2009-7-25 1
计算机网络
Computer Networks
第六讲 网络设备工作原理
2009-7-25 2
网络接口卡
网络接口卡（ NIC）简称网卡，也被称为网络适配器
就物理外表而言，网络接口卡是与计算机主板或外围设备上的总线扩展槽相适应的一种印刷电路板
网络接口卡是网络通信的基本硬件组成部分，它能够把计算机产生的串行信号转换成可以在网络电缆上传送的串行格式。
2009-7-25 3
网络接口卡
网络接口卡工作在 OSI参考模型的物理层和数据链路层的 MAC子层
根据网络介质访问控制方法的不同，网卡可以分为以太网、令牌环、光纤分布式接口和异步传输方式等几种。其中以太网卡是应用最广泛的网卡
2009-7-25 4
以太网卡
以太网卡实现了 MAC子层的 CSMA/CD介质访问，物理层的编码 /解码、发送接收、载波检测、冲突检测等功能，并提供了与传输介质的连接接口，如 RJ45,BNC和 AUI接口
以太网卡包括以下几部分：
发送和接收部件
载波检测部件
发送和接收控制部件
曼彻斯特编码 /译码器
LAN管理部件
微处理器
2009-7-25 5
曼彻斯特编码 /译码器发送控制载波检测接收控制微处理器
LAN
管理部分发送接收
2009-7-25 6
网卡总线类型
16位 — ISA（行业标准结构）
32位 — PCI（外部设备互联）,EISA
（扩展 ISA）,MCA（微信道结构）
其它 — PCMCIA（个人计算机存储卡国际协会）、并行口,USB
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接口类型
RJ45— 无屏蔽双绞线接口
AUI— 粗同轴电缆接口
BNC— 细同轴电缆接口
SC/ST— 光纤接口
2009-7-25 8
网卡的使用
网卡地址：即网卡的物理地址或称为 MAC地址，
固化在网卡硬件中
配置参数（跳线设置 / 软件设置 / PnP）
中断请求号 IRQ（ 一般为 3）
I/O基地址 I/O Base（ 一般为 300H）
存储器基地址 Memory Base (一般为 C000H)
全双工 / 半双工
传输速率 （ 仅 10/100Mbps双速网卡可选 ）
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提高网卡传输性能的措施
并行处理：发送 /接收和数据处理同步进行
全双工：需集线器 /交换机的支持
突发传输方式（每次传送更多的帧）
智能网卡（让网卡承担更多的传输任务）
提高与主机的传输速度：
与主机的存储器传输数据时采用 DMA传送方式
总线采用传输速度较快的 PCI总线
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网卡的安装
选择网卡需要考虑的问题：
网络结构
操作系统
介质类型
数据传输速率
可用的总线类型
2009-7-25 11
网卡的安装
首先将网卡插入到一个合适的槽中（ ISA或
PCI）
一些老的网卡配有滑动开关,DIP开关或跳线来控制网卡使用的 DMA内存地址和 IRQ中断号，需按使用说明进行设置。大多数网卡是通过软件来设置
Window95/98/2000/xp能够识别即插即用设备，
当网卡安装之后操作系统能自动识别，根据它的提示进行设置并安装网卡所带驱动程序即可
如果操作系统无法识别网卡，则需手工安装
（如 Window3.x,WindowNT,UNIX,Linux）
2009-7-25 12
网络集线器
工作在 OSI模型第一层的网络设备
中继器
集线器 — 多端口中继器
2009-7-25 13
中继器
中继器是第 1层网络设备
中继器的用途：在比特级上对网络信号进行再生和重定时，从而可以使它们可以在网络介质上传输更长的距离。
缺点：不能对网络流量进行过滤
使用中继器时注意：
用中继器连接的以太网不能形成环
必须遵守 MAC协议定时特性，不能用中继器将电缆无限连接起来（四中继器原则）
2009-7-25 14
四中继器原则
在网络上的任何两台计算机之间不能安装超过 4台的中继器或者放大式集线器。
该规则能保证当冲突发生时，冲突域中的每个节点都能知道已经发生了冲突。
5-4-3-2-1
网络的 5个部分,4台集线器或中继器，网络的 3个部分可以连接主机，两个部分是链路部分,1个大的冲突域（如图所示）
2009-7-25 15
2009-7-25 16
集线器
集线器是物理层网络设备，也称多端口中继器
对信号进行再生并且把它放大到所有的端口
常见的有 8,12,16,24口
2009-7-25 17
2009-7-25 18
三种结构：
独立式 （ Stand alone）,
固定端口配置,扩充时用级连的方法
堆叠式 （ Stackable）,
固定配置,用堆叠方法进行扩充 —— 堆叠连接在一起的 HUB在逻辑相当于一台单独的 HUB,可统一管理
模块化 （ Module）,
又称机箱式,由一台带有底板,电源的机箱和若干块多端口的接口卡 （ 线卡 ）
组成 。 可灵活按需配置,通过插入不同的插卡满足需求 （ 如插入交换卡,路由卡,加密卡等 ）
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NIC
HUB
UTP
PC机用集线器搭建简单的网络服务器以 1台服务器,3台 PC机为例：
一台 HUB
4块 UTP接口的网卡
4台 PC机
8个 RJ45接头（水晶头）
若干米 UTP双绞线
2009-7-25 20
共享介质环境中的冲突和冲突域共享介质
(多路访问 )
扩展介质点到点
2009-7-25 21
冲突和冲突域
