计算机网络讲义4

1、计算机网络讲义计算机网络讲义管理科学与工程系 马维忠 计算机网络讲义2拓扑悖论拓扑悖论l对以太网技术的描述中存在一个明显的矛对以太网技术的描述中存在一个明显的矛盾盾l以太网使用总线拓扑结构以太网使用总线拓扑结构l双绞线以太网布的线不像是总线。双绞线以太网布的线不像是总线。l事实上，按照前面的定义，事实上，按照前面的定义，10Base-T 布线布线形成星型拓扑形成星型拓扑计算机网络讲义3l以太网是总线拓扑，还是拓扑结构依赖于以太网是总线拓扑，还是拓扑结构依赖于布线？两者都是正确答案布线？两者都是正确答案l双绞线以太网形成一个典型的星型结构，双绞线以太网形成一个典型的星型结构，每台计算机都有一条到

2、中心集线器的专用每台计算机都有一条到中心集线器的专用连接连接l然而它的功能像总线：所有计算机共享一然而它的功能像总线：所有计算机共享一个通信介质；计算机必须竞争介质的使用，个通信介质；计算机必须竞争介质的使用，并且任何时候至多只有一台计算机能传输并且任何时候至多只有一台计算机能传输计算机网络讲义4l类似于传统以太网，所有计算机中的网络类似于传统以太网，所有计算机中的网络接口都能接收到每一个传输的包，并且网接口都能接收到每一个传输的包，并且网络接口负责以识别来自粗缆或细缆以太网络接口负责以识别来自粗缆或细缆以太网的包的相同方式来识别包。的包的相同方式来识别包。l结果是，当计算机向广播地址发送一帧

3、时，结果是，当计算机向广播地址发送一帧时，所有其他计算机都收到帧的一个副本。所有其他计算机都收到帧的一个副本。计算机网络讲义5l为了解决这个明显的矛盾及理解网络技术，为了解决这个明显的矛盾及理解网络技术，我们必须区分物理拓扑与逻辑拓扑。我们必须区分物理拓扑与逻辑拓扑。l从物理上讲，双绞线以太网使用星型拓扑。从物理上讲，双绞线以太网使用星型拓扑。l逻辑上讲，双绞线以太网的功能像总线。逻辑上讲，双绞线以太网的功能像总线。l这样，这样，10Base-T以太网通常叫做星型总线以太网通常叫做星型总线（star-shaped bus）。非正式地，双绞线）。非正式地，双绞线以太网也叫做盒中总线（以太网也叫做

4、盒中总线（bus in a box）或）或盒中网络（盒中网络（network in a box ）计算机网络讲义6网络接口卡与布线方案网络接口卡与布线方案l 由于网络接口包含了处理通信的电气细节的电路，由于网络接口包含了处理通信的电气细节的电路，它必须支持布线方案与网络技术。它必须支持布线方案与网络技术。l 例如，双绞线以太网的接口必须有一个例如，双绞线以太网的接口必须有一个RJ-45连连接器，且必须按照接器，且必须按照10Base-T的说明产生信号。然的说明产生信号。然而，细缆以太网的接口必须有一个而，细缆以太网的接口必须有一个BNC连接器，连接器，以及必须产生与细网相适应的信号。以及必须产

5、生与细网相适应的信号。l 为使改变布线方案可以不改变接口硬件，许多网为使改变布线方案可以不改变接口硬件，许多网络接口支持多种布线方案络接口支持多种布线方案计算机网络讲义计算机网络讲义8l尽管有多种连接器，但是一个特定接口任尽管有多种连接器，但是一个特定接口任何时候都只能使用一种布线方案。何时候都只能使用一种布线方案。l计算机中的软件必须激活一个连接器，其计算机中的软件必须激活一个连接器，其他的不用。他的不用。计算机网络讲义9l依靠一块网卡支持多种布线方案的优点是依靠一块网卡支持多种布线方案的优点是灵活性灵活性l一个站点能选择一种布线方案或在不替换一个站点能选择一种布线方案或在不替换接口硬件的情

