卡發(fā)送一個(gè) 幀。 網(wǎng)卡將幀回送 到自己的接收 對。 Hub接收到幀。 Hub在內(nèi)部總 線上傳遞幀。 Hub將信號從 每個(gè)設(shè)備的接 收對送出。 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 半雙工和全雙工以太網(wǎng)操作 Full-Duplex NI

8、C Full-Duplex NIC Receive Transmit Receive Transmit 10BT Full-Duplex Operation 不會發(fā)生碰撞；所以，時(shí)間不會浪費(fèi)在重傳幀上。 不必等其他機(jī)器發(fā)送。 每個(gè)方向都有10M帶寬，增加了可用的帶寬。 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 快速以太網(wǎng) StandardWhat It DefinesType of CableMaximum Length to Hub Maximum Distance between Devices 802.3MAC framing and CSMA/CD rules N/AN/AN/A 802.310BT 10B

9、2 10B5 Cat 3,4,5 UDP(2pair) 50 Ohm thin coaxial cable 50 Ohm thick coaxial cable 100m N/A N/A 500m 500m 185m 802.3u100BTX 100BFX 100BT4 autonegotiation CAT 5 UDP (2 pair) MM Fiber (2 strands) CAT 3,4,5 UDP (4 pair) 100m 100m 100m 412m 412, 2km w/FDX 412m 802.3xFull-duplex operation N/AN/AN/A 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)

10、交換 以太網(wǎng)分段 n局域網(wǎng)分段的益處 n透明橋 n使用路由器分段 n使用交換機(jī)分段 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 局域網(wǎng)分段的益處 n超越距離限制 n通過減少或消除碰撞加快反應(yīng)速度和增 加吞吐量 n通過降低廣播風(fēng)暴和組播的影響加快反 應(yīng)速度和增加吞吐量 n增加每個(gè)用戶的可用帶寬 n限制到不同局域網(wǎng)段的流量 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 透明橋 n透明橋的三個(gè)關(guān)鍵功能 n通過檢查接收到的幀的源MAC地址學(xué)習(xí)MAC 地址。 n根據(jù)MAC地址決定何時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)幀，何時(shí)過 濾掉一個(gè)幀。 n和其他橋一起通過生成樹協(xié)議創(chuàng)建一個(gè)沒有 環(huán)路的環(huán)境。 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 透明橋單個(gè)以太網(wǎng)段 0200.3333.3333 Web Se

11、rver Name Server 0200.2222.2222 0200.1111.1111 1 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (DNS) 2 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 ARP 3 DMAC=0200.2222.2222 SMAC=0200.1111.1111 DNS Request 4 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 DNS Reply 5 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (We

12、b) 6 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.3333.3333 ARP 7 DMAC=0200.3333.3333 SMAC=0200.1111.1111 Connect to Web 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 透明橋 0200.3333.3333 Web Server Name Server 0200.2222.2222 0200.1111.1111 1 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (DNS) 0200.1111.1111 E0 E0E1 Address Table After Step1 2 DMAC=0200

13、.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 ARP 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E1 Address Table After Step2 3 DMAC=0200.2222.2222 SMAC=0200.1111.1111 DNS Request 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E1 Address Table After Step3 4 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 DNS Reply 5 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.111

14、1.1111 ARP (Web) 6 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.3333.3333 ARP 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E1 0200.3333.3333 E1 Address Table After Step2 7 DMAC=0200.3333.3333 SMAC=0200.1111.1111 Connect to Web 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 透明橋 n透明橋的一些功能 n廣播和組播能夠被橋轉(zhuǎn)發(fā) n透明橋根據(jù)第二層的頭和邏輯地址轉(zhuǎn)發(fā)和第 三層無關(guān) n存儲-轉(zhuǎn)發(fā)（Store-and-Forward）是透明橋 的典型操作 n

15、透明橋必須對幀進(jìn)行處理，所以也增加了時(shí) 延 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 透明橋 n透明橋能夠提供的好處 n因?yàn)槊慷味寄苓_(dá)到以太網(wǎng)的最大長度，所以 超越以太網(wǎng)的距離限制 n通過橋?qū)倪^濾減少了碰撞 n橋不能降低廣播/組播的影響 n每一段分別運(yùn)行在10或100Mbps代替了整個(gè) 段運(yùn)行在10或100Mbps，增加了可用帶寬 n可以在橋上對幀進(jìn)行限制和過濾 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 使用路由器分段 0200.3333.3333 Web Server Name Server 0200.2222.2222 0200.1111.1111 1 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.111

16、1 ARP (Router-E0) E0E1 Notes: Addresses of frame on left-side Ethernet 2 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.4444.4444 ARP 3 DMAC=0200.4444.4444 SMAC=0200.1111.1111 DNS Request 4 DNS Reply 5 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (Web) 6 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.3333.3333 ARP 7 DMAC=0200.3333.33

17、33 SMAC=0200.1111.1111 Connect to Web 0200.4444.4444 0200.5555.5555 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.4444.4444 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 使用路由器分段 n使用路由器分段的功能 n廣播和組播幀不被路由器轉(zhuǎn)發(fā)（默認(rèn)） n路由器使用第三層頭和邏輯地址交換包，是 第三層協(xié)議相關(guān)的 n路由器通常使用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)，同樣增加時(shí)延 n路由器轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)包前要進(jìn)行很多處理，這些 也要增加時(shí)延 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 使用路由器分段 n使用路由器分段的益處 n超越了距離限制 n同一段的流量不被轉(zhuǎn)發(fā)，減少了碰撞 n路由器不轉(zhuǎn)發(fā)