在同一个网络上，当两个比特同时在进行传输时，就可能会发生冲突。
一个网络上若有过多的网络流量则会导致严重的问题
在网络内部，数据分组产生和发生冲突的这样一个区域被称为冲突域
所有共享介质环境都是冲突域，一条线路可通过接插电缆、收发器、中继器和集线器与另一条线路进行连接，所有这些第 1层互连设备都是冲突域的一部分
当冲突发生的时候，卷入到冲突的数据分组会受到逐位的破坏
2009-7-25 22
工作站越多意味着冲突越多
2009-7-25 23
中继器、集线器和冲突域
中继器会对比特进行再生和重定时，但是中继器不能对通过它们的业务流量进行过滤。
中继器会把一个端口收到的信号转发到所有的端口
使用中继器会扩展冲突域的范围，在中继器两端的网络是一个大的冲突域
集线器也称多端口中继器，进入集线器一个端口的任何信号都会再生、重定时而且被发送到其余的所有端口
中继器和集线器都是第 1层的设备，因此它们不会对网络流量进行过滤。
如图所示
2009-7-25 24
冲突域：由一台集线器和中继器所扩展
2009-7-25 25
第 2层设备
网桥
交换机
2009-7-25 26
网桥
定义：网桥（ bridge）是工作在 数据链路层 的一种网络互连设备，它在互连的 LAN之间实现帧的 存储 和 转发 。
为什么使用网桥？
学校和企业的各个部门分别拥有自己独立管理的 LAN，为了进行交互，需要使用网桥来实现互连；
一个企业分布在相隔很远的不同建筑物内，在每个建筑物内组建单独的 LAN，并使用网桥将这些 LAN连接起来，是比较经济的方案；
将一个负载很重的大 LAN分隔成使用网桥互连的几个 LAN以减轻负担；
LAN上的两台机器其距离超过 2500米，必须使用网桥将这个
LAN 分隔以保证网络的正常工作；
网桥可以隔离负载，防止出故障的站点损害全网；
网桥可以有助于安全保密。
2009-7-25 27
图 1
2009-7-25 28
用网桥实现多个网段互连
hub
10Base2 - 细缆 Ethernet
10Base5 粗缆 Ethernet
10BaseT-双绞线
router
server
hub
网桥网段 3
网段 4
10Base5 粗缆 Ethernet
网段 1 网段 2
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连接 802.X和 802.Y的网桥
互连时需要解决的相同问题
不同 LAN帧格式的转换；
不同的 LAN速率不同，网桥要有缓存能力；
高层协议的计时器设置；
不同的 LAN支持的最大帧长度不同。解决办法：丢弃无法转发的帧。
2009-7-25 30
应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层
IP包
802.3PKT 802.5PKT
802.3PKT 802.5PKT
802.3介质 802.5介质链路层物理层
LLC
MAC
PHY
图 2
2009-7-25 31
两种类型的网桥
透明网桥（ Transparency Bridge）
源选径网桥（ Source Routing Bridge）
2009-7-25 32
透明网桥 /生成树网桥工作原理：
网桥工作在混杂（ promiscuous）方式，接收所有的帧；
网桥接收到一帧后，通过查询地址 /端口对应表来确定是丢弃还是转发；
网桥刚启动时，地址 /端口对应表为空，采用洪泛（ flooding）
方法转发帧；
在转发过程中采用 逆向学习 （ backward learning）算法收集
MAC地址。网桥通过分析帧的源 MAC地址得到 MAC地址与端口的对应关系，并写入地址 /端口对应表；
网桥软件对地址 /端口对应表进行不断的更新，并定时检查，
删除在一段时间内没有更新的地址 /端口项；
帧的路由过程
目的 LAN与源 LAN相同，则丢弃帧；
目的 LAN与源 LAN不同，则转发帧；
目的 LAN未知，则洪泛帧。
2009-7-25 33
图 3
2009-7-25 34
多个网桥（并行网桥）可能产生回路如图所示
解决多个网桥产生回路的问题
思想
让网桥之间互相通信，用一棵连接每个 LAN的生成树 （ Spanning Tree）覆盖实际的拓扑结构。
如图所示
2009-7-25 35
图 4
2009-7-25 36
图 5
2009-7-25 37
构造生成树
每个桥广播自己的桥编号，号最小的桥称为生成树的根；
每个网桥计算自己到根的最短路径，构造出生成树，使得每个 LAN和桥到根的路径最短；
当某个 LAN或网桥发生故障时，要重新计算生成树；
生成树构造完后，算法继续执行以便自动发现拓扑结构变化，更新生成树。
2009-7-25 38
源选径网桥
CSMA/CD和 Token Bus选择了透明网桥，
Token Ring选择了源路由网桥特点,由源站负责路由选择，路由信息放在发送的帧的首部（即把要经过的路径放在帧中，帧按该路径传送）
选路方法,源站向目的站发送 探测帧,该帧在扩展的 LAN
中沿所有可能路由传送；每个探测帧都记录下它所经过的路由；这些探测帧在到达目的站后，再沿各自的路由返回源站；由源站选择其中的最佳路由，作为发送帧中的路由信息。
2009-7-25 39
源选径 网桥的优缺点优点,网桥功能可以很简单；可以用最佳路由传送。
缺点,源站计算路由费时；主机负担重。
2009-7-25 40
透明网桥 源选径网桥服务类型 无连接 面向连接对源站的透明性 完全透明 不透明配置、管理 自动配置，容易管理 人工方法选择的路由 次佳 最佳目的地确定方法 逆向学习 探测帧故障处理及拓扑变化 网桥负责 主机负责复杂性和开销 网桥负担 主机负担两种网桥的比较
