计算机网络第6章课件

1、网络互连技术中山大学新华学院 周宇文本地回路本地回路编码解码器编码解码器CodecCodec编码解码器编码解码器CodecCodec用户设备用户设备用户设备用户设备ModemModemModemModem端局端局端局端局长途局长途局数字干线数字干线模拟线路模拟线路（本地回路）（本地回路）模拟线路模拟线路（本地回路）（本地回路）绝大多数为绝大多数为模拟模拟线路线路计算机间传输：以计算机间传输：以模拟模拟为主，所以信号要经为主，所以信号要经过多次变换：过多次变换：数字数字模拟模拟数字数字模拟模拟数字数字A2/4A/DA/DD/AD/A数字信号数字信号交换机 1交换机 2V.34 33.6 kb/s

2、 调制解调器BD/AA/D4/2V.34 33.6 kb/s 调制解调器产生量化噪声产生量化噪声产生量化噪声产生量化噪声用户环路模拟信号用户环路模拟信号A2/4A/DA/D交换机因特网服务提供者V.90 56 kb/s调制解调器D/AV.90 56 kb/s调制解调器数字信号数字信号 至因特网（数字信号）用户环路模拟信号仅在此处产生量化噪声仅在此处产生量化噪声 u多端口的中继器，属于物理层设备多端口的中继器，属于物理层设备u功能：功能：信号整形和放大信号整形和放大u盒中总线盒中总线u网络网络物理拓扑物理拓扑形式：形式：总线连接总线连接星形连接星形连接u集线器的集线器的优点优点: :当一个站点发

3、生故障时，不影响当一个站点发生故障时，不影响其他站点其他站点, ,发现并隔离故障端口。发现并隔离故障端口。u混接不同传输介质网络混接不同传输介质网络集线器分类集线器分类u独立式（独立式（Stand aloneStand alone）：）： 固定端口配置，扩充时用级连固定端口配置，扩充时用级连的方法的方法u堆叠式（堆叠式（StackableStackable）：）： 固定配置，用堆叠方法进行扩固定配置，用堆叠方法进行扩充充堆叠连接在一起的堆叠连接在一起的HUBHUB在逻在逻辑相当于一台单独的辑相当于一台单独的HUBHUB，可统一，可统一管理管理u模块化（模块化（ModuleModule）：）：

4、又称机箱式，由一台带有底板又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不同的插卡满需配置，通过插入不同的插卡满足需求足需求一系三系二系主干集线器堆叠和级联堆叠和级联是多台交换机或集线器连接在一起的两种方式。是多台交换机或集线器连接在一起的两种方式。相同点：相同点：主要目的是增加端口密度。主要目的是增加端口密度。不同点：不同点：1、级联可通过一根双绞线在、级联可通过一根双绞线在任何网络设备厂家任何网络设备厂家的交换机之间，的交换机之间，集线器之间，或交换机与集线器之间完成。而堆叠只有在集

5、线器之间，或交换机与集线器之间完成。而堆叠只有在自己厂家的设备自己厂家的设备之间，且此设备必须具有堆叠功能才可实现。之间，且此设备必须具有堆叠功能才可实现。2、级联只需单做一根双绞线，堆叠需要、级联只需单做一根双绞线，堆叠需要专用专用的堆叠模块和堆叠的堆叠模块和堆叠线缆。线缆。3、交换机的级联在理论上是没有级联个数限制的，集线器级、交换机的级联在理论上是没有级联个数限制的，集线器级联有个数限制，且和带宽的要求不同，而堆叠各个厂家的设备联有个数限制，且和带宽的要求不同，而堆叠各个厂家的设备会标明最大堆叠个数。会标明最大堆叠个数。4、多台交换机堆叠在一起，从、多台交换机堆叠在一起，从逻辑上来说，它

6、们属于同一个逻辑上来说，它们属于同一个设备设备。而级联的设备。而级联的设备逻辑上是独立的逻辑上是独立的，如果想要网管这些设备，如果想要网管这些设备，必须依次连接到每个设备。必须依次连接到每个设备。5、级联扩展增加、级联扩展增加连接距离连接距离，堆叠扩展背板，堆叠扩展背板带宽带宽，不存在瓶颈。，不存在瓶颈。TCP 报文IP 数据报MAC 帧应用层数据首部首部尾部首部链路层及以下使用硬件地址硬件地址网络层及以上 使用 IP 地址IP 地址HubS Din telI n t e l E xp re s s1 0 /1 0 0 S ta c k a b le H u bC h a n g e h ub

