第四章4.2交換式以太網

學習目的共享以太網的工作機制交換式以太網的工作機制以太網交換機及其工作過程數據轉發方式、地址學習、生成樹協議學習要求

學習本章后，應該能夠理解以太網交換機及其工作過程知道數據轉發方式、地址學習、生成樹協議第四章4.2交換式以太網

學習步驟

步驟一1

步驟二2

步驟三3

步驟四4閱讀文字材料，了解共享式和交換式的區別學習主要內容，掌握以太網交換機的工作原理來做習題，進一步考察是否掌握知識點內容瀏覽知識庫，拓展自己的知識結構本章主要內容:共享以太網的工作機制交換式以太網的工作機制以太網交換機及其工作過程共享式以太網交換式以太網生成樹協議重難點:4.2.1共享式以太網共享式以太網的工作機制4.2.1共享式以太網共享式以太網存在的問題1．共享式以太網雖然具有搭建方法簡單、實施成本低（適合用于小型網絡）的優點，但它的缺點是明顯的：如果網絡中的用戶較多時，碰撞的幾率將會大大增大。2．在網絡設計中，網絡設備的選型具有決定性的意義。如果選型不當，很可能會導致網絡性能達不到要求，或者造成網絡設備的浪費。由于共享式以太網采用CSMA/CD機制，使得網絡沒有QoS（服務質量）保障。在數據鏈路層擴展局域網是使用網橋。網橋工作在數據鏈路層，它根據MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉發。網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，并不是向所有的端口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉發到哪一個端口84.2.1共享式以太網網橋的內部結構站表端口管理軟件網橋協議實體端口1端口2緩存①②③網段B網段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口網橋網橋④⑤⑥4.2.1共享式以太網使用網橋帶來的好處過濾通信量。擴大了物理范圍。提高了可靠性。可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網）的局域網。104.2.1共享式以太網使用網橋帶來的缺點存儲轉發增加了時延。在MAC子層并沒有流量控制功能。具有不同MAC子層的網段橋接在一起時時延更大。網橋只適合于用戶數不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產生網絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。114.2.1共享式以太網用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網橋1網橋2AB①②③④⑤⑥⑦⑧⑨物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個網橋之間還可使用一段點到點鏈路4.2.1共享式以太網網橋和集線器（或轉發器）不同集線器在轉發幀時，不對傳輸媒體進行檢測。網橋在轉發幀之前必須執行CSMA/CD算法。若在發送過程中出現碰撞，就必須停止發送和進行退避。在這一點上網橋的接口很像一個網卡。但網橋卻沒有網卡。

由于網橋沒有網卡，因此網橋并不改變它轉發的幀的源地址。134.2.1共享式以太網目前使用得最多的網橋是透明網橋(transparentbridge)。“透明”是指局域網上的站點并不知道所發送的幀將經過哪幾個網橋，因為網橋對各站來說是看不見的。透明網橋是一種即插即用設備，其標準是IEEE802.1D。144.2.1共享式以太網網橋在轉發表中登記以下三個信息站地址：登記收到的幀的源MAC地址。端口：登記收到的幀進入該網橋的端口號。時間：登記收到的幀進入該網橋的時間。轉發表中的MAC地址是根據源MAC地址寫入的，但在進行轉發時是將此MAC地址當作目的地址。如果網橋現在能夠從端口x收到從源地址A發來的幀，那么以后就可以從端口x將幀轉發到目的地址A。

154.2.1共享式以太網生成樹協議

生成樹協議（SpanninTreeProtocol，STP）是一種鏈路管理協議，它為網絡提供路徑冗余同時防止產生環路。生成樹協議允許網橋之間相互通信以發現網絡物理環路。該協議定義了一種算法，網橋能夠使用它創建無環路（loop-free）的邏輯拓撲結構。4.2.1共享式以太網透明網橋使用了生成樹協議這是為了避免產生轉發的幀在網絡中不斷地兜圈子。17局域網2局域網1網橋2網橋1

AFF2④F1③不停地兜圈子①②A發出的幀⑤網橋1轉發的幀⑥網橋2轉發的幀網絡資源白白消耗了4.2.1共享式以太網生成樹的得出每隔幾秒鐘每一個網橋要廣播其標識號(由生產網橋的廠家設定的一個惟一的序號)和它所知道的其他所有在網上的網橋。生成樹算法選擇一個網橋作為支撐樹的根(例如，選擇一個最小序號的網橋)，然后以最短路徑為依據，找到樹上的每一個結點。當互連局域網的數目非常大時，支撐樹的算法很花費時間。這時可將大的互連網劃分為多個較小的互連網，然后得出多個支撐樹。184.2.1共享式以太網源路由網橋透明網橋容易安裝，但網絡資源的利用不充分。源路由(sourceroute)網橋在發送幀時將詳細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送一個發現幀，每個發現幀都記錄所經過的路由。發現幀到達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送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。194.2.1共享式以太網用以太網交換機擴展局域網20集線器集線器集線器一系三系二系10BASE-T至因特網100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網服務器電子郵件服務器以太網交換機路由器4.2.2以太網交換機及其工作過程多端口網橋——以太網交換機1990年問世的交換式集線器(switchinghub)，可明顯地提高局域網的性能。交換式集線器常稱為以太網交換機(switch)或第二層交換機（表明此交換機工作在數據鏈路層）。以太網交換機通常都有十幾個端口。因此，以太網交換機實質上就是一個多端口的網橋，可見交換機工作在數據鏈路層。214.2.2以太網交換機及其工作過程以太網交換機的特點以太網交換機的每個端口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數據。以太網交換機由于使用了專用的交換結構芯片，其交換速率就較高。224.2.2以太網交換機及其工作過程獨占傳輸媒體的帶寬對于普通10Mb/s的共享式以太網，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10Mb/s)的N分之一。使用以太網交換機時，雖然在每個端口到主機的帶寬還是10Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有N對端口的交換機的總容量為N10Mb/s。這正是交換機的最大優點。234.2.2以太網交換機及其工作過程以太網交換機的工作過程交換機的結構與工作過程4.2.3交換式以太網工作機制數據轉發方式1．快速轉發不進行幀的存儲和校驗，建立通信信道直接轉發數據。

2．存儲轉發完整存儲收到的幀，進行校驗后轉發。

3．分段過濾

介于以上兩者之間，檢查數據包的長度是否夠64B，如果小于，說明是假包，則丟棄該包；如果大于，則發送該包。

4.2.3交換式以太網工作機制4.2.3交換式以太網工作機制交換機是利用“地址學習”方法來動態建立和維護“端口號/MAC地址映射表”的。交換機的