光分组交换与路由技术42页PPT

《分组交换技术》PPT课 件
这是一份关于分组交换技术的PPT课件，涵盖了该技术的定义、与电路交换 技术的区别、发展历史、原理和工作方式等内容。让我们一起探索分组交换 技术的优缺点、应用场景和未来发展趋势。
什么是分组交换技术？
分组交换技术是一种网络通信方法，将数据分成块（或称为分组），通过网 络传输。与电路交换技术相比，分组交换技术更加灵活、可靠且适应性强。
常见的分组交换技术标准
IP协议
互联网协议，实现分组交换和数据传输
ATM协议
异步传输模式，提供高速传输和多种服务质量
IP协议和ATM协议的区别
IP协议基于互联网的需求，以灵活性为目标，而ATM协议则专注于高速传输 和多种服务质量的支持。
IP协议的分组交换技术
IP协议是互联网分组交换的基础，通过将数据分为IP包，并使用IP地址在全球范围内进行路由和传输。
分组交换技术与电路交换技术的区别
分组交换技术
数据分割成分组传输，按需分配带宽
电路交换技术
建立独占通信线路，需要预先分配带宽
分组交换技术的发展历史
1
1960年代
出现分组交换技术的初步概念
2
1970年代
引入分组交换网络的实际应用
3
1980年代
TCP/IP协议的广泛应用推动了分组交换技术的发展
分组交换技术的原理和工作方 式
分组交换技术基于数据分组的概念，网络设备根据目的地将数据分成适当大 小的数据包，通过路由器和交换机转发，最终到达目标设备。
分组交换技术的优缺点
1 优点
高度灵活性、可靠性和适应性
2 缺点
较大的延迟和复杂的路由算法
分组交换技术的适用范围
互联网
大规模数据传输和全球性连接

X．25数据链路层采用高级数据链路控制规程HDLC 的子集一一平衡型链路接入协议(LAPB，Link Access Procedures Balanced)作为数据链路的控制规程。
一）链路层的主要功能
链路层的主要功能有： 11. 将D信道上传送的信息按照一定的格式组装成帧，能进行帧的定
界并采取一定的措施来保证信息的透明传输。 22. 能够进行顺序控制，保持数据链路上各帧的发送和接收顺序。 3、能够检测出在数据链路上出现的传输错误、格式错误和操作错误。 4、用重发的方法来纠正检测到的传输错误。 5．流量控制 6、识别并向高层协议报告规程性错误。
一．虚电路方式
虚电路是指两个用户在进行通信之前要通过网络建立 逻辑上的连接
在建立连接时，主叫用户发送“呼叫请求”分组，在该 分组中，包括被叫用户的地址及为该呼叫在出通路上分配 的虚电路标识，网络中的每一个节点都根据被叫地址选择 出通路，为该呼叫在出通路上分配虚电路标识，并在节点 中建立入通路上的虚电路标识与出通路上虚电路标识之间 的对应关系，向下一节点发送“呼叫请求”分组。
被叫用户如同意建立虚电路，可发送“呼叫连接”分 组到主叫用户。当主叫用户收到该分组时，表示主叫用户 和被叫用户之间的虚电路已建立，可进入数据传输阶段。
在呼叫建立阶段，在虚电路经过的各个分组交换机中建 立虚电路标示之间的对应关系。
虚电路方式完成交换的示意图
分组交换机4的连接分表 组交换机5的连接表
交换虚电路和永久虚电路
当然，网络出了差错不去处理而让两端的主机来处理肯定会 延误一些时间，但技术的进步（光纤的出错的概率远小于电缆传 输）传输使得网络出错的概率已越来越小，因而让主机负责端到 端的可靠性不但不会给主机增加更多的负担，反而能够使更多的 应用在这种简单的网络上运行。因特网能够发展到今天这样的规 模，充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的。