7、 s p e edP o we rC o l li s io nM a n a g e d1 0 B A S E - T1 0 0 B A S E - T XS ta tu sB la c k - W i r in g s p e e dC la s sIS o l id - Do w n lo a dA m b e r ( M g m t )B la c k - A ct iv i tyS o l id - L in kG r e e n ( v t )1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 02 12 22 32 4ServerLaser prin

8、terWorkstationWorkstationWorkstationEthernet BusLaser printerWorkstationServerLaptopHubS Din telI n t e l E xp re s s1 0 /1 0 0 S ta c k a b le H u bC h a n g e h ub s p e edP o we rC o l li s io nM a n a g e d1 0 B A S E - T1 0 0 B A S E - T XS ta tu sB la c k - W i r in g s p e e dC la s sIS o l i

9、d - Do w n lo a dA m b e r ( M g m t )B la c k - A ct iv i tyS o l id - L in kG r e e n ( v t )1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 02 12 22 32 4ServerLaser printerWorkstationWorkstationWorkstation网桥网桥BLAN1LAN2b1b2MAC PORTA b1B b1C b2转转发发表表ABC帧帧FaFa源主机源主机目的主机目的主机lB1B1从从b b1111接收帧接收帧FaFa，从从b b121

10、2向向LAN2LAN2扩散帧扩散帧FaFalB1B1从从FaFa的的SASA学到学到A A A b11源主机源主机目的主机目的主机M A C P o r t # A b1 1 B1B2 A b22源主机源主机目的主机目的主机源主机源主机目的主机目的主机B1B2M A C P o r t # A b1 1 H b24源主机源主机目的主机目的主机 M A C P o r t # A b1 1 B b1 1 C b1 2 D b1 2 E b1 2 F b1 2 G b1 2 H b1 2 M A C P o rt # A b2 2 B b2 2 C b2 2 D b2 3 E b2 3 F b2

11、4 G b2 4 H b2 4l主动发送数据的站点填入主动发送数据的站点填入l定时刷新，删除不活动站点定时刷新，删除不活动站点基本思想基本思想: : 让网桥彼此之间传递特殊的消息让网桥彼此之间传递特殊的消息-“-“配置消息配置消息” ” ，使它们能计算生成树。，使它们能计算生成树。 802.1802.1把这种特殊的消息称为把这种特殊的消息称为“配置网桥协议数配置网桥协议数据单元据单元”或者或者“配置配置BPDU”BPDU”。配置消息中包含足够信息，以便于网桥可做以下工作：配置消息中包含足够信息，以便于网桥可做以下工作：1)1) 在所有在所有LANLAN的网桥中，选出其中的一个作为的网桥中，选出

12、其中的一个作为根网桥根网桥2)2) 计算出这些网桥自己到这个根网桥的计算出这些网桥自己到这个根网桥的最短路径最短路径。3)3)网桥选择一个端口（网桥选择一个端口（根端口根端口），这个端口给出的路径），这个端口给出的路径是此网桥到根网桥的最短路径。是此网桥到根网桥的最短路径。4)4) 对每一个对每一个LANLAN，从位于其上的网桥中选出一，从位于其上的网桥中选出一指定网桥指定网桥。这个网桥必须是离根网桥最近的那个网桥。指定网桥。这个网桥必须是离根网桥最近的那个网桥。指定网桥负责将其所在负责将其所在LANLAN上的帧转发给根网桥。上的帧转发给根网桥。5)5) 选择那些包含在选择那些包含在生成树上的

13、端口生成树上的端口。这些端口由。这些端口由根端根端口以及此网桥成为指定网桥时所在的端口口以及此网桥成为指定网桥时所在的端口组成。组成。配置消息配置消息 网桥发送一个配置消息到某个端口，消息被连接到网桥发送一个配置消息到某个端口，消息被连接到这个端口的这个端口的LANLAN上其他网桥接收到。上其他网桥接收到。配置信息中包括：配置信息中包括： 根根IDID：根网桥的根网桥的IDID。 发送网桥的发送网桥的IDID：发送这个配置信息的网桥的：发送这个配置信息的网桥的IDID。 费用费用：从发送网桥到根网桥的最小花费路径（最起码：从发送网桥到根网桥的最小花费路径（最起码是发送网桥目前知道的最佳路径）的

