第5章 网络互联与常用网络设备(4学时)

 

   一个网段上的帧有条件地被转发到另一个网段;  扩展后的网络被网桥/交换机隔离成多个冲突域;  扩展后的网络仍是一个广播域。

   冲突被限制在小范围内,甚至可被消除;  转发速度有所降低;  不能隔离广播帧。

  • • • • • 推选根网桥——通常是标识号最小的网桥; 决定每个网桥的根端口——到达根网桥代价最小的端口; 决定指定网桥——每个网络中具有最小根路径代价的网桥; 决定各网络的指定端口——指定网桥与网络连接的端口; 把各网络的非指定端口置为阻塞状态。

  使用中继器时应注意以下两点: (1)用中继器连接的以太网不能形成环。 (2)必须遵守MAC协议定时特性,即不能用中继器将电缆 段无限连接下去。

  工作在物理层,多端口的中继器,可认为是将总线折 叠到铁盒子里的集中连接设备。 功能:在网段之间复制比特流,信号整形和放大

  具有与中继器同样的特点 可改变网络物理拓扑形式:总线连接→星形连接 逻辑上仍是一个总线型共享介质网络 端口数:8,12,16,24

  • • • • 可实现不同类型的LAN互联; 能够隔离错误帧,不会使错误扩散; 限制了冲突域的范围; 隔离故障。

  • 网络互联的基本概念 • 网络互联的层次 • 常用网络设备 网卡 中继器、集线器 网桥、交换机 路由器 网关

  网络互联,一般是指采用各种网络互连设备及相应的 技术措施和协议,将同一类型网络或不同类型网络相互连 接起来组成更大的网络系统,实现网络间更广泛的资源共 享,并通过通信实现不同网络上的用户交换信息和数据。 从互联的层度讲,网络互联有层度不同的3个概念: 1. 互连 在两个物理网络之间至少有一条物理链路。但这并不 能保证两个网络一定能进行数据交换,因为还要取决于两 个网络的通信协议是否兼容。 2. 互通 两个网络之间可以进行数据交换。但这仅涉及通信的 两个网络之间端—端连接和数据交换。 3. 互操作 两个网络中不同计算机系统之间具有透明地访问对方 资源的能力,不依赖于具体连接形式。

   一个网段上的信号不加选择地被复制到另一个网段;  扩展后的网络仍是一个冲突域。

  (1)原理:通过屏蔽网络中的冗余桥接口,构造 一个逻辑上的无环网络。计算时,通过发送和 接收BPDU(Bridge Protocol Data Unit)来交 换网桥信息。 (2)计算过程:

   存储转发设备,工作在数据链路层的MAC子层。  作用: • 监听流经它的数据帧,检查数据帧的MAC地址,决定是否转 发 • 具有对数据帧进行缓冲的能力 • 用网桥连接的多个网络对外呈现为一个单独的物理网络  根据路径选择方法,有两种网桥: • 透明网桥(Transparency Bridge)  由网桥负责路由选择,网桥和路由对站点透明  以太网中最常用 • 源选径网桥(Source Routing Bridge)  由源站点负责路由选择,网桥和路由对站点不透明

   减少每个网段中站点的数量, 使冲突的概率减小;  增加了网络的总体带宽。

   网桥和交换机可以隔离冲突域  路由器不仅可以隔离冲突域,还能隔离广播域

  当透明网桥将改变各自的路由表以指明主 假定主机A向主机B发送一个数据包,两个网桥同时 发往主机B的数据包会被两个 机A在LAN2中时,恰巧主机B向主机A发送 接收到这个数据包,并且都正确地知道主机A位于 网桥无休止地转发,这样会占 LAN1中。但是不幸的是,在主机B同时收到两份一 数据包,两个网桥接收到此数据包后,会 用所有可能获取的网络带宽, 样的主机A的数据包后,两个网桥又一次从它们对 将其丢弃,因为它们的转发表中指明主机 导致网络阻塞。 LAN2的端口上接收到主机A的数据包,于是它们又 A位于LAN2中。这样发给主机A的数据将会 认为主机A位于LAN2中。 丢失。