上，但它们之间的通信就像在同一个物理网段上一 样; ❖ 一个VLAN就好像是一个孤立的网段，VLAN间不能 直接通信，实现VLAN间互联必须借助于路由器(或 具有三层交换功能的交换机）。
VLAN
• 广播控制 • 安全性 • 灵活性
VLAN分类
根据使用和管理VLAN的不同情况，VLAN分为两种： 静态VLAN和动态VLAN。
备份连接：
冗余拓扑
冗余拓扑
网段A
1/1
2/1
1/2
2/2
网段B
B
❖ 广播风暴
❖ MAC地址表不稳定
冗余拓扑-多帧复制
主机X发送单播帧到路由器 Y. 交换机A,B没有学习到路由器Y的MAC地址. 路由器 Y 将收到两份相同的帧.
生成树协议
生成树协议(Spanning Tree Protocol-STP) ，两个标准：802.1D、 802.1w。
IEEE802.1Q
符合IEEE802.1Q标准的以太网帧
DA SA Type Data CRC
标准以太网帧
DA SA tag Type Data CRC
TCI
TPID
Priority CFI VLAN ID
带有IEEE802.1Q标记的以太网帧
VLAN中继协议
VLAN技术独立于地理位置根据工作组或业务类型组织网络资源。 管理的不便（如VLAN跨交换机，则该交换机须配置VLAN），易生成网络网络
选举根端口：比较从各端口到达根桥的路径花费，最小的为根端口 选举指定端口：比较网段中各端口到达根桥的路径花费，最小的为
指定端口 路径花费相同则比较转发根桥BPDU的交换机ID；如ID同，比较端
口优先级，如端口优先级同，比较端口ID

基本交换原理-地址学习
A欲与C进行通讯，不知A的mac地址，先进行ARP 广播,交换机会学习到A的MAC地址。
基本交换原理-地址学习（续）
❖ D已知B的地址且发送数据帧与B通信 ❖ 交换机未知B的地址只有进行广播 ❖ 交换机学习到D的地址
基本交换原理-过滤
❖ 已知目的地不再广播
基本交换原理-过滤（续）
Switch3550(config)#interface Fa 0/1 Switch3550(config-if)#no switchport
VLAN1~10
Switch3550(config-if)#ip address 10.10.11.2 255.255.255.0
Switch3550(config-if)#no shut 为访问Internet设置默认路由
生成树协议-术语
根桥：桥ID最低。网络中，所有决定（如哪一个端口要被阻塞，哪一个 端口要被置为转发模式）都是根据根桥的判断来做出选择。
BPDU：交换机之间交换的信息，利用这些信息选出根交换机以及进行 网络的后续配置。
桥ID：利用它来跟踪网络中的所有交换机。由桥优先级(在所有的Cisco 交换机上，默认的优先级为32768)和基本MAC地址的结合来决定的。 在网络中，桥ID最低的为根桥。
❖ 二层交换技术 ❖ VLAN ❖ 路由技术 ❖ 多层交换技术 ❖ 网络地址转换（NAT） ❖ 移动Ad hoc网络路由技术简介
VLAN
❖ 虚拟网络建立在局域网交换机之上; ❖ VLAN是一个广播域，是由一些局域网网段构成的
与物理位置无关的逻辑组; ❖ 以软件方式实现对逻辑工作组的划分与管理; ❖ 一个逻辑工作组的结点可以分布在不同的物理网段
跨VLAN通信-子接口

报文
1101000110101010110101011100010011010010
假定这个报文较长 不便于传输
2020年11月13日
现代交换原理与技术
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分组交换的原理（二）
每一个数据段前面添加上首部构成分组。
报文
数据
数据
数据
首部
分组 1
分组 2
首部
分组 3
首部
请注意：现在左边是“前面”
2020年11月13日
分组交换有虚电路分组交换和数据报分 组交换两种。
2020年11月13日
现代交换原理与技术
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第5章 分组交换原理与技术
5.2 分组交换原理 （1）虚电路方式
网络的源节点和目的节点之间要先建一条逻
辑通路。每个分组除了包含数据之外还包含一个 虚电路标识符。在预先建好的路径上的每个节点 都知道把这些分组引导到哪里去，不再需要路由 选择判定。最后，由某一个站用清除请求分组来 结束这次连接。
5.2 分组交换原理 流量控制与拥塞控制： 他是分组交换必须具有的功能。 流量控制：防止拥塞情况发生； 拥塞控制：一旦发生拥塞必须有解决的办法。
一般发生时就通知原发点降低传送速率。
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现代交换原理与技术
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第5章 分组交换原理与技术
5.2 分组交换原理 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、 固定长度的数据段。
用这样的存储转发方式，最后分组就能 到达最终目的地。
2020年11月13日
现代交换原理与技术
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分组交换的原理（四）
接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
分组 1
首部
数据
分组 2
首部 数 据