14、费用。是发送网桥目前知道的最佳路径）的费用。 网桥开始时假定它自己是根网桥，向它的所有端口网桥开始时假定它自己是根网桥，向它的所有端口发送配置信息，把自己的发送配置信息，把自己的IDID作为根网桥和发送网桥，费作为根网桥和发送网桥，费用设为用设为0 0。 网桥不断地从它的每一个端口接收到配置信息，并网桥不断地从它的每一个端口接收到配置信息，并且保留每个端口的且保留每个端口的“最优最优” ” 配置信息配置信息比较配置消息比较配置消息计算根计算根IDID以及到根网桥的费用以及到根网桥的费用某网桥某网桥B,IDB,ID为为1818，从每个端口收到的最优配置信息：，从每个端口收到的最优配置信息： 根根

15、IDID费用费用发送网桥发送网桥端口端口1 1121293935151端口端口2 2121285854747端口端口3 381810 08181端口端口4 4151531312727到根网桥的距离到根网桥的距离:85+1:85+1费用最小值费用最小值根端口根端口: :端口端口2-2-通过它到达根网桥的费用最少通过它到达根网桥的费用最少 当当B B确定根以及它到根的距离后，确定根以及它到根的距离后， B B可确定自己可确定自己的配置信息，并将与在每个端口收到的最优配置信息的配置信息，并将与在每个端口收到的最优配置信息进比较，确定进比较，确定B B是否是该端口的指定网桥。是否是该端口的指定网桥。

16、B B的配置信息为的配置信息为:1 2 8 6 1 8:1 2 8 6 1 8。 B B的配置信息优于端口的配置信息优于端口1 1、3 3和和4 4所收到的配置信息所收到的配置信息，因而，因而B B被认为是端口被认为是端口1 1、3 3 、 4 4上的指定网桥（除非上的指定网桥（除非它在这些端口上接收到更优的配置信息），并且向这它在这些端口上接收到更优的配置信息），并且向这些端口发送些端口发送B B的配置信息。的配置信息。指定网桥指定网桥B B计算出根、到根的费用、每个端口的指定网桥，确计算出根、到根的费用、每个端口的指定网桥，确定定生成树上的端口包括生成树上的端口包括：1)1) B B的根端

17、口的根端口: :端口端口2 2。2)2) B B为其指定网桥的那些端口为其指定网桥的那些端口: :端口端口1 1，3 3和和4 4。 被被B B选为生成树上的端口处于选为生成树上的端口处于转发状态转发状态: :通过端口通过端口转发或接收包。转发或接收包。 其他端口处于其他端口处于阻塞状态阻塞状态: :不从这些端口上接收或不从这些端口上接收或转发包。转发包。选择生成树的端口选择生成树的端口示例示例: :根根:41:41 到根的最短距离到根的最短距离:13(:13(通过端口通过端口3 3或或4)4) 根端口根端口:4:4端口端口4 4的邻接网桥的邻接网桥ID=111ID=111，小于，小于3 3邻

18、接网桥邻接网桥ID=315ID=315配置信息配置信息: :41 13 9241 13 92，优于端口，优于端口1 1和和2 2收到的配置信息收到的配置信息在端口在端口1 1和和2 2上把自己设为指定网桥上把自己设为指定网桥根据指定网桥根据指定网桥IDID序号序号: :不优于在端口不优于在端口5 5配置信息配置信息:41 13 90:41 13 90 B B把端口把端口4 4（根端口）及端口（根端口）及端口1 1、2 2（网桥（网桥B B为其指定为其指定网桥的端口）做为生成树上的端口；网桥的端口）做为生成树上的端口； 端口端口3 3、5 5将被设为阻塞状态将被设为阻塞状态解决共享信道解决共享信

19、道LANLAN冲突问题冲突问题-交换交换一系三系二系10BASE-T至因特网100 Mb/s100 Mb/s100 Mb/s万维网服务器电子邮件 服务器以太网交换机路由器桥桥桥桥交换机交换机存储转发（存储转发（Store and forwardStore and forward） 整个帧完整接收并存储到缓冲区，对整个帧进行差错检整个帧完整接收并存储到缓冲区，对整个帧进行差错检验，然后再查表找出目的端口并转发验，然后再查表找出目的端口并转发 优点优点: :进行差错校验，错误不会扩散到目的网段；进行差错校验，错误不会扩散到目的网段； 适用于不同结构、速率网络互连。适用于不同结构、速率网络互连。 缺

20、点：交换延迟比较大缺点：交换延迟比较大穿通转发（穿通转发（Cut-throughCut-through） 因为转发仅依赖于目的地址因为转发仅依赖于目的地址DADA，所以只要收到帧的前，所以只要收到帧的前6 6个个字节字节(DA(DA字段字段) )，就可查表找出目的端口并转发，就可查表找出目的端口并转发 优点：交换延迟小优点：交换延迟小 缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段 容易丢包，不能连接不同速率和结构的容易丢包，不能连接不同速率和结构的网络网络 无碎片穿通（无碎片穿通（Fragment free cut-throughFragment

