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1、lxm,第6章 网桥与交换式局域网,6.1 引言6.2 网桥与交换机概述6.3 网桥的体系结构6.4 网桥的运行原理6.5 MAC地址过滤库6.6 STP协议6.7 RSTP协议6.8 交换机与交换式局域网6.9 小结,所有描述针对以太网网桥和交换机,lxm,6.1 引言,网桥的诞生交换机的诞生交换式局域网的发展本章主要内容,lxm,网桥的诞生,当初多种LAN技术发展，需要互连，催生了网桥的诞生以太网令牌环网FDDI传统网桥性能不高，市场不大基于软件接口数量有限,lxm,交换机的诞生,网桥性能不高，高性能LAN的需求催生了高性能网桥交换机的诞生交换机就是硬件化的高性能网桥ASIC处理端口密集线
2、速处理、线速过滤极大提高LAN性能交换机是商用名称，标准中仍用网桥目前主流产品：以太网交换机,lxm,交换式LAN的发展,交换机的出现迅速开辟了市场，极大推动了LAN的发展交换机使LAN性能得到极大提高LAN 从信道共享到信道独享LAN通信方式从半双工到全双工LAN的容量增大LAN的范围增大,lxm,本章重点内容,网桥的功能、特点、体系结构、工作原理交换机的功能、特点、工作原理交换式LAN的特点,lxm,6.2 网桥概述,6.2.1 网桥与桥接式LAN6.2.2 网桥标准6.2.3 网桥的主要功能6.2.4 网桥工作的特点,lxm,6.2.2 网桥标准,IEEE Std 802.1D-2004
3、（目前最新）,lxm,6.2.3网桥的主要功能,早期网桥的主要功能现今网桥的作用,早期网桥的主要功能,网桥互连多个不同的LAN各个局域网MAC技术和速率均可不同网桥需要做协议转换（现在几乎没有了）网桥分割同类型LAN的不同LAN段,网桥,站,分割不同的LAN段,网桥,站,站,互连不同的LAN,lxm,现今网桥的作用,网桥隔离冲突域，但不隔离广播域,所有站点位于同一冲突域,网桥隔离冲突域将网络分隔成两个冲突域每一个端口及其相连的站点位于同一冲突域,lxm,现今网桥的作用,扩大LAN的范围，提高了网络的容量值得注意的是：网桥互联不能无限扩大LAN范围受到两个条件的制约：生成树协议的限制：建议网络直
4、径最多8段另外，网络越大，形成广播风暴的可能越大,lxm,6.2.4 网桥工作的特点,即插即用对站点透明网桥的加入并不影响站点的工作站点不能感知网桥的存在网桥对站点间MAC数据帧的中继对站点透明特别注意站点之间通信时，使用站点的MAC地址，而与网桥的MAC地址无关,lxm,6.3 网桥的体系结构,6.3.1 基本协议模型6.3.2 网桥的系统结构,lxm,6.3.1 基本协议模型,基本模型结构（最简实现模型）仅有MAC层和物理层，没有高层MAC中继实体和端口MAC实体转发、过滤MAC帧，学习MAC地址,lxm,6.3.2 网桥的系统结构,网桥标准协议模型,ISS: Interior subla
5、yer service,由模型可知：网桥是一种MAC层中继设备,lxm,6.3.2 网桥的系统结构,网桥标准协议模型包含一个中继实体和各端口独立的MAC实体 MAC之上可为LLC实体（802.2）或802.3的Type标注实体ISS：为端口MAC与中继MAC实体之间通信提供服务 端口MAC实体：接收和发送MAC帧 MAC中继实体：转移端口之间的MAC帧，过滤同一 端口的MAC帧，学习MAC地址 高层实体：用于网络管理（SNMP），拓扑控制（如 STP、RSTP等）,lxm,6.4 网桥的运行原理,6.4.1 运行基本要素6.4.2 帧接收6.4.3 转发过程6.4.4 学习过程6.4.5 帧发