6、况下改变布线方案。接口硬件的情况下改变布线方案。l更重要的是，因为计算机的物理地址是分更重要的是，因为计算机的物理地址是分配给网卡的，所以改变布线方案时计算机配给网卡的，所以改变布线方案时计算机的物理地址保持不变的物理地址保持不变计算机网络讲义10布线方案与其他网络技术布线方案与其他网络技术l其他网络技术能适合多种布线技术其他网络技术能适合多种布线技术l如最初的如最初的LocalTalk布线方案也使用收发器布线方案也使用收发器lLocal Talk 收发器并不连接在单一的电缆收发器并不连接在单一的电缆上。上。l相反地，相反地，Local Talk的布线使每个收发器都的布线使每个收发器都接近计算

7、机，然后利用每对收发器之间的接近计算机，然后利用每对收发器之间的点对点连接将所有的收发器连接成一根链点对点连接将所有的收发器连接成一根链计算机网络讲义计算机网络讲义12lLocal Talk网络也可以使用集线器连接。网络也可以使用集线器连接。l像双绞线以太网的集线器那样，像双绞线以太网的集线器那样，Local Talk 集线器也是一种能模拟电缆的电子设备。集线器也是一种能模拟电缆的电子设备。l这个集线器放在中心位置，并且每台计算这个集线器放在中心位置，并且每台计算机到集线器都有一条专用连接。机到集线器都有一条专用连接。计算机网络讲义13l具有多种布线方案并不只限于总线网络具有多种布线方案并不只

8、限于总线网络l几乎任何一种网络技术都能支持多种布线几乎任何一种网络技术都能支持多种布线方案，并且逻辑拓扑可以与物理拓扑不同。方案，并且逻辑拓扑可以与物理拓扑不同。计算机网络讲义14l例如，集线器布线通常用在例如，集线器布线通常用在IBM的令牌环中。的令牌环中。l每台计算机连接的集线器是一个电子设备。每台计算机连接的集线器是一个电子设备。l逻辑上讲，集线器管理一个环，包括令牌逻辑上讲，集线器管理一个环，包括令牌传输的细节，就像计算机连接到传统的环传输的细节，就像计算机连接到传统的环状布线。状布线。计算机网络讲义15l这样，在令牌环网中使用集线器布线会导这样，在令牌环网中使用集线器布线会导致网络有

9、两个拓扑结构：致网络有两个拓扑结构：l一个是物理上的星型结构，一个是逻辑上一个是物理上的星型结构，一个是逻辑上的环状结构。的环状结构。l结果是，令牌环网集线器有时候也叫做盒结果是，令牌环网集线器有时候也叫做盒中的环（中的环（ring in a box ）计算机网络讲义16l集线器的一个优点是能用电子方式处理故集线器的一个优点是能用电子方式处理故障。障。l例如，如果计算机与集线器之间的连接偶例如，如果计算机与集线器之间的连接偶然中断，集线器中的电路能检测出故障，然中断，集线器中的电路能检测出故障，把断开的站点从环中去除，并允许剩下的把断开的站点从环中去除，并允许剩下的计算机通信。计算机通信。计算

10、机网络讲义17包传输包传输局域网扩展：光纤调制解调器、中继器、局域网扩展：光纤调制解调器、中继器、网桥及交换机网桥及交换机 l前几章介绍了前几章介绍了基本的局域网技术基本的局域网技术和相关的和相关的布线方案布线方案。l设计局域网时必须综合考虑网络的设计局域网时必须综合考虑网络的运行速运行速度度、连接的、连接的距离距离及所需的及所需的费用费用计算机网络讲义18l设计者指定局域网能连接的计算机间的最设计者指定局域网能连接的计算机间的最大距离，典型的最大距离为几百米。大距离，典型的最大距离为几百米。l显然，局域网技术最好用于连接同一幢建显然，局域网技术最好用于连接同一幢建筑物内的计算机筑物内的计算机

11、l然而，以电子方式交互的用户并不总是位然而，以电子方式交互的用户并不总是位于相距几百米之内的办公室里于相距几百米之内的办公室里计算机网络讲义19l本章讨论扩展局域网的基本机制，本章讨论扩展局域网的基本机制，l以及使用光纤调制解调器、中继器和网桥以及使用光纤调制解调器、中继器和网桥来扩展局域网来扩展局域网计算机网络讲义20距离限制与局域网设计距离限制与局域网设计l局域网的连接距离是设计局域网时考虑的局域网的连接距离是设计局域网时考虑的一个基本方面一个基本方面l设计局域网时，工程师会综合考虑网络的设计局域网时，工程师会综合考虑网络的容量、最大延迟和能连接的最大距离容量、最大延迟和能连接的最大距离计

