計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第五章：局域網(wǎng)-資料下載頁

　　

【正文】 尋址、介質(zhì)訪問算法、流量控制及錯誤處理和恢復(fù)等。在兩個網(wǎng)絡(luò) (可以是相同網(wǎng)絡(luò)，亦可是不同網(wǎng)絡(luò) )用網(wǎng)橋橋接時，網(wǎng)橋首先對所接收到的數(shù)據(jù)鏈路幀進(jìn)行分析，并根據(jù)幀中所包含的信息做出是否轉(zhuǎn)發(fā)的決定。如需要轉(zhuǎn)發(fā)，則根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的目的地址提取出到達(dá)目標(biāo)的完整路徑。 ?網(wǎng)橋的操作對上層協(xié)議來說是透明的。 因?yàn)槭枪ぷ髟跀?shù)據(jù)鏈路層，所以沒有必要檢查上層來的信息，而只是要求能夠迅速轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的分組 (Packet)。此外，還可以根據(jù)信息需求進(jìn)行幀過濾，如拒絕轉(zhuǎn)發(fā)來自某一網(wǎng)絡(luò)地址的所有幀，或者濾掉冗余的廣播分組和多路重發(fā)分組等。 126 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)橋分類 ?根據(jù)網(wǎng)橋的用途可以將網(wǎng)橋分成 本地網(wǎng)橋 和 遠(yuǎn)程網(wǎng)橋 兩類。 ?本地網(wǎng)橋 能夠直接把多個 LAN網(wǎng)段連接起來。 ?遠(yuǎn)程網(wǎng)橋 通常要通過其他通信介質(zhì) (如通信子網(wǎng) )把不同區(qū)域的多個 LAN網(wǎng)段連接起來。 ?但對遠(yuǎn)程網(wǎng)橋的要求要更高、更復(fù)雜一些。因?yàn)樯婕暗骄钟蚓W(wǎng)和廣域網(wǎng)的速度差異問題，所以至少要有相當(dāng)大的速度緩沖能力。 127 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 按處理方式 ?網(wǎng)橋按處理方式又可分為 轉(zhuǎn)換橋 和 封裝橋 。 ?轉(zhuǎn)換橋 是將原來的數(shù)據(jù)鏈路幀封裝打開檢查，如果數(shù)據(jù)格式與目的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路格式一致，則直接用目的鏈路的幀路的幀格式封裝即可。否則還要進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換之后再封裝成目的網(wǎng)格的幀格式。 ?封裝橋 主要用于兩個局域網(wǎng)通過其他類型的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連的情況，如 EtherFDDIEther，即兩個以太網(wǎng)通過FDDI主干網(wǎng)進(jìn)行互連的情況。由于以太網(wǎng)與 FDDI的鏈路層差異比較大，所以不適合使用轉(zhuǎn)換橋，使用路由器又會影響效率，這時可以用封裝橋來完成連接。封裝橋把以太網(wǎng)協(xié)議幀作為數(shù)據(jù)封裝在 FDDI協(xié)議幀中，等傳到了另一端以太網(wǎng)再將其拆封還原。這樣既可以保證效率，實(shí)現(xiàn)起來又較容易，而且設(shè)備費(fèi)用也較低。 128 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 EtherFDDIEther 封裝橋 Ether Ether FDDI 129 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 其他分類 ?還可把網(wǎng)橋分成基于 MAC子層的網(wǎng)橋 和基于 LLC子層的網(wǎng)橋 ，前者主要用于連接同構(gòu)網(wǎng)絡(luò) (如 ),后者可用于不同鏈路層協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換 (如 )。 ?當(dāng)網(wǎng)橋接收到一個幀時，一旦決定轉(zhuǎn)發(fā)，就要確定正確的路徑以便將幀轉(zhuǎn)送到正確的目的網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)。 ?根據(jù)所采用的路由選擇算法差異又可將網(wǎng)橋 分為透明橋 (Transparent Bridges)和 源路由選擇橋 (Source Routing Bridges)。 130 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 透明網(wǎng)橋 ?目前，使用得最多的網(wǎng)橋是 透明網(wǎng)橋(transparent bridge)。 ?透明 ” 是指局域網(wǎng)上的站點(diǎn)并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因?yàn)榫W(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。 ?透明網(wǎng)橋是一種 即插即用設(shè)備 ，其標(biāo)準(zhǔn)是 。 “ 131 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 源路由網(wǎng)橋 ?透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡(luò)資源的利用不充分。 ?