Transcript 介质访问控制和以太网。

计算机网络
本地局域网络，介质访问控制和以太
网。
Dr Sandra I. Woolley
Translated by D. Shang
课程内容：



网络种类
广播式网络
介质访问控制
– 随机媒体访问
 ALOHA协议
 分段ALOHA协议 （Slotted ALOHA）
 载波监听多路访问（CSMA）
 带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA-CD）
– 计划介质访问
 预约
 轮询
2
基本网络类型


交换网络- 网络通过多路器和转
换器直接从数据源到目的地链
接。、
广播网络- 所有的接收端都能收
到数据，如局域网。也被称为
多路访问网络。
3
广播式网络

优点
– 不需要指定地址。
– 地址相对简单
– 系统廉价且简约

缺点
– 不可扩展
– 如果要避免静态分割（信
道），系统需要加入访问
控制。

举例
–
–
–
–
–
广播通信
卫星通信
移动电话
蓝牙（2.4GHz 无线通信）
共轴电缆网络
4
冲突和介质访问控制（MAC）
在广播式网络中，如果不同的传
输同时出现并且相互干扰，冲突
就会出现。
 用来减少和消除冲突，同时有效
地分配传输信道的网络协议被称
为介质访问控制协议(MAC).

所有使用同一介质的设备都在同
一广播区域内。
 所有设备的地址都需要符合MAC
协议，即使机器跟当前传输的信
息无关。




介质访问控制主要有两种：
随机访问- 如同无人主持的会议。
冲突可能出现但是协议会进行协
调。
Scheduling – 如同有人主持的会
议，通信机会轮流分配。
5
MAC子层
IEEE 802 数据连接分层包括：
1. MAC 控制子层：
– 介质协调访问
– 非连接的帧传输服务
– 识别设备采用MAC或物
理地址。
– 带有MAC地址的广播帧。
2.
本地连接控制子层
– 处于网络层和MAC控制
子层之间。
6
何为冲突？

当多个基站同时传输时，冲突就可能发生。同时我们还需考虑传
输延时。

即使信道闲置，冲突仍然有可能出现。

为防止冲突，B 必须在0 到tprop 时段传输。

最差的情况下，直到2tprop 时刻，A 才能检测到冲突。
7
设置时间


A 至少要等待2tprop 时间才能知道通道是否闲置。这段时间被称为
协调时间。
如果数据的比特率是R bps，那么在设置时间中总共使用2tprop * R
比特，这降低了数据的传输效率。
8
MAC 延迟

帧传输延迟
– 从第一位数据传出数据源MAC到最后一位数据到达目标MAC.

吞吐量
– 通过共享介质的实际传输率。
– 单位为帧/秒或者比特/秒。

相关参数
R = 比特率 L = 每帧所含比特数
X = L/R 秒/帧
如果站得到一个平均到达率为l 帧/秒
负载 r = l X, 传输数据所到达的比率
最大吞吐量（传输效率100%）：R/L 帧/秒
9
连个传输站的效率举例

每帧传输需要2tprop 的等待时间。
– 在A站发出数据后，B 站需要等待tprop
– R为传输的比特率
– L每帧所含比特数
L
1
1
效率  r max 


L  2t propR 1  2t propR / L 1  2a
L
1
最大吞吐量  Reff 

R 比特/秒
L / R  2t prop 1  2a
标准延迟带宽积
a
t prop
L/R
传输延时
传输一帧所用时间
10
典型MAC效率
标准延迟带宽积
a
t prop
L/R
CSMA-CD (以太网) 协议:



