3.8 計算機網絡之數據鏈路層設備（網橋、交換機）
文章目錄
1.網橋
- 首先我們瞭解一下
·衝突域和廣播域·
（1）基本概念
- 兩個或多個以太網通過
網橋連接後，就成爲一個覆蓋範圍更大的以太網，而原來的每個以太網就稱爲一個網段。 - 網橋工作在鏈路層的MAC子層，可以使以太網各網段成爲隔離開的碰撞域。
- 如果把網橋換成工作在物理層的轉發器，那麼就沒有這種過濾通信量的功能。
- 由於各網段相對獨立，因此一個網段的故障不會影響到另一個網段的運行。
注意:網橋處理數據的對象是幀，所以它是工作在數據鏈路層的設備，中繼器、放大器處理數據的對象是信號，所以它是工作在物理層的設備。
（2）網橋信息處理方式
- 網絡1和網絡2通過網橋連接後，網橋接收網絡1發送的數據幀，檢查數據幀中的地址，如
果是網絡2的地址，那麼就轉發給網絡2;如果是網絡1的地址，那麼就將其丟棄，因爲源站和
目的站處在同-一個網段，目的站能夠直接收到這個幀而不需要藉助網橋轉發。
（3）網橋的吞吐量舉例
- 如圖所示，設每個網段的數據率都是10Mb/s，那麼三個網段合起來的最大吞吐量就變
成了30Mb/s。如果把兩個網橋換成集線器或轉發器,那麼整個網絡仍然是—個碰撞域(即衝突域)，
當A和B通信時，所有其他站點都不能通信，整個碰撞域的最大吞吐量仍然是10Mb/s。
（4）基本特點
網橋的基本特點:
- ①網橋必須具備尋址和路徑選擇能力，以確定幀的傳輸方向;
- ②從源網絡接收幀，以目的網絡的介質訪問控制協議向目的網絡轉發該幀;
- ③網橋在不同或相同類型的LAN之間存儲並轉發幀，必要時還進行鏈路層上的協議轉換。注意，一般情況下，存儲轉發類設備都能進行協議轉換，即連接的兩個網段可以使用不同的協議;
- ④網橋對接收到的幀不做任何修改，或只對幀的封裝格式做很少的修改;
- ⑤網橋可以通過執行幀翻譯互聯不同類型的局域網，即把原協議的信息段的內容作爲另-種協議的信息部分封裝在幀中;
- ⑥網橋應有足夠大的緩衝空間，因爲在短時間內幀的到達速率可能高於轉發速率。
（5）優缺點
網橋的優點:
- ①能過濾通信量;
- ②擴大了物理範圍;
- ③可使用不同的物理層;
- ④可互聯不同類型的局域網;
- ⑤提高了可靠性;
- ⑥性能得到改善。
網橋的缺點:
- ①增大了時延;
- ②MAC子層沒有流量控制功能(流量控制需要用到編號機制，編號機制的實現在LLC子層);
- ③不同MAC子層的網段橋接在一起時，需要進行幀格式的轉換;
- ④網橋只適合於用戶數不多和通信量不大的局域網，否則有時還會因傳播過多的廣播信息而產生
網絡擁塞，這就是所謂的廣播風暴。
網橋必須具有路徑選擇的功能，接收到幀後，要決定正確的路徑，將該幀轉送到相應的目的
局域網站點。根據路徑選擇算法的不同，可將網橋分爲·透明網橋和源路由網橋·。
（6）透明網橋
- 透明網橋以混雜方式工作，它接收與之連接的所有LAN傳送的每一-幀。
- 到達幀的路由選擇過程取決於源LAN和目的LAN:
- ①如果源LAN和目的LAN相同,那麼丟棄該幀;
- ②如果源LAN和目的LAN不同，那麼轉發該幀;
- ③如果目的LAN未知，那麼擴散該幀。
自學習算法：
- 當網橋剛連接到以太網時，其轉發表是空的，網橋按照自學習算法處理收到的幀。
- 該算法的基本思想是:
- 若從站A發出的幀從某端口進入網橋，那麼從這個端口出發沿相反方向一定可把一個幀傳送到站A。
- 所以網橋每收到一個幀，就記下其源地址和進入網橋的端口，作爲轉發表中的一個項目(源地址、進入的接口和時間)。
- 在建立轉發表時，把幀首部中的源地址寫在「地址」一欄的下面。
- 在轉發幀時，則根據收到的幀首部中的目的地址來轉發。這時就把在「地址」欄下面已經記下的源地址當作目的地址，而把記下的進入端口當作轉發端口。網橋就是在這樣的轉發過程中逐漸將其轉發表建立起來的。
（7）源路由網橋（選擇最佳路由）
- 在源路由網橋中，路由選擇由發送數據幀的源站負責，網橋只根據數據真正的路由信息對幀進行接收和轉發。
源路由的生成過程是:
- 在未知路徑前，源站要先發送一一個發現幀;途中的每個網橋都轉發此幀，最終該發現幀可能從多個
途徑到達目的站; - 目的站也將一一發送應答幀; 每個應答幀將通過原路徑返回，途經的網橋把自己的標誌記錄在應答幀中;源站選擇出一個最佳路由。
- 以後，凡從這個源站向該目的站發送的幀的首部，都必須攜帶這一路由信息。
2.局域網交換機
（1）基本概念
- 橋接器的主要限制是在任一時刻通常只能執行一個幀的轉發操作，於是出現了局域網交換機，又稱以太網交換機。
- 從本質上說，
以太網交換機是一個多端口的網橋，它工作在數據鏈路層。交換機能經濟地將網絡分成小的衝突域，爲每個工作站提供更高的帶寬。
（2）原理
- 以太網交換機的原理是，它檢測從以太端口來的數據幀的源和目的地的MAC(介質訪問層)地址，然後與系統內部的動態查找表進行比較，若數據幀的MAC地址不在查找表中，則將該地址加入查找表，並將數據幀發送給相應的目的端口。
（3）特點