Switch(config-if)#switchport mode access
注：交换机的端口默认为Access端口。
18
交换机Access端口和Trunk端口
（2）Trunk端口（汇聚端口） Trunk端口用于交换机之间的连接，所有VLAN都可 以通过此Trunk端口。 ·将交换机端口设置为Trunk端口的命令： Switch(config)#int [端口标识] !进入要划分端口 Switch(config-if)#switchport mode trunk !将端 口设置为Trunk端口， trunk可以简写为tr 例：将交换机f0/5端口设置为Trunk ： Switch(config)#int f0/5 !进入f0/5端口 Switch(config-if)#switchport mode trunk
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交换机Access端口和Trunk端口
例：switchport trunk allowed vlan add 2,3 执行后，即只让VLAN 2、3通过Trunk端口，其他的 均不能通过。 •为Trunk端口定义不允许放通的VLAN： Switch(config-if)#switchport trunk allowed vlan remove [VLAN号] 注意：此命令不改变原来其它VLAN的放通。 例： switchport trunk allowed vlan remove 1,5 执行后1号和5号不能通过Trunk端口
（4）两台交换机的级联端口，即Switch 0的f0/3和Switch 1 的f0/3，均需设置为Trunk类型端口。
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跨交换机配置VLAN
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跨交换机配置VLAN
配置后，Switch 1的f0/3端口会自动协商为trunk类型

② 转发/ 过滤决定：当在某个接口上收到帧时，交换机就查看其目的硬件地址 ，并在MAC数据库中找到其外出的接口。帧只被转发到指定的目的端口。
③ 避免环路：如果为了提供冗余而在交换机之间创建了多个连接，网络中就 可能产生环路。在提供冗余的同时，可使用生成树协议(Spanning Tree Protocol，STP)来防止产生网络环路。
6.1.2 转发/过滤决定
• 当帧到达交换机接口时，交换机就将其目的地址与转发/过滤MAC数据库中的地址 进行比较。如果目的硬件地址是已知的且已列在数据库中，帧就只被发送到正确 的外出接口。交换机不会将帧送往除了目的地接口之外的任何其他接口，这样就 保留了在其他网段上的带宽，这种方式称为帧过滤。
• 如果目的硬件地址没有被列在MAC数据库中，帧就被广播到除了发送帧的接口之外 的所有其他活动的接口。如果某台设备响应了此广播，MAC数据库就会用此设备的 接口地址(位置)进行更新。
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6.2.3 生成树端口状态
阻塞(Blocking):被阻塞的端口将不能转发帧，它只监听BPDU。设置阻塞状态的意图是防 止使用有环路的路径。当交换机加电时，默认情况下所有的端口都处于阻塞状态。 侦听( L i s t e n i n g ) : 端口都侦听BPDU，以确信在传送数据帧之前，在网络上没有环路产生。 处在侦听状态的端口，在没有形成MAC地址表时，就准备转发数据帧。 学习(Learning):交换机端口侦听BPDU，并学习交换式网络中的所有路径。处在学习状态 的端口形成了MAC地址表，但不能转发数据帧。转发延迟意味着将端口从侦听状态转换 到学习状态所花费的时间，默认时设置为15秒，可以用命令show spanning-tree显示出来。 转发(Forwarding):在桥接的端口上，处在转发状态的端口发送并接收所有的数据帧。如 果在学习状态结束时，端口仍然是指定端口或根端口，它就进入转发状态。 禁用(Disabled):从管理上讲，处于禁用状态的端口不能参与帧的转发或形成STP。处于禁 用状态下，端口实质上是不工作的。