源路由 (source route)網(wǎng)橋 在發(fā)送幀時將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。 ?源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個 發(fā)現(xiàn)幀 ，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。 ?發(fā)現(xiàn)幀到達(dá)目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。 ?凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。 132 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 多接口網(wǎng)橋 —— 以太網(wǎng)交換機(jī) ?1990 年問世的 交換式集線器 (switching hub)， 可明顯地提高局域網(wǎng)的性能。 ?交換式集線器常稱為 以太網(wǎng)交換機(jī) (switch)或第二層交換機(jī)（表明此交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層）。 ?以太網(wǎng)交換機(jī)通常都有十幾個接口。因此，以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一個 多接口的網(wǎng)橋 ，可見交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層。 133 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 通過交換機(jī)擴(kuò)展 ?集線器可以對局域網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)展，但是由集線器擴(kuò)展的局域網(wǎng) (如以太網(wǎng) )的帶寬和原來的一樣，屬于共享帶寬的性質(zhì)。每個用戶的帶寬是總帶寬的 1/N。如果總帶寬是10Mb/s，有 10個用戶，每個用戶就是 1Mb/s。 ?為了保證用戶的帶寬，現(xiàn)在普遍使用交換機(jī)來擴(kuò)展局域網(wǎng)。交換機(jī)有時又稱為交換式集線器 (Switching Hub)，它可以同時連通許多對端口，而每對端口都可以獨(dú)享帶寬。比如說用的是 10 Mb/s的交換式集線器，如果有 N對端口，則每對用戶都有 10 Mb/s的帶寬，而交換機(jī)總?cè)萘烤褪?10Mb/s) N。 在所有接入設(shè)備的軟件、硬件、網(wǎng)卡等都不需要進(jìn)行改動的情況下，即接入設(shè)備可繼續(xù)使用原來的CSMA/CD協(xié)議。 134 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 用交換機(jī)組網(wǎng)實(shí)例 以太網(wǎng)交換機(jī) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Server 最大流量 =100Mx4=400M 135 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 交換機(jī)的工作模式 (1)存儲轉(zhuǎn)發(fā) (storeandforward)模式 ?當(dāng)一個幀進(jìn)入交換機(jī)時，首先將它暫存到該 端口的高速緩存中，并進(jìn)行差錯檢查； ?再根據(jù)該幀的目的地址從自學(xué)習(xí)生成的端口 地址表中找到要轉(zhuǎn)發(fā)的目的端口號； ?然后，把該幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的端口，送到目的站 上。 ?傳輸可靠是這種方式的最大優(yōu)點(diǎn)，但延遲時間長也是其顯而易見的不足之處。 136 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 交換機(jī)的工作模式 (2)直通交換 (cutthrough)模式 ?當(dāng)一個幀來到交換機(jī)時，只要獲得了目的地址，從端口 地址表獲得目的地址，就立刻進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，這樣就省略了串 并和并 串轉(zhuǎn)換時間及幀檢查時間。所以速度很快，延遲很小。 ?但由于其不進(jìn)行幀的差錯檢查，所以，幀碎片和錯誤幀也被交換直到目的站。這時，由于幀差錯而引起的重發(fā)等操作會降低系統(tǒng)的效率。 137 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 (3)碎片丟棄模式 ?這是存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式和直通交換模式的折衷方式，當(dāng)交換機(jī)的輸入端口上的幀達(dá)到 64字節(jié) (512bit)時，交換機(jī)就根據(jù)該幀的前 6個字節(jié)表示的目的地址從端口 地址表中找到要轉(zhuǎn)發(fā)的目的端口號，然后把該幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的端口，實(shí)現(xiàn)端口間幀的交換。 ?這種方式可以確定該幀是否是碎片幀，因?yàn)樗槠瑤厝恍∮?512字節(jié)，這時交換機(jī)就自動丟棄它，而不會將它送到目的交換端口。這種方式仍不進(jìn)行差錯檢查，所以對鏈路質(zhì)量要求比較高。 