传输延迟
传输一帧所用时间
1
效率 
1  6.44a
若a远小于1，效率将接近100%。
随着a接近1，效率逐渐降低。
若一个网络的延迟带宽较大，这个网络就被称为长肥网络（缩写
为LFN，发音为”elephant”）。根据RFC 1072的定义，LFN网络
是带宽-延迟积远大于105bits网络。
11
典型延迟带宽积
假设传播速度是3x108m/s，下表表明了在单向传输延迟内传
输的比特数。
Distance
10 Mbps
100 Mbps
1 Gbps
Network Type
1m
3.33 x 10-02
3.33 x 10-01
3.33 x 100
Desk area network
100 m
3.33 x 1001
3.33 x 1002
3.33 x 1003
Local area network
10 km
3.33 x 1002
3.33 x 1003
3.33 x 1004
Metropolitan area
network
1000 km
3.33 x 1004
3.33 x 1005
3.33 x 1006
Wide area network
100000 km
3.33 x 1006
3.33 x 1007
3.33 x 1008
Global area network
(最大以太网帧： 1500字节= 12000比特)
12
Normalized Delay – Load 曲线

E[T]/X

传输延迟
E[T] = 帧的平均传输延时
average frame
transfer delay
X = 帧的平均传输时间
average frame
transmission time

低到达率时，只
有帧传输时间。
高到达率时，等
待进入信道的时
间增加。
最高效率通常小
于100%。
1
Load
rmax
r
1
13
取决于tpropR/L
a > a
E[T]/X
a
传输延迟
Transfer Delay
a
1
rmax
负载
rmax
r
1
14
随机访问MAC
随机访问
最简单的形式就是仅仅在需要的时候才
传输数据。不等待到网络闲置。
 第一个系统是ALOHA –由University of
Hawaii 开发用来连接各各岛上的终端。


使用无线电发射机快速传送数据- 无设
置时间。

通过等待一个响应，发射机可以检测到
冲突。如果冲突出现，数据会出现损坏
，接收端便会要求重新发送信号。
冲突将导致数据被完全再传送。
 传输量较低时，冲突的发生几率较小，

再传送不是很频繁。
16
ALOHA





问题：冲突至少影响两台设备，它们都需要进行再传送。
如果两台设备马上开始在传送（或者经过相同的延时），冲突仍
然会发生而且一直持续直到延时改变。
ALOHA 需要在发生冲突后和进行在传输前随机延时。
因为设备在传输之前不再等待silence，延时必须足够长似的一台
设备可以完成传输。
在每次冲突发生后，冲突发生的几率都会增加。
17
Collision Limit Reminder

对于轻负载网络，冲突不
经常发生，所有吞吐量很
高

随着传输量的增加，更多
的冲突发生同时因为冲突
损耗的带宽增加。
18
Collision Dominated


在高负载网络中，冲突发生的几率增加，每个数据包都要发送几
次。最终网络变为冲突占优网络，吞吐量降为0. G为总负载。
对于ALOHA, 吞吐量的峰值为信道承载能力的18.4%。
19
分段式ALOHA





分段式ALOHA降低了冲突的几率同时提高了吞吐量。
它规定基站只能在特定的时间分段传输。
每个传输点只能在一个分段的开始处进行传送。每次传送的数据
必须少于或者等于一个频道的一个时间分段。
所有的设备共用分段。冲突发生的几率降低因为冲突只会发生在
时间分段的开始处，数据传输的途中不会发生冲突。
数据一旦开始传输就不会被打断。
20
分段式ALOHA


在低负载网络中相对纯ALOHA效果更好。
最高吞吐量是36.8%。
21
ALOHA的问题ALOHA Problem




信道带宽因为冲突产生消耗。
通过避免必定会导致冲突的传输，冲突的几率可以被降低。
ALOHA传输不预先检测信道是否闲着。
载波侦听多路访问（CSMA）可以在传输前监听侦听媒体是否处
于空闲状态。
22
CSMA



基站A传输信号，其他站检测信号，并延迟其他的传输
在tprop 时间后，A完全占用了信道。
脆弱期 is t= tprop
23
CSMA 何时停止等待？


什么是基站停止等待开始传输的条件？
1-坚持CSMA 1-Persistent CSMA
– 等待直到信道闲置后马上开始传输。如果多余一个传输在等待
，那么冲突很有可能发生。
– 这种‘贪婪’访问机制将造成高冲突发生率。
24
CSMA –何时停止等待