12、算机网络讲义21l为节约费用，局域网通常使用共享通信介为节约费用，局域网通常使用共享通信介质，如总线或环。质，如总线或环。l由于使用共享通信介质，设计局域网时应由于使用共享通信介质，设计局域网时应考虑到让每个工作站都能公平地访问共享考虑到让每个工作站都能公平地访问共享通信介质。通信介质。l例如，总线网使用例如，总线网使用C S M A / C D ，而环形，而环形网使用令牌传递来保证这一点。网使用令牌传递来保证这一点。计算机网络讲义22l限制局域网连接距离的主要因素就是公平限制局域网连接距离的主要因素就是公平访问机制访问机制l两个最常用的访问机制是两个最常用的访问机制是CSMA/CD和令牌和令

13、牌传递，它们的响应时间都和网络的大小成传递，它们的响应时间都和网络的大小成正比正比l为了达到较小的网络延迟，局域网的连接为了达到较小的网络延迟，局域网的连接距离就会受到限制距离就会受到限制计算机网络讲义23l另一个限制因素是硬件发射固定能量的电另一个限制因素是硬件发射固定能量的电磁波磁波l由于电信号在导线中传输时逐渐变弱，信由于电信号在导线中传输时逐渐变弱，信号不可能被传输到无限远。号不可能被传输到无限远。l为保证局域网中的所有站点都能接收到足为保证局域网中的所有站点都能接收到足够强的信号，设计人员要考虑计算机网络够强的信号，设计人员要考虑计算机网络所能连接的最大距离。所能连接的最大距离。计算

14、机网络讲义24光纤扩展光纤扩展l研究人员设计了一些扩展局域网的方法研究人员设计了一些扩展局域网的方法l设计的原理既不是增强由接口硬件产生的设计的原理既不是增强由接口硬件产生的信号的强度，也不是在最大连接距离范围信号的强度，也不是在最大连接距离范围外加长导线外加长导线l大多数的扩展机制是在标准的接口硬件上大多数的扩展机制是在标准的接口硬件上接入另外的硬件，使之能在较长距离内传接入另外的硬件，使之能在较长距离内传输信号输信号计算机网络讲义25l最简单的局域网扩展机制是在计算机和收最简单的局域网扩展机制是在计算机和收发器之间使用光纤和一对光纤调制解调器发器之间使用光纤和一对光纤调制解调器 fiber

15、 modeml因为光纤延迟短、带宽高，这种机制使计因为光纤延迟短、带宽高，这种机制使计算机能连接一个与远处网络相连接的收发算机能连接一个与远处网络相连接的收发器器计算机网络讲义26l在实际应用中，扩展硬件插在计算机和收在实际应用中，扩展硬件插在计算机和收发器之间。发器之间。l计算机发出标准的信号来控制收发器，收计算机发出标准的信号来控制收发器，收发器接收标准信号。发器接收标准信号。l因此，这一扩展可以使用标准网络接口硬因此，这一扩展可以使用标准网络接口硬件件计算机网络讲义计算机网络讲义28l每一个光纤调制解调器都有专门的硬件来每一个光纤调制解调器都有专门的硬件来完成两个功能：完成两个功能：lA

16、 U I 信号与数字信号之间的相互转换，信号与数字信号之间的相互转换，l数字信号与在光纤中传输的光脉冲之间的数字信号与在光纤中传输的光脉冲之间的相互转换相互转换l必须提供双向通信功能以使计算机能收发必须提供双向通信功能以使计算机能收发帧帧计算机网络讲义29l光纤调制解调器的主要优点是能连接远处光纤调制解调器的主要优点是能连接远处的局域网，而不必改变原来的局域网和计的局域网，而不必改变原来的局域网和计算机。算机。l由于光纤的延迟短，带宽高，它能在几公由于光纤的延迟短，带宽高，它能在几公里的范围内正常地工作。里的范围内正常地工作。l一般用它来把一幢大楼内的计算机连接到一般用它来把一幢大楼内的计算机

