扩展的以太网
扩展的以太网
一、在物理层扩展以太网
以太网上的主机之间的距离不能太远，如使用10BASE-T传数媒体的两台主机之间距离不超过200m，否则主机发送的信号经过铜线的传输就会衰减到使CSMA/CD协议无法工作。
在广泛使用粗缆或细缆以太网时，常使用工作在物理层的转发器来扩展以太网的地理覆盖范围。随着双绞线以太网的发展，转发器就很少使用了。
现在扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤，主机使用光纤和一堆光纤调制解调器连接到集线器。光纤调制解调器的作用是进行电信号和光信号的转换。光纤的时延小、带宽很宽，这样很容易就能使主机和几公里外的集线器相连，如果使用多个集线器，就可以连接成覆盖更大范围的多级星形结构的以太网。同一级的不同集线器上的所有主机是一个独立的碰撞域（冲突域），通过一个集线器将这几个同级的集线器连接起来就构成了一个更大的碰撞域，也就是两个站通信时其他站都不能通信，否则就会碰撞。
二、在数据链路层扩展以太网
1、以太网交换机的特点
扩展以太网更常用的方法是在数据链路层进行。最初使用的是网桥（bridge）。网桥对收到的帧根据其MAC帧的目的地址进行转发和过滤，根据地址表确定将帧发送到哪个端口而不是都发送，或者丢弃。
后来出现的以太网交换机（switch）很快淘汰了网桥。
以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，通常由十几个甚至更多的端口，每个端口与一台主机或另一个以太网交换机相连，一般工作在全双工方式。
以太网交换机具有并行性。能同时连通多对端口，使多对主机同时通信（网桥只能一次分析和转发一个帧）。相互通信的主机都独占传输媒体，无碰撞的传输数据。即每个端口和连接到端口的主机构成一个碰撞域。也就是分割碰撞域的作用。
以太网交换机的端口还有存储器，能在输出端口繁忙时把到来的帧进行缓存。因此，如果连接在以太网交换机上的两台主机，同时向另一台主机发送，,那么当这台主机的端口繁忙时，发送帧的这两台主机的端口会把收到的帧暂存一下，以后再发送出去。
以太网交换机是一种即插即用设备，其内部的帧交换表(又称为地址表)是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。实际上,这种交换表就是一个内容可寻址存储器 CAM(Content Addressable Memory)。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，用硬件转发收到的帧，其转发速率要比使用软件转发的网桥快很多。
对于传统的10 Mbit/s 的共享式以太网，若共有10个用户，则每个用户占有的平均带宽只有1 Mbit/s。若使用以太网交换机来连接这些主机，虽然在每个端口到主机的带宽还是10 Mbit/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有10个端口的交换机的总容量则为100 Mbit/s。这正是交换机的最大优点。
从共享总线以太网转到交换式以太网时，所有接入设备的软件和硬件、适配器等都不需要做任何改动。以太网交换机一般都具有多种速率的端口，例如，可以具有10 Mbit/s，100 Mbit/s和1 Gbit/s的端口的各种组合，这就大大方便了各种不同情况的用户。
虽然许多以太网交换机对收到的帧采用存储转发方式进行转发，但也有一些交换机采用直通(cut-through)的交换方式。直通交换不必把整个数据帧先缓存后再进行处理，而是在接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的MAC 地址决定该帧的转发端口，因而提高了帧的转发速度。如果在这种交换机的内部采用基于硬件的交叉矩阵，交换时延就非常小。直通交换的一个缺点是它不检查差错就直接将帧转发出去，因此有可能也将一些无效帧转发给其他的站。在某些情况下，仍需要采用基于软件的存储转发方式进行交换，例如当需要进行线路速率匹配、协议转换或差错检测时。
2、以太网交换机的自学习功能
交换机中有一张交换表，其中最主要的两项就是目的MAC和转发端口。起初这张表是空的，假设有一台交换机，其中主机A通过端口1主动向端口2的主机B发送数据，此时由于从表中查找不到，所以就广播这个帧，除B以为的主机收到后由于MAC地址不匹配则丢弃，所以广播发送可以保证B能收到这个帧。此时交换表就多了一项（A,1），代表以后收到的帧只要其目的地址是A，就把该帧只从端口1进行转发。经过一段时间后，该交换机上的所有主机都向其他主机发送帧后，交换表也就完善了，以后再转发帧时就可以通过表直接查到端口而不用进行发送广播帧。如果有主机更换端口或网络适配器怎么办？可以通过预先设定时间，当交换表记录一项后，其实还有该项保存的时间也会被一起保存，即（MAC地址，端口，写入时间）。当超过了预先设定的时间后该项就会被自动删除。
当用多台交换机组网时，因为自学习功能，就会产生循环的问题。
假设有两台交换机相连，交换机1中的A想与交换机2中的B通信，A发送出去的帧会在交换机1内广播，当通过与交换机2相连的端口到达交换机2后，又会进行广播，然后通过与交换机1相连的另一个端口后到达交换机1后又进行广播…，自学习的功能可能会导致以太网帧在网络的某个环路无限制的兜圈。
为了解决这一问题，IEEE的802.1D标准制定了一个生成树协议STP。要点就是不改变网络的实际拓扑，但在逻辑上则切断某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构。
三、从总线以太网到星形以太网
由于早期技术的限制很难用廉价的方法造出以太网交换机，所以当时的以太网采用无源的总线结构。后来以太网上的站点数目增多，使得总线结构可靠性下降。但是随着技术的发展，以太网交换机的星形结构就成为以太网的首选拓扑。
前面介绍总线形以太网使用CSMA/CD协议，以半双工方式工作。星形结构又从集线器到了现在的交换机，已不使用共享总线，也就没有了碰撞问题，所以也不使用CSMA/CD协议了，而是以全双工方式工作。
但由于帧结构并没有改变，还是采用以太网的帧结构，所以还叫作以太网。