1第3章分組交換技術(shù)

現(xiàn)代交換技術(shù)

ModernSwitchingTechnology《現(xiàn)代交換技術(shù)》2第3章分組交換技術(shù)3.2局域網(wǎng)交換技術(shù)3.3IP路由與交換技術(shù)3.1分組交換原理3.4ATM交換技術(shù)3.5寬帶IP網(wǎng)絡(luò)3.6MPLS《現(xiàn)代交換技術(shù)》3.2局域網(wǎng)交換技術(shù)3.2.1局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)3.2.2共享式以太網(wǎng)3.2.3交換式以太網(wǎng)3.2.4STP3.2.5VLAN《現(xiàn)代交換技術(shù)》3局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)往往為一個(gè)單位所擁有和使用，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限常見的局域網(wǎng)技術(shù)：廣播信道媒體訪問方式分類以太網(wǎng)：Ethernet----IEEE802.3令牌環(huán)：TokenRing802.5分布式光纖數(shù)據(jù)接口:FDDI3.2.1局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)《現(xiàn)代交換技術(shù)》4廣播信道的介質(zhì)接入方式廣播信道可以用一個(gè)鏈路連接多臺(tái)計(jì)算機(jī)，低成本，介質(zhì)共享包含無線和有線總線網(wǎng)樹形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)廣播信道上連接的主機(jī)很多，問題？誰發(fā)送？誰接收？共享信道協(xié)議來協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送——信道訪問控制協(xié)議介質(zhì)接入控制協(xié)議《現(xiàn)代交換技術(shù)》5IEEE802委員會(huì)6《現(xiàn)代交換技術(shù)》OSI/RM與IEEE802OSI/RM的數(shù)據(jù)鏈路層：相鄰節(jié)點(diǎn)間可靠地傳輸數(shù)據(jù)幀！80年代初期，IEEE成立專門制訂局域網(wǎng)和城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)——IEEE802委員會(huì)7《現(xiàn)代交換技術(shù)》3.2局域網(wǎng)交換技術(shù)3.2.1局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)3.2.2共享式以太網(wǎng)3.2.3交換式以太網(wǎng)3.2.4STP3.2.5VLAN《現(xiàn)代交換技術(shù)》8以太網(wǎng)是目前為止最流行的有線局域網(wǎng)技術(shù)IEEE在EthernetV2基礎(chǔ)上制定了802.3標(biāo)準(zhǔn)，它們之間差別很小，也簡稱為“以太網(wǎng)”。廣泛使用的還是EthernetV2標(biāo)準(zhǔn)的局域網(wǎng)2共享式以太網(wǎng)《現(xiàn)代交換技術(shù)》9BobMetcalfe手稿《現(xiàn)代交換技術(shù)》10以太網(wǎng)發(fā)展歷史ALOHA—UniversityofHawaii（1968）NormAbramson2.94M—Xerox（1973）BobMetcalfe&Boggs10M—DIX（1980V1；1982V2）(DEC-Intel-Xerox)10M—IEEE802.3（1985）10BaseT-以太網(wǎng)100M—IEEE802.3u（1995）100BaseT/Tx/FX

-快速以太網(wǎng)1G—IEEE802.3z/ab（1999）1000BaseX/1000BaseT-吉比特以太網(wǎng)10G—IEEE802.3ae（2002）10GBaseT/CX4/LR-10GE40G/100G—IEEE802.3ba（2010年6月17日）1000G？？《現(xiàn)代交換技術(shù)》11以太網(wǎng)的MAC地址在媒體訪問控制機(jī)制中用MAC地址來標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的接收者。這里的“地址”嚴(yán)格地講應(yīng)當(dāng)是每一個(gè)站的標(biāo)識(shí)符。由于固化在適配器的ROM中，MAC地址又稱為硬件地址，或物理地址。局域網(wǎng)MAC地址為48位，由IEEE的注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)管理如Cisco是00-00-0c-xx-xx-xx，IBM是