17、连接到另一幢大楼内的局域网中另一幢大楼内的局域网中计算机网络讲义30中继器中继器l前面提到限制局域网连接距离的一个因素前面提到限制局域网连接距离的一个因素是电子信号在传输时会衰减。是电子信号在传输时会衰减。l为消除这个限制，一些局域网用中继器来为消除这个限制，一些局域网用中继器来连接两根电缆连接两根电缆l中继器是能持续检测电缆中模拟信号的设中继器是能持续检测电缆中模拟信号的设备。备。l当它检测到一根电缆中有信号传来时，中当它检测到一根电缆中有信号传来时，中继器便转发一个放大的信号到另一根电缆继器便转发一个放大的信号到另一根电缆计算机网络讲义计算机网络讲义32l一个中继器连接两根称为网段一个中继

18、器连接两根称为网段 segment 的的以太网电缆，每个网段都连有通常的终结以太网电缆，每个网段都连有通常的终结器。器。l中继器不了解帧的格式，也没有物理地址。中继器不了解帧的格式，也没有物理地址。l中继器直接连到以太网电缆上，并且把信中继器直接连到以太网电缆上，并且把信号从一根电缆发送到另外一根电缆，而不号从一根电缆发送到另外一根电缆，而不等待一个完整的帧等待一个完整的帧计算机网络讲义33l由于中继器传输两个网段的所有信号，所由于中继器传输两个网段的所有信号，所以连在一个网段上的计算机能和连在另一以连在一个网段上的计算机能和连在另一个网段上的计算机通信。个网段上的计算机通信。l实际上，使用中

19、继器时源和目标计算机并实际上，使用中继器时源和目标计算机并不能判断它们是否连在同一或不同的网段不能判断它们是否连在同一或不同的网段上上计算机网络讲义34l仅仅增加中继器是否就能将以太网增加到仅仅增加中继器是否就能将以太网增加到很多个很多个500米网段吗？米网段吗？l答案是否定的答案是否定的l虽然这样能保证有足够的信号强度，但每虽然这样能保证有足够的信号强度，但每个中继器和网段都增加了延迟个中继器和网段都增加了延迟l以太网以太网CSMA/CD协议要求短时延，如果延协议要求短时延，如果延迟太长，协议就不能工作迟太长，协议就不能工作计算机网络讲义35l实际上，中继器是当前以太网标准的一部实际上，中继

20、器是当前以太网标准的一部分，如果任何一对工作站之间的中继器超分，如果任何一对工作站之间的中继器超过四个，网络便不能正常运行过四个，网络便不能正常运行l10Base-T布线中的一个以太网集线器也算布线中的一个以太网集线器也算作一个中继器作一个中继器计算机网络讲义36l中继器最初设计为用于连接两个距离较近中继器最初设计为用于连接两个距离较近的以太网网段（例如在一栋建筑物内），的以太网网段（例如在一栋建筑物内），l通过光纤调制解调器可以延长连接距离。通过光纤调制解调器可以延长连接距离。l光纤中继器内连接（光纤中继器内连接（fiber optic intra-repeater link ，FOIRL）

21、由通过光纤相连）由通过光纤相连的两个设备组成的两个设备组成计算机网络讲义37l该设备类似于中继器，每个设备连接一个该设备类似于中继器，每个设备连接一个网段，并用光纤通信。网段，并用光纤通信。l由于光纤延迟短，一个由于光纤延迟短，一个FOIRL可连接两幢可连接两幢大楼内的网段大楼内的网段计算机网络讲义38l 中继器有几个缺点。中继器有几个缺点。l 最大的缺点是中继器不了解一个完整的帧。最大的缺点是中继器不了解一个完整的帧。l 当从一个网段接收信号并转发至另一个网段时，当从一个网段接收信号并转发至另一个网段时，中继器不能区分该信号是否为一个有效帧或其他中继器不能区分该信号是否为一个有效帧或其他信号

22、。信号。l 因此当在一个网段内发生冲突时，中继器就向另因此当在一个网段内发生冲突时，中继器就向另一个网段发送不正确的信号，即与冲突相关的重一个网段发送不正确的信号，即与冲突相关的重叠信号。叠信号。l 类似地，当干扰（例如闪电）在网段中产生了电类似地，当干扰（例如闪电）在网段中产生了电噪声时，中继器会将它传输到另一个网段噪声时，中继器会将它传输到另一个网段计算机网络讲义39网桥网桥l同中继器一样，网桥（同中继器一样，网桥（bridge）也是连接）也是连接两个网段的设备两个网段的设备l但和中继器不一样，网桥能处理一个完整但和中继器不一样，网桥能处理一个完整的帧，并使用和一般计算机相同的接口设的帧，

