計算機網絡--數據鏈據層上的設備詳解
在數據鏈路層工作的主要設備,常見的有網卡,網橋,和二層交換機.
網卡(網絡適配器):
網卡,也叫網絡適配器,是安裝在計算機上,用來連接計算機網絡的,是計算機網絡中最基礎的網絡設備,網卡類型總的來說分爲有線以太網卡,WLAN無線網卡兩大類.
常見的有雙絞線以太網卡:
網卡的功能:
網卡和局域網之間的通信是通過電纜或雙絞線以串行傳輸方式進行的,網卡將計算機的數據封裝成幀,並且通過上述設備將數據發送到網絡上,而網卡和計算機之間的通信則是通過計算機主板上的I/O總線以並行傳輸方式進行,網卡接收其他網絡上發送來的幀,並將幀重新組合成數據,通過主板上的總線傳給計算機。因此，網卡的一個重要功能就是要進行串行/並行轉換。
網卡地址:
世界上每一個網卡上面都有一個唯一的編碼,稱爲MAC地址,MAC地址是固化在網卡上的,一般不可改變,是網絡上用來表示一個網絡硬件設備的標識符.
MAC地址長度一般爲48位,前24位稱爲機構唯一標識符,由IEEE分配以標識不同的生產廠商.後24位稱爲擴展標識符,用來表示每個網卡,由生產廠商指定.
MAC地址常用12位16進制數來表示,如 00-23-5A-15-99-42.
網橋:
網橋是早期的兩端口二層網絡設備,是用來連接不同網段的設備,同時可以隔離衝突域,因爲它的兩個端口不是共享一條總線的(分別有一條獨立的交換信道),比當時的集線器(Hub)性能更好(集線器各端口是共享同一條總線的),後來網橋被具有更多端口,同時也能隔離衝突域的交換機所取代了.
網橋只有兩個端口,所以所連接的兩個物理網段的主機通常是由當時的集線器集中連接的,網橋端口一般不直接連接主機.軟件中通常所說的橋接(如VMware中的橋接工作模式)也就是網橋的作用,它連接的也是同一網絡或子網中的不同網段.
網橋的工作原理:
如圖,假設主機A要向主機D發送數據,網段一和網段二的主機實際是通過集線器進行連接管理的,集線器是物理層設備,不能識別幀中的MAC地址,所以會以廣播的方式發送幀數據:
1,當網橋收到集線器的廣播幀後,網橋會把幀中的源MAC地址和目標MAC地址,與站表(緩存)中保存的MAC地址進行比較.
2,如果發現這兩個MAC地址屬於同一物理網段,則網橋不會把該幀轉發到下一個端口,這裏即網段上的主機,直接丟棄數據幀,起到了隔離衝突域的作用,這裏因爲是主機A發送給主機D,二者的MAC地址不在同一網段,那麼網橋會把該幀數據轉發到網段2上,再通過集線器以複製的方式廣播到主機D上.D就能收到來自主機A的數據了.
起初,網橋的緩存表中是沒有任何MAC地址的,他可以通過自動記錄學習,很快的都把整個網絡中各主機MAC地址和對應的物理網段全部記錄下來,形成一張映射表.
二層交換機:
交換機可以說是集線器和網橋的升級換代產品,它既具有集線器一樣的集中連接功能,又具有網橋的數據交換功能,所以交換機被稱爲多端口的網橋,其實也可以稱作是帶有交換功能的集線器.
下圖就是一個交換機:
交換機的特性:
- 具有多個交換接口,不僅每個接口可以連接一個不同的網段(交換機上一個端口對應一個物理網段),還可以有大量的端口來集中連接主機,這樣就同時擔任了集線器和網橋的雙重功能.
- 數據轉發效率更高,集線器是使用廣播方式發送數據,會使信道負荷很大,且利用率低,有了交換機之後,直接連接主機,數據的轉發就可以直接通過提取幀中的MAC地址來直接發送到目標主機上,而不是通過廣播方式,轉發效率和信道利用率都大大提高.
- 更強的MAC地址自動學習能力,交換機的緩存也比網橋的大,適用於較大的網絡.