6、送6.4.6 帧处理小结,lxm,6.4.1 网桥运行的基本要素,网桥是一种MAC层转发设备网桥的主要工作包括中继MAC帧或过滤MAC帧建立与维护用于中继帧或过滤帧判定的过滤数据库管理上述功能网桥的运行涉及帧的接收（端口MAC实体完成）帧的发送（端口MAC实体完成）学习过程（中继MAC实体完成）转发过程（中继MAC实体完成）,lxm,6.4.1 网桥运行的基本要素,帧的过滤从一个端口收到的某些帧不转发到另一端口例如：目的、源地址在同一端口，则不转发这样就实现了流量的隔离帧的中继在各个端口之间转移MAC用户数据帧动作包括：接收有效帧、转发、排队、发送帧等过滤与中继决策所需信息的维护过滤数据库（M
7、AC地址过滤表）通过反向学习法（自学习法）建立,lxm,6.4.1 网桥运行的基本要素,网桥运行需要重点讨论的内容如何正确收发MAC帧？如何判定需要进行帧过滤或转发？如何实现帧过滤？如何实现转发，从哪个端口转发？网桥如何学习MAC地址？如何管理MAC地址信息？,lxm,6.4.2 帧接收,各端口MAC实体接收无差错帧并生成指示原语使用原语：M_UNITDATA.indications将帧的源地址通知学习过程若收到帧的目的地址非本网桥地址，则递交转发过程若收到帧的目的地址为本网桥（单播，桥组播，广播），递交网桥高层处理,lxm,6.4.3 转发过程,转发过程的工作：帧中继与帧过滤转发决策对于广播
8、帧，除入端口以外的所有端口转发对于单播和组播帧，查询过滤数据库，匹配目的地址决定：过滤库中有匹配目的地址与源地址在同一端口，过滤该帧，不转发目的地址与源地址在不同端口，按库中出端口转发过滤库中无匹配除了入端口外，向所有端口转发,lxm,6.4.4 学习过程,源地址学习（逆向学习法）网桥查看每个端口收到帧的源地址，将源地址和端口号记录到过滤库中当下次该站作为目的站时，直接查表从记录的端口转发结论：当站点发送帧时，网桥就学习到该站的MAC地址，以及位于网桥的那个端口号对库中动态过滤表项进行更新或建立对表中已有的地址，更新是（老化时间，可能还有端口号）对表中没有的地址，建立新的地址表项,lxm,6.
9、4.5 帧发送,MAC实体发送的帧可能源于MAC中继实体需要转发的帧高层实体需要出端口MAC实体发送的帧对于需要转发的帧，MAC中继实体使用ISS提供的服务，通过M_UNITDATA.request原语，递交给出端口MAC实体对于高层实体需要端口MAC实体发送的帧，高层通过层间接口，使用 M_UNITDATA.request原语，递交给出端口MAC实体,网桥收到一个有效、无错MAC帧,DA地址判别，决定递交 高层还是递交转发过程,递交学习过程,若DA是广播地址,若DA是本端口地址或桥组地址,若DA是非桥本端口地址或非桥组地址,递交 高层处理,递交 转发过程,若SA不在过滤库中,若SA在过滤库中
10、,添加SA过滤表项,若端口号不变，更新老化时间,若端口号改变，更新端口号和老化时间,若为单播帧,若为组播帧,若为广播帧,过滤库中有DA表项,过滤库中无DA表项,过滤库中有DA表项,过滤库中无DA表项,除源端口外的其他端口转发,DA与SA端口相同,DA与SA端口相异,按过滤表项中指定端口转发,过滤该帧,按过滤表项中指定端口转发,SA:源MAC地址DA:目的MAC地址,6.4.6 帧处理小结,lxm,6.5 MAC地址过滤库（MAC地址表）,6.5.1 过滤库基本概念6.5.2 动态过滤库6.5.3 静态过滤库6.5.4 关于网桥的地址,lxm,6.5.1 过滤库基本概念,过滤库的作用过滤库的构成
11、过滤库的类型,lxm,6.5.1 过滤库基本概念,过滤库的作用每个网桥都有一个MAC帧过滤数据库，供转发过程查询用以支持过滤和转发决策主体是MAC地址，也称过滤数据库为 “MAC地址过滤表”,lxm,6.5.1 过滤库基本概念,MAC地址、动/静态创建：静态：由人工设置动态：将收到帧的源地址自动填入,目的站所在的端口创建：静态：人工设置动态：将收到帧的端口号自动填入帧转发时，作为出端口,仅对动态表项适用如：表项老化值其值可人工设定默认为5分钟,过滤库构成MAC地址 、端口映射和控制元素,lxm,6.5.1 过滤库基本概念,过滤库的类型MAC帧过滤数据库分为两种静态过滤库动态过滤库,lxm,6.