非坚持CSMA
– 基站检测到信道后就要传输。
– 如果检测到信道忙碌，另一次检测将被安排。
– 这种再一次检测的方法叫做退避算法。
– 如果再一次检测时信道闲着，就马上传输，否则继续安排一次
检测。.
– 因为基站不坚持检测信道，也不经行在一次检测，冲突便减少
。
– 再检测的缺点效率比1-坚持CSMA低。因为安排的再检测时间
可能比实际需要的长，导致再检测前信道闲置。.
25
CSMA – 何时停止等待 ？

P-坚持 CSMA p-Persistent CSMA
– P-坚持 CSMA 是 1-坚持和非坚持的结合。
– 基站检测到信道后就准备传输。
– 如果信道忙碌，基站会持续进行再检测直到信道闲置。
– 基站马上就开始传输的概率为p.
– 基站进行再检测（造成tprop 的延时）的概率为1-p.
– 注意-延迟要从信道闲置是开始计，而非坚持方式延迟从第一
次检测开始计。
26
P-坚持的优点



效率相对较高。检测到信道闲置后马上传输数据的概率是p。P越
高越效率越高。（极限值p=1，就是1坚持的情况）
概率P可能导致两台设备产生冲突，p值越低冲突越不易发生。（
极限值p=0，就是0-坚持或非坚持的情况）
因此p的取值需要考虑多方面因素。
27
CSMA 表现

一般表现为53%至81%- 优于ALOHA (18%至37%).注意延迟带宽
积的影响。（ a=1,0.1和0.01的三种情况）
1-坚持
非坚持
28
CSMA 和 ALOHA的问题




CSMA和ALOHA的冲突都会涉及整个数据包。整个数据包传送之
后冲突才能探测到。
比如，一个1500比特的数据包，在传输10比特后发生冲突，剩下
的1490比特数据任然会传送但不能正常被接收到。
接受端检测到冲突（通过校验和）之后传送一个否定应答作为响
应。之后数据将会重新传输。
显然这样效率很低，剩下的1490比特数据浪费了信道。
29
CSMA-CD





如果冲突出现后马上能检测到而不是等到数据包传送完，我们就
能更好的利用传输信道。
带冲突检测的载波侦听多路访问。
通过基站自我检测实现，如果检测到的信号与需要传输的信号不
同，那么说明有冲突发生。
如果检测到冲突发生，发送端将传送一个短干扰信号。这个信号
将告诉所有基站传输过程中发生了冲突。如果没有接收到这个信
号，接收端将不能检测到冲突并继续接受信号。
之后传输将会停止并安排一次再传输。
30
协议 – 无人主持会议 = CSMA-CD
一人说，其他人听。
2. 在一人发言前，他会确
定没有人正在发言。
3. 如果两个人同时开始发
言，其中一人会停止，
另一人重新开始发言。.
1.
1.
2.
3.
多路访问Multiple
Access – MA
载波侦听Carrier
Sense – CS
冲突检测Collision
Detect - CD
31
调度 MAC
调度MAC方式

之前的MAC都是随机访问的。
随机访问MAC执行很简单，效果也很好，唯一的不足就是在高负
载时会易受到冲突的影响。
调度系统是一种控制媒体访问的方法，就像会议中的主持人。
当可以传输时，基站会收到一个信息段。这样可以相处冲突。

这样做的缺点是不需要传输的基站也会收到信息段。



33
预约系统

为了解决上述问题，我们设置了一种特殊的时隙，用来让设备告
知系统需要传输。这个时隙是在预约间隔中的一个小信息段。
34
预约系统




接收端可以从连续的数据包中调出预约数据包，并读取内部的信
息。
发送端也知道何时去发送。
两个r之间是一帧的时间。.
每帧浪费的带宽仅仅是r部分，帧的数据容量越大，效率越高。一
般对于含有20个数据包的帧，效率为95%。
35
轮询




