交换式局域网,作为一种能通过增加网段提高局域网容量的技术,已经迅速地确立了它自己的地位。这是因为局域网交换机能够以较低的成本在多个网段提供高质量的报文传输服务。这正如以前的路由器,作为连接局域网段的互连设备曾大量替代了互连网桥,而现在交换机趋向于替代局域网中的路由器。

2.1 局域网的概念

交换式局域网的体系结构

1.数千米范围内额几台到数百台小型计算机或微型计算机通过通信线缆连接而形成的计算机系统称为计算机局域网络。局域网简称LAN,是Local Area Network的缩写。

大型局域网总是由多个局域网通过多种网络互连设备,如网桥、路由器或交换机等连接而成的。由于对局域网带宽不断增长的要求必须在以太网或令牌环网固定的10Mbps或16Mbps的带宽限制下,所以在一个典型的局域网设计中不同局域网段的数目正迅速性地增长着。但是这种趋势会持续多久呢?是否有可能局域网中不再需要路由器呢?毫无疑问,广域网中互连的交换式局域网之间需要路由器提供物理连接和协议的转换。但当我们寻求对下列问题的答案时,分歧就产生了:

2.局域网的特点:

在交换式局域网中路由选择的作用是什么?

(1)连接方便;

在交换式局域网中交换与路由选择之间的最优平衡是什么?

(2)简单灵活;

在局域网中把交换机与路由器物理地连接起来的最好办法是什么?

(3)不占用电信线路;

下面的论述将会对这些问题给出合理的解答。

(4)传输速度快,效率高;

交换和路由选择:定义

(5)安全性及保密性好。

在开始讨论在局域网中交换和路由选择各自的作用之前,首先应该明白这两种技术的差别。局域网交换机有点像网桥,通常它们互连同种类型的局域网段,如都是以太网段或都是令牌环网段的情形。它们在端口之间透明地传送信息,以令牌环网为例,就是用源路由选择的方法。透明交换机对端站是不可见的
,它们通过检查传送到它们端口的局域网段中的所有信息包来进行学习,从而得知各站点的位置,并根据在每个信息包中的目的网络地址把信息包送往适当的端口。这也意味着它们的运作独立于与端站之间互相通信的协议,不管是TCP/IP协议,还是Novell
IPX,NETBIOS或者IBM的SNA协议。令牌环网的源路由选择交换机与透明交换机不同之处仅在于,源路由选择交换机是根据由端站往每个信息包中插入的信息来把信息包送往相应的端口,同样这也是独立于下层网络协议的。

3.光纤:是光导纤维的简称,又称光缆,它是用极细的石英玻璃纤维作传输介质。光缆传输是利用激光二极管或发光二极管在通电后产生光脉冲信号,这些光脉冲信号能沿光纤进行传输。众所周知,计算机内部的数据是用1和0来表示的,则中数据称为二进制数据。在非光纤通信电缆上,是用电脉冲传输二进制数据的。而在光纤中,是用光束表示数据的,即用有光和无光表述数据1和0.

但在一些情况中,交换机可用来互连不同类型的局域网,例如,一些交换机可互连FDDI主干网和以太网段。在这种情形下,交换机只是在以太网和FDDI帧之间作些简单的转换工作,这样就遵循了对端站的透明性原则。

 

另一方面,路由器被设计成具有把任何类型的网络信息包传送到任何其他类型网络的能力,它们对端站是不透明的:事实上,当一个以太网的端站想要路由器另一端的站点进行通信时,它只是对相应的路由器进行寻址,而不是目的站点。当一个路由器从一个以太网段收到一个要发往另一个网段的信息包时,路由器取出报文的头部,检查报头中的目的地址,然后根据这些信息查询相应的表,确定这个目的站点是否位于它的一个直接相连的局域网段中,否则,该信息包应被送往另一个路由器,在作出相应的决定后,这个路由器将为这个信息包添加新的报头并将它发送出去。

2.4 网络系统结构

为了确定信息包往哪一个端口转发,路由器要维护复杂的查找表,这些表是由每个路由器与网络中的其它路由器相互合作而构造的,这些路由器相互传递经过这个网络的路由状态信息,在路由选择中涉及到的协议和过程是复杂的,需要进行大量的计算,并且占用内存。

计算机网络共有4中系统结构

总而言之,在局域网中交换与路由选择最显著的差异在于:信息包经过路由器要比经过交换机需要复杂得多的处理。因此,在取得同一性能水平的前提下,路由器的花费比交换机的花费多许多,而且,一个包经过交换机比要经过路由器花的时间少一些,从而交换机提供了更短的延迟;但另一方面,可以用路由器的处理能力来提供比交换机更大程度的控制。

  1. 主机系统H
  2. 工作站/文件系统服务器
  3. 客户/服务器系统C/S
  4. 对等网络系统

网络设计的目标

 

在明白网络设计的目标之前,我们不可能有效地讨论如何使用交换技术和路由选择技术的最优组合来建造交换式局域网,下面是交换式局域网的一些常见的设计目标:

*2.5 常用的网络连接设备***

●以合理的成本取得较高的处理能力

序号

设备名称

主要功能

基本用途

1

中继器

信号复制和信号放大

用以连接两个网段

2

网桥

信息交换、信号放大

用以连接连个同类型的局域网络

3

网关

信息交换、信号放大

用以连接两个不同类型的局域网络

4

路由器

信息交换、信号放大、路由选择

用以组建广域网络和国际互联网络

5

集线器

信号复制、信号分流、信号放大

用以组建简单及小型LAN

6

交换机

信号复制、信号分流、信号放大、路由选择(核心交换机和三层交换机)

用以组建复杂及大型LAN

7

调制解调器

信号调制与解调

用以电话线组建网络

8

光纤收发器

光信号收发、光信号与数字信号转换

用以光纤连接的网络

9

网闸

链路的连接与断开

安全隔离

10

负载均衡器

任务分摊(服务器均衡)和流量分摊(线路均衡)

服务器均衡和线路均衡

11

BRAS

拨号上网、认证、计费

上网用户认证

●更低的端到端的迟延

 

●具有对通信模式进行调节的弹性

2.6 网路协议标准

1.IEEE 802标准只描述了微机局域网络的一部分,即ISO/OSI的最低两层:物理层和数据链层。包括逻辑链路控制层LLC、介质访问控制MAC和物理层控制PH标准。IEEE 802系列是局域网的底层协议,对于高层协议IEEE 802未做规定,因此,各种局域网的高层协议都由自己定义。所以,几乎所有著名的微机网络尽管其高层协议不同,网络的操作系统也不尽相同,但由于其底层都采用了相同的IEEE
802协议标准而可实现互联。

 

●容易配置和安装

●最小化的管理负担

●对网络资源访问的有效控制

在下面的讨论中你将明白,交换技术作为主导技术,而路由选择技术扮演重要但较小角色的局域网设计能最好地符合上述大部分的设计目标。在这个混合中高比例的交换技术通常是令人满意的,因为交换技术比路由选择技术更能以较低的成本提供更大的通信处理能力,而且交换机更易于安装、配置和管理。

路由选择在交换式局域网中担任的角色

简介

在交换式局域网中,由路由器完成的基本功能主要有四种,对它们有清楚的了解有助于我们明白路由选择在交换式局域网中担任的角色,这四个功能为:

●把交换式局域网分割成多个广播域,并且把这些域连接在一起

●在不同子网间进行信息包的传送

●作为互连不同局域网的技术

●提供对从属在局域网上的资源进行安全访问的机制

当然,路由器完成的功能不止这些。当将局域网连接到广域网上时,路由器承担了许多协议的转换工作,如从局域网的协议到针对专用线路或电话线路连接的点到点协议,或者帧中继。但这些功能因所连接的广域网的不同而有所差异,这里我们只关心在交换式局域网中的情形,因此,我们的焦点就放在上述四个基本功能上。

把交换式局域网分割成多个广播域

一些局域网技术(如以太网和令牌环网)提供让任一个站点可发送一信息包给局域网中的所有其它站点的能力,这也就是所谓广播。几乎所有局域网的网络协议都是用广播来实现操作和管理的机制的。例如,使客户机能定位服务器,允许散播有关可利用的网络资源的信息等等。

一般而言,越多的站点连接到同一个局域网上,产生的广播通信量就越大。对于通过网桥或交换机连接多个局域网段而形成的大型局域网而言,这种情况仍成立。

广播通信流

在一个局域网中的广播通信量不仅仅取决于连接到局域网上的站点数目,还有许多其他因素的影响,如在局域网上的服务器和路由器的数目,所用的协议类型、用户启动和终止网络应用程序的频率等等。同时,令牌环网中可观察到的广播特征不同于以太网,因为令牌环网用一种称为源路由探测帧(Source
Route Explore
Frames),这种帧在经过桥接的网络时如果面临多个路由选择就会复制自己。

由于影响局域网广播通信量的因素很多,因此很难给出一个通用的衡量指标。然而,实际的网络测定表明,即使用一般的网桥或交换机连接有几百个甚至几千个结点的局域网
,平均的广播通信量一般不会超过每秒10-30个信息包,在偶尔发生的高峰期每秒也最多只有
100-150个信息包。而每秒30个广播包意味占用大约以太网信道的千分之二点五,(这里假定广播信息包平均长度为100字节)。因此广播流对整个网络性能的影响是可以忽略的。

尽管局域网上的广播流对网络性能的影响甚微,但同样的情况却不适用于广域网的连接。在这种情形下,广播通信流将占用宝贵的广域网带宽的相当一部分,而路由器在这种环境中起着最小化广播通信的影响的作用。

当前对网络协议和软件的类型和用法的趋势是:倾向于减少在局域网中的广播通信流量。例如,对NetBIOS协议(一个大量使用广播的协议)的使用正日益减少。同时,新的特性不断地被Novell公司吸收入NetWare
4.X 版本,包括NetWare 目录服务(NetWare Directory
Services)和对NetWare连接状态协议(NetWare Link State
Protocol)的支持,从而减少SAP(Service Advertising Protocol)和RIP(Routing
Information Protocol)协议的通信流。

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