計算機網(wǎng)絡08講

13.5擴展的局域網(wǎng)沖突域和廣播域沖突域（物理分段）：連接在同一導線上的所有工作站的集合，或者說是同一物理網(wǎng)段上所有節(jié)點的集合或以太網(wǎng)上競爭同一帶寬的節(jié)點集合。廣播域：接收同樣廣播消息的節(jié)點的集合2傳統(tǒng)以太網(wǎng)的沖突域和廣播域

3中繼器（Repeater）

中繼器（Repeater）作為一個實際產(chǎn)品出現(xiàn)主要有兩個原因：1、擴展網(wǎng)絡距離，將衰減信號經(jīng)過再生。2、實現(xiàn)粗同軸電纜以太網(wǎng)和細同軸電纜以太網(wǎng)的互連。中繼器雖然可以延長信號傳輸?shù)木嚯x、實現(xiàn)兩個網(wǎng)段的互連。但并沒有增加網(wǎng)絡的可用帶寬。兩個網(wǎng)段經(jīng)過中繼器連接后構(gòu)成了一個單個的沖突域和廣播域。

3.5.1在物理層擴展局域網(wǎng)45-4-3-2-1中繼規(guī)則：局域網(wǎng)最多可有5個網(wǎng)段全信道上最多可連接4個中繼器5個網(wǎng)段中最多有3個網(wǎng)段上可連接站點有兩個網(wǎng)段只用來擴展網(wǎng)絡而不能連接任何站點，其目的是減少競爭站點的個數(shù)，減少發(fā)生沖突的概率由此組成一個共享以太網(wǎng)，網(wǎng)上總站數(shù)應小于1024個，全長小于500m或2.5Km。53.5.1在物理層擴展局域網(wǎng)（續(xù)）集線器集線器集線器三個獨立的碰撞域（a）三個獨立的局域網(wǎng)集線器集線器集線器集線器一個更大的碰撞域中心集線器（b）一個擴展的局域網(wǎng)圖4-18用多個集線器連成更大的局域網(wǎng)6集線器實際上相當于多端口的中繼器。

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級聯(lián)和堆疊

堆疊(Stack)和級聯(lián)(Uplink)是多臺交換機或集線器連接在一起的兩種方式。它們的主要目的是增加端口密度。但它們的實現(xiàn)方法是不同的。級聯(lián)可通過一根雙絞線在任何網(wǎng)絡設備廠家的交換機之間，集線器之間，或交換機與集線器之間完成。堆疊只有在自己廠家的設備之間，且此設備必須具有堆疊功能才可實現(xiàn)。堆疊需要專用的堆疊模塊和堆疊線纜，而這些設備可能需要單獨購買。

8級聯(lián)和堆疊的優(yōu)缺點

級聯(lián)的優(yōu)點：1）實現(xiàn)簡單2）可增加聯(lián)接距離。級聯(lián)的缺點：1）級聯(lián)的設備邏輯上是獨立的，如果想要網(wǎng)管這些設備，必須依次連接到每個設備2）多個設備級聯(lián)會產(chǎn)生級聯(lián)瓶頸3）集線器有層數(shù)限制。

堆疊的優(yōu)點：1）速度快2）配置簡單堆疊的缺點:1）實現(xiàn)復雜2）距離限制9菊花鏈式堆疊和星型堆疊10優(yōu)點使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺點碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。

用集線器擴展局域網(wǎng)的特點113.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)是使用網(wǎng)橋。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)橋具有過濾幀的功能。當網(wǎng)橋收到一個幀時，并不是向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個端口12網(wǎng)橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)網(wǎng)段A網(wǎng)段B網(wǎng)橋MAC1MAC2MAC3MAC4MAC5MAC612站地址端口MAC11MAC21MAC31MAC42MAC52MAC62

端口管理軟件

網(wǎng)橋協(xié)議實體緩存端口2端口112站表13目前使用得最多的網(wǎng)橋是透明網(wǎng)橋(transparentbridge)?！巴该鳌笔侵妇钟蚓W(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，因為網(wǎng)橋?qū)Ω髡緛碚f是看不見的。透明網(wǎng)橋是一種即插即用設備，其標準是IEEE802.1D。