预约系统需要基站提前做出明确的预约。
轮询是指各各基站轮流访问介质。
访问的权利通过一些机器在基站之间传递。
在固定时段的情况，这种情况不会发生。访问控制的机器是灵活
的。
36
轮询

中央控制轮询
– 主控制器发送一个投票信息到一个基站，之后发送数据并在最
后添加一个先行信息。
– 之后，中央控制器转向下一个基站，转向可能遵循循环或者其
他顺序。
37
令牌传递网络
另一种轮询方法,访问权限
是一个令牌，由一个基站
交给另一个基站。
 当接收数据时，设备将输
入的数据复制到输出端。
因此向后传递所有接收的
数据。
 当发送数据时，设备先接
收数据，然后修改或添加
需要的内容，然后向后端
传送。

38
在令牌传递网络中的传送





想要传输数据的基站会等待空闲的令牌。
空闲的令牌就是允许访问介质的轮询信息。
然后基站会修改令牌，表明此时媒体已经被访问，并加入需要传
输的数据让后传送令牌。
这个数据包最终会到达目的地并被读取。
数据包会从循环中被删除。
– 接收端完成这个工作，它不向前传送数据包。
– 接收端将这些令牌标记为已读，并传回发送端。发送端会将这
些数据包删除。整个过程的完成表明数据包读取正常。
39
令牌重新嵌入




在一次传输完成后，一个新的空闲令牌需要被重新嵌入。
一般情况是删除数据包的终端将完成重新嵌入空闲令牌的工作。
另一个问题是，因为设备需要重新制作令牌的数据，如果中途关
掉设备，令牌就会丢失。
一般来说，当令牌丢失时，会有一个主控制器用来重新开始循环
。
40
总结和比较 MAC

Aloha 和 分段Aloha
–
–
–
–

在低负载是传输快且系统简单。
容纳大量的低传输量突发性用户。
在中负载时有高变化的延迟。
传输效率不取决于a。
CSMA-CD
– 在低延迟带宽积的情况，快速、高效率传输。
– 可容纳大量的突发性用户。
– 变化且不可预测的延迟。
41
总结和比较 MAC

预约
–
–
–
–

在突发或者稳定数据流下，一经请求马上传送
通过分段Aloha预约，容纳大量低传输量用户。
可以包含QoS (Quality of Service服务质量）
通过延迟发放，处理大延迟带宽积。
轮询
–
–
–
–
结合了分时的多路通信。
通过常规访问机会，确保了公正性。
通过限制访问时间，轮询可以得到改善。
在大延迟带宽积时，境况会恶化。
42
总结



网络类型
广播式网络
介质访问控制
 随机介质访问
 ALOHA
 分段式ALOHA
 载波侦听多路访问CSMA
 带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA-CD
 计划媒体访问
 预约
 轮询
43
以太网
内容提要







802 IEEE 规范。
以太网规范 – IEEE 802.3（and DIX）。
电缆长度和数据包大小。
寻址。
数据包格式。
物理链接和扩展部分。
-信号放大器，网桥和路由。
快速以太网。
45
IEEE 802 标准
IEEE 802 标准
IEEE 802标准是局域网和城域网的标准。
IEEE 802®
IEEE 802.1™
IEEE 802.2™
IEEE 802.3™
IEEE 802.4™
IEEE 802.5™
IEEE 802.6™
IEEE 802.7™
IEEE 802.10™
IEEE 802.11™
IEEE 802.12™
IEEE 802.15™
IEEE 802.16™
: 概述和总体结构Overview & Architecture
: 桥接和管理Bridging & Management
: 逻辑链路控制Logical Link Control
: CSMA/CD 访问方式CSMA/CD Access Method
: 令牌传递总线访问方式Token-Passing Bus Access Method
: 令牌环访问方式Token Ring Access Method
: 城域网
: 宽带技术
: 网络信息安全Security
: 无线网络Wireless
: 需求优先访问Demand Priority Access
: 无线个人局域网Wireless Personal Area Networks
: 宽带无线城域网Broadband Wireless Metropolitan Area Networks
47
IEEE 802 标准