21、 free cut-through） 以上两种方案的折衷。以上两种方案的折衷。 帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为64B64B 6464字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧) ) 优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率 缺点：长度大于缺点：长度大于6464字节的错误帧仍会转发，转发延时字节的错误帧仍会转发，转发延时高于直通式高于直通式FrameFrameFrameFrameFrame穿通法转发点，穿通法转发点，在目的地址之后在目的地址之后改进型穿通法改

22、进型穿通法转发点，在转发点，在6464字节数据之后字节数据之后存储法转发存储法转发点，在点，在CRC之后之后交换机在网络中的地位交换机在网络中的地位LANLAN核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等网络通信流量高，网络响应速度要求高网络通信流量高，网络响应速度要求高, ,如图像处理、视频流等如图像处理、视频流等提高交换机性能的措施提高交换机性能的措施 服务器连接服务器连接：增加：增加1-21-2个高速端口个高速端口(Big Pipe)(Big Pipe)。 速度自动协商速度自动协商：10/100Mbps10/100Mbps自适应。自动调整端口速率。自适

23、应。自动调整端口速率。 虚拟网络虚拟网络VLANVLAN：交换机划分的：交换机划分的VLANVLAN逻辑上完全独立，广播逻辑上完全独立，广播帧不会越过逻辑网络边界。帧不会越过逻辑网络边界。 流量控制流量控制：为防止缓冲区溢出，快满时向到达端口发拥塞：为防止缓冲区溢出，快满时向到达端口发拥塞信号信号, ,造成冲突假象使发送站停止发送造成冲突假象使发送站停止发送背压控制背压控制 根据错误帧出现概率自动进行存储转发和直通的切换根据错误帧出现概率自动进行存储转发和直通的切换Catalyst 1900Catalyst 1900Catalyst 2820Catalyst 2820工作在第三层（网络层工作在

24、第三层（网络层）在网络之间存储转发在网络之间存储转发网络层分组网络层分组。提供按最佳路由转发网络分组。提供按最佳路由转发网络分组。逻辑子网划分与隔离逻辑子网划分与隔离隔离广播域隔离广播域网络互连：网络互连：LANLAN连接连接WANWAN所用设备所用设备 HUB HUB独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域独立的冲突域交换机交换机广播域广播域交换机可以分隔冲突域和故障域交换机可以分隔冲突域和故障域 HUBHUB HUB HUB路由器路由器冲突域冲突域2 2冲突域冲突域1 1路由器可以分隔冲突域和广播域路由器可以分隔冲突域和广播域广播域广播域广播域广播域LAN1LAN1PCPC机机WANWANLA

25、N2LAN2R1R1R2R2用路由器通过用路由器通过WANWAN连接两个连接两个LANLAN 一般说来，通过一般说来，通过WANWAN实现实现LANLAN之间的互联，路由之间的互联，路由器是唯一可行的设备器是唯一可行的设备控制部件（控制部件（CPUCPU、内存、内存、OSOS）路由表路由表协议软件协议软件网络接口（网络接口（LANLAN、WANWAN、CONSOLECONSOLE）版本版本 V头长头长HL标识符标识符 Identification 总长度总长度 TLEN服务类型服务类型 TOS分片偏移量分片偏移量 Offset标志标志Flag生存时间生存时间 TTL 协议协议 Protocol

26、分组头校验和分组头校验和 Checksum源源 IP 地址地址目的目的 IP 地址地址IP 选项选项 Option填充填充 Pad数据：0 4 8 16 19 24 310 4 8 16 19 24 31IP IP 地址是层次化的，与硬件地址无关的地址是层次化的，与硬件地址无关的“逻辑逻辑”地址地址 Internet网络网络主机主机主机主机子网主机网络地址 主机地址IP IP 地址地址 网络地址长度网络地址长度: :整个互整个互连网中能包括多少个网络连网中能包括多少个网络? ? 主机地址长度主机地址长度: :每个网每个网络中能包括多少个主机络中能包括多少个主机? ?TCP 报文IP 数据报MA

27、C 帧应用层数据首部首部尾部首部链路层及以下使用硬件地址硬件地址网络层及以上 使用 IP 地址IP 地址lIPIP地址可以根据其结构的不同进行分类地址可以根据其结构的不同进行分类; ;32bit32bitl126126个个A A类网络类网络, , 每个每个A A类网主机地址数约类网主机地址数约16001600万万0 0网络地址网络地址主机地址主机地址7bit7bit24bit24bitl1638216382个个B B类网，每个类网，每个B B类网的主机地址类网的主机地址6553465534个；个；1010网络地址网络地址主机地址主机地址14bit14bit16bit16bitl2,000,00

