计算机网络数据链路层

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1、3.5 扩展的局域网v3.5.1 在物理层扩展局域网 v3.5.2 在数据链路层扩展局域网 13.5.1 在物理层扩展局域网v主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线集线 器器 以太网 集线器光纤光纤 调制解调器光纤 调制解调器2v 某大学有三个系，各自有一个局域网用多个集线器可连成更大的局域网三个独立的碰撞域一系二系三系碰撞域碰撞域碰撞域3用集线器组成更大的局域网 都在一个碰撞域中一系三系二系主干集线器一个更大的碰撞域碰撞域4v 优点 使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够 进行跨碰撞域的通信。 扩大了局域网覆盖的地理范围。v 缺点 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。 如果不同的碰撞

2、域使用不同的以太网技术不同的 数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。 用集线器扩展局域网 优与缺 5v 在数据链路层扩展局域网是使用网桥网桥。 v 网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址 对收到的帧进行转发。 v 网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不 是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口。3.5.2 在数据链路层扩展局域网 63.5.2 在数据链路层扩展局域网 网桥 工作原理 透明网桥 工作原理 源路由网络 交换机 特点 VLAN特点，帧格式71. 网桥的内部结构 站表接口管理软件网桥协议实体缓存接口 1接口 2

3、网段 B网段 A1 1 1 222站地址 接口网桥网桥接口 1接口 212网桥依靠转发表来转发帧 eg: 1.从接口1收到A给E的帧转发 2.从接口1收到A给B的帧丢弃8v 过滤通信量，增大吞吐量。 网桥工作在链路层的MAC子层，可以使以太网的各网 段成为隔离开的碰撞域。 图示 不同网段上的通信不会相互干扰。 使用网桥，每个网段10Mb/s，n个网段就是n*10Mb/s 使用集线器，每个网段10Mb/s，n个网段仍是10Mb/s v 扩大了物理范围。 v 提高了可靠性。 v 可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如 10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网。 使用网桥带

4、来的好处 9网桥使各网段成为隔离开的碰撞域 B2B1碰撞域碰撞域碰撞域ABCDEF10v 存储转发增加了时延。 先查路由表再转发，转发前还要进行CSMA/CD检测 具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大。 v 在MAC 子层并没有流量控制功能。 网桥中的缓存有可能因不够而溢出 v 网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量 不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信 息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。 使用网桥带来的缺点 11用户层IPMAC站 1用户层IPMAC站 2物理层网桥 1网桥 2AB 用户数据IP-HMAC-HMAC-TPPP-HPPP-T 物理层DLRM

5、AC 物理层物理层DLRMAC物理层物理层LANLAN两个网桥之间还可使用一段点到点链路 网桥不改变它转发的帧的源地址各层对数据的封装：12v网桥工作在数据链路层，而转发器工作在物 理层 v网桥并不像转发器转发所有的帧，只转发未 出现差错，且目的站属于另一网络的帧或广 播帧。 v集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测 。网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算 法。 v网桥和转发器都有扩展局域网的作用，但网 桥还能起到提高局域网的效率并连接不同 MAC子层和不同速率局域网的作用。网桥和集线器（或转发器）不同 13v 目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge) 。

6、 v “透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过 哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。 v 透明网桥是一种即插即用设备，其标准是 IEEE 802.1D 。 v 透明网桥刚连接到以太网时，其转发表是空的，需要进 行自学习。 2. 透明网桥14v 基本思想： v 1.若从 A 发出的帧从接口 x 进入了某网桥，那么从这个接口出发沿 相反方向一定可把一个帧传送到 A。 v 2.网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口，作为转 发表中的一个项目。 v 3.在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在转发表中“地址”这一 栏的下面。 v 4.在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的目的地址

7、来转发的。这 时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址，而把记下 的进入接口当作转发接口。网桥自学习算法15地址 接口转发表的建立过程举例B2B1ABCDEF1212地址 接口B 1B AA BA 1F CF 2A BA 1F CF 216v 在网桥的转发表中写入的信息除了地址和接口外，还 有帧进入该网桥的时间。 ?time v 这是因为以太网的拓扑可能经常会发生变化，站点也 可能会更换适配器（这就改变了站点的地址）。另外 ，以太网上的工作站并非总是接通电源的。 v 把每个帧到达网桥的时间登记下来，就可以在转发表 中只保留网络拓扑的最新状态信息。周期性的扫描转 发表，只要在一定时间前