IEEE 标准可以免费下载
http://standards.ieee.org/getieee802/portfolio.html
48
无线计算机网络
The task groups within 802.15 WPAN™ are:
Task Group 1: (802.15.1)蓝牙 Bluetooth;
Task Group 2: Coexistence;
Task Group 3: High data rate;
Task Group 4: (802.15.4) Sensor networks.
49
以太网，本地局域网络规范实例
一些历史。。。








1970 ALOHA 无限网络在夏威夷群岛搭建。
1973 Metcalf和Boggs 发明以太网
1979 DIX Ethernet II 规范
1985 IEEE 802.3 本地局域网络规范 (10 Mbps)
1995 快速 Ethernet (100 Mbps)
1998 G比特 Ethernet
2002 10 G比特 Ethernet
Ethernet 是主要的本地局域网规范。
Metcalf’s Sketch
51
IEEE 802.3 MAC: 以太网
MAC 协议:
 CSMA/CD
 时间段是重要的系统参数。
– 检测冲突的最大时间。
– 取得信道使用权的最大时间。
– 帧片段长度上限通过冲突得到。
– 计划的再传输量
– 最大值{传输一周的延时，MAC截止时间}
 截断二进制指数退避算法
– 第n次传输：0 < r < 2k, k=min(n,10)。
– 16次重新传输后放弃。
52
IEEE 802.3 原始参数



传输率: 10 Mbps
最小帧: 512 bits = 64 bytes
时间分段: 512 bits/10 Mbps =
51.2 µsec
– 51.2 µsec x 2x105 km/sec
=10.24 km, 1 way
– 5.12 km 往返距离

最大长度: 2500 米 + 4 放大
器

比特率的十倍增长必将伴随着
传输距离的10倍增长。
53
以太网电缆和帧长度

要检测到冲突，数据包必须“充满网络”。

如果未充满，数据包可以传输，但是会被损坏，而且传送段
不能检测到冲突。
54
以太网数据包大小

10Base5 可以使用500米长的电缆。但是最多只可用5根电缆通过放大
器串联。

这将组成一个大冲突域。
数据包从一端传输到另一端的时间是51.2µs（包括放大器的延时）。
在10Mbps比特率下，对应512比特或64字节。
因此，最小的以太网数据包大小为64字节。
故就算我们只需要传送1字节数据，实际也需传输64字节。小于64字
节的数据包是错误的，被称为短帧。
数据包的最大尺寸依照其他基站的访问规则设置（1518字节）。





55
以太网再传输





在一次冲突后，我们需要随机选定一个退避时间再传输。最小时
间段是退避时间的基本单位。对于10Base5 ，为102.4 µs。
在出土之后，两台设备随机选定一个退避时间（最小时间段的0或
1倍）。
若又发生了冲突，设备会在0，1，2，3倍最小时间段中随机选择
作为退避时间。这将降低再次发生冲突的概率。
若还发生冲突，设备将从0,1,2,3,4,5,6,7倍最小时间段中选择
发生k次冲突后，选择的范围为0到2k-1倍。
56
以太网再传输尝试限制






上限是2^10（0-1023倍最小时间段）
对于10Base5,最大为1023x102.4 μs ~ 0.1 s。
达到限制之后还会尝试6次。
16次尝试后系统放弃尝试并报告错误。
这是一个规范。但是，有争论说两个设备都应该选择随机倍数。
过去，有的厂商设置自己的网卡选择低倍数，这样显着他们的网
卡很“快”。
第一个这么做的厂商是Sun Microsystems。
57
IEEE 802.3 MAC 帧
802.3 MAC 帧
7
1
前导码
同步时钟
6
帧首 目标地址
定界
符
6
源地址
2
长度
64 - 1518 字节
信息
4
填充 帧检
字段 测序
列
帧首位