2.透明網(wǎng)橋14(1)從端口x收到無差錯的幀（如有差錯即丟棄），在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找目的站MAC地址。(2)如有，則查找出到此MAC地址應當走的端口d，然后進行(3)，否則轉(zhuǎn)到(5)。(3)如到這個MAC地址去的端口d=x，則丟棄此幀（因為這表示不需要經(jīng)過網(wǎng)橋進行轉(zhuǎn)發(fā)）。否則從端口d轉(zhuǎn)發(fā)此幀。(4)轉(zhuǎn)到(6)。(5)向網(wǎng)橋除x以外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)此幀（這樣做可保證找到目的站）。(6)如源站不在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則將源站MAC地址加入到轉(zhuǎn)發(fā)表，登記該幀進入網(wǎng)橋的端口號，設置計時器。然后轉(zhuǎn)到(8)。如源站在轉(zhuǎn)發(fā)表中，則執(zhí)行(7)。(7)更新計時器。(8)等待新的數(shù)據(jù)幀。轉(zhuǎn)到(1)。網(wǎng)橋應當按照以下算法

處理收到的幀和建立轉(zhuǎn)發(fā)表15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(wǎng)橋的端口號。時間：登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的時間。轉(zhuǎn)發(fā)表中的MAC地址是根據(jù)源MAC地址寫入的，但在進行轉(zhuǎn)發(fā)時是將此MAC地址當作目的地址。如果網(wǎng)橋現(xiàn)在能夠從端口x收到從源地址A發(fā)來的幀，那么以后就可以從端口x將幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址A。

網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)表中

登記以下三個信息16這是為了避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)的幀在網(wǎng)絡中不斷地兜圈子。透明網(wǎng)橋使用了支撐樹算法局域網(wǎng)2局域網(wǎng)1網(wǎng)橋2網(wǎng)橋1

AFF2④F1③不停地兜圈子①②A發(fā)出的幀⑤網(wǎng)橋1轉(zhuǎn)發(fā)的幀⑥網(wǎng)橋2轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)絡資源白白消耗了17每隔幾秒鐘每一個網(wǎng)橋要廣播其標識號(由生產(chǎn)網(wǎng)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(wǎng)上的網(wǎng)橋。支撐樹算法選擇一個網(wǎng)橋作為支撐樹的根(例如，選擇一個最小序號的網(wǎng)橋)，然后以最短路徑為依據(jù)，找到樹上的每一個結(jié)點。當互連局域網(wǎng)的數(shù)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(wǎng)劃分為多個較小的互連網(wǎng)，然后得出多個支撐樹。支撐樹的得出18生成樹協(xié)議STP19生成樹協(xié)議生成樹協(xié)議概述生成樹協(xié)議（spanning-treeprotocol）由IEEE802.1d標準定義生成樹協(xié)議的作用是為了提供冗余鏈路，解決網(wǎng)絡環(huán)路問題生成樹協(xié)議通過SPA（生成樹算法）生成一個沒有環(huán)路的網(wǎng)絡，當主要鏈路出現(xiàn)故障時，能夠自動切換到備份鏈路，保證網(wǎng)絡的正常通信20BPDU(網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元）ForwardDelayHelloTimeMaximumTimeMessageAgePortIDBridgeIDCostofPathRootIDFlagsMessageTypeVersionProtocolID

RootID:由2字節(jié)優(yōu)先級和6字節(jié)MAC組成CostofPath：路徑開銷是從Switch到RootBridge的方向疊加的MaximumTime:當一段時間未收到任何BPDU，生存期達到MaxAge時，網(wǎng)橋則認為該端口連接的鏈路發(fā)生故障。默認20秒HelloTime:發(fā)送BPDU的周期,默認2秒PortID:端口信息由1字節(jié)端口優(yōu)先級和1字節(jié)端口ID組成ForwardDelay：BPDU全網(wǎng)傳輸延遲,默認15秒21生成樹協(xié)議避免環(huán)路switchAswitchCswitchBA為根交換機交換網(wǎng)絡中所有交換機共同選舉一臺設備為根交換機（RootBridge）22生成樹協(xié)議避免環(huán)路（續(xù)）switchAswitchCswitchBA為根交換機所有非根交換機選擇一條到達根交換機的最短路徑此為最短路徑此為最短路徑23生成樹協(xié)議避免環(huán)路（續(xù)）switchAswitchCswitchBA為根交換機所有非根交換機產(chǎn)生一個到達根交換機的端口—根端口（RootPort）根端口24生成樹協(xié)議避免環(huán)路（續(xù)）switchAswitchCswitchB每個LAN都會選擇一臺設備為指定交換機，通過該設備的端口連接到根，該端口為指定端口（Designatedport）指定端口A為根交換機根端口25生成樹協(xié)議避免環(huán)路（續(xù)）switchAswitchCswitchBA為根交換機