23、并使用和一般计算机相同的接口设备备计算机网络讲义40l网桥以一种混合方式侦听每个网段上的信网桥以一种混合方式侦听每个网段上的信号，号，l当它从一个网段接收到一个帧时，网桥会当它从一个网段接收到一个帧时，网桥会检查并确认该帧是否已完整地到达，然后，检查并确认该帧是否已完整地到达，然后，如果需要的话就把该帧传输到其他网段如果需要的话就把该帧传输到其他网段计算机网络讲义41l这样，两个局域网网段通过网桥连接后，这样，两个局域网网段通过网桥连接后，就象一个局域网一样。就象一个局域网一样。l网中任何一台计算机可发送帧到任何其他网中任何一台计算机可发送帧到任何其他连在这两个网段中的计算机。连在这两个网段中

24、的计算机。l由于每个网段都支持标准的网络连接并使由于每个网段都支持标准的网络连接并使用标准的帧格式，计算机并不知道它们是用标准的帧格式，计算机并不知道它们是连接在一个局域网中还是连接在一个桥接连接在一个局域网中还是连接在一个桥接局域网中局域网中计算机网络讲义计算机网络讲义43l因为网桥能隔离一些故障，所以使用得比因为网桥能隔离一些故障，所以使用得比中继器更广泛中继器更广泛l网桥不会把一个网段上的冲突信号或故障网桥不会把一个网段上的冲突信号或故障的帧传输到另一个网段的帧传输到另一个网段计算机网络讲义44帧过滤帧过滤l大多数网桥并不仅仅只是从一个网段向另大多数网桥并不仅仅只是从一个网段向另一个网段

25、转发帧。一个网段转发帧。l实际上，一个典型的网桥是包括具有实际上，一个典型的网桥是包括具有C P U 、存储器和两个网络接口的计算机、存储器和两个网络接口的计算机计算机网络讲义45l网桥不运行应用软件，它只完成一个功能：网桥不运行应用软件，它只完成一个功能：lC P U 仅执行只读存储器中的代码。仅执行只读存储器中的代码。l网桥最有用的功能是帧过滤（网桥最有用的功能是帧过滤（frame filtering ）在需要时网桥才转发帧在需要时网桥才转发帧计算机网络讲义46l如果一台计算机向同一网段上的另一台计如果一台计算机向同一网段上的另一台计算机发送帧，网桥就无需向另一网段转发算机发送帧，网桥就无

26、需向另一网段转发该帧。该帧。l当然，如果局域网支持广播或组播，网桥当然，如果局域网支持广播或组播，网桥就必须传输每一个广播帧或组播帧，使这就必须传输每一个广播帧或组播帧，使这个扩展桥接局域网象单个较大的局域网个扩展桥接局域网象单个较大的局域网计算机网络讲义47l为决定是否要转发帧，网桥使用帧头部的为决定是否要转发帧，网桥使用帧头部的物理地址。物理地址。l网桥知道网中每台计算机的位置。网桥知道网中每台计算机的位置。l当帧从一个网段到达时，网桥就取出并检当帧从一个网段到达时，网桥就取出并检查目标地址查目标地址计算机网络讲义48l如果目的计算机所在网段与该帧所到达的如果目的计算机所在网段与该帧所到达

27、的网段相同，网桥不转发而把它丢弃。网段相同，网桥不转发而把它丢弃。l如果目的计算机不在该帧所到达的网段上，如果目的计算机不在该帧所到达的网段上，则网桥把该帧转发到另一网段则网桥把该帧转发到另一网段l网桥能自动了解计算机的位置，可以称它网桥能自动了解计算机的位置，可以称它为自适应的（为自适应的（adaptive）或可学习（）或可学习（lear- ning）的网桥）的网桥计算机网络讲义49桥接网络的启动与稳态特性桥接网络的启动与稳态特性l在连接到桥接局域网网段上的每台计算机在连接到桥接局域网网段上的每台计算机发出帧后，连到该网段上的网桥就知道了发出帧后，连到该网段上的网桥就知道了所有计算机的位置，

