第9章局域網的擴展光纖調制解調器、中繼器、網橋與交換機本章學習要求掌握：局域網擴展的各種方法了解：分布生成樹的算法應用：網橋功能的模擬實現本章結構距離限制與局域網設計光纖擴展中繼器網橋交換與交換機機1.距離限制與局域網設計局域網的連接距離是設計局域網時考慮的一個基本方面。影響局域網連接距離的主要因素是公平訪問機制。此外，信號在傳輸過程中會逐漸減弱。2.光纖擴展光纖擴展的特點：

光纖具有高帶寬低時延的特點，因此可以用來擴展局域網。光纖擴展是在標準的接口硬件上接入另外的硬件，使之能在較長距離內傳送信號。它既不是增強由接口硬件產生的信號的強度，也不是在最大連接距離范圍內加長導線。2.光纖擴展2.光纖擴展光纖調制解調器的功能：

AUI信號與數字信號之間的相互轉換數字信號與在光纖中傳送的光脈沖之間的轉換

2.光纖擴展光纖調制解調器的應用

在不改變原來的局域網和計算機的情況下能連接遠處的局域網。由于光纖的延遲短、帶寬寬，因此能在幾公里的范圍內正常地工作。一般用它來把一幢大樓內的計算機連接到另一幢大樓內的局域網中。3.中繼器中繼器（repeater）是一個用來擴展局域網的硬件設備。它把兩段局域網連接起來，并把一段局域網上的電信號增強（放大）后傳輸到另一段上。中繼器對它所連接的局域網是不可見的（透明的）。中繼器是直接連接到以太網電纜上，并且不等一個完整的幀發送過來就把信號從一根電纜發送到另一根電纜。3.中繼器中繼器把兩個局域網擴展為一個局域網，它的擴展能力受到局域網最大傳輸范圍限制。另外，中繼器不僅傳輸幀信息，也傳輸干擾信號。通過增加中繼器增加以太網的連接距離，雖然可以保證有足夠的信號強度，但每個中繼器和網段都增加了延遲。如果延遲太長，這個方案就不能工作。實際中，任何一對工作站之間的中繼器超過四個，網絡便不能正常工作。3.中繼器4.網橋網橋的功能幀識別橋接網絡的啟動與穩態特性橋接網絡的規劃網橋環分布生成樹算法4.1網橋的功能網橋（bridge）也是一個用來擴展局域網的硬件設備，通常它由一臺專門的計算機擔任。它把兩段局域網連接起來，并把一段局域網上傳輸過來的完全無誤的幀增強后傳輸到另一段上，對錯誤幀和干擾信號則不傳輸。網橋對它所連接的局域網是不可見的（透明）。網橋只在必要而且可行的情況下才轉發幀。必要指的是網橋對幀的過濾作用；可行指的是網橋采用和網上其他計算機一樣的信道共享技術，當它獲得介質訪問控制權時才轉發幀。因此網橋連接的局域網可以并行工作。4.2幀識別網橋最主要的功能是幀識別－在需要時網橋才轉發幀。為決定是否轉發幀，網橋使用幀頭中的目的地址。可適應（adaptive）或學習（learning）的網橋簡單地說就是網橋通過信息頭中的源地址確定發送幀的計算機的位置，通過目的地址確定接收幀的計算機的位置。4.2幀識別4.3橋接網絡的啟動與穩態特性