28、02,000,000个个C C类网，每个类网，每个C C类网主机地址为类网主机地址为254254个；个；110110 网络地址网络地址主机地址主机地址21bit21bit8bit8bit作用：作用：区分地址中的网络地址与主机地址区分地址中的网络地址与主机地址 ，划分子网。，划分子网。缺省的子网掩码：用于未划分子网的网络。缺省的子网掩码：用于未划分子网的网络。A A类：类：255.0.0.0255.0.0.0B B类：类：255.255.0.0255.255.0.0C C类：类：255.255.255.0255.255.255.0路由器工作原理路由器工作原理路由表路由表用于存放到达其他网络的路由

29、信息。用于存放到达其他网络的路由信息。 采用存储转发的方法：采用存储转发的方法： 交换机交换机: “: “端口端口-MAC-MAC地址地址”表，存放端口与目的表，存放端口与目的MACMAC地地址间的关系，用帧中的目的址间的关系，用帧中的目的MACMAC地址，查表；地址，查表； 路由器路由器: “: “端口端口- -网络地址网络地址”表，存放端口与目的网络表，存放端口与目的网络地址之间的关系，接收并缓存地址之间的关系，接收并缓存IPIP分组，提取分组中目的分组，提取分组中目的IPIP地址，计算出其中的网络地址，查表。地址，计算出其中的网络地址，查表。路由表的维护有两种基本方式：路由表的维护有两种

30、基本方式： 静态路由静态路由由人工预先设置好，只适用于小型网络由人工预先设置好，只适用于小型网络 动态路由动态路由路由器运行过程中根据网络情况自动动态维护路由器运行过程中根据网络情况自动动态维护路由：路由：用下一相邻路由器的对应端口的用下一相邻路由器的对应端口的IPIP地址来表示。地址来表示。n路径成本路径成本/ /开销开销/ /距离（可选）：用步跳数来表示，指出到达某距离（可选）：用步跳数来表示，指出到达某一网络所跨越的路由器的个数一网络所跨越的路由器的个数 目的网络目的网络路由路由( (下一站点下一站点) )距离（可选）距离（可选）172.16.0.0172.16.0.0202.168.0

31、.0202.168.0.010.0.0.010.0.0.0202.168.0.2202.168.0.2202.168.0.0202.168.0.0直接直接172.16.0.172.16.0.0 010.0.0.010.0.0.0A AB BA A的的路路由由表表直接直接172.16.0.1172.16.0.1202.168.0.1202.168.0.1202.168.0.2202.168.0.210.0.0.110.0.0.10 00 01 1基于路由表的路由选择基于路由表的路由选择注意：注意：路由器根据网络地址转发路由器根据网络地址转发IPIP包，所以路由表中存放的是包，所以路由表中存放的是

32、目的网络地址目的网络地址，而，而不是目的主机地址不是目的主机地址。类比：类比：邮政局在城市间转发信件依据的是城市名。邮政局在城市间转发信件依据的是城市名。优点：优点：路由表小，节省存储空间，路由速度快。路由表小，节省存储空间，路由速度快。R1H1H2内部网关协议IGP（例如，RIP）自治系统 A自治系统 B自治系统 CIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPEGPEGPEGP内部网关协议IGP（例如，OSPF）外部网关协议EGP（例如，BGP-4）IGPR3R2二层交换机只能构建单一的广播域二层交换机只能构建单一的广播域 分割广播域时，一般使用到分割广播域时，一

33、般使用到路由器路由器，以路由器上的，以路由器上的网络接口（网络接口（LAN InterfaceLAN Interface）为单位分割广播域。）为单位分割广播域。通常情况下路由器上网络接口较少，而且用户无法通常情况下路由器上网络接口较少，而且用户无法自由地根据实际需要分割广播域。自由地根据实际需要分割广播域。与路由器相比，二层交换机一般带有多个网络接口与路由器相比，二层交换机一般带有多个网络接口。因此如果能使用它分割广播域，运用上的灵活性会大。因此如果能使用它分割广播域，运用上的灵活性会大大提大提高。用于在高。用于在二层交换机上分割广播域的技术，就是二层交换机上分割广播域的技术，就是VLANVLAN。通过利用。通过利用VLANVLAN，可以自由设计广播域的构成，可以自由设计广播域的构成VLANVLAN隔离广播域隔离广播域 VLANVLAN间路由间路由 两台计算机即使连