138 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 通過路由器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連 ?路由器 (Router)是多個網(wǎng)絡(luò)和介質(zhì)之間實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的一種設(shè)備，是一種比網(wǎng)橋更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，適合于連接復(fù)雜的大型網(wǎng)絡(luò)。它工作于網(wǎng)絡(luò)層，因而可以用于連接網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層執(zhí)行不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，協(xié)議的轉(zhuǎn)換由路由器完成，從而消除了網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議之間的差別。 ?由于路由器工作于網(wǎng)絡(luò)層，它處理的信息量比網(wǎng)橋要多，因而處理速度比網(wǎng)橋慢。但路由器的互連能力強(qiáng)，可以執(zhí)行復(fù)雜的路由選擇算法。在具體的網(wǎng)絡(luò)互連中，采用路由器還是采用網(wǎng)橋，取決于網(wǎng)絡(luò)管理員的需要和具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 ?在網(wǎng)絡(luò)上，路由器擁有自己的網(wǎng)絡(luò)地址，而網(wǎng)橋沒有，這是二者之間最主要的區(qū)別。 139 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 用路由器連接網(wǎng)絡(luò) 140 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 路由器的作用 ?路由器是用于連接多個邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)。邏輯網(wǎng)絡(luò)是指一個單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)或一個子網(wǎng)。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個子網(wǎng)傳輸?shù)搅硪粋€子網(wǎng)時，可通過路由器來完成。 ?因此，路由器具有判斷網(wǎng)絡(luò)地址和選擇路徑的功能，它能在多網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)環(huán)境中建立靈活的連接，可用完全不同的數(shù)據(jù)分組和介質(zhì)訪問方法連接各種子網(wǎng)。 ?路由器是屬于網(wǎng)絡(luò)層的一種互聯(lián)設(shè)備 ，只接收源站或其他路由器的信息，它不關(guān)心各子網(wǎng)使用的硬件設(shè)備，但要求運(yùn)行與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議相一致的軟件。 141 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 路由器的主要工作 ?路由器的主要工作是為經(jīng)過路由器的多個數(shù)據(jù)包尋找一個最佳的傳輸路徑， 在路由器中最關(guān)鍵的就是采用的路由算法。為完成該項(xiàng)工作，在路由器中保存著一張各種傳輸路徑的有關(guān)數(shù)據(jù)表，也就是路由表 (Routing Table)，供路由器選擇路由時使用。該表中存放著子網(wǎng)的標(biāo)志信息、網(wǎng)絡(luò)中路由器的個數(shù)和下一個路由器的名稱等內(nèi)容。 ?路由表一般只給出可以到達(dá)數(shù)據(jù)接收方的下一臺路由器的路徑。 ?路由表有靜態(tài)路由表和動態(tài)路由表之分，靜態(tài)路由表必須由網(wǎng)絡(luò)管理員手動更新，動態(tài)路由表則由網(wǎng)絡(luò)軟件負(fù)責(zé)更新維護(hù)。路由器利用自學(xué)習(xí)能力自動記憶網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，并計算出最佳傳輸路徑。 142 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 路由器主要具有如下功能： ①分組轉(zhuǎn)發(fā)，提供最佳路徑，將不同硬件技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來。必要時進(jìn)行分組格式和分組長度的轉(zhuǎn)換。 ②提供隔離，劃分子網(wǎng)，路由器的每一端口都是一個單獨(dú)的子網(wǎng)。 ③提供經(jīng)濟(jì)合理的 WAN接入。 ④支持備用網(wǎng)絡(luò)路徑，支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，互?lián)各種局 域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。適用于大型網(wǎng)絡(luò)。 ⑤保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受入侵 (軟 /硬件防火墻的組成部分 )。 143 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連 ?