28、并用这些信息来过滤所有计算机的位置，并用这些信息来过滤帧。帧。l这样，已运行较长时间的桥接网络能把帧这样，已运行较长时间的桥接网络能把帧限制在必须要发送的网段中限制在必须要发送的网段中l桥接网络的传播原则：稳定状态下，网桥桥接网络的传播原则：稳定状态下，网桥对每个帧只在必要时转发对每个帧只在必要时转发计算机网络讲义50l当然，当网络第一次启动时，网桥不知道当然，当网络第一次启动时，网桥不知道哪台计算机连接在哪个局域网网段上。哪台计算机连接在哪个局域网网段上。l因此，网桥将转发一台目标计算机的所有因此，网桥将转发一台目标计算机的所有帧，直到知道该计算机位置后帧，直到知道该计算机位置后计算机网络讲

29、义51l实际上，如果一台计算机不发送任何帧，网实际上，如果一台计算机不发送任何帧，网桥就不检测它的位置，并且会不必要地转发桥就不检测它的位置，并且会不必要地转发那些帧。那些帧。l幸运的是，计算机通常不会保持沉默。幸运的是，计算机通常不会保持沉默。l包含网络软件的计算机系统第一次启动时会包含网络软件的计算机系统第一次启动时会发出至少一个帧。发出至少一个帧。l并且，计算机间通信通常是双向的并且，计算机间通信通常是双向的一台能一台能接收到帧的计算机通常会发出一个响应。接收到帧的计算机通常会发出一个响应。l因此，网桥总能很快地知道计算机的位置。因此，网桥总能很快地知道计算机的位置。计算机网络讲义52规

30、划一个桥接网络规划一个桥接网络l传播原则不仅概括了网桥是怎样工作的传播原则不仅概括了网桥是怎样工作的它还提供了规划桥接网的基础。它还提供了规划桥接网的基础。l传播原则是这样决定桥接网设计的：网桥传播原则是这样决定桥接网设计的：网桥硬件能允许不同网段内的通信同时进行。硬件能允许不同网段内的通信同时进行。l所以，设计一个桥接网的关键是并行：当所以，设计一个桥接网的关键是并行：当网桥知道了所有计算机的位置后，各段内网桥知道了所有计算机的位置后，各段内的通信可同时进行的通信可同时进行计算机网络讲义53l频繁交互的计算机应安装在同一网段上。频繁交互的计算机应安装在同一网段上。l虽然在同一时间内，横跨两个

31、网段只能有虽然在同一时间内，横跨两个网段只能有两台计算机通信，但各自网段内的一对计两台计算机通信，但各自网段内的一对计算机之间的通信可以并行进行。算机之间的通信可以并行进行。计算机网络讲义54l因此设计网络时，通常会考虑计算机间的因此设计网络时，通常会考虑计算机间的交互方式，并利用这些信息把它们划分到交互方式，并利用这些信息把它们划分到各个网段。各个网段。l而且，一般频繁通信的计算机在物理上的而且，一般频繁通信的计算机在物理上的位置常常比较接近，那么，就可以把已有位置常常比较接近，那么，就可以把已有的局域网划分成两个网段，在两个网段间的局域网划分成两个网段，在两个网段间加入一个网桥，由此提高该

32、局域网的性能加入一个网桥，由此提高该局域网的性能计算机网络讲义55大楼间桥接大楼间桥接l类似中继器，网桥也能用来连接距离较远类似中继器，网桥也能用来连接距离较远的计算机的计算机l用一根光缆和一对调制解调器来连接一个用一根光缆和一对调制解调器来连接一个网桥和一个局域网网段，将允许该网段离网桥和一个局域网网段，将允许该网段离网桥较远网桥较远计算机网络讲义计算机网络讲义57l这种桥接网有三个优点：这种桥接网有三个优点：只需单条光纤连接，比用光纤连接每台计只需单条光纤连接，比用光纤连接每台计算机便宜算机便宜每个网段上可以自由的增减站点每个网段上可以自由的增减站点两个网段内可以同时通信两个网段内可以同时