2009-7-25 41
以太网交换机
第 2层设备
也称多端口网桥
网络分段、流量过滤
2009-7-25 42
以太局域网的分段
共享信道 LAN的缺点：
多个站点同时发送会造成冲突；
网络中站点越多，冲突现象越严重；
每个站点的平均拥有带宽为 W/n；
解决的方法：
网段分割，在各段之间分离流量
通过创建更小的冲突域，使每个用户可以获取更多的带宽
2009-7-25 43
网络分段
HUB HUB
MAC广播域独立的冲突域 独立的冲突域网桥或网络交换机交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域
2009-7-25 44
能够用来为局域网分段的设备网桥 交换机 路由器
2009-7-25 45
辨别冲突域集线器 网桥 交换机 路由器冲突域,
1 4 4 4
2009-7-25 46
交换技术
交换机的三种功能
生成树协议
几种交换方法
2009-7-25 47
交换机的三种功能
地址学习
转发 /过滤
避免环路
2009-7-25 48
地址学习
初始 MAC 地址表是空的
MAC 地址表
0260.8c01.1111
0260.8c01.2222
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
E0 E1
E2 E3
A B
C D
2009-7-25 49
地址学习
A站发送一帧到 C站
交换机通过学习数据帧中的源地址缓存 A站 MAC地址对应端口 E0表项
A站发送到 C站的帧被洪泛输出到除 E0以外的所有其它端口
MAC 地址表
0260.8c01.1111
0260.8c01.2222
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
E0,0260.8c01.1111
E0 E1
E2 E3 DC
BA
2009-7-25 50
地址学习
D站发送一帧到 C站
交换机通过学习数据帧的源地址缓存 D站 MAC地址对应端口 E3表项
D站发送到 C站的帧被洪泛输出到除端口 E3以外的所有其它端口
MAC 地址表
0260.8c01.1111
0260.8c01.2222
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
E0,0260.8c01.1111
E3,0260.8c01.4444
E0 E1
E2 E3 DC
A B
2009-7-25 51
过滤
A站发送一帧到 C站
目的已知，帧不被洪泛，直接输出到端口 E2
E0,0260.8c01.1111
E2,0260.8c01.2222
E1,0260.8c01.3333
E3,0260.8c01.4444
0260.8c01.1111
0260.8c01.2222
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
E0 E1
E2 E3
X
X DC
A B
MAC address table
2009-7-25 52
交换机转发信息的方式
Cut-through（直通方式）
交换机检查目的地址并立即开始转发帧
Frame
Frame
Store and forward（存储转发方式）
帧被完全接收，转发之前要对帧进行校验
Frame
Fr
am
e
Frame
Fragment free（无碎片直通方式）
(modified cut-through)
交换机检查开始的 64个字节然后立即开始转发帧哪种方式速度最快？
比较三种方式的优缺点
2009-7-25 53
冗余拓扑
冗余拓扑可以消除单点造成的失败
冗余拓扑会导致广播风播，多帧复制等问题网段 1
网段 2
Server/host X Router Y
交换机 A 交换机 B
2009-7-25 54
广播风暴网段 1
网段 2
服务器 /主机 X 路由器 Y
广 播交换机 A 交换机 B
2009-7-25 55
多帧复制网段 1
网段 2
服务器 /主机 X 路由器 Y
单 播交换机 A 交换机 B
主机 X 发送一单播帧到路由器 Y
路由器 Y MAC地址还没有被交换机学习到
路由器 Y 将接收到两个相同的帧单 播单 播
2009-7-25 56
解决办法：生成树协议将部分端口设为阻塞状态阻塞x
2009-7-25 57
生成树协议
每个网络一个根桥（标识号最小的桥）
每个非根桥一个根端口
每个网段一个指定端口
x
指定端口 (转发 ) 根端口 (转发 )
指定端口 (转发 ) 非指定端口 (阻塞 )
根桥 非根桥SW X SW Y
100baseT
10baseT
2009-7-25 58
生成树协议 ----根桥的选择交换机 Y
缺省优先权,32768
MAC 0c0022222222
交换机 X
缺省优先权,32768
MAC 0c0011111111
BPDU
BPDU = 桥协议数据单元根桥 = 最小桥标识号桥标识号 = 桥优先权 +桥 MAC地址上图中哪个交换机标识号最小?
2009-7-25 59
生成树协议端口状态交换机 Y
缺省优先权,32768
MAC 0c0022222222
交换机 X
缺省优先权,32768
MAC 0c0011111111 根桥 x
Port 0
Port 1
Port 0
Port 1
100baseT
10baseT
指定端口 根端口非指定端口指定端口
2009-7-25 60
生成树举例,
交换机 Y
MAC 0c0022222222
缺省优先权 32768
交换机 X
MAC 0c0011111111
缺省优先权 32768
Port 0
Port 1
Port 0
