数据链路层设备

前景:物理层中集线器与主机的距离不能超过100米,否则数据失真严重难以恢复

  • 物理层扩展以太网方法
      1. 将电信号转换为光信号扩大传播范围
      1. 将多个集线器连接起来,产生冲突的概率增加了

链路层用网桥或交换机来扩展以太网

一、网桥的概念及其基本原理

    1. 网桥的概念:网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时,并不向所有接口转发此帧,而是先检查此帧的目的MAC地址,然后再确定将该帧转发到哪个接口,或者是把它丢弃
    • 网段:一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备(传输介质、中继器、集线器等)能够直接通讯的那一部分,即上图阴影区域
    1. 网桥优点:
      1. 过滤通信量(即隔离了冲突域),增大吞吐量(假如每个网段带宽10Mb/s,那么有网桥隔离的话叠加起来最大吞吐量就是30Mb/s)
      1. 扩大了物理范围(如A可以和F通信)
      1. 提高了可靠性(一个冲突域出现问题不会影响其他冲突域)
      1. 可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网
    1. 网桥分类
    • 透明网桥(源路由网桥):“透明”指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥,是一个即插即用设备--自学习算法(通信的过程中填写转发表)
      • 自学习算法流程:
          1. 如上图两个网桥将三个网段连接成一个以太网,首先A给B发信息,A信息经过B给B,然后到网桥①的接口1处,网桥①先按A的MAC地址查找转发表,发现没有A的地址,就将A的地址及收到帧的接口1写入转发表,以后有数据从网桥①发往A就知道从1号接口发出。再按B的MAC地址查找网桥①的转发表,发现没有B的MAC地址,于是A发出的帧通过除了接口1外的所有接口转发出去(即图中的2号接口),到了网桥②与网桥①做相同的处理,网桥②的转发表更新之后A给B发送消息就结束了,相应的转发表更新如下图
          1. 接下来F给C发信息过程与1步骤类似,更新后的转发表如下
          1. 最后B给A发信息,因为在一个网段A已经收到B的信息,B信息到网桥①时先检查源地址即B的MAC,没有则更新转发表添加B的MAC地址及相应的接口1,后检查目的地址即A的MAC地址,发现A的MAC地址已经存在且知道A在接口1左边,即A,B在一个网段内,所以不用向其他接口转发B信息了,转发表更新如下图
    • 源路由网桥:在发送帧时,把详细的最佳路由信息(通过的路由器数最少/时间最短)放在帧的首部中
      • 工作原理:源站以广播方式向羽通信的目的站发送一个发现帧,帧可通过多种路径方案到达目的站,类似于走迷宫,目的站原路返回一个响应帧,告诉起点有多少种可选择的方案,然后选择一个最佳的路径如方案5作为最佳路由信息放在数据帧的首部

二、局域网交换机及其工作原理

    1. 多接口网桥-以太网交换机 交换机是工作原理是与网桥一样的,每个交换机接口可以连集线器或主机每个接口可独占传输媒体带宽
    1. 以太网交换机的两种交换方式
      1. 直通式交换机:查完目的地址就立即转发。特点:延迟小,可靠性低,无法支持具有不同速率的端口的交换
      1. 存储转发式交换机:将帧放入高速缓存,并检查是否正确,正确则转发,错误则丢弃。特点:延迟大,可靠性高,可以支持具有不同速率的端口的交换
    1. 冲突域和广播域
    • 冲突域:在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送消息的范围(一个冲突域通常是由物理层设备所连接的主机)
    • 广播域:网络中能接收到任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号,所有能接到这个信号的设备范围称为一个广播域
    • 比如下图就是1个广播域和4个冲突域

本文章使用limfx的vscode插件快速发布