08-00-5A-xx-xx-xx《現(xiàn)代交換技術(shù)》12適配器檢查MAC地址適配器從網(wǎng)絡(luò)上每收到一個(gè)MAC幀就首先用硬件檢查MAC幀中的MAC地址.如果是發(fā)往本站的幀則收下，然后再進(jìn)行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進(jìn)行其他的處理?！鞍l(fā)往本站的幀”包括以下三種幀：單播(unicast)幀（一對(duì)一）廣播(broadcast)幀（一對(duì)全體，全1地址）多播(multicast)幀（一對(duì)多，組地址）《現(xiàn)代交換技術(shù)》13MAC幀物理層MAC層IP層目的地址源地址類型數(shù)據(jù)FCS6624字節(jié)46~1500IP數(shù)據(jù)報(bào)1010101010101010101010101010101011前同步碼幀開始定界符7字節(jié)1字節(jié)…8字節(jié)插入在幀的前面插入的8字節(jié)中的第一個(gè)字段共7個(gè)字節(jié)，是前同步碼，用來迅速實(shí)現(xiàn)MAC幀的比特同步。第二個(gè)字段是幀開始定界符，表示后面的信息就是MAC幀。以太網(wǎng)的幀格式《現(xiàn)代交換技術(shù)》14最初的以太網(wǎng)是將許多計(jì)算機(jī)都連接到一根總線上。當(dāng)初認(rèn)為這樣的連接方法既簡單又可靠，因?yàn)榭偩€上沒有有源器件。

CSMA/CD協(xié)議B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAE不接受不接受不接受接受B只有D接受B發(fā)送的數(shù)據(jù)利用分組中的地址在廣播信道上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信若兩臺(tái)主機(jī)同時(shí)在傳輸數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生什么？《現(xiàn)代交換技術(shù)》15

CSMA/CD協(xié)議多個(gè)站同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，則發(fā)送碰撞（沖突）B向

D發(fā)送數(shù)據(jù)CDAEE向A發(fā)送數(shù)據(jù)B碰撞怎么辦？如何避免沖突？《現(xiàn)代交換技術(shù)》16CSMA/CD協(xié)議某站點(diǎn)想要發(fā)送數(shù)據(jù)，它必須（1）首先偵聽信道；（2）如果信道空閑，立即發(fā)送數(shù)據(jù)并進(jìn)行沖突檢測；（3）如果信道忙，繼續(xù)偵聽信道，直到信道變?yōu)榭臻e，立即發(fā)送數(shù)據(jù)并進(jìn)行沖突檢測；（4）如果在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中檢測到?jīng)_突，立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，并等待一隨機(jī)長的時(shí)間，重新回到（1）“有禮貌的避讓，減少?zèng)_突”《現(xiàn)代交換技術(shù)》1718使用集線器的星形拓?fù)鋫鹘y(tǒng)以太網(wǎng)最初是使用粗同軸電纜，后來演進(jìn)到使用比較便宜的細(xì)同軸電纜，最后發(fā)展為使用更便宜和更靈活的雙絞線。這種以太網(wǎng)采用星形拓?fù)洌谛切蔚闹行膭t增加了一種可靠性非常高的設(shè)備，叫做集線器(hub)《現(xiàn)代交換技術(shù)》18集線器HubHubs本質(zhì)上是個(gè)物理層轉(zhuǎn)發(fā)器:從一個(gè)接口來的比特向所有其他接口轉(zhuǎn)發(fā)所有接口工作在同一速率沒有幀緩沖無CSMA/CD機(jī)制:由網(wǎng)卡自己去檢測沖突19twistedpairhub《現(xiàn)代交換技術(shù)》20具有三個(gè)接口的集線器集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線《現(xiàn)代交換技術(shù)》2021集線器的一些特點(diǎn)集線器是使用電子器件來模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個(gè)多接口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層?！冬F(xiàn)代交換技術(shù)》21以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位10BASE-T的通信距離稍短，每個(gè)站到集線器的距離不超過100m。這種10Mb/s速率的無屏蔽雙絞線星形網(wǎng)的出現(xiàn)，既降低了成本，又提高了可靠性。10BASE-T雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，是局域網(wǎng)發(fā)展史上的一個(gè)非常重要的里程碑，它為以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中的統(tǒng)治地位奠定了牢固的基礎(chǔ)?！冬F(xiàn)代交換技術(shù)》22共享式以太網(wǎng)集線器總線共享式以太網(wǎng)已被淘汰《現(xiàn)代交換技術(shù)》233.2局域網(wǎng)交換技術(shù)3.2.1局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)3.2.2共享式以太網(wǎng)3.2.3交換式以太網(wǎng)3.2.4STP3.2.5VLAN《現(xiàn)代交換技術(shù)》24交換機(jī)Switch鏈路層設(shè)備：比hub聰明，有線LAN的“主角”存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)幀檢查幀頭并基于MAC地址有選擇的轉(zhuǎn)發(fā)幀當(dāng)某個(gè)幀要轉(zhuǎn)發(fā)到某個(gè)網(wǎng)段時(shí)，使用CSMA/CD機(jī)制訪問網(wǎng)段透明主機(jī)不會(huì)感覺到交換機(jī)的存在即插即用,自學(xué)習(xí)交換機(jī)不需要配置25《現(xiàn)代交換技術(shù)》交換機(jī):允許多對(duì)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸交換機(jī)擁有許多接口每一個(gè)接口鏈路(LAN網(wǎng)段)是一個(gè)碰撞域主機(jī)直接連到交換機(jī)，全雙工收發(fā)，沒有碰撞A-to-A’

