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1、局域网路由和局域网交换,西南农业大学信息学院 吕家恪,2023/6/25,SWAU.CS.LK,2,概述,目前三种主要类型的局域网是以太网，令牌环和FDDI。IEEE定义了这三种局域网的大部分标准。,2023/6/25,SWAU.CS.LK,3,局域网标准,2023/6/25,SWAU.CS.LK,4,MAC地址,MAC地址的一个主要的功能就是区分或标识以太网，令牌环，和FDDI局域网上的接口卡。,Vendor Code(24 bits),MACAddress,MostSignificantByte,LeastSignificantByte,EthernetMost Significant B
2、it is lastToken RingMost Significant Bit is first,2023/6/25,SWAU.CS.LK,5,MAC地址,广播地址0 xFFFF.FFFF.FFFF。广播地址可以让局域网上的所有设备接收到同一个帧。组播地址在以太网和FDDI中使用。可以让局域网上的部分是设备接收到同一个帧。在IP组播中也使用组播地址。功能地址只在令牌环上使用。功能地址区分一个或多个接口提供的特定功能。,2023/6/25,SWAU.CS.LK,6,以太网标准,2023/6/25,SWAU.CS.LK,7,快速以太网,2023/6/25,SWAU.CS.LK,8,以太网分段,局
3、域网分段的益处透明网桥使用路由器分段使用交换机分段,2023/6/25,SWAU.CS.LK,9,局域网分段的益处,超越距离限制通过减少或消除碰撞加快反应速度和增加吞吐量通过降低广播风暴和组播的影响加快反应速度和增加吞吐量增加每个用户的可用带宽限制到不同局域网段的流量,2023/6/25,SWAU.CS.LK,10,透明网桥,透明网桥的三个关键功能通过检查接收到的帧的源MAC地址学习MAC地址。根据MAC地址决定何时转发一个帧，何时过滤掉一个帧。和其他桥一起通过生成树协议创建一个没有环路的环境。,2023/6/25,SWAU.CS.LK,11,透明网桥单个以太网段,0200.3333.3333
4、,WebServer,NameServer,0200.2222.2222,0200.1111.1111,1,DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111,ARP(DNS),2,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222,ARP,3,DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111,DNS Request,4,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222,DNS Reply,5,DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111,ARP(Web)
5、,6,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333,ARP,7,DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111,Connect to Web,2023/6/25,SWAU.CS.LK,12,透明网桥,0200.3333.3333,WebServer,NameServer,0200.2222.2222,0200.1111.1111,1,DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111,ARP(DNS),0200.1111.1111 E0,E0,E1,Address Table After Step1,2,D
6、MAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222,ARP,0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E1,Address Table After Step2,3,DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111,DNS Request,0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E1,Address Table After Step3,4,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222,DNS Reply,5,DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1
7、111.1111,ARP(Web),6,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333,ARP,0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E10200.3333.3333 E1,Address Table After Step2,7,DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111,Connect to Web,2023/6/25,SWAU.CS.LK,13,透明网桥,透明网桥的一些功能广播和组播能够被桥转发透明网桥根据第二层的头和逻辑地址转发和第三层无关存储-转发（Store-and-Forward）是透明网桥的
8、典型操作透明网桥必须对帧进行处理，所以也增加了时延,2023/6/25,SWAU.CS.LK,14,透明网桥,透明网桥能够提供的好处因为每段都能达到以太网的最大长度，所以超越以太网的距离限制通过桥对帧的过滤减少了碰撞桥不能降低广播/组播的影响每一段分别运行在10或100Mbps代替了整个段运行在10或100Mbps，增加了可用带宽可以在桥上对帧进行限制和过滤,2023/6/25,SWAU.CS.LK,15,使用路由器分段,0200.3333.3333,WebServer,NameServer,0200.2222.2222,0200.1111.1111,1,DMAC=FFFF.FFFF.FFFF
9、SMAC=0200.1111.1111,ARP(Router-E0),E0,E1,Notes:Addresses of frame on left-side Ethernet,2,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.4444.4444,ARP,3,DMAC=0200.4444.4444SMAC=0200.1111.1111,DNS Request,4,DNS Reply,5,DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111,ARP(Web),6,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333,ARP,7,DMAC=
10、0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111,Connect to Web,0200.4444.4444,0200.5555.5555,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.4444.4444,2023/6/25,SWAU.CS.LK,16,使用路由器分段,使用路由器分段的功能广播和组播帧不被路由器转发（默认）路由器使用第三层头和逻辑地址交换包，是第三层协议相关的路由器通常使用存储-转发，同样增加时延路由器转发一个包前要进行很多处理，这些也要增加时延,2023/6/25,SWAU.CS.LK,17,使用路由器分段,使用路由器分段的益处超越了距离限制同一
