3.5 扩展的Ethernet

物理层扩展Ethernet

• Ethernet上的主机之间距离太远时，信号衰减使CSMA/CD协议无法正常工作。
• 过去使用电缆Ethernet时，借助转发器扩展Ethernet的覆盖范围，IEEE802.3规定，两个主机之间最多可以经过三个网段。
• 现在使用光纤和“光纤调制解调器”扩展主机和集线器的距离。
• 使用多个“集线器”可以连接成多级覆盖范围更大的树形Ethernet，但此时冲突增多，网络吞吐量下降。

数据链路层扩展Ethernet

• bridge工作在“数据链路层”，根据MAC帧的“目的地址”进行“转发”和“过滤”。
• bridge依靠“转发表”转发帧到对应接口，如果帧的来源和目标接口相同，则丢弃此帧。

bridge的优点

• bridge使Ethernet各网段成为“隔离的碰撞域”，增大了网络吞吐量；
• 可互连不同物理层，MAC子层和速率的Ethernet。

bridge的缺陷

• bridge的“存储转发”过程增加了“时延”；
• 在MAC子层没有“流量控制”功能，当网络负荷很重时，bridge缓存会溢出，出现“帧丢失”的情况；
• 广播消息过多时，可能出现“网络拥塞”，也称“广播风暴”。

bridge的其他特点

• bridge是“即插即用”设备，按“自学习”算法逐步建立转发表。
• bridge丢弃“CRC检验有错”和“帧长错误”的帧。
• “转发表”中会记录帧进入bridge的时间，“接口管理软件”定期扫描转发表，将一定时间以前记录的条目删除。所以如果A站点一定时间内不发送数据，转发表中A站点的条目就被删除。保证转发表一直反应最新的网络拓扑结构。
• bridge还使用“生成树”算法保证任意两个结点之间只有一条路径，避免帧在两个结点之间“兜圈子”。根网桥每隔一段时间就对生成树的结构进行更新。

源路由bridge

• 透明bridge的路由不是最佳，所以对网络资源的利用不够充分。
• 源路由bridge发送帧时，将详细的“路由信息”放在帧的首部中。

路由信息的获取

• 源站以广播的方式向“目的站”发送一个“发现帧”，发现帧沿着所有可能的路由传送，同时记录经过的路由。
• 到达目的站后，再原路返回，源站从中挑选一个“最佳路由”。
• 以后经“源站”向“目的站”发送的帧的首部，都携带此路由信息。

Ethernet交换机

• Ethernet交换机工作在“数据链路层”，实质上就是一个“多接口网桥”。
• “接口”直接连接主机或集线器。
• 交换机可以同时连接多对接口，使每对互相连通的主机“无碰撞”地传输数据。这极大提高了传输速率，是交换机的最大优点。
• 内部具有通过“自学习”算法逐步建立的“帧转发表”。
• 有些交换机采用“直通”的交换方式，不必将整个帧先缓存再处理，在接收数据的同时根据目的MAC地址决定帧的转发接口，提高了转发速度。此时它不检查差错。
• VLAN：利用“交换机”可以方便地实现VLAN，它是主机间与地理位置无关的逻辑组合，每个VLAN帧都带有“标识符”，表明自身属于哪个VLAN。
• 802.3ac标准定义了Ethernet帧格式的扩展，VLAN协议允许在Ethernet帧格式中插入4字节的“VLAN标记”。