和B-to-B’

可以同時(shí)傳輸，不會(huì)碰撞Hub則不行交換機(jī)必須知道節(jié)點(diǎn)接在哪個(gè)接口上的AA’BB’CC’具有6個(gè)接口的交換機(jī)(1,2,3,4,5,6)123456《現(xiàn)代交換技術(shù)》26交換機(jī)表(SwitchTable)Q:

交換機(jī)如何知道A’接在4號(hào)接口,B’接在5號(hào)接口?A:

每個(gè)交換機(jī)有一個(gè)switchtable,表項(xiàng)為:<主機(jī)MAC地址,可達(dá)接口,時(shí)間戳(timestamp)>看起來很像路由表!Q:

如何創(chuàng)建和維護(hù)這些表項(xiàng)?和選路協(xié)議一樣嗎?AA’BB’CC’具有6個(gè)接口的交換機(jī)(1,2,3,4,5,6)

123456交換機(jī):自學(xué)習(xí)交換機(jī)自己學(xué)習(xí)

哪個(gè)主機(jī)通過哪個(gè)接口可達(dá)有幀到達(dá)時(shí)，交換機(jī)“學(xué)習(xí)”發(fā)送者的位置:LAN網(wǎng)段在交換機(jī)表中記錄源MAC地址以及對(duì)應(yīng)的接口AA’BB’CC’123456A’A目的:A’源:AMAC地址接口TTL交換機(jī)表

(初始為空)A160交換機(jī)：幀過濾/轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)收到一個(gè)幀:

1.記錄與該發(fā)送主機(jī)對(duì)應(yīng)的接口2.用目的MAC地址查表3.if找到目的地址對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)

then{if目的節(jié)點(diǎn)位于幀到達(dá)的網(wǎng)段

then丟棄該幀else向?qū)?yīng)的接口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀}else洪泛

向除了幀到達(dá)的端口以外的所有其他端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀自學(xué)習(xí)與轉(zhuǎn)發(fā):示例幀目的地址未知:AA’BB’CC’123456A’A目的:A’源:AMAC地址接口TTL交換機(jī)表