33、通信计算机网络讲义58远程桥接远程桥接l在大多数国家中，法律不允许一个组织在在大多数国家中，法律不允许一个组织在两个站点间连接光缆，除非该组织拥有两两个站点间连接光缆，除非该组织拥有两个站点间的所有地产，并且光缆不穿越公个站点间的所有地产，并且光缆不穿越公共街道共街道计算机网络讲义59l更重要的是，一个组织的计算机间通信大更重要的是，一个组织的计算机间通信大多发生在一个站点中，站点间的通信不是多发生在一个站点中，站点间的通信不是很频繁。很频繁。l对这种情况，桥接局域网提供了一种通用对这种情况，桥接局域网提供了一种通用的解决方案：的解决方案：l在每个站点设置一个局域网网段，并用一在每个站点设置一

34、个局域网网段，并用一对网桥来连接这些网段对网桥来连接这些网段计算机网络讲义60l桥接网怎样才能跨越较远的距离呢？桥接网怎样才能跨越较远的距离呢？l有两种方法比较常见，每种方法都包含有有两种方法比较常见，每种方法都包含有一条远距离的点对点连接和特殊的网桥硬一条远距离的点对点连接和特殊的网桥硬件件计算机网络讲义61l第一种方法用租用串行线路（第一种方法用租用串行线路（leased serial line ）来连接站点，）来连接站点，l第二种方法用租用卫星频道来连接。第二种方法用租用卫星频道来连接。l租用串行线路因为比较便宜而使用得较多，租用串行线路因为比较便宜而使用得较多，但是卫星连接允许计算机通

35、信跨越任意长但是卫星连接允许计算机通信跨越任意长的距离的距离计算机网络讲义计算机网络讲义63l 由于受到带宽限制，在两个站点内都要完成过滤由于受到带宽限制，在两个站点内都要完成过滤帧的功能。帧的功能。l 与大楼间用光缆连接的情况不同，用租用线路连与大楼间用光缆连接的情况不同，用租用线路连接的桥接网通常使用较窄的带宽，从而可以节省接的桥接网通常使用较窄的带宽，从而可以节省费用。费用。l 典型桥接网所用的卫星频道比局域网网段的容量典型桥接网所用的卫星频道比局域网网段的容量小得多小得多l 5 6 K b p s 的卫星频道的容量小于一个典型局域的卫星频道的容量小于一个典型局域网容量的网容量的1 %，

36、l 使用电话标准使用电话标准T 1 的租用线路的容量大约是典型的租用线路的容量大约是典型局域网容量的局域网容量的1 5 %计算机网络讲义64l卫星频道没有足够的带宽来传输一个站点卫星频道没有足够的带宽来传输一个站点内的所有帧到另一个站点去过滤。内的所有帧到另一个站点去过滤。l所以每个站点的网桥硬件都知道该站点处所以每个站点的网桥硬件都知道该站点处所有计算机的地址，只有在必要时才转发所有计算机的地址，只有在必要时才转发帧帧计算机网络讲义65l由于局域网网段传输帧的速度比卫星发送由于局域网网段传输帧的速度比卫星发送快得多，快得多，l所以用于远距离连接的网桥硬件除了过滤所以用于远距离连接的网桥硬件除

37、了过滤功能，还需要有缓冲（功能，还需要有缓冲（buffering）功能。）功能。计算机网络讲义66l 缓冲意味着帧在发送之前必须存储在存储器中。缓冲意味着帧在发送之前必须存储在存储器中。l 本质上，网桥维护着一张等待发送的帧的列表。本质上，网桥维护着一张等待发送的帧的列表。l 当接收到从本地网段发送来的帧并确定要转发到当接收到从本地网段发送来的帧并确定要转发到别的站点，网桥就把它加入存储器中的待发送帧别的站点，网桥就把它加入存储器中的待发送帧列表。列表。l 如果卫星转发器是空闲的，网桥就发送该帧。如果卫星转发器是空闲的，网桥就发送该帧。l 如果卫星正忙，网桥就等待。如果卫星正忙，网桥就等待。l

38、 当卫星发送硬件发送完一帧后自动发送列表中的当卫星发送硬件发送完一帧后自动发送列表中的下一帧下一帧计算机网络讲义67l缓冲并不能完全解决问题缓冲并不能完全解决问题l如果从局域网中传来的帧持续以比卫星发如果从局域网中传来的帧持续以比卫星发送速度更快的速度到达，网桥的存储器可送速度更快的速度到达，网桥的存储器可能会溢出并开始丢弃帧。能会溢出并开始丢弃帧。l然而，大多数通信软件在发送完一些帧后然而，大多数通信软件在发送完一些帧后就等待应答。就等待应答。l这种情况下，网桥允许计算机以局域网的这种情况下，网桥允许计算机以局域网的速度发送少量帧速度发送少量帧计算机网络讲义68网桥环网桥环l因为网桥能发送和