Port 1
交换机 Z
Mac 0c0011110000
缺省优先权 32768
Port 0
请指出根桥、指定端口、根端口和非指定端口
哪些是转发端口，哪些是阻塞端口？
100baseT
100baseT
2009-7-25 61
生成树举例,
交换机 Y
MAC 0c0022222222
缺省优先权 32768
交换机 X
MAC 0c0011111111
缺省优先权 32768
Port 0
Port 1
Port 0
Port 1
交换机 Z
Mac 0c0011110000
缺省优先权 32768
Port 0
请指出根桥、指定端口、根端口和非指定端口
哪些是转发端口，哪些是阻塞端口？
100baseT
100baseT
指定端口根端口非指定端口指定端口根端口根桥
2009-7-25 62
主要基于软件每个桥一个生成树通常每个桥最多 16个端口网桥局域网交换机主要基于硬件 (ASIC)
每个交换机多个生成树交换机具有更多的端口
2009-7-25 63
作业
1、局域网的三个关键技术是什么？试分析传统以太网 10Base5,10BaseT采用的是什么技术？以太网与局域网这两个概念有何关系？
2、简述透明网桥的工作原理
3、局域网交换机有哪几种转发信息的方式，各有何特点？
4、比较局域网交换机与网桥的主要区别
2009-7-25 64
实验三 Winsock编程
实验目的：通过 winsock编程了解客户机 /服务器编程的基本原理
实验平台,visual c++ 6.0
调试运行例子程序（见论坛）
首先打开工程文件 SimpleServer.dsp（服务器端工程文件）,SimpleClient.dsp（客户机端工程文件）
主要看以下程序,SimpleServerDlg.cpp、
SimpleServer.cpp,SimpleClientDlg.cpp、
SimpleClient.cpp
2009-7-25 65
实验三
服务器端主要函数 (simpleserverdlg.cpp)
StartUp(),Socket的初始化
CleanUp(),Socket的卸载
CDialog：初始化变量
OnOk（）：服务器的启动
OnSendMSG()：短信的发送
OnTimer()：时间函数，定时刷新服务器列表
ListenThread()：数据侦听函数
SendThread()：发送线程的实现
RecvThread()：数据接收函数
2009-7-25 66
实验三
客户端主要函数（ simpleclientdlg.cpp）
StartUp(),Socket的初始化
CleanUp(),Socket的卸载
CDialog：初始化变量
OnOk（）：客户端的启动
OnSendMSG()：发送信息
RecvThread()：数据接收函数
OnCancel()：套接字的关闭
OnDestroy()：卸载窗体
2009-7-25 67
实验三
程序编制（ 1,2任选一）
1、利用 winsock实现一个支持 TCP和 UDP方式的
ECHO服务，服务方接收请求，把收到的数据原封不动地送回去。
2、客户机使用 TCP或 UDP与服务器通信，取得服务器方的日期和时间
实验要求
程序要有注释
于 13周前交程序和实验报告（程序和实验报告发到我的邮箱 kgq@gzu.8866.org，注明姓名和学号，
如发现有雷同，只计先发者的成绩）
计算机网络
Computer Networks
第六讲 网络设备工作原理
2009-7-25 2
网络接口卡
网络接口卡（ NIC）简称网卡，也被称为网络适配器
就物理外表而言，网络接口卡是与计算机主板或外围设备上的总线扩展槽相适应的一种印刷电路板
网络接口卡是网络通信的基本硬件组成部分，它能够把计算机产生的串行信号转换成可以在网络电缆上传送的串行格式。
2009-7-25 3
网络接口卡
网络接口卡工作在 OSI参考模型的物理层和数据链路层的 MAC子层
根据网络介质访问控制方法的不同，网卡可以分为以太网、令牌环、光纤分布式接口和异步传输方式等几种。其中以太网卡是应用最广泛的网卡
2009-7-25 4
以太网卡
以太网卡实现了 MAC子层的 CSMA/CD介质访问，物理层的编码 /解码、发送接收、载波检测、冲突检测等功能，并提供了与传输介质的连接接口，如 RJ45,BNC和 AUI接口
以太网卡包括以下几部分：
发送和接收部件
载波检测部件
发送和接收控制部件
曼彻斯特编码 /译码器
LAN管理部件
微处理器
2009-7-25 5
曼彻斯特编码 /译码器发送控制载波检测接收控制微处理器
LAN
管理部分发送接收
2009-7-25 6
网卡总线类型
16位 — ISA（行业标准结构）
32位 — PCI（外部设备互联）,EISA
（扩展 ISA）,MCA（微信道结构）
其它 — PCMCIA（个人计算机存储卡国际协会）、并行口,USB
2009-7-25 7
接口类型
RJ45— 无屏蔽双绞线接口
AUI— 粗同轴电缆接口
BNC— 细同轴电缆接口
SC/ST— 光纤接口
2009-7-25 8
网卡的使用
网卡地址：即网卡的物理地址或称为 MAC地址，
固化在网卡硬件中
配置参数（跳线设置 / 软件设置 / PnP）
中断请求号 IRQ（ 一般为 3）
I/O基地址 I/O Base（ 一般为 300H）
存储器基地址 Memory Base (一般为 C000H)
全双工 / 半双工
传输速率 （ 仅 10/100Mbps双速网卡可选 ）
2009-7-25 9
提高网卡传输性能的措施
并行处理：发送 /接收和数据处理同步进行
全双工：需集线器 /交换机的支持
突发传输方式（每次传送更多的帧）