每一帧都从头开始传输。
前导码帮助接收端对发送端同步时钟。
7字节10101010数据产生了一个方波。
开始帧变为10101011。
Receivers look for change in 10 pattern
58
IEEE 802.3 MAC 帧
802.3 MAC 帧
7
1
6
帧首 目标地址
定界
符
前导码
同步时钟
6
2
源地址
长度
64 - 1518 字节
信息
4
填充 帧检
字段 测序
列
帧首位

目标地址
–
–
–

单地址
组地址
broadcast = 111...111
地址
–
本地或全球

全球地址
–
前24比特由制造商制定（相同
厂商的地址相同）
– 后24比特又制造商制定（相同
厂商的地址可以不同）
– Cisco 00-00-0C
– 3COM 02-60-8C
59
IEEE 802.3 MAC 帧
802.3 MAC 帧
7
1
前导码
同步时钟
6
帧首 目标地址
定界
符
6
源地址
2
长度
64 - 1518 字节
信息
4
填充 帧检
字段 测序
列
帧首位



长度:
– 最大帧为1518字节，不包括前导码和帧首定界符。
– 最大信息量为1500字节：05DC(5x16^2 + 13x16 + 12 = 1500
）。
填充字段: 确保最小帧为64字节。
帧检测序列：CRC-CCITT码，用来检测错误的多余位。
-NIC 舍弃长度不合适或者包含错误 CRC的帧。
60
DIX 以太网II 帧结构
Ethernet frame
7
1
Preamble
SD
Synch



Start
frame
6
Destination
address
6
Source
address
2
Type
4
Information
FCS
64 - 1518 bytes
DIX: Digital, Intel, Xerox
Type Field: 在信息域中识别PDU协议。
Framing: 接受端怎么知道帧长度？
– 物理层信号，以字节计数，FCS。
61
IEEE 802.3 物理层
IEEE 802.3 10 Mbps medium alternatives
介质
最大片段长度
结构
10base5
10base2
10baseT
10baseFX
厚共轴电缆
薄共轴电缆
双绞线
光纤
500 m
200 m
100 m
2 km
总线
总线
星形
点对点连接
收发器
厚共轴电缆：
不易弯曲，
难以使用
T 型连接器
62
快速以太网 Fast Ethernet
介质
最大片段长度
拓扑类型
100baseT4
100baseT
100baseFX
4对第三类非屏蔽双绞线
2对第五类非屏蔽双绞线
100 m
100 m
2 km
星形
星形
星形
两股多模态光纤
为了确保10Mbs 以太网的传输能力：
o 使用相同的帧格式，相同的接口，相同的协议。
o 集线器拓扑只使用双绞线和光纤。
o 不使用总线拓扑和共轴电缆
o 第三类双绞线（普通电话线等级？）需要4对。
o 第五类双绞线（比较常用）需要2对。
o 当今最流行的本地局域网络。
63
G比特级以太网 Gigabit Ethernet
1000baseSX
1000baseLX
1000baseCX
1000baseT
媒介Medium
两股多模光纤
两股单模光纤
平衡屏蔽双
绞线（STP）
第五类非屏蔽
双绞线
最大片段长度
550 m
5 km
25 m
100 m
星形
星形
星形
星形
拓扑类型
o
o
o
o
o
片段时间增加至512比特秒。
最小帧需要增加至512比特。
如果基站传输短帧的突发。
帧结构得到确保，但是要放弃CSMA-CD。
广泛运用于企业数据网络的骨干和服务器群组。
64
10 G比特级以太网
10GbaseSR
介质
最大片段长度
o
o
o
o
o
两条短波（850nm）
多模光纤。64B66B
编码。
300 m
10GBaseLR
两条长波（1310nm）
单模光纤。64B66B编
码。
10 km
10GbaseEW
10GbaseLX4
两条超长波（1550nm）
单模光纤。主要用来连
接 SONET 设备。
lity
单对光缆上以四倍光波
长发送信号。
10GBASE-LX4系统运行
在 1310nm 的多模或单
模暗光纤方式下。
8B10B 编码。
40 km
300 m – 10 km
帧结构得到保证
放弃CSMA-CD 协议。
本地局域网络物理层用于本地网络应用。
在无线局域网络物理层使用SONET OC-192c实现区域内的相互连接。
在地铁网络中广泛应用。
65
典型以太网分布
服务器群组
服务器
交换机/路由
服务器
以太网交
换机
100 兆比特级网络连接
服务器
服务器
G比特级以太网连接
G比特级以太网连接
交换机/路由
以太网交
换机
100 兆比特级网络连接
服务器
以太网交
换机
100 兆比特级网络连接
服务器
集线器
集线器
集线器
10 兆比特级网络连接
100 兆比特级网络连接
100 兆比特级网络连接
区域A
区域 B
区域 C
66
本地局域网络桥接和以太网交换机
Interconnecting Networks 相互连接的网络
网络间连接和宽展有几下几种方法：
– 多个网络在物理层连接时，使用的设备叫放大器。多端口的放
大器称为集线器。
– 多个网络在MAC或数据连接层连接时，使用的设备叫做桥接
器。
– 多个网络在网络层连接时，使用的设备叫做路由。
– 放大器仅仅拷贝数据，包括错误的数据。因此我们不能用太多
放大器。
– 在较高层的互联使用相对较少。在高层进行网络互联所使用的
设备叫做闸道器。
68
什么是交换机？

