4-4介质访问控制子层(数据链路层交换)

课题：数据链路层交换目的要求：掌握网桥工作原理，快速以太网分类、虚拟局域网教学重点：网桥工作原理以及优缺点教学难点：虚拟局域网教学课时：2课时教学方法：多媒体广播风暴虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即所谓的“广播风暴”)而引起性能恶化。在共享传输媒体的局域网中，网络总带宽的绝大部分都是由广播帧消耗的。虚拟局域网其实只是给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。虚拟局域网VLAN(VirtualLAN)隔离遏制广播风暴虚拟局域网VLAN(VirtualLAN)VLAN划分方式交换式HUB端口号MAC地址上层地址（IP地址）UniversityofHawaii的ALOHA网络Xerox的2.94M以太网（1973）Xerox,DECandIntel的10M以太网（DIX标准）（1980Ver1；1982Ver2）IEEE802.3标准（1985）IEEE802.3uFastEthernet标准（1995）IEEE802.3zGigabitEthernet标准（1998）IEEE802.3abGigabitEthernet标准（1999）10GbpsEthernet标准以太网发展史10BASE-T星形网使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。10BASE-T的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m。采用IEEE802.3标准。100BASE-T以太网在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD协议。100BASE-T以太网又称为快速以太网(FastEthernet)。速率达到或超过1000Mb/s的以太网称为高速以太网。100BASE-T以太网速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网。在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网，使用IEEE802.3u标准。100BASE-T以太网又称为快速以太网(FastEthernet)。10BASE-T升级到1000BASE-TX网卡：10/100Mbps中央结点：10/100Mbps传输介质：5类UTP及以上拓扑结构：可以根据需要改变，也可不变网络协议：不变网络操作系统和应用程序：不变100BASE-T以太网的特点全双工方式下工作不使用CSMA/CD协议。MAC帧格式仍然是802.3标准规定的。保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到100m。帧间时间间隔从原来的9.6s改为现在的0.96s。三种不同的物理层标准100BASE-TX使用2对UTP5类线或屏蔽双绞线STP。100BASE-FX使用2对光纤。100BASE-T4使用4对UTP3类线或5类线。Back吉比特以太网的物理层1000BASE-X（IEEE802.3z标准）基于光纤通道的物理层：1000BASE-SXSX表示短波长1000BASE-LXLX表示长波长1000BASE-CXCX表示铜线1000BASE-T（802.3ab标准）使用4对5类线UTP，传送距离为100m。吉比特以太网允许在1Gb/s下全双工和半双工两种方式工作。使用802.3z和802.3ab标准。在半双工方式下使用CSMA/CD协议（全双工方式不需要使用CSMA/CD协议）。与10BASE-T和100BASE-T技术向后兼容。10吉比特以太网10吉比特以太网与10Mb/s，100Mb/s和1Gb/s以太网的帧格式完全相同。10吉比特以太网使用IEEE802.3z标准，还保留了802.3标准规定的以太网最小和最大帧长，便于升级。10吉比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体。10吉比特以太网工作在全双工方式。以太网从10Mb/s到10Gb/s的演进以太网从10Mb/s到10Gb/s的演进证明了以太网是：可扩展的（从10Mb/s到10Gb/s）。灵活的（多种传输媒体、全/半双工、共享/交换）。易于安装。稳健性好。吉比特以太网的配置举例1Gb/s链路吉比特交换集线器百兆比特或吉比特集线器100Mb/s链路中央服务器Back千兆位以太网连接快速以太网千兆位以太网连接服务器千兆位以太网做企业骨干网10G以太网网络互联的归纳物理层：使用中继器或集线器在不同的电缆段之间复制位信号，无寻址功能；数据链路层：使用网桥或交换机在局域网之间存储转发数据帧，用MAC地址寻址；网络层：使用路由器在不同的网络之间存储转发分组，用IP地址寻址；传输层及应用层：使用网关提供更高层次的互连，用端口号或其他特定标识寻址。Back网桥的内部结构站表端口管理软件网桥协议实体端口1端口2缓存①②③网段B网段A1112①③⑤2②④⑥2站地址端口网桥网桥④⑤⑥扩大了物理范围。提高了可靠性。过滤通信量。可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网。使用网桥带来的好处存储转发增加了时延。在MAC子层并没有流量控制功能。具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。使用网桥带来的缺点用户层IPMAC站1用户层IPMAC站2物理层网桥1网桥2AB①②③④⑤⑥⑦⑧⑨用户数据IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T①⑨②⑧③④⑥⑦⑤物理层DLRMAC物理层物理层DLRMAC物理层物理层LANLAN两个网桥之间还可使用一段点到点链路集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。网桥在转发帧之前必须执行CSMA/CD算法。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。在这一点上网桥的接口很像一个网卡。但网桥却没有网卡。由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址。网桥和集线器（或转发器）不同目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparentbridge)。“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。透明网桥是一种即插即用设备，其标准是IEEE802.1D。透明网桥(1)从端口x收到无差错的帧（如有差错即丢弃），在转发表中查找目的站MAC地址。(2)如有，则查找出到此MAC地址应当走的端口d，然后进行(3)，否则转到(5)。(3)如到这个MAC地址去的端口d=x，则丢弃此帧（因为这表示不需要经过网桥进行转发）。否则从端口d转发此帧。(4)转到(6)。(5)向网桥除x以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目的站）。(6)如源站不在转发表中，则将源站MAC地址加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口号，设置计时器。然后转到(8)。如源站在转发表中，则执行(7)。(7)更新计时器。(8)等待新的数据帧。转到(1)。网桥应当按照以下算法处理收到的帧和建立转发表站地址：登记收到的帧的源MAC地址。端口：登记收到的帧进入该网桥的端口号。时间：登记收到的帧进入该网桥的时间。转发表中的MAC地址是根据源MAC地址写入的，但在进行转发时是将此MAC地址当作目的地址。如果网桥现在能够从端口x收到从源地址A发来的帧，那么以后就可以从端口x将帧转发到目的地址A。网桥在转发表中登记以下三个信息这是为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子。透明网桥使用了支撑树算法局域网2局域网1网桥2网桥1AFF2④F1③不停地兜圈子①②A发出的帧⑤网桥1转发的帧⑥网桥2转发的帧网络资源白白消耗了每隔几秒钟每一个网桥要广播其标识号(由生产网桥的厂家设定的一个惟一的序号)和它所知道的其他所有在网上的网桥。支撑树算法选择一个网桥作为支撑树的根(例如，选择一个最小序号的网桥)，然后以最短路径为依据，找到树上的每一个结点。当互连局域网的数目非常大时，支撑树的算法很花费时间。这时可将大的互连网划分为多个较小的互连网，然后得出多个支撑树。支撑树的得出透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。源路由(sourceroute)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。源路由网桥作业：请思考使用转发器连接多个局域网网段和使用网桥连接多个局域网网段有什么不同？教学总结：本讲介绍VLAN、100BASE-TX以及高速以太网技术，以太网网段互连设备网桥。本章介绍MAC子层协议，经典局域网技术和相关设备。