11、段的流量不被转发，减少了碰撞路由器不转发广播/组播（默认）降低了广播/组播的影响路由器提供了更好的可管理性，路由器可以提供对于包更详细的内容路由器提供比透明网桥更多的功能，比如包的分片和重组，插入包的生存时间控制额外的处理同样比透明网桥引入了更多的时延,2023/6/25,SWAU.CS.LK,18,使用交换机分段,0200.3333.3333,WebServer,NameServer,0200.2222.2222,0200.1111.1111,1,DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111,ARP(DNS),0200.1111.1111 E0,E0,E1,A
12、ddress Table After Step1,2,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222,ARP,0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E2,Address Table After Step2,3,DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111,DNS Request,0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E2,4,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222,DNS Reply,5,DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200
13、.1111.1111,ARP(Web),6,DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333,ARP,0200.1111.1111 E00200.2222.2222 E20200.3333.3333 E1,Address Table After Step2,7,DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111,Connect to Web,E2,2023/6/25,SWAU.CS.LK,19,使用交换机分段,在交换机中同时传送帧,a,b,c,d,2023/6/25,SWAU.CS.LK,20,使用交换机分段,Full-Duplex,a,b
14、,c,2023/6/25,SWAU.CS.LK,21,使用交换机分段,使用交换机分段的功能广播和组播能够被交换机转发交换机使用第二层头和逻辑地址，与第三层无关。存储-转发和cut-through识交换机典型的处理方式。cut-through时延较小，单时增加了转发出错包的风险交换机必须对帧进行处理，引入了时延,2023/6/25,SWAU.CS.LK,22,使用交换机分段,使用交换机分段的益处超越了距离限制减少了碰撞，因为帧只在特定口发送交换机不能降低组播影响。但是可以通过组播协议降低组播影响因为每段分别运行在10或100Mbps增加了可用带宽可以限制用户流量可以同时转发多个帧交换机通常在硬件
15、上进行了优化，同透明网桥相比，时延较小,2023/6/25,SWAU.CS.LK,23,局域网交换和虚网,交换机的基本逻辑操作接收一个帧如果目的地址是广播地址或组播地址，在全部端口转发如果目的地址是单播地址，地址表里没有，在全部段口转发如果目的地址是单播地址，地址表里有，在相应端口转发，除非地址对应该帧进入的端口。,2023/6/25,SWAU.CS.LK,24,局域网交换和虚网,交换机内部处理,2023/6/25,SWAU.CS.LK,25,局域网交换和虚网,冲突域,2023/6/25,SWAU.CS.LK,26,局域网交换和虚网,广播域,2023/6/25,SWAU.CS.LK,27,虚网
16、,一个虚网是由一个或多个交换机创建的广播域。虚网可以通过交换机的配置实现，也可以是通过外部的服务器同交换机通讯配置。通常可以分为基于端口的虚网，基于协议的虚网，基于MAC的虚网等。,2023/6/25,SWAU.CS.LK,28,虚网,IP Subnet10.1.1.0/24IPX network 1,IP Subnet10.1.2.0/24IPX network 2,IP Subnet10.1.3.0/24IPX network 3,E1,E0,E2,2023/6/25,SWAU.CS.LK,29,虚网,E1,E8,E10,E11,SW1,SW2,Address TableVlan 1020
17、0.1111.0001 E10200.1111.0002 E10,02000.1111.0001,Vlan1,Vlan2,Vlan2,Vlan1,02000.2222.0001,02000.1111.0002,02000.2222.0002,Address TableVlan 10200.2222.0001 E110200.2222.0002 E1,E1,E8,Trunking port,2023/6/25,SWAU.CS.LK,30,虚网,Frame Trunking/Tagging Protocols,2023/6/25,SWAU.CS.LK,31,虚网,虚网的益处使用虚网，增加了网络的灵
18、活性。方便增加，移动设备。强迫虚网间进行第三层路由(如不是3层交换机或者不能外接路由器，可以)，加强了系统管理。分成多个广播域，降低了广播占用的带宽降低了联网设备的CPU利用率，因为减少了广播数量,2023/6/25,SWAU.CS.LK,32,生成树协议,生成树协议的主要作用是在有多个路径情况下动态的创建桥接/交换网络。通过发送CBPDUs(Configuration Bridge Protocol Data Unit)，配置端口的状态转发或阻塞。,2023/6/25,SWAU.CS.LK,33,生成树协议如何工作,B1,B2,B3,B4,B5,E0,E0,E1,E1,E0,E0,E1,E1
19、,E0,E1,2023/6/25,SWAU.CS.LK,34,生成树协议如何工作,生成树算法所有在根桥的端口处于转发状态每个非根桥的具有管理员赋予的它和根之间的一个端口叫做桥的根端口，处于转发状态。连接到同一个段的几个端口通过CBPDU声明到根桥的距离，具有最小值的桥叫做designated bridge。Designated bridge上的端口处于转发状态。,2023/6/25,SWAU.CS.LK,35,生成树协议如何工作,2023/6/25,SWAU.CS.LK,36,生成树协议如何工作,B1,B2,B3,B4,B5,E0,E0,E1,E1,E0,E0,E1,E1,E0,E1,ID i
20、s 0200.1111.1111Priority 1Root is 0200.1111.1111Cost is 0,ID is 0200.5555.5555Priority 1Root is 0200.1111.1111Cost is 10,ID is 0200.4444.4444Priority 1Root is 0200.1111.1111Cost is 110,ID is 0200.3333.3333Priority 1Root is 0200.1111.1111Cost is 200,ID is 0200.2222.2222Priority 1Root is 0200.1111.1111Cost is 100,B5,2023/6/25,SWAU.CS.LK,37,生成树协议如何工作,B1,B2,B3,B4,B5,E0,E0,E1,E1,E0,E0,E1,E1,E0,E1,RP,RP,RP,RP,