智能网卡（让网卡承担更多的传输任务）
提高与主机的传输速度：
与主机的存储器传输数据时采用 DMA传送方式
总线采用传输速度较快的 PCI总线
2009-7-25 10
网卡的安装
选择网卡需要考虑的问题：
网络结构
操作系统
介质类型
数据传输速率
可用的总线类型
2009-7-25 11
网卡的安装
首先将网卡插入到一个合适的槽中（ ISA或
PCI）
一些老的网卡配有滑动开关,DIP开关或跳线来控制网卡使用的 DMA内存地址和 IRQ中断号，需按使用说明进行设置。大多数网卡是通过软件来设置
Window95/98/2000/xp能够识别即插即用设备，
当网卡安装之后操作系统能自动识别，根据它的提示进行设置并安装网卡所带驱动程序即可
如果操作系统无法识别网卡，则需手工安装
（如 Window3.x,WindowNT,UNIX,Linux）
2009-7-25 12
网络集线器
工作在 OSI模型第一层的网络设备
中继器
集线器 — 多端口中继器
2009-7-25 13
中继器
中继器是第 1层网络设备
中继器的用途：在比特级上对网络信号进行再生和重定时，从而可以使它们可以在网络介质上传输更长的距离。
缺点：不能对网络流量进行过滤
使用中继器时注意：
用中继器连接的以太网不能形成环
必须遵守 MAC协议定时特性，不能用中继器将电缆无限连接起来（四中继器原则）
2009-7-25 14
四中继器原则
在网络上的任何两台计算机之间不能安装超过 4台的中继器或者放大式集线器。
该规则能保证当冲突发生时，冲突域中的每个节点都能知道已经发生了冲突。
5-4-3-2-1
网络的 5个部分,4台集线器或中继器，网络的 3个部分可以连接主机，两个部分是链路部分,1个大的冲突域（如图所示）
2009-7-25 15
2009-7-25 16
集线器
集线器是物理层网络设备，也称多端口中继器
对信号进行再生并且把它放大到所有的端口
常见的有 8,12,16,24口
2009-7-25 17
2009-7-25 18
三种结构：
独立式 （ Stand alone）,
固定端口配置,扩充时用级连的方法
堆叠式 （ Stackable）,
固定配置,用堆叠方法进行扩充 —— 堆叠连接在一起的 HUB在逻辑相当于一台单独的 HUB,可统一管理
模块化 （ Module）,
又称机箱式,由一台带有底板,电源的机箱和若干块多端口的接口卡 （ 线卡 ）
组成 。 可灵活按需配置,通过插入不同的插卡满足需求 （ 如插入交换卡,路由卡,加密卡等 ）
2009-7-25 19
NIC
HUB
UTP
PC机用集线器搭建简单的网络服务器以 1台服务器,3台 PC机为例：
一台 HUB
4块 UTP接口的网卡
4台 PC机
8个 RJ45接头（水晶头）
若干米 UTP双绞线
2009-7-25 20
共享介质环境中的冲突和冲突域共享介质
(多路访问 )
扩展介质点到点
2009-7-25 21
冲突和冲突域
在同一个网络上，当两个比特同时在进行传输时，就可能会发生冲突。
一个网络上若有过多的网络流量则会导致严重的问题
在网络内部，数据分组产生和发生冲突的这样一个区域被称为冲突域
所有共享介质环境都是冲突域，一条线路可通过接插电缆、收发器、中继器和集线器与另一条线路进行连接，所有这些第 1层互连设备都是冲突域的一部分
当冲突发生的时候，卷入到冲突的数据分组会受到逐位的破坏
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工作站越多意味着冲突越多
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中继器、集线器和冲突域
中继器会对比特进行再生和重定时，但是中继器不能对通过它们的业务流量进行过滤。
中继器会把一个端口收到的信号转发到所有的端口
使用中继器会扩展冲突域的范围，在中继器两端的网络是一个大的冲突域
集线器也称多端口中继器，进入集线器一个端口的任何信号都会再生、重定时而且被发送到其余的所有端口
中继器和集线器都是第 1层的设备，因此它们不会对网络流量进行过滤。
如图所示
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冲突域：由一台集线器和中继器所扩展
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第 2层设备
网桥
交换机
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网桥
定义：网桥（ bridge）是工作在 数据链路层 的一种网络互连设备，它在互连的 LAN之间实现帧的 存储 和 转发 。
为什么使用网桥？
学校和企业的各个部门分别拥有自己独立管理的 LAN，为了进行交互，需要使用网桥来实现互连；
一个企业分布在相隔很远的不同建筑物内，在每个建筑物内组建单独的 LAN，并使用网桥将这些 LAN连接起来，是比较经济的方案；
将一个负载很重的大 LAN分隔成使用网桥互连的几个 LAN以减轻负担；
LAN上的两台机器其距离超过 2500米，必须使用网桥将这个
LAN 分隔以保证网络的正常工作；
网桥可以隔离负载，防止出故障的站点损害全网；
网桥可以有助于安全保密。
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图 1
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用网桥实现多个网段互连
hub
10Base2 - 细缆 Ethernet
10Base5 粗缆 Ethernet