當網絡首次啟動時，網橋不知道計算機在網段中的位置，會無目的地轉發發往該計算機的幀。橋接網絡的傳送原則：穩定狀態下，網橋只把幀傳送到需要傳送的范圍內。4.4橋接網絡的規劃內容大樓間橋接遠程橋接4.4.1規劃內容傳送原則決定橋接網的設計：網橋硬件能允許不同網段內的通信同時進行。在設計一個橋接網的關鍵是并行原則：當網橋知道了所有計算機的位置后，各段內的通信可同時進行。通過把交互頻繁的計算機連在同一個網段上可以提高橋接網的性能。4.4.2大樓間橋接采用中繼器和光纖的缺點擴展一個橋接網最簡單的方式是：用一根光纜和一對調制解調器來連接一個網橋和一個局域網網段，該網段允許離網橋較遠。4.4.2大樓間橋接使用網橋有三個優點：只需要簡單的光纖連接，所以比對每臺計算機用光纖連接便宜；大樓之間的連接是通過網橋實現的，所以計算機可以動網段上加入或移去，而不改變大樓間的連接線路；網橋可以使各網段內的計算機同時通信。4.4.3遠程橋接跨越較遠距離的橋接網解決方案：租用線路來連接站點；租用衛星頻道4.4.3遠程橋接4.4.3遠程橋接由于帶寬限制，在兩個站點內都要完成識別幀的功能。因為局域網網段傳送幀的速度比衛星發送快得多，所以用于遠距離的網橋需要有緩沖功能。為避免網橋的存儲器發生溢出，大多數通信軟件在發送完一幀后處于應答模式，網橋允許計算機以局域網許可的速度發送幀。4.5網橋環Br1Br2主機A主機B網段1網段24.5網橋環造成這種情況是由于3方面因素：橋在主機沒有接收到包之前，沒有主機所在位置的信息；一座橋沒有是否存在其他橋的信息；我們用圖來代替樹。4.6分布生成樹為防止無限循環的問題，橋接網絡必須保證以下兩種情況不同時發生：所有網橋轉發所有幀橋接網包含一個橋接網段的環分布生成樹（DST）算法：用來確定用于轉發幀的網橋，并避免形成網橋環。樹、最小生成樹在數據結構中，生成樹算法是用于在一個圖中建立一棵樹。這棵樹包含了所有的頂點（結點）和連接這些頂點的數目最少的邊（線）。任何一個頂點都可以作為生成樹的根。即使在選定一個特定的根后，基于每個頂點與根相連接的分支組成的子集可以獲得若干棵生成樹。然而，在選定根之后，通常我們只對某一特定的生成樹感興趣，在這棵樹中每個頂點到根有最短的路徑。最短的路徑定義為由一個特定的頂點到根的權值的總和。如果圖中沒有權值，則每條邊的權值定義為1。圖及其最小生成樹ABCDEF63253253ABCDEF323344DST算法的初始化雖然在許多數據結構的書中給出了由圖產生生成樹的算法，但是算法是建立在假設已經知道圖的拓補結構基礎上的。然而，當一個學習橋剛建立時，它并不知道其他橋在什么位置。所以生成樹一定是動態地構成。給每一座橋賦一個ID值。這個ID可以是由網絡管理者確定的一個任意數，或者是一個端口的地址（通常是最小的）。每個端口被賦予一個耗費值。通常這一耗費值由該端口所支持的比特率來確定。比特率越高，耗費就越低。如果比特率是不相關的，則每個端口的路徑費用被置為1（跳數）。DST算法步驟在橋中選一座橋作為樹的根。這一步通過對每座橋賦一個ID并將ID值最小的橋作為根來實現。對每座橋確定它的根端口，并且這一端口到根有最低的根路徑耗費。根路徑耗費由端口到根的路徑的累計費用。對每一段選擇一指定橋。橋協議數據單元（BPDU）所有的橋都定期交換一個稱為橋協議數據單元（BPDU）的特定幀。每個BPDU包含源的橋ID、累計的根路徑耗費和一些其他的信息。當一座橋初始化BPDU后，累計的根路徑耗費為零。第一步：尋找根橋當一座橋接收到一個BPDU后，它就將該BPDU所來自的橋的ID與自己的ID比較。如果它自己的ID大于源的橋的ID，就通過接收端口的耗費來增加根路徑耗費并轉發幀。在知道它不會被選作根橋時（存在另一座橋，有比它低的ID），它就停止發送自己的BPDU。如果它自己的ID小于源橋的ID，橋就將這個BPDU丟棄。顯然此后唯一產生的BPDU是具有最小的源橋ID的那一個，即根橋。采用這一方法，每座橋知道哪一座橋是根橋。第二步：尋找根端口在產生根橋后，查看橋端口中接收的BPUDU，具有最少累計根耗費的端口即為根端口。注意根橋沒有根端點。實例Br1：100Br2:200Br5:500Br4:400Br3:300網段2網段1網段3網段4網段52222224444第三步：選擇指定橋在每座橋的根端口被確定之后，連接到同一段的所有橋彼此發送BPDU。將能把一幀以最低的根耗費從段發送到根的橋稱為指定橋，并將連接這座橋到段的特定的端口稱為指定端口。注意根端口不能作為指定端口。雖然一座橋有唯一的根端口（根橋除外，沒有根端口），但可以有兩個以上的指定端口。第四步：構造生成樹在確定了根橋、每座橋的根端口和指定端口之后，橋的端口被劃分為分開的兩組。轉發端口是根端口和所有的指定端口。其余的端口被稱為阻塞端口。當一座橋接收了一個數據幀時，它就通過轉發端口轉發它，而不會通過阻塞端口轉發它。實例Br1：100Br2:200Br5:500Br4:400Br3:300網段2網段1網段3網段4網段5R.P.。Des.Des.Des.Des.根R.P.。R.P.。Des.阻塞端口阻塞端口5.交換與交換機交換機的工作原理交換機與集線器的結合5.1交換機的工作原理一般而言，如果一個網絡包括能連接一臺或多臺計算機的電子設備，并允許它們能收發數據，這種網絡技術稱為可交換技術。一個