1、計算機網絡局域網與介質訪問子層( 網橋技術)第四章局域網與介質訪問子層局域網概述局域網拓撲結構和傳輸介質信道分配多路訪問協議局域網的IEEE 802系列標準網橋技術2定義定義：網橋（bridge）是工作在數據鏈路層的一種網絡互連設備，它在互連的LAN之間實現幀的存儲和轉發。Caption: A bridge connecting LAN segments in two buildings. An optical fiber is used to connect the bridge to a remote LAN segment.3為什么使用橋？（1）學校和企業的各個部門分別擁有自己獨立管理的

2、LAN，為了進行交互，需要使用橋來實現互連；（2）一個企業分布在相隔很遠的不同建筑物內，在每個建筑物內組建單獨的LAN，并使用橋將這些LAN連接起來，是比較經濟的方案；4（3）將一個負載很重的大LAN分隔成使用網橋互連的幾個LAN以減輕負擔；由主干連接的多個局域網，可處理比單個局域網高的載荷5（4）LAN上的兩臺機器其距離超過2500米，必須使用網橋將這個 LAN 分隔以保證網絡的正常工作；（5）網橋可以互連不同類型的LAN；（6）網橋可以隔離負載，防止出故障的站點損害全網；（7）網橋可以有助于安全保密。Caption: A bridge using a leased satellite ch

3、annel to connect LAN segments at two sites. A satellite bridge can span arbitrary distance. 6網橋的工作原理連接k個不同LAN的網橋具有k個MAC子層和k個物理層。從802.3到802.4的局域網橋7連接 802.X和 802.Y的網橋互連時需要解決的相同問題不同LAN幀格式的轉換；（圖）不同的LAN速率不同，網橋要有緩存能力；高層協議的計時器設置；不同的LAN支持的最大幀長度不同，分別為1500，8191，5000。解決辦法：丟棄無法轉發的幀。8IEEE 802幀的格式9三種不同的LAN互連共有九種組

4、合（圖）動作格式轉換和重新計算校驗和變換位的順序復制優先級產生一個虛擬的優先級放棄優先級把環排空設置A/C位解決速率快慢問題處理幀太長的問題10從802.x到802.y的網橋問題11透明網橋/生成樹網橋工作原理：網橋工作在混雜（promiscuous）方式，接收所有的幀；網橋接收到一幀后，通過查詢地址/端口對應表來確定是丟棄還是轉發；網橋剛啟動時，地址/端口對應表為空，采用洪泛（flooding）方法轉發幀；在轉發過程中采用逆向學習（backward learning）算法收集MAC地址。網橋通過分析幀的源MAC地址得到MAC地址與端口的對應關系，并寫入地址/端口對應表； 網橋軟件對地址/端口

5、對應表進行不斷的更新，并定時檢查，刪除在一段時間內沒有更新的地址/端口項；12透明網橋為以太、令牌環和FDDI等環境提供基本的橋接功能。用戶看不見它們的存在。透明網橋通過自學習、修改交換表，利用生成樹算法防止路徑環。ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN313ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN3ALAN1BLAN1CLAN2DLAN2ELAN2FLAN2GLAN2HLAN2ALAN2BLAN2CLAN2DLAN3ELAN3FLAN4GLAN4HLAN414透明網橋A主機發送幀到B主機的過程。A主機發送幀到H主機的過程。H主機搬移到LAN2后，A主機發送幀到B

6、主機的過程。網橋B1,B2剛剛接入，A主機發送幀到B主機的過程。15透明網橋假設網橋1連接LAN1和LAN2，網橋2連接LAN2、LAN3和LAN4。網橋接收從所有LAN傳送到它的每一幀，到達LAN1上網橋1的目的地為A的幀可立即丟棄，因為它已在該LAN上。目的地為B，C或D的幀必須轉發。當一幀到達時，網橋必須決定將其丟棄還是轉發。若干需要轉發，則必須決定發往哪個LAN。此決策通過查閱網橋中一張大型散列表里的目的地地址來確定。該表可列出每個可能的目的地，以及它屬于哪一條輸出線路（LAN）。當插入網橋之初，所有的散列表（Hash表）為空。采取擴散算法：把每個到來的，目的地不明的幀輸出到連載此網橋

7、的所有LAN（除了發送該幀的LAN）。網橋一旦知道了目的地位置，發往該處的幀就只能放到適當的LAN上，不再擴散。16透明網橋透明網橋采用的算法是逆向學習算法。它能看見任一各LAN上傳輸的幀，查看源地址即可以知道再哪個LAN上可訪問哪臺機器。為了處理動態拓撲問題，每當增加散列表時，在該項中注明幀的到達時間，這樣，即可知道最后到來的幀的時間。網橋中有一個進程定期掃描散列表，清除時間早于當前時間若干分鐘的全部項。這樣，如從LAN上取下一臺計算機，搬移至別處重連到LAN上時，在幾分鐘內，它即可重新開始正常工作而無需人工干預。這個算法同時也意味著如果機器停機數分鐘，發給它的幀將不得不被擴散，一直到它自己