網(wǎng)關(guān) (Gateway)是一種更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，用于連接網(wǎng)絡(luò)層之上執(zhí)行不同協(xié)議的子網(wǎng)，組成異構(gòu)的互連網(wǎng)，能實(shí)現(xiàn)異構(gòu)設(shè)備之間的通信，對不同的傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行翻譯和變換。 ?網(wǎng)關(guān)具有對 不兼容的高層協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換 的功能，例如使用 NetWare的 PC工作站和 SUN網(wǎng)絡(luò)互連，兩者不僅硬件不同，而且機(jī)器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和使用的協(xié)議也不同，這時就需要使用網(wǎng)關(guān)作為互連設(shè)備。 144 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)關(guān)的概念 145 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 網(wǎng)關(guān)主要具有如下功能 ?把一種協(xié)議變成另一種協(xié)議，把一種數(shù)據(jù)格式變成另一種數(shù)據(jù)格式，把一種速率變成另一種速率，以求兩者的統(tǒng)一；提供中轉(zhuǎn)中間接口。在 Inter中，網(wǎng)關(guān)能根據(jù)用戶通信用的計算機(jī)的 IP地址，界定是否將用戶發(fā)出的信息送出本地網(wǎng)絡(luò)，同時，它還接收外界發(fā)送給本地網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)的信息。 ?由于網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)互連、互通和應(yīng)用互操作的設(shè)施。通常又多是用來連接專用系統(tǒng)，市場上從未有過出售網(wǎng)關(guān)的廣告或公司，在這種意義上，網(wǎng)關(guān)是一種概念，或一種功能的抽象。所以稱為設(shè)施，是因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)不一定是一臺設(shè)備，有可能在一臺主機(jī)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)功能，當(dāng)然也不排除使用一臺計算機(jī)來專門實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)具有的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。 網(wǎng)關(guān)的范圍很寬，在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)關(guān)有時所指的就是路由器。 146 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 大型局域網(wǎng)與 Inter的連接 Si 147 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 小結(jié) ?局域網(wǎng)設(shè)計的主要目標(biāo)是覆蓋一個公司、一所大學(xué)、一幢辦公大樓的 “ 有限的地理范圍 ” ； ?決定局域網(wǎng)特性的三要素是：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、傳輸介質(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法 ； ?從采用的介質(zhì)訪問控制方法的角度，局域網(wǎng)可以分為共享介質(zhì)式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)兩類 ； ?目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)是 10Mb/s速率的 Ether網(wǎng)，速率為 100Mb/s的 Fast Ether與 1Gb/s、 10GE的Gigabit Ether已成為高速局域網(wǎng)方案中的首選技術(shù)，更高傳輸速率的 100Gb/s的 Ether正在研究中； 148 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 ?Ether核心技術(shù)：幀格式、 CSMA/CD、物理層標(biāo)準(zhǔn) ?交換式局域網(wǎng)通過局域網(wǎng)交換機(jī)支持連接到交換機(jī)端口的結(jié)點(diǎn)之間的多個并發(fā)連接，實(shí)現(xiàn)多結(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸，增加了網(wǎng)絡(luò)帶寬，改善局域網(wǎng)的性能與服務(wù)質(zhì)量； ?交換技術(shù)的發(fā)展為虛擬局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。 ?無線局域網(wǎng)技術(shù) ?網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展與互連技術(shù) 149 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院