將交換網(wǎng)絡中所有設備的根端口(RP)和指定端口（DP）設為轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)（Forwarding），將其他端口設為阻塞狀態(tài)（Blocking）RPDP26根交換機的選擇根交換機的選擇原則：所有交換機首先認為自己是根全網(wǎng)選舉BridgeID最小的交換機為根交換機BridgeID：每個交換機唯一的橋ID，由交換機優(yōu)先級和Mac地址組合而成交換機優(yōu)先級和Mac地址越小則BridgeID就越小默認優(yōu)先級為3276827最短路徑的選擇1、比較開銷選擇路徑比較本交換機到達根交換機路徑的開銷，選擇開銷最小的路徑帶寬IEEE802.1dIEEE802.1t10Mbps1002000000100Mbps192000001000Mbps42000010Gbps1200028

最短路徑的選擇1001919SwBSwASwCSwDSwE1001938100

假設SwA為根交換機，通過比較開銷，選擇E->D->A為最短路徑29最短路徑的選擇2、通過BridgeID選擇最短路徑如果路徑開銷相同，則比較發(fā)送BPDU交換機的BridgeIDMac:00d0f80000f1SwCSwBSwDSwARootBridgeMac:00d0f80000f230最短路徑的選擇3、比較發(fā)送者portID選擇最短路徑如果發(fā)送者BridgeID相同，即同一臺交換，則比較發(fā)送者交換機的portIDPortID:端口信息由1字節(jié)端口優(yōu)先級和1字節(jié)端口ID組成PortID默認優(yōu)先級為128Mac:00d0f80000f1SwCSwBSwDSwAMac:00d0f80000d1f0/1f0/2RootBridge31最短路徑的選擇7Mac:00d0f80000f1612SwCSwBSwDSwAHUBMac:00d0f80000d184、比較接收者的PortID如不同鏈路發(fā)送者的BridgeID一致（即同一臺交換機），那比較接收者的PortIDRootBridge32生成樹協(xié)議端口的狀態(tài)BlockListeninglearningForwarding20秒最大生存時間15秒轉(zhuǎn)發(fā)延時15秒轉(zhuǎn)發(fā)延時

生成樹經(jīng)過一段時間（默認值是50秒左右）穩(wěn)定之后，所有端口要么進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，要么進入阻塞狀態(tài)。33端口狀態(tài)生成樹端口的四種狀態(tài)Blocking接收BPDU，不學習MAC地址，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀Listening接收BPDU,不學習MAC地址，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，但交換機向其他交換機通告該端口，參與選舉根端口或指定端口Learning接收BPDU,學習MAC地址，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀F(xiàn)orwarding正常轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀34拓撲變化機制拓撲改變通知消息拓撲改變應答消息拓撲改變消息1325566在一個大中型網(wǎng)絡中要等整個網(wǎng)絡拓樸穩(wěn)定為一個樹型結(jié)構(gòu)就大約需要50秒，這樣的時間是無法忍受的！4ROOT35快速生成樹協(xié)議RSTP36快速生成樹協(xié)議概述快速生成樹協(xié)議RSTP(Rapid