(初始為空)A160AA’AA’AA’AA’A’A洪泛AA’目的地址A位置已知:A’460有選擇地發(fā)送交換機(jī)互聯(lián)交換機(jī)可以互相連接ABQ:A要向G發(fā)送數(shù)據(jù)-S1如何知道要通過S4和S3轉(zhuǎn)發(fā)?A:

自學(xué)習(xí)!(工作過程與單個(gè)交換機(jī)情形相同!)S1CDEFS2S4S3HIG練習(xí)：多個(gè)交換機(jī)自學(xué)習(xí)假定所有設(shè)備剛開機(jī)，A先向G發(fā)送數(shù)據(jù)幀，然后G回復(fù)AQ:

說明S1,S2,S3,S4中的交換表和分組轉(zhuǎn)發(fā)過程ABS1CDEFS2S4S3HIG123園區(qū)網(wǎng)hubswitch接外部網(wǎng)絡(luò)routerIP子網(wǎng)mailserverwebserverswitchswitch集線器、交換機(jī)和路由器都是轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備路由器:網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備(檢查數(shù)據(jù)報(bào)首部)交換機(jī)：鏈路層設(shè)備(檢查幀首部)集線器：物理層設(shè)備(信號(hào)再生)路由器維護(hù)選路表，選路算法交換機(jī)維護(hù)交換表，分組過濾與自學(xué)習(xí)算法

3.2局域網(wǎng)交換技術(shù)3.2.1局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)3.2.2共享式以太網(wǎng)3.2.3交換式以太網(wǎng)3.2.4STP3.2.5VLAN《現(xiàn)代交換技術(shù)》35364.生成樹協(xié)議STP多個(gè)網(wǎng)橋（并行網(wǎng)橋）提高可靠性，但可能產(chǎn)生回路《現(xiàn)代交換技術(shù)》374.生成樹協(xié)議STP解決多個(gè)網(wǎng)橋產(chǎn)生回路的問題思想讓網(wǎng)橋之間互相通信，用一棵連接每個(gè)LAN的生成樹（SpanningTree）覆蓋實(shí)際的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?！冬F(xiàn)代交換技術(shù)》384.生成樹協(xié)議STP構(gòu)造生成樹每個(gè)橋廣播自己的橋編號(hào)，號(hào)最小的橋稱為生成樹的根；每個(gè)網(wǎng)橋計(jì)算自己到根的最短路徑，構(gòu)造出生成樹，使得每個(gè)LAN和橋到根的路徑最短；當(dāng)某個(gè)LAN或網(wǎng)橋發(fā)生故障時(shí)，要重新計(jì)算生成樹；生成樹構(gòu)造完后，算法繼續(xù)執(zhí)行以便自動(dòng)發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，更新生成樹?！冬F(xiàn)代交換技術(shù)》3.2局域網(wǎng)交換技術(shù)3.2.1局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)3.2.2共享式以太網(wǎng)3.2.3交換式以太網(wǎng)3.2.4STP3.2.5VLAN《現(xiàn)代交換技術(shù)》39虛擬局域網(wǎng)

VLAN是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組。在同一個(gè)VLAN中的主機(jī)感覺在同一個(gè)局域網(wǎng)里一樣而在不同的VLAN中的主機(jī)感覺在不同的局域網(wǎng)里，不能直接進(jìn)行通信。虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。每個(gè)VLAN是一個(gè)獨(dú)立的廣播域。虛擬局域網(wǎng)VLAN《現(xiàn)代交換技術(shù)》40415虛擬LAN虛擬LAN的目的：將邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上脫離開。《現(xiàn)代交換技術(shù)》425虛擬LANVLAN建立在一種特殊設(shè)計(jì)的、支持VLAN的交換機(jī)的基礎(chǔ)之上。為了建立一個(gè)基于VLAN的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)管理員首先要確定共有多少個(gè)VLAN，哪些計(jì)算機(jī)將位于哪個(gè)VLAN上，每個(gè)VLAN叫什么名稱。通常VLAN用顏色來命名(非正式)，可