  基于转发表的学习(源地址)、过滤(本网段帧)、 转发(异网段帧)、广播(未知帧)。

   刚加电时转发表为空;  在转发过程中逆向自学习;  每个表项的生存期都是有限的: • 在一段时间内未收到以同一MAC地址为源地址的报文 时,该表项被删除,以适应网络拓扑的变化。

  功能:信号整形和放大,在网段之间复制 比特流。 特点: 不进行存储——信号延迟小; 不检查错误——会扩散错误; 不对信息进行任何过滤; 可进行介质转换——如UTP转换为光纤; 用中继器连接的多个网段是一个冲突域。

  主机1 应用层 传输层 互连网层 数据链路层 物理层 PHY 网桥 DL PHY 主机2 应用层 传输层 互连网层 数据链路层 物理层

  a、网桥具有寻址和路由选择能力,路由选择采用查表法: i、网桥内的转发表描述了到达每个站点的路由; ii、转发表主要由端口号和站点MAC地址组成。 b、工作原理 i、刚加电时转发表为空。 ii、网桥检查收到的数据帧的源MAC地址与转发表进行比较,若收 到的数据帧的源MAC地址不在转发表中,则将其和对应的端口号插入到表 中——逆向学习。 iii、对于从端口收到的每个数据帧,查看其目的MAC地址,并与 转发表对照: 若目的MAC地址在接收端口的表项中,即目的地址对应的端口和收到 该帧的端口相同,则丢弃该数据帧——过滤; 若目的MAC地址在某一端口的表项中,即目的地址对应的端口和收到 该帧的端口不同,则把该数据帧转发到与该端口连接的网段——交换 (转发); 若目的MAC地址不在表中,则向接收端口以外的其他所有端口广播该 数据帧——广播(会产生广播风暴现象)。

   一个网络上的分组有条件地被转发到另一个网络;  扩展后的网络被路由器分隔成多个子网。

   地域范围可以任意扩展;  隔离广播域,限制了广播帧的泛滥;  能根据最佳路由转发分组;  可以互联不同类型的网络;  转发速度低,成本较高,维护复杂。

  (1)广播 向网络上的所有设备发送数据。 (2)广播域 网络上所有能够接收到同样广播分组的设备集合。 (3)冲突域 网络中的一部分,在冲突域中任意两台主机同时 发送数据都会产生冲突,通常以网桥、交换机或路由 器为边界。

   一个冲突域一定是一个广播域,反之不然,即一个广播 域包含一个或多个冲突域。

  在网络之间存储转发报文分组,根据分组中的逻辑 地址(IP地址)进行转发。

  由源站点负责路由选择; 源站点通过发送探测帧来发现路由; 探测帧将沿每一条可能的路径扩散传播; 每一个源选径网桥都会将路由信息插入探测帧 的头部。 • 探测帧到达目的站点时,目的站点把探测帧中 的路由信息作为响应返回; • 源站点把收到的第一个响应帧中的路由信息作 为到达目的站点的最佳路由。  路由信息形式:LAN,网桥,LAN,网桥,…… 形 式的编号序列。

  应用层/传输层 网络层 数据链路层 应用层/传输层 网络层 网络层 链路层 链路层 物理层 物理层 应用层/传输层 网络层 数据链路层

   网络接口卡(网卡)是连接主机与网络的基本设备 • 每台主机都应配置一个或多个网卡 • 每个网卡都有一个或多个网络接口 • 不能独立工作,必须依赖于宿主主机

  • 匹配主机数据处理速率与网络的传输速率(大多数情况下,主机 数据处理速率网络的传输速率)

  应用程序进程地 网关 址(端口) (协议转换器) 网络地址 路由器 (IP地址) (三层交换机) 物理地址 网桥、交换机 (MAC地址) (网卡) 无 中继器、集线 网桥与网络交换机

  • 冲突域中的多个站点同时发送会造成 冲突; • 网络中站点越多,冲突现象越严重; • 网络总带宽BW ,由于共享信道使得每个站点的平 均拥有带宽为BW/n。

  (1)提高网络传输速度——没有从根本上解决问题 (2)网络分段(微网段化)long8国际官方网手机版app

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