39、接收帧，所以桥接网络因为网桥能发送和接收帧，所以桥接网络能连接许多网段能连接许多网段计算机网络讲义计算机网络讲义70l网桥将每个网段连接到桥接网的其他部分。网桥将每个网段连接到桥接网的其他部分。l虽然每个网桥都有一些延迟，整个网络仍虽然每个网桥都有一些延迟，整个网络仍会把任一网段中任一台计算机发出的帧传会把任一网段中任一台计算机发出的帧传输给另一网段中的任一台计算机输给另一网段中的任一台计算机计算机网络讲义71l广播方式也能在桥接网中工作，因为网桥广播方式也能在桥接网中工作，因为网桥总是转发发送到广播地址的帧总是转发发送到广播地址的帧l但并不是所有的网桥都应该转发广播帧，但并不是所有的网桥都应

40、该转发广播帧，因为网桥环会带来一些问题因为网桥环会带来一些问题计算机网络讲义计算机网络讲义73分布生成树分布生成树l为了防止无限循环的问题，桥接网必须保为了防止无限循环的问题，桥接网必须保证以下两种情况不同时发生：证以下两种情况不同时发生：所有网桥转发所有帧。所有网桥转发所有帧。桥接网包含有一个网桥环桥接网包含有一个网桥环计算机网络讲义74l实际系统中，总要有一些冗余的网桥来提实际系统中，总要有一些冗余的网桥来提高可靠性，因此网桥环不可避免高可靠性，因此网桥环不可避免l为防止循环，桥接网中的一些网桥必须保为防止循环，桥接网中的一些网桥必须保证不转发帧。证不转发帧。计算机网络讲义75l桥接网中为

41、防止循环的方案是比较有趣的，桥接网中为防止循环的方案是比较有趣的，因为它必须能自动实现。因为它必须能自动实现。l在一个站点内应该能够任意连接网桥，而在一个站点内应该能够任意连接网桥，而无需手工配置哪些网桥转发广播帧无需手工配置哪些网桥转发广播帧网桥网桥应该能够实现自动配置应该能够实现自动配置计算机网络讲义76l当网桥第一次启动时，它会和所在网段上当网桥第一次启动时，它会和所在网段上的其他网桥相互通信的其他网桥相互通信l在大多数技术中都给网桥保留了一个特殊在大多数技术中都给网桥保留了一个特殊的硬件地址。的硬件地址。l例如，以太网专门为网桥间的通信保留了例如，以太网专门为网桥间的通信保留了一个独占

42、的组播地址一个独占的组播地址计算机网络讲义77l 网桥执行一种称为分布生成树（网桥执行一种称为分布生成树（distributed spanning tree ，DST）的算法来决定哪些网桥）的算法来决定哪些网桥转发帧，转发帧，l DST 算法能使网桥知道如果允许转发是否会形成算法能使网桥知道如果允许转发是否会形成一个环。一个环。l 如果网桥发现与之相连的每个网段都已经包含一如果网桥发现与之相连的每个网段都已经包含一个允许转发帧的网桥时，它就不会转发帧。个允许转发帧的网桥时，它就不会转发帧。l 当当DST 算法完成后，同意转发帧的网桥形成一个算法完成后，同意转发帧的网桥形成一个无环图无环图计算机

43、网络讲义78交换交换l桥接的概念可以帮助解释一种应用越来越桥接的概念可以帮助解释一种应用越来越广的机制：交换（广的机制：交换（switching）l一般而言，如果网络硬件包括这样一种电一般而言，如果网络硬件包括这样一种电子设备，它能连接一台或多台计算机并允子设备，它能连接一台或多台计算机并允许它们收发数据，那么这种网络技术被称许它们收发数据，那么这种网络技术被称为交换的（为交换的（switched）l进一步地，一个交换局域网（进一步地，一个交换局域网（switched LAN ）包括单台电子设备，它能在多台计）包括单台电子设备，它能在多台计算机间传输帧算机间传输帧计算机网络讲义79l从物理上来看，交换机类似于