SpannningTreeProtocol)IEEE802.1wRSTP協(xié)議在STP協(xié)議基礎(chǔ)上做了改進，使得收斂速度快得多（最快1秒以內(nèi)）IEEE802.1w—快速生成樹協(xié)議37RSTP端口角色和端口狀態(tài)幾種不同的端口角色Rootport具有到根交換機的最短路徑的端口Designatedport每個LAN的通過該口連接到根交換機Alternateport根端口的替換口，一旦根端口失效，該口就立刻變?yōu)楦丝贐ackupportDesignatedport的備份口，當一個交換機有兩個端口都連接在一個LAN上，那么高優(yōu)先級的端口為Designatedport，低優(yōu)先級的端口為BackupportUndesignatedport當前不處于活動狀態(tài)的口，即OperState為down的端口都被分配了這個角色38拓撲變化機制拓撲改變消息3122

整個網(wǎng)絡拓樸穩(wěn)定為一個樹型結(jié)構(gòu)大約需要1秒39交換機的管理方式帶外管理通過帶外對交換機進行管理(PC與交換機直接相連)帶內(nèi)管理通過Telnet對交換機進行遠程管理通過Web對交換機進行遠程管理通過SNMP工作站對交換機進行遠程管理40Console口及配置線纜Console口(RJ45)DB9-DB9線纜Console口(DB9)RJ45-DB9轉(zhuǎn)換器＋反轉(zhuǎn)線纜DB9-RJ45線纜41帶外交換機配置連線利用配置線將主機的COM口和交換機的console口相連打開超級終端從開始-〉程序-〉附件-〉通訊-〉超級終端打開超級終端程序配置超級終端為連接命名選擇合適的COM口配置正確的參數(shù)42TELNET管理交換機在主機DOS命令行下輸入：telnetipaddress（交換機管理IP）43TELNET管理交換機續(xù)

輸入telnet密碼和特權(quán)密碼即可進入到交換機的配置界面44基于WEB的管理

在web頁面中輸入交換機的管理IP可以進入交換機的web管理頁面45基于WEB的管理

在web頁面下對交換機進行管理46基于SNMP協(xié)議的管理47交換機的基本配置48交換機配置命令模式EXEC模式：用戶模式switch>交換機信息的查看，簡單測試命令特權(quán)模式switch#查看、管理交換機配置信息，測試、調(diào)試配置模式：全局配置模式switch(config)#配置交換機的整體參數(shù)接口配置模式switch(config-if)#配置交換機的接口參數(shù)49交換機配置命令模式進入全局配置模式Switch#configureterminalSwitch(config)#exitSwitch#進入接口配置模式Switch(config)#interface

fastethernet0/1Switch(config-if)#exitSwitch(config)#從子模式下直接返回特權(quán)模式Switch(config-if)#endSwitch#50命令行其他功能獲得幫助switch#?

switch#show?命令簡寫全寫：switch#configureterminal簡寫：Switch#config使用歷史命令Switch#(向上鍵)Switch#(向下鍵)51配置交換機Telnet功能配置遠程登陸密碼

Switch(config)#enablesecretlevel10ruijie

配置進入特權(quán)模式密碼Switch(config)#enablesecretlevel150ruijie為交換機配置管理IPSwitch(config)#interface

vlan1Switch(config-if)#noshutdownSwitch(config-if)#ipaddressSwitch(config-if)#end52配置文件的管理保存配置將當前運行的參數(shù)保存到flash中用于系統(tǒng)初始化時初始化參數(shù)Switch#copyrunning-configstartup-config

Switch#writememorySwitch#write刪除配置永久性的刪除flash中不需要的文件使用命令deleteflash:config.text

刪除當前的配置：在配置命令前加no例：switch(config-if)#noipaddress查看配置文件內(nèi)容Switch#showconfigure查看保存在FLASH里的配置信息Switch#showrunning-config

查看RAM里當前生效的配置53配置STP、RSTP54生成樹協(xié)議的配置開啟生成樹協(xié)議Switch(config)#Spanning-tree關(guān)閉生成樹協(xié)議Switch(config)#noSpanning-tree配置生成樹協(xié)議的類型Switch(config)#Spanning-treemodestp/rstp55生成樹協(xié)議的配置配置交換機優(yōu)先級Switch(config)#spanning-treepriority<0-61440>(“0”或“4096”的倍數(shù)、共16個、缺省32768)恢復到缺省值Switch(config)#no

spanning-treepriority配置交換機端口的優(yōu)先級Switch(config)#interface

interface-typeinterface-numberSwitch(config-if)#spanning-treeport-prioritynumber56SpanningTree的缺省配置：關(guān)閉STPSTPPriority是32768STPportPriority是128STPportcost根據(jù)端口速率自動判斷HelloTime2秒Forward-delayTime15秒Max-ageTime20秒可通過spanning-treereset命令讓spanningtree參數(shù)恢復到缺省配置配置STP、RSTP

