扩展的以太网

扩展的以太网

1. 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(例如,10BASE-T以太网的两主机之间的距离不超过200米),否则主机发送的信号经过铜线的传输就会衰减到使CSMA/CD协议无法正常使用。
  • 过去,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。
  • 现在,双绞线以太网成为以太网的主流类型,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(通常是一对光纤)和一对光纤调制解调器。
  • 光纤调制解调器的作用,是进行电信号和光信号的转换。
    这里写图片描述

2. 在数据链路层扩展以太网

  • 注:在数据链路层扩展以太网要使用网桥。
  • 网桥工作在数据链路层,它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发或过滤。当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发这个帧,而是检查此帧的目的MAC地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口,或者是把它丢弃(即过滤)。
2.1 网桥的内部结构
  • 最简单的网桥有两个接口,复杂些的网桥可能有更多的接口。两个以太网通过网桥连接起来后,就成为一个覆盖范围更大的以太网&#x
### 扩展以太网的方法 #### 使用物理层设备——集线器 利用集线器可以在物理层面上连接多个以太网段,从而实现网络规模的扩大。然而这种方式存在明显缺陷:它仅能简单地增加节点数量而无法有效管理流量;随着接入设备增多,冲突域内的数据包碰撞几率增大,影响传输效率;而且所有连接到同一集线器下的终端共享相同的带宽资源,在扩展之后每台机器分配得到的有效带宽反而减少[^2]。 #### 数据链路层解决方案——网桥 相比之下,采用工作于OSI模型第二层即数据链路层上的网桥来进行以太网延伸则更为合理。这类装置能够识别并过滤帧地址信息,只向目标所在方向转发通信请求,进而有效地隔离不同区域间的干扰信号,缩小了各自的冲突范围。当两个基于集线器构建的传统共享介质型局域网经由一座桥梁相互联结以后,它们就构成了一个更广阔的单一逻辑网络实体,但原先各自保持相对独立性的子部分依旧维持着自己独有的碰撞边界不受侵犯[^1]。 #### 进一步发展——交换机的应用 随着时间推移技术进步,传统意义上的单功能网桥逐渐演变为具备多端口特性的现代以太网交换机。后者不仅继承前者优点,还增加了诸如VLAN划分等功能支持,允许创建更加灵活复杂的拓扑结构。具体来说: - **直通式交换机**:接收到目的MAC地址后立即开始发送过程,延迟较低但缺乏错误检测机制; - **存储转发式交换机**:先完全接收再做判断处理后再决定是否以及怎样转发出入站报文,虽然引入了一定程度的时间开销却提供了更好的差错控制能力[^3]。 ```python # Python伪代码展示简单的MAC地址学习算法用于理解交换机的工作原理 class SwitchPort: mac_table = {} def learn_mac_address(port, source_mac): """记录来自特定端口的数据帧中的源MAC地址""" port.mac_table[source_mac] = time.time() def forward_frame(destination_mac): """尝试查找目的地MAC对应的最近一次活跃端口号以便精准投递""" if destination_mac in SwitchPort.mac_table: target_port = max((t for t in SwitchPort.mac_table.items() if t[0]==destination_mac), key=lambda item:item[1])[0] send_to(target_port) else: flood_all_ports() ```
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