18、廣播/組播（默認(rèn)）降低了廣播/組播 的影響 n路由器提供了更好的可管理性，路由器可以提供對 于包更詳細(xì)的內(nèi)容 n路由器提供比透明橋更多的功能，比如包的分片和 重組，插入包的生存時(shí)間控制 n額外的處理同樣比透明橋引入了更多的時(shí)延 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 使用交換機(jī)分段 0200.3333.3333 Web Server Name Server 0200.2222.2222 0200.1111.1111 1 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (DNS) 0200.1111.1111 E0 E0 E1 Address Table After Step

19、1 2 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 ARP 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E2 Address Table After Step2 3 DMAC=0200.2222.2222 SMAC=0200.1111.1111 DNS Request 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E2 4 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.2222.2222 DNS Reply 5 DMAC=FFFF.FFFF.FFFF SMAC=0200.1111.1111 ARP (W

20、eb) 6 DMAC=0200.1111.1111 SMAC=0200.3333.3333 ARP 0200.1111.1111 E0 0200.2222.2222 E2 0200.3333.3333 E1 Address Table After Step2 7 DMAC=0200.3333.3333 SMAC=0200.1111.1111 Connect to Web E2 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 使用交換機(jī)分段 在交換機(jī)中同時(shí)傳送幀 ab cd 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 使用交換機(jī)分段 Full-Duplex a b c 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 使用交換機(jī)分段 n使用交換機(jī)分段的功能 n廣播和組播能夠被

21、交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā) n交換機(jī)使用第二層頭和邏輯地址，與第三層 無關(guān)。 n存儲-轉(zhuǎn)發(fā)和cut-through識交換機(jī)典型的處 理方式。 cut-through時(shí)延較小，單時(shí)增加 了轉(zhuǎn)發(fā)出錯(cuò)包的風(fēng)險(xiǎn) n交換機(jī)必須對幀進(jìn)行處理，引入了時(shí)延 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 使用交換機(jī)分段 n使用交換機(jī)分段的益處 n超越了距離限制 n減少了碰撞，因?yàn)閹辉谔囟诎l(fā)送 n交換機(jī)不能降低組播影響。但是可以通過組播協(xié)議 降低組播影響 n因?yàn)槊慷畏謩e運(yùn)行在10或100Mbps增加了可用帶寬 n可以限制用戶流量 n可以同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)多個(gè)幀 n交換機(jī)通常在硬件上進(jìn)行了優(yōu)化，同透明橋相比， 時(shí)延較小 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 局域網(wǎng)交換和虛網(wǎng) n交

22、換機(jī)的基本邏輯操作 n接收一個(gè)幀 n如果目的地址是廣播地址或組播地址，在全 部端口轉(zhuǎn)發(fā) n如果目的地址是單播地址，地址表里沒有， 在全部段口轉(zhuǎn)發(fā) n如果目的地址是單播地址，地址表里有，在 相應(yīng)端口轉(zhuǎn)發(fā)，除非地址對應(yīng)該幀進(jìn)入的端 口。 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 局域網(wǎng)交換和虛網(wǎng) Switching MethodDescription Store-and-Forward在轉(zhuǎn)發(fā)前接收全部的幀。丟棄 FCS校驗(yàn)失敗的幀。 Cut-through直接轉(zhuǎn)發(fā)，在最后一位接收完之 前，可能第一位已經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)出去。 不進(jìn)行FCS檢驗(yàn) FragmentFree同Cut-through類似，不過在接 收完64bits前不進(jìn)行

23、轉(zhuǎn)發(fā)。 交換機(jī)內(nèi)部處理 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 局域網(wǎng)交換和虛網(wǎng) 沖突域 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 局域網(wǎng)交換和虛網(wǎng) 廣播域 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 虛網(wǎng) n一個(gè)虛網(wǎng)是由一個(gè)或多個(gè)交換機(jī)創(chuàng)建的 廣播域。 n虛網(wǎng)可以通過交換機(jī)的配置實(shí)現(xiàn)，也可 以是通過外部的服務(wù)器同交換機(jī)通訊配 置。 n通?？梢苑譃榛诙丝诘奶摼W(wǎng)，基于協(xié) 議的虛網(wǎng)，基于MAC的虛網(wǎng)等。 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 虛網(wǎng) IP Subnet 10.1.1.0/24 IPX network 1 IP Subnet 10.1.2.0/24 IPX network 2 IP Subnet 10.1.3.0/24 IPX network 3 E1 E0 E2

24、局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 虛網(wǎng) E1 E8 E10 E11 SW1 SW2 Address Table Vlan 1 0200.1111.0001 E1 0200.1111.0002 E10 02000.1111.0001 Vlan1 Vlan2 Vlan2 Vlan1 02000.2222.0001 02000.1111.0002 02000.2222.0002 Address Table Vlan 1 0200.2222.0001 E11 0200.2222.0002 E1 E1 E8 Trunking port 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 虛網(wǎng) Tagging MethodMedia Inter-Switch Link (ISL) Fast Ethernet 802.1qFast Ethernet 802.10FDDI LAN Emulation (LANE) ATM Frame Trunking/Tagging Protocols 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 虛網(wǎng) n虛網(wǎng)的益處 n使用虛網(wǎng)，增加了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。方便增加， 移動設(shè)備。 n強(qiáng)迫虛網(wǎng)間進(jìn)行第三層路由，加強(qiáng)了系統(tǒng)管 理。 n分成多個(gè)廣播域，降低了廣播占用的帶寬 n降低了聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的CPU利用率，因?yàn)闇p少了 廣播數(shù)量 局域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換 生成樹協(xié)議 n生成樹協(xié)議的主要作用是在有多個(gè)路徑 情況下動態(tài)的創(chuàng)建橋接/交換網(wǎng)絡(luò)