10BaseT-双绞线
router
server
hub
网桥网段 3
网段 4
10Base5 粗缆 Ethernet
网段 1 网段 2
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连接 802.X和 802.Y的网桥
互连时需要解决的相同问题
不同 LAN帧格式的转换；
不同的 LAN速率不同，网桥要有缓存能力；
高层协议的计时器设置；
不同的 LAN支持的最大帧长度不同。解决办法：丢弃无法转发的帧。
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应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层
IP包
802.3PKT 802.5PKT
802.3PKT 802.5PKT
802.3介质 802.5介质链路层物理层
LLC
MAC
PHY
图 2
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两种类型的网桥
透明网桥（ Transparency Bridge）
源选径网桥（ Source Routing Bridge）
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透明网桥 /生成树网桥工作原理：
网桥工作在混杂（ promiscuous）方式，接收所有的帧；
网桥接收到一帧后，通过查询地址 /端口对应表来确定是丢弃还是转发；
网桥刚启动时，地址 /端口对应表为空，采用洪泛（ flooding）
方法转发帧；
在转发过程中采用 逆向学习 （ backward learning）算法收集
MAC地址。网桥通过分析帧的源 MAC地址得到 MAC地址与端口的对应关系，并写入地址 /端口对应表；
网桥软件对地址 /端口对应表进行不断的更新，并定时检查，
删除在一段时间内没有更新的地址 /端口项；
帧的路由过程
目的 LAN与源 LAN相同，则丢弃帧；
目的 LAN与源 LAN不同，则转发帧；
目的 LAN未知，则洪泛帧。
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图 3
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多个网桥（并行网桥）可能产生回路如图所示
解决多个网桥产生回路的问题
思想
让网桥之间互相通信，用一棵连接每个 LAN的生成树 （ Spanning Tree）覆盖实际的拓扑结构。
如图所示
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图 4
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图 5
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构造生成树
每个桥广播自己的桥编号，号最小的桥称为生成树的根；
每个网桥计算自己到根的最短路径，构造出生成树，使得每个 LAN和桥到根的路径最短；
当某个 LAN或网桥发生故障时，要重新计算生成树；
生成树构造完后，算法继续执行以便自动发现拓扑结构变化，更新生成树。
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源选径网桥
CSMA/CD和 Token Bus选择了透明网桥，
Token Ring选择了源路由网桥特点,由源站负责路由选择，路由信息放在发送的帧的首部（即把要经过的路径放在帧中，帧按该路径传送）
选路方法,源站向目的站发送 探测帧,该帧在扩展的 LAN
中沿所有可能路由传送；每个探测帧都记录下它所经过的路由；这些探测帧在到达目的站后，再沿各自的路由返回源站；由源站选择其中的最佳路由，作为发送帧中的路由信息。
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源选径 网桥的优缺点优点,网桥功能可以很简单；可以用最佳路由传送。
缺点,源站计算路由费时；主机负担重。
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透明网桥 源选径网桥服务类型 无连接 面向连接对源站的透明性 完全透明 不透明配置、管理 自动配置，容易管理 人工方法选择的路由 次佳 最佳目的地确定方法 逆向学习 探测帧故障处理及拓扑变化 网桥负责 主机负责复杂性和开销 网桥负担 主机负担两种网桥的比较
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以太网交换机
第 2层设备
也称多端口网桥
网络分段、流量过滤
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以太局域网的分段
共享信道 LAN的缺点：
多个站点同时发送会造成冲突；
网络中站点越多，冲突现象越严重；
每个站点的平均拥有带宽为 W/n；
解决的方法：
网段分割，在各段之间分离流量
通过创建更小的冲突域，使每个用户可以获取更多的带宽
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网络分段
HUB HUB
MAC广播域独立的冲突域 独立的冲突域网桥或网络交换机交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域