8、發出一幀為止。透明網橋的工作規則： 如果源和目的地LAN相同，則丟失該幀； 如果源和目的地LAN不同，則轉發該幀； 如果目的地LAN未知，則進行擴散。 17并行網橋與回路多個網橋（并行網橋）可能產生回路2個并行的透明網絡18解決多個網橋產生回路的問題思想讓網橋之間互相通信，用一棵連接每個LAN的生成樹（Spanning Tree）覆蓋實際的拓撲結構。構造生成樹每個橋廣播自己的橋編號，號最小的橋稱為生成樹的根；每個網橋計算自己到根的最短路徑，構造出生成樹，使得每個LAN和橋到根的路徑最短；當某個LAN或網橋發生故障時，要重新計算生成樹；生成樹構造完后，算法繼續執行以便自動發現拓撲結構變化，更新生

9、成樹。19（a）互聯的LAN（b）覆蓋所有LAN的生成樹，虛線不是生成樹的一部分20源路由網橋CSMA/CD和Token Bus選擇了透明網橋，Token Ring選擇了源路由網橋源路由網橋的原理幀的發送者知道目的主機是否在自己的LAN內；如果不在，在發出的幀頭內構造一個準確的路由序列，包含要經過的網橋、LAN的編號。并將發出的幀的源地址的最高位置1；例：圖 中A到D的路由為：（L1，B1，L2，B2，L3）每個LAN有一個12位的編號，每個網橋有一個4位的編號；網橋只接收源地址的最高位為1的幀，判定是轉發還是丟棄；21源路由的產生：每個站點通過廣播“發現幀”（discovery frame）

10、來獲得到各個站點的最佳路由。若目的地址未知，源站發送“發現幀”，每個網橋收到后廣播，目的站收到后發應答幀，該幀經過網橋時被加上網橋的標識，源站收到后就知道了到目的站的最佳路由。ABB1B2CDEFGHLAN1LAN2LAN4LAN322 透明網橋和源路由選擇網橋的比較23Caption: The front of a Proxim wireless bridge. This device bridges a wireless Proxim local area network with a standard Ethernet network. 24Caption: The back of a

11、Proxim wireless bridge. On the left is an antenna. On the right is an RJ-45 Ethernet jack. To the left of that is a thin Ethernet BNC connector. 25Caption: The concept underlying a switched LAN. Electronic circuits in the switch provide each computer with the illusion of a separate LAN segment conne

12、cted to other segments by bridges. 26Caption: A closeup of two 3Com 24 port Ethernet switches, a Fore ForeRunner ASX-200 ATM switch with both twisted pair copper and fiber optic connections, and a Fore ForeRunner LE155 ATM switch with 12 twisted pair 155 megabit connections 27快速以太網（Fast Ethernet）標準1

13、992年，IEEE修訂802.3保留802.3,使之快些1995年，IEEE通過802.3u標準，實際上是802.3的一個補充。原有的幀格式、接口、規程不變，只是將比特時間從100ns縮短為10ns。對10 Mbps 802.3 LAN的改進一種方法是改進10Base-5 或 10Base-2，采用CSMA/CD，最大電纜長度減為1/10，未被采納；另一種方法是改進10Base-T，使用HUB，被采納。28快速以太網電纜29100Base-T4使用4對 ISO/IEC 11801定義的 3、4、5類平衡雙絞線;3類非屏蔽雙絞線（UTP），使用25MHz的信號（802.3使用20MHz的信號，由

14、于使用Manchester編碼，波特率=2*比特率）；4對雙絞線，1對 to the hub，1對 from the hub，另外2對根據數據傳輸方向變換；8B6T（8 bits map to 6 trits）編碼，使用三進制信號（ternary signals），1對雙絞線的比特率為25 * 8/6 = 33.3 Mbps，正向100M，反向33.3M；3031100Base-TX使用2對5類平衡雙絞線或150屏蔽平衡電纜，1對 to the hub，1對 from the hub，全雙工；5類雙絞線使用125 MHz的信號；4B5B編碼，5個時鐘周期發送4個比特，物理層與FDDI兼容，比特

15、率為 125 * 4/5 = 100 Mbps；100Base-FX使用2根多模光纖，全雙工100Base-T4 和 100Base-TX 統稱 100Base-T兩種類型的HUB共享式 HUB，一個沖突域，工作方式與802.3相同，CSMA/CD，二進制指數后退算法，半雙工 交換式HUB，輸入幀被緩存，一個端口構成一個沖突域。32千兆以太網（Gigabit Ethernet）標準：802.3zGigabit Ethernet 使用擴展的 802.3 MAC 子層接口，通過GMII（Gigabit Media Independent Interface）與物理層相連；物理層實體：1000BASE-LX, 1000BASE-SX, 1000BASE-CX, 1000BASE-T.1000BASE-X（包括1000BASE-SX, 1000BASE-LX, 和 1000BASE-CX）物理層標準符合 ANSI X3.23