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数据链路层(二)

November 2, 2018 • Read: 222 • 计算机网络

拓展以太网

集线器

1990年IEEE制定出星形以太网10BASE-T的标准802.3i。“10”代表10Mb/s的数据率,BASE表示连接线上的信号是基带信号,T代表双绞线

10BASE-T以太网的通信距离稍短,每个站到集线器的距离不超过100m

集线器和网线一样工作在物理层

计算机数量和距离上扩展

可以将多个集线器连接在一起形成一个更大的以太网,这不仅可以扩以太网中计算机的数量,还可以扩展以太网的覆盖范围。使用主干集线器连接教室中集线器,形成一个大的以太网,计算机之间的最大距离可以达到400米。

要是两个集线器的距离超过100米,还可以光纤从将两个集线器连接起来,集线器之间通过光纤连接,可以将相距几千米的集线器连接起来,需要通过光电转换器,实现光信号和电信号的相互转换。

使用集线器扩大以太网会导致一个问题,看下图,假如E和F要通讯,那么E就会将数据发给A、B、C、D、F所有的计算机,这就导致冲突次数可能会增加,如果E与F通信的过程中,B要与C通信,就会发生冲突。所以后来发展出了网桥这个设备,就能很好的解决冲突问题

使用网桥优化以太网

  1. 网桥基于MAC地址转发帧,工作在数据链路层
  2. 一个接口一个冲突域。冲突域数量增加,冲突减少。
  3. 实现帧的存储转发,增加了时延
  4. E1接口和E2接口可以是不同的带宽


使用网桥优化以太网,对于网络中的计算机是没有感觉的,也就是以太网中的计算机是不知道网络中有网桥存在,也不需要网络管理员配置网桥的MAC地址表,因此我们称网桥是透明桥接

网桥接入以太网时,MAC地址表示空的,网桥会在计算机通信过程中自动构建MAC地址表,这称为“自学习”。

网桥的接口收到一个帧,就要检查MAC地址表中与收到的帧源MAC地址有无匹配的项目,如果没有,就在MAC地表中添加该接口和该帧的源MAC地址对应关系以及进入接口的时间,如果有,则把原有的项目进行更新。

网桥接口收到一个帧,就检查MAC地址表中有没有该帧目标MAC地址对应端口,如果有,就会将该帧转发到对应的端口,如果没有,则将该帧转发到全部端口(接收端口除外)。

E0接口会记录AB的MAC地址,E1接口会记录CDEF的MAC地址,E2会记录ABCD的MAC地址,E3会记录EF的MAC地址

交换机

随着技术的发展,网桥接口增多,网桥的接口就直接连接计算机了,网桥就发展成现在的交换机

集线器的特点:

  • 端口独享带宽

交换机的每个端口独享带宽,10M交换机,则每个端口带宽是10M,24口10M交换机,交换机的总体交换能力是240M,这和集线器不同。

  • 比集线器更安全

使用交换机组建的网络比集线器安全,比如计算机A给计算机B发送的帧,以及计算机D给计算机C发送的帧,交换机根据MAC地址表只转发到目标端口,E计算机根本收不到其他计算机的通信的数字信号,即便安装了抓包工具也没用

  • 接口到计算机全双工

交换机接口和计算机直接相连,计算机和交换机之间的链路可以使用全双工通信

  • 全双工模式不再使用CSMA/CD协议

交换机接口和计算机直接相连接,使用全双工通信数据链路层就不需要使用CSMA/CD协议,但我们还是称交换机组建的网络是以太网,是因为帧格式和以太网一样。

  • 接口可以工作在不同的速率
  • 广播帧会转发到全部端口
实验:查看交换机MAC地址表

交换机能够学习根据帧的源MAC地址构造MAC地址表

首先在任意一台计算机上ping其他计算机,不然所有计算机都没互相通信过,交换机就不会记录有它们的MAC地址

虚拟局域网

一个局域网就是一个LAN

使用虚拟局域网的场景很广泛,举个例子,一个公司有销售部、人力资源部、工程部,各个部门按道理来讲一般是在同一楼层,每一层楼各有一台交换机,这样就能使部门与部门之间的网段隔开,保证信息安全。但实际上,假设部门内部没办法全部分配在同一层楼,就会导致互相之间信息传输的过程中不安全,因此可以采用虚拟局域网的方式将其划分在一个VLAN中

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