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能够用来为局域网分段的设备网桥 交换机 路由器
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辨别冲突域集线器 网桥 交换机 路由器冲突域,
1 4 4 4
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交换技术
交换机的三种功能
生成树协议
几种交换方法
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交换机的三种功能
地址学习
转发 /过滤
避免环路
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地址学习
初始 MAC 地址表是空的
MAC 地址表
0260.8c01.1111
0260.8c01.2222
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
E0 E1
E2 E3
A B
C D
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地址学习
A站发送一帧到 C站
交换机通过学习数据帧中的源地址缓存 A站 MAC地址对应端口 E0表项
A站发送到 C站的帧被洪泛输出到除 E0以外的所有其它端口
MAC 地址表
0260.8c01.1111
0260.8c01.2222
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
E0,0260.8c01.1111
E0 E1
E2 E3 DC
BA
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地址学习
D站发送一帧到 C站
交换机通过学习数据帧的源地址缓存 D站 MAC地址对应端口 E3表项
D站发送到 C站的帧被洪泛输出到除端口 E3以外的所有其它端口
MAC 地址表
0260.8c01.1111
0260.8c01.2222
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
E0,0260.8c01.1111
E3,0260.8c01.4444
E0 E1
E2 E3 DC
A B
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过滤
A站发送一帧到 C站
目的已知，帧不被洪泛，直接输出到端口 E2
E0,0260.8c01.1111
E2,0260.8c01.2222
E1,0260.8c01.3333
E3,0260.8c01.4444
0260.8c01.1111
0260.8c01.2222
0260.8c01.3333
0260.8c01.4444
E0 E1
E2 E3
X
X DC
A B
MAC address table
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交换机转发信息的方式
Cut-through（直通方式）
交换机检查目的地址并立即开始转发帧
Frame
Frame
Store and forward（存储转发方式）
帧被完全接收，转发之前要对帧进行校验
Frame
Fr
am
e
Frame
Fragment free（无碎片直通方式）
(modified cut-through)
交换机检查开始的 64个字节然后立即开始转发帧哪种方式速度最快？
比较三种方式的优缺点
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冗余拓扑
冗余拓扑可以消除单点造成的失败
冗余拓扑会导致广播风播，多帧复制等问题网段 1
网段 2
Server/host X Router Y
交换机 A 交换机 B
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广播风暴网段 1
网段 2
服务器 /主机 X 路由器 Y
广 播交换机 A 交换机 B
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多帧复制网段 1
网段 2
服务器 /主机 X 路由器 Y
单 播交换机 A 交换机 B
主机 X 发送一单播帧到路由器 Y
路由器 Y MAC地址还没有被交换机学习到
路由器 Y 将接收到两个相同的帧单 播单 播
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解决办法：生成树协议将部分端口设为阻塞状态阻塞x
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生成树协议
每个网络一个根桥（标识号最小的桥）
每个非根桥一个根端口
每个网段一个指定端口
x
指定端口 (转发 ) 根端口 (转发 )
指定端口 (转发 ) 非指定端口 (阻塞 )
根桥 非根桥SW X SW Y
100baseT
10baseT
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生成树协议 ----根桥的选择交换机 Y
缺省优先权,32768
MAC 0c0022222222
交换机 X
缺省优先权,32768
MAC 0c0011111111
BPDU
BPDU = 桥协议数据单元根桥 = 最小桥标识号桥标识号 = 桥优先权 +桥 MAC地址上图中哪个交换机标识号最小?