8、登记的都删除，使得网桥中 的转发表能反映当前网络的最新拓扑状态。 网桥在转发表中登记的三个信息 17网桥的自学习和转发帧的步骤归纳 v 网桥收到一帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧 的源地址有无相匹配的项目。如没有，就在转发表中增 加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。如有，则 把原有的项目进行更新。 v 转发帧。查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配 的项目。 如没有，则通过所有其他接口（但进入网桥的接口除 外）按进行转发。 如有， 则按转发表中给出的接口进行转发。 注：若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应 丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。18v 引入该算法

9、的原因? 为了避免转发的帧在网络中不断地兜圈子。 生成树算法 局域网 2局域网 1网桥 2网桥 1AF不停地 兜圈子 A 发出的帧 F1网桥 1 转发的帧F2网桥 2 转发的帧网络资源白白消耗了19v互连在一起的网桥在进行彼此通信后，就能找 出原来的网络拓扑的一个子集。在这个子集里 ，整个连通的网络中不存在回路，即在任何两 个站之间只有一条路径。利用生成树算法，在 以太网中，创建以某台交换机的某个端口为根 的生成树，避免环路。 v为了得出能够反映网络拓扑发生变化时的生成 树，在生成树上的根网桥每隔一段时间还要对 生成树的拓扑进行更新。 生成树算法20v 引入：透明网桥容易安装，但网络转发的路径

10、不一定是最优 的，网络资源的利用不充分。 v 源路由(source route)网桥，由源站负责路由选择。在发送帧 时将详细的路由信息放在帧的首部中。 v 如何获取路由信息？ v 源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发 现帧都记录所经过的路由。 v 发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知 这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡 从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确 定的这一路由信息。 3. 源路由网桥21v 1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提 高局域网的性能。 v 交换式集线器常称为以太网交换机(s

11、witch)或第二层交换 机（表明此交换机工作在数据链路层）。 v 以太网交换机通常都有十几个接口。以太网交换机实质上 就是一个多接口的网桥，工作在数据链路层。4. 多接口网桥以太网交换机 22v 1.以太网交换机通常都有十几个接口。以太网交换机实质 上就是一个多接口的网桥。 v 2.以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，并且一般 都工作在全双工方式。 v 3.交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的 主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。 v 4.以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换 速率就较高。 v 5.以太网交换机对收到的帧采用存储转发方式转发，也有 些

12、交换机采用直通的交换方式，可提高帧的转发速度。以太网交换机的特点23v 对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网(集线器)，若共有 N 个 用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。 v 使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他 网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对接口的 交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点 。 独占传输媒体的带宽 24用以太网交换机扩展局域网 一系三系二系10BASE-T至因特网 100 Mb/s 100 Mb/s100 Mb/s万维网 服务

13、器电子邮件服务器以太网 交换机路由器25v 引入：用以太网交换机互连的网络只是隔离了网段（减少 了冲突域），但同一交换机的各个网络仍属于一个广播域 。在必要时，应采用具有VLAN能力的交换机划分虚拟网 ，以减小广播域(802.1Q协议)。 v 虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置 无关的逻辑组。 这些网段具有某些共同的需求。 每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送 这个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。 v 虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并 不是一种新型局域网。 5.利用以太网交换机实现虚拟局域网 26以太网 交换机A4B1以太网 交换机VL

14、AN3C3 B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网 交换机以太网 交换机三个虚拟局域网:VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 27以太网 交换机A4B1以太网 交换机VLAN3C3 B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网 交换机以太网 交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成 当 B1 向 VLAN2 工作组内成员发送数据时， 工作站 B2 和 B3 将会收到广播的信息。28以太网 交换机A4B1以太网 交换机VLAN3C3 B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网 交换机以太网 交换机三个虚拟局域网 VLAN1,

15、 VLAN2 和 VLAN3 的构成 B1 发送数据时，工作站 A1, A2 和 C1 都不会收到 B1 发出的广播信息。 29以太网 交换机A4B1以太网 交换机VLAN3C3 B3VLAN1VLAN2C1A2A1A3C2B2以太网 交换机以太网 交换机三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成 虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络 不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶 化。 30v 虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节 的标识符，称为 VLAN 标记(tag)，用来指明发送该帧的工 作站属于哪一个虚拟局域网。 虚拟局域网使用的以太网帧格式802.3 MAC 帧字节66246 15004MAC 帧目地地址源地址长度/类型数 据FCS长度/类型 = 802.1Q 标记类型 标记控制信息1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 VID 2 字节2 字节插入 4 字节的 VLAN 标记4用户优先级CFI0x8100前3位优先级，第4位规范格式指示 符，后12位VLAN标识符。priority:指明优先级。一共有8种优先级，0-7 canonical format idicator(CF