在工业上，术语“本地局域网络桥
接”被称为“本地局域网络交换”。
本课中，两个词意义相同。

我们将使用课本中的术语。
多层交换机可以在第二层（数据
连接层）和第三层（网络层）中
工作。

69
集线器和桥接器




放大器和集线器并不是很智能。他们
仅仅把自己接收到的数据（包括错误
）复制后再传送到所有连接的端口。
这将造成一个比较大的冲突域，并随
着基站和传送数据的增加达到饱和。
通过创造几个冲突域，桥接课实现本
地局域网络的扩展。
桥接器将校验帧中的MAC地址。只有
地址对应桥接器另一端的帧才会被传
送。
70
透明桥接器


IEEE 802.1d定义了透明桥接器。术语
透明说明基站并不知道桥接器的存在。
“以太网交换机就是用以太网相互连接
基站间的多端口透明桥接器”。、
S1

S2
S3
透明桥接器完成以下工作：
–
–
–
在不同局域网间传输帧。
检测基站在局域网络中的连接点。
在拓扑结构中防止闭环。
局域网1
桥接器
局域网2
S4
S5
S6
71
透明桥接器


桥接时会创建和使用一个查找表，称为
传送表或者传送数据库。
They
– 舍弃帧，如果源和目的地在同一个本地
局域网中。
– 传输帧，如果源和目的地在不同的局域
网中中。
– 使用泛洪,如果目的地地址不明。