路由协议
路由协议是路由器之间交换路由信息的协议
常见的路由协议有RIP、OSPF、BGP等
路由协议用于建立和维护路由表，以便路由器能够正确地转发数 据包
路由协议可以动态地更新路由表，以适应网络拓扑的变化
路由表
01 02 03 04
路由表是路由器的关键组成部分，用于 存储路由信息
路由表包含路由条目，每个条目包括目 的地址、下一跳地址和度量值等信息
路由管理工具
命令行界面（CLI）： 1 通过输入命令来配 置和管理路由器
网络管理协议
2
（SNMP）：用于
监控和管理网络设
备的协议
基于Web的图形界 3 面（GUI）：通过 浏览器访问路由器 进行配置和管理
虚拟专用网络
4
（VPN）：用于连
接不同网络，实现
数据加密传输和管
理
防火墙：用于保护
5
网络免受外部攻击
密码、DHCP服务等。
连接设备：将家庭网络中 的设备连接到路由器，如
电脑、手机、电视等。
测试网络：测试家庭网 络是否正常，如网络速
度、信号强度等。
优化网络：根据家庭网络 需求，优化路由器设置， 如调整信道、设置QoS等。
路由技术发展趋势
路由协议演进：从静态路由到动态路由，再到SDN（软 件定义网络）
路由表用于指导数据包的转发，根据目 的地址和度量值选择合适的下一跳地址
路由表可以通过静态配置、动态路由协 议等方式更新和维护
路由配置与管理
路由器配置
● 登录路由器：通过Web界面或命令行界面登录路由器 ● 配置接口：为路由器的各个接口分配IP地址和子网掩码 ● 配置路由协议：选择合适的路由协议，如RIP、OSPF、BGP等，并配置相关参数 ● 配置静态路由：手动配置静态路由，用于连接网络中的特定节点 ● 配置NAT：配置网络地址转换，用于在私有网络和公共网络之间进行地址转换 ● 配置访问控制：配置访问控制列表，用于限制或允许特定网络流量通过路由器 ● 配置QoS：配置服务质量，用于保证关键应用的网络性能 ● 配置日志和监控：配置路由器的日志记录和监控功能，用于监控路由器的运行状态和网络流量 ● 配置备份和恢复：配置路由器的备份和恢复功能，用于在出现故障时快速恢复路由器配置 ● 验证配置：验证路由器的配置是否正确，确保网络正常运行

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6.2 生成树协议Spanning Tree Protocol (STP)
STP的主要任务是阻止在第2层网络(网桥或交换机)上产生网络环路。它警惕地监视着 网络中的所有链路，通过关闭任何冗余的接口来确保在网络中不会产生环路。STP采 用生成树算法(STA)，它首先创建一个拓扑数据库，然后搜索并破坏掉冗余的链路。运 行了STP算法之后，帧就只能被转发到保险的由STP挑选出来的链路上。
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6.1.4 避免环路
交换机之间存在冗余链路是一件好事，这是因为，万一某条链路出了故障的话，它们 就可以用来防止整个网络失效。
如果网络中没有采取避免环路的措施， 交换机将通过互联网络无止境地扩散 广播帧。这有时被称为广播风暴。左 图演示了广播是怎样通过互联网络传 播的。可以观察到帧是怎样通过互联 网络的物理网络介质不断地进行广播 的。
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6.2 生成树协议Spanning Tree Protocol (STP) 在左图所示的交换式网络中，存在 着冗余的拓扑(交换环路)。如果没有 (采取)一些第2层的机制来阻止网络 环路，就会遇到前面讨论过的问题： 广播风暴和多帧复制。
13Байду номын сангаас
6.2.1 生成树术语
根桥(Root bridge):根桥是桥ID最低的网桥。对于STP来说，关键的问题是为网络中所有 的交换机推选一个根桥，并让根桥成为网络中的焦点。在网络中，所有其他的决定— 比如哪一个端口要被阻塞，哪一个端口要被置为转发模式—都是根据根桥的判断来做 出选择的。 BPDU(桥协议数据单元):所有的交换机相互之间都交换信息，并利用这些信息来选出 根交换机，也根据这些信息来进行网络的后续配置。每台交换机都对桥协议数据单元 (Bridge Protocol Data Unit)中的参数进行比较，它们将BPDU传送给某个邻居，并在其中 放入它们从其他邻居那里收到的BPDU。 桥ID(Bridge ID):STP利用桥ID来跟踪网络中的所有交换机。桥ID是由桥优先级(在所有的 Cisco交换机上，默认的优先级为32768)和MAC地址的组合来决定的。在网络中，桥ID 最小的网桥就成为根桥。