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生成树协议端口状态交换机 Y
缺省优先权,32768
MAC 0c0022222222
交换机 X
缺省优先权,32768
MAC 0c0011111111 根桥 x
Port 0
Port 1
Port 0
Port 1
100baseT
10baseT
指定端口 根端口非指定端口指定端口
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生成树举例,
交换机 Y
MAC 0c0022222222
缺省优先权 32768
交换机 X
MAC 0c0011111111
缺省优先权 32768
Port 0
Port 1
Port 0
Port 1
交换机 Z
Mac 0c0011110000
缺省优先权 32768
Port 0
请指出根桥、指定端口、根端口和非指定端口
哪些是转发端口，哪些是阻塞端口？
100baseT
100baseT
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生成树举例,
交换机 Y
MAC 0c0022222222
缺省优先权 32768
交换机 X
MAC 0c0011111111
缺省优先权 32768
Port 0
Port 1
Port 0
Port 1
交换机 Z
Mac 0c0011110000
缺省优先权 32768
Port 0
请指出根桥、指定端口、根端口和非指定端口
哪些是转发端口，哪些是阻塞端口？
100baseT
100baseT
指定端口根端口非指定端口指定端口根端口根桥
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主要基于软件每个桥一个生成树通常每个桥最多 16个端口网桥局域网交换机主要基于硬件 (ASIC)
每个交换机多个生成树交换机具有更多的端口
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作业
1、局域网的三个关键技术是什么？试分析传统以太网 10Base5,10BaseT采用的是什么技术？以太网与局域网这两个概念有何关系？
2、简述透明网桥的工作原理
3、局域网交换机有哪几种转发信息的方式，各有何特点？
4、比较局域网交换机与网桥的主要区别
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实验三 Winsock编程
实验目的：通过 winsock编程了解客户机 /服务器编程的基本原理
实验平台,visual c++ 6.0
调试运行例子程序（见论坛）
首先打开工程文件 SimpleServer.dsp（服务器端工程文件）,SimpleClient.dsp（客户机端工程文件）
主要看以下程序,SimpleServerDlg.cpp、
SimpleServer.cpp,SimpleClientDlg.cpp、
SimpleClient.cpp
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实验三
服务器端主要函数 (simpleserverdlg.cpp)
StartUp(),Socket的初始化
CleanUp(),Socket的卸载
CDialog：初始化变量
OnOk（）：服务器的启动
OnSendMSG()：短信的发送
OnTimer()：时间函数，定时刷新服务器列表
ListenThread()：数据侦听函数
SendThread()：发送线程的实现
RecvThread()：数据接收函数
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实验三
客户端主要函数（ simpleclientdlg.cpp）
StartUp(),Socket的初始化
CleanUp(),Socket的卸载
CDialog：初始化变量
OnOk（）：客户端的启动
OnSendMSG()：发送信息
RecvThread()：数据接收函数
OnCancel()：套接字的关闭
OnDestroy()：卸载窗体
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实验三
程序编制（ 1,2任选一）
1、利用 winsock实现一个支持 TCP和 UDP方式的
ECHO服务，服务方接收请求，把收到的数据原封不动地送回去。
2、客户机使用 TCP或 UDP与服务器通信，取得服务器方的日期和时间
实验要求
程序要有注释
于 13周前交程序和实验报告（程序和实验报告发到我的邮箱 kgq@gzu.8866.org，注明姓名和学号，
如发现有雷同，只计先发者的成绩）