用逆向学习的方法建立传输表。
– 检测帧的源地址
– 通过移除旧的访问连接点，处理拓扑结
构变化。
S1
S2
S3
LAN1
Bridge
LAN2
S4
S5
S6
72
创建传输表的实例：
S1
S2
S3
LAN1
LAN2
LAN3
B1
Port 1
S5
S4
B2
Port 2
Address Port
Port 1
Port 2
Address Port
73
S1→S5
S1
S2
S3
S1 to S5
S1 to S5
S1 to S5
LAN1
S1 to S5
LAN2
LAN3
B1
B2
Port 1
Port 2
Address Port
S1
S5
S4
1
Port 1
Port 2
Address Port
S1
1
74
S3→S2
S1
S2
S3
S3S2
S3S2
S3S2
S3S2
S3S2
LAN1
LAN2
LAN3
B1
B2
Port 1
Port 2
Address Port
S1
S3
S5
S4
1
2
Port 1
Port 2
Address Port
S1
S3
1
1
75
S4S3
S1
S2
S3
S4
B1
Port 1
S4S3
Port 2
Address Port
S1
S3
S4
1
2
2
S3
S4S3
S4S3
LAN1
S5
S4
LAN2
LAN3
B2
Port 1
Port 2
Address Port
S1
S3
S4
1
1
2
76
S2S1
S1
S2
S3
S5
S4
S2S1
LAN1
LAN2
S2S1
LAN3
B1
B2
Port 1
Port 2
Address Port
S1
S3
S4
S2
1
2
2
1
Port 1
Port 2
Address Port
S1
S3
S4
1
1
2
77
Adaptive Learning





在静态网络中，表最终存储了全部的地址和更新的步骤。
但是在实际中，基站的数目经常被改变。传输表也会定时刷新。
因此，当桥接的表中加入新的地址时，一个计时器会被设置。
计时器的值逐渐减小，直到0，之后地址条目将被从表中移除。
表中的条目就是以上述方法刷新的。
78
防止闭环


在没有闭环时（两个局域网中
间只有一条通路），桥接能够
正常工作。
有时需要多余的连接，就需要
使用闭环。在桥接网络中的闭
环会导致广播风暴（一种广播
帧的泛洪）。
LAN1
B1
B2
B3
LAN2
B4

IEE 802.1 定义了生成树算法
用来解决这个问题。
LAN3
B5
LAN4
79
生成树算法。
1.
在所有桥接中选择一个作为根网桥。
• 根网桥= 最低桥接 ID。
2.
除了根桥接外，定义每个桥接的根端。
• 根端 = 端到根网桥间有最低成本路径
3.
为每一个局域网选择一个指定网桥。
• 指定网桥 = 从局域网到根网桥间的最低成本路径。
• 指定端连接局域网和指定网桥。
4.
所有的根端口和指定端口都被置于传输态。只有这些
端口允许传输帧。其他的端口都置于截止态。
80
生成树算法举例
LAN1
(1)
所有的部分拥有相同的cost。端口
名称在括号中。
(1)
B1
B2
(1)
(2)
(2)
LAN2
B3
(3)
(2)
(1)
B4
(2)
LAN3
(1)
B5
(2)
LAN4
81
LAN1
(1)
(1)
B1
网桥1被选为根网桥
B2
(1)
(2)
(2)
LAN2
B3
(3)
(2)
(1)
B4
(2)
LAN3
(1)
B5
(2)
LAN4
82
LAN1
(1)
R (1)
B1
B2
(2)
(2)
LAN2
R
(1)
B3
R (1)
除了根网桥，每个网桥都选
择一个根端口。
(3)
(2)
B4
(2)
LAN3
R (1)
B5
(2)
LAN4
83
LAN1
D (1)
R (1)
B1
B2
(2)
D (2)
LAN2
R
为每个局域网选择指定网桥。
(1)
B3
R (1)
D (2)
(3)
D
B4
(2)
LAN3
R (1)
B5
(2)
LAN4
84
LAN1
D (1)
R (1)
B1
B2
(2)
D (2)
LAN2
R
(1)
B3
R (1)
所有的根端口和指定端口置
于传输态。
D (2)
(3)
D
B4
(2)
LAN3
R (1)
B5
(2)
LAN4
85
总结：Summary







802 IEEE 规范。
以太网规范 – IEEE 802.3 （和DIX）。
电缆长度和数据包大小。
寻址。
数据包格式。
物理链接和部分扩展。
 放大器，网桥和路由。
快速以太网。
86
谢谢
需要自学的部分：
阅读课本第6章
（6.8中的令牌环（Token Ring）和6.10中的无线网络部要求。Source Routing
Bridge和之后的部分不要求。）