《现代交换原理与技术 》
理工大学通信工程学院
➢时分光交换网络
▪ 对于时分光交换，那么是按时间顺序安排的时分复用 各路光信号进入时分交换网络后，在时间上进展存储 或延迟，对时序有选择地进展重新安排后输出。即基 于光时分复用中的时隙交换。
《现代交换原理与技术 》
理工大学通信工程学院
➢时分光交换网络的优缺点
《现代交换原理与技术 》
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第12章 光交换技术
12.1
概述
12.2
光交换器件
12.3
光交换网络
12.4
光交换系统
《现代交换原理与技术 》
理工大学通信工程学院
➢光开关在光通信中的作用
▪ 有三类： ▪ 将某一光纤通道的光信号切断或开通； ▪ 将某波长光信号由一个光纤通道转换到另
一个光纤通道中去； ▪ 在同一光纤通道中将一种波长的光信号转
概述
12.2
光交换器件
12.3
光交换网络
12.4
光交换系统
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电交换的缺点
▪ 问题： 电交换有哪些缺点?
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▪ 21世纪的通信网应该是能提供各种通信业务的、具有 巨大通信能力的B-ISDN。网络业务将以宽带视频和 高速数据及普通话音业务为主。为提供这些业务，需 要高速、宽带、大容量的传输系统和宽带交换系统。
《现代交换原理与技术 》
理工大学通信工程学院
➢空分光交换网络的优缺点
▪ 空分光交换的优点是各信道中传输的光信号相互独立， 且与交换网络的开关速率无严格的对应关系，并可在空 间进展高密度的并行处理，因此能较方便地构建容量大 而体积小的交换网络。

第7章 分组交换网
统计时分复用中各个用户的传输速率可以大于平均 速率，最高时可以达到线路的总的传输能力。
如线路总的速率为9.6kb/s，3个用户信息在该线路 上进行统计时分复用，平均速率为3.2kb/s，而一个用 户的传输速率最高时可以达到9.6kb/s。
统计时分复用的缺点是会产生随机时延和丢失数据 的可能。这是由于用户传送数据的时间是随机的，若 多个用户同时发送数据，则需要进行竞争排队，引起 排队时延；若排队的数据很多，引起缓冲器溢出，则 会造成数据丢失。
同一个终端的每次呼叫可以分配不同的逻辑信道 号。
同一次呼叫连接中，来自某一个终端的数据的逻 辑信道号应该是相同的。
第7章 分组交换网
7.1.2 虚电路与数据报
1．虚电路方式 所谓虚电路方式，就是指两终端用户在相互传送数 据之前要通过网络建立一条端到端的逻辑上的虚连接， 即确定了信息所走的路径——虚电路。 虚电路一旦建立以后，属于同一呼叫的数据均沿着 这一虚电路传送，当用户传送数据时，清除该虚电路。 在这种方式中，用户的通信需要经历连接建立、数据 传输、连接拆除三个阶段，是面向连接的方式。
交换虚电路(SVC)是指在每次呼叫时用户通过发 送呼叫请求分组来临时建立虚电路的方式。
永久虚电路是指(PVC)应用户预约，网络运营者为 之建立固定的虚电路，呼叫时不需要再临时建立虚电 路，而可以直接进入数据传送阶段。一般适用于业务 量较大的集团用户。
第7章 分组交换网
2．数据报方式
在数据报方式中，交换节点将每一个分组独立地 进行处理，每一个数据分组中都含有终点地址信息；
当分组到达节点后，节点根据分组中包含的终点地 址为每一个分组独立地寻找路由，因此同一用户的不 同分组可能沿着不同的路径到达终点，在网络的终点 需要重新排队，组合成原来的用户数据信息。