57查看生成樹協(xié)議配置顯示生成樹狀態(tài)Switch#showspanning-tree顯示端口生成樹協(xié)議的狀態(tài)Switch#showspanning-treeinterfacefastethernet<0-2/1-24>58透明網(wǎng)橋容易安裝，但網(wǎng)絡資源的利用不充分。源路由(sourceroute)網(wǎng)橋在發(fā)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(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。發(fā)現(xiàn)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(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。3.源路由網(wǎng)橋59過濾通信量。擴大了物理范圍。提高了可靠性?？苫ミB不同物理層、不同MAC子層和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)。使用網(wǎng)橋帶來的好處60存儲轉(zhuǎn)發(fā)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(wǎng)段橋接在一起時時延更大。網(wǎng)橋只適合于用戶數(shù)不太多(不超過幾百個)和通信量不太大的局域網(wǎng)，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產(chǎn)生網(wǎng)絡擁塞。這就是所謂的廣播風暴。使用網(wǎng)橋帶來的缺點61用戶層IPMAC站1用戶層IPMAC站2物理層網(wǎng)橋1網(wǎng)橋2AB①②③④⑤⑥⑦⑧⑨用戶數(shù)據(jù)IP-HMAC-HMAC-TDL-HDL-T①⑨②⑧③④⑥⑦⑤物理層DLRMAC物理層物理層DLRMAC物理層物理層LANLAN兩個網(wǎng)橋之間還可使用一段點到點鏈路62集線器在轉(zhuǎn)發(fā)幀時，不對傳輸媒體進行檢測。網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前必須執(zhí)行CSMA/CD算法。若在發(fā)送過程中出現(xiàn)碰撞，就必須停止發(fā)送和進行退避。在這一點上網(wǎng)橋的接口很像一個網(wǎng)卡。但網(wǎng)橋卻沒有網(wǎng)卡。

由于網(wǎng)橋沒有網(wǎng)卡，因此網(wǎng)橋并不改變它轉(zhuǎn)發(fā)的幀的源地址。

網(wǎng)橋和集線器（或轉(zhuǎn)發(fā)器）不同點634.4多端口網(wǎng)橋-交換式以太網(wǎng)

在采用CSMA/CD的以大網(wǎng)中，各個站點共享一條10Mbps的總線，10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率對大部分用戶來說是夠用的。但是在最近的幾年，局域網(wǎng)上的用戶數(shù)明顯增加了?，F(xiàn)有局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率就往往作成為整個系統(tǒng)的瓶頸。

交換式集線器和交換機都能給終端提供獨占帶寬，都能自動建立、維護站表，并根據(jù)站表內(nèi)容在輸入和輸出端口間建立交換通路。但交換機提供更多現(xiàn)代網(wǎng)絡所要求的功能：信息流優(yōu)先級、服務分類、虛擬網(wǎng)、遠程監(jiān)測(RMON)、自動流控制、內(nèi)嵌網(wǎng)絡管理代理等。核心交換機更是能提供動態(tài)資源預留、三層交換、基于策略管理等高級功能。

64交換式集線器的主要特點是：所有端口平時都不連通。當工作站需要通信時，交換式集線器能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的工作站都能像獨占通信介質(zhì)那樣，進行無沖突地傳輸數(shù)據(jù)。通信完成用就斷開連接。對于普通10Mbps的共享式以太網(wǎng)，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬（10Mbps）的N分之一。在使用交換式集線器時，雖然數(shù)據(jù)率還是10Mbps，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡用戶共享傳輸介質(zhì)的帶寬，因此，對于擁有N對端口的交換式集線器，其總?cè)萘烤褪荖×10Mbps。這點正是交