12、5.2 动态过滤库（表项）,表项的建立与更新查看各端口上收到的MAC帧，比对动态表项在表中：源地址存在且端口相符：则更新该表项的计时值源地址存在但端口不符：删除原表项、建立新表项源地址不存在：添加新表项表项的更新与删除必要性：站点的移动，或关机、故障，等等删除方法：及时删除老化表项，以保持高效的MAC表动态表项均有计时段T，默认值5分钟（标准建议值）超时未活动的站：此表项老化被自动删除,lxm,6.5.2 动态表项（举例一）,网桥刚开机MAC表为空第一个数据帧 A-B端口1捕获该帧比对MAC表，无MAC(B)表项该帧广播到端口2、3比对MAC表，无MAC(A)项添加此项，T(A)初始化第二个数
13、据帧 C-A端口2捕获该帧比对MAC表，有MAC(A)表项帧转发到端口1比对MAC表，无MAC（C）项添加此项，初始化T(C),端口1,端口2,端口3,lxm,6.5.2 动态表项（举例二）,例二已知MAC表如表所示MAC( F )已存在设帧发送顺序如下1、2、3问MAC表内容为何？帧发送顺序1、B发送一个广播帧2、F向C发送一帧3、E向F发送一帧,网桥,C,端口1,端口2,端口3,E,增加,更新T,增加,lxm,6.5.3 静态过滤库（表项）,静态表项用于网络管理员的强制指定接入限制：只许可指定用户的指定设备接入高效交换：指定固定地址，如服务器MAC地址其它安全需求配置静态表项常称为：MAC
14、地址与端口绑定静态表项的特点表项的建、改、删，均需人工进行网管人员必须及时跟踪配置，否则会导致交换混乱，例如：新位置无记录旧位置无站点浪费MAC表空间、等等,lxm,关于MAC过滤库进一步讨论,动态建立MAC表是网桥或交换机最基本的功能有静态表项并不妨碍交换机对没有的MAC建立动态表项可采用全为静态表项（必须保证所有的站的MAC 都设置好，实际中十分困难）实际中一般采用动、静MAC表项结合或全为动态建表,lxm,关于MAC过滤库进一步讨论,动态过滤库的表项由网桥的学习过程自动建立、更新和删除。静态过滤库表项只能人工添加、修改和删除。在静态库中已有的表项，不能由网桥学习过程更改。在MAC过滤库中
15、，任何时候一个MAC地址只能出现在一个端口！,lxm,6.5.4 关于网桥的地址,网桥端口地址网桥各个端口的MAC实体使用48位的MAC地址网桥每个端口使用各自的MAC实体的地址网桥唯一标识每个网桥都有一个48位唯一地址作为网桥地址可以用网桥某个端口的MAC地址作为网桥地址建议使用最低编号端口(Port 1)的MAC地址网桥唯一标识：网桥地址可配置优先级必须注意：桥接局域网上端站之间通信时目的地址是目的站的MAC地址，而不使用网桥的地址而目的地址是网桥端口MAC地址的帧都将递交网桥高层协议处理,lxm,6.6 STP和RSTP协议,6.4.1 协议背景6.4.2 协议概要6.4.3 协议功能6.4.4 协议原理（自学）6.4.5 协议标准（自学）,lxm,6.6.1 协议背景,工程实践中，交换机之间的干线如果单链路互连：单点故障，系统可靠性不高通常部署冗余链路互连：可提高总体可靠性问题网络拓扑存在冗余链路时，会产生路由环路由环造成交换混乱、网络堵塞,lxm,B收,a,b,1,1,A发,2,2,LAN Y,LAN X,a:p2转发,
