第三章 数据链路层 3.5扩展的以太网

物理层和数据链路层两种扩展，从网络层看仍是一个网络。

在物理层扩展以太网

以太网主机之间的距离不能太远，否则主机发送的信号衰减到使CSMA/CD无法工作

以前使用转发器来扩展以太网的地理覆盖范围。

现在扩展主机和集线器距离的方法是使用光纤（传的远）和光纤调制解调器（电光转换）

实例如图：

优点：显而易见

缺点：1.就拿上面的例子来说，本来是三个独立的小的碰撞域，每一个最大的吞吐量为10Mb/s,总吞吐量最大为30Mb/s。扩展后成为一个大的碰撞域，最大吞吐量是10Mb/s。

          2.如果一个系使用10Mb/s的适配器，另外两个使用10/100Mb/s适配器，扩展后，只能工作在10Mb/s的速率。

之前介绍的以太网都是共享以太网（共享总线）

下面介绍交换以太网

在数据链路层扩展以太网

在数据链路层扩展以太网使用网桥。

网桥工作在数据链路层，它根据MAC的目的地址对收到的帧进行转发和过滤，当它收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查其MAC地址，再确定将该帧转发到哪一个接口，或丢弃。

网桥：

网桥可有多个接口，这里为简单，只分析两个接口的情况，如图，每个原来的以太网称为网段，接口1,2各连接一个网段

依靠转发表（转发数据库或路由目录）转发帧：

若A发送帧给E，则查表后，把此帧送到接口2，转发到另一个网段

若A发送帧给B，则差表后，丢弃此帧，因为A，B在一个网段，B可以直接收到此帧，不需要转发。

网桥通过内部的接口管理软件和网桥协议完成上述工作

优点：

1.过滤通信量，增大吞吐量

如图所示：通过网桥，可以使以太网各网段成为隔离开的碰撞域

若A，B通信则不影响C,D,E,F的通信

若A，C通信，则虽然前两个网段不能再有其他主机间的通信，但E，F间仍然可以通信

若每个网段的数据率都为10Mb/s则整个以太网的最大吞吐量为30Mb/s

2.扩大物理范围

3.提高可靠性：当网络出现故障，只影响个别网段

4.可互联不同物理层、不同MAC子层和不同速率以太网

缺点：

1.网桥需要对接收到的帧存储和查找转发表，再转发，转发前，还要执行CSMA/CD算法，增加延迟

2.在MAC层无流量控制功能，可能发生网桥中缓存的帧溢出，导致帧丢失

3.适应于用户不多，通信量不大的以太网，否则产生广播风暴！

如图所示，两个网桥之间，还可以使用ppp协议，通过网桥B1，B2连接以太网LAN1，LAN2,则B1，B2之间可用ppp

网桥和集线器的一个重要区别：网桥按照存储转发方式工作，一定先把整个帧收下来再进行处理，此外网桥进行差错检测，丢弃CRC检验有差错的帧以及帧长过短和过长的无效帧。

现在多使用透明网桥

透明网桥：最大优点，即插即用，方便，无需手动配置转发表（虽然可以这样做）

以太网上的站点并不知道所发送的帧经过了哪几个网桥，网桥自动配置转发表。

透明网桥按照以下自学习算法处理收到的帧（这样就逐步建立起转发表），并且按照转发表把帧转发出去。

如图所示：

转发表包括地址 接口 和时间三部分内容。开始时，转发表是空的。

1.A向B发送帧，则站点B和网桥B1能收到该帧。

B1先按源地址A查找转发表，没有，则把地址A和收到此帧的接口1，记录到表中。

再按目的地址查找转发表，没有，则把此帧从除接口1（收到此帧的接口）以外的其他接口转发出去。

网桥B2收到这个帧，进行同样的处理（记录，转发）。

这样一来B1，B2的转发表中，都有了一个项目。

2.F向C发送帧，则网桥B2收到该帧。B2按上述过程处理（记录，转发）后把帧转发出去，此时，站点C和网桥B1都能收到该帧。

B1再按照上述过程处理此帧（记录，转发）

这样一来B1，B2的转发表中，都有了两个项目。

3.B向A发送帧，则站点A和网桥B1都能收到该帧。

B1先按源地址B查找转发表，没有，则把地址B和收到此帧的接口1，记录到表中。

再按目的地址查找转发表，查到A，其转发接口为1，就是收到该帧的接口，于是B1知道，不需要转发这个帧，直接丢弃。

这样一来B1的转发表中，有了三个项目。B2无变化，仍是两个。

登记时间是为了转发表能反映当前网络的最新拓扑状态，每隔一段时间，之前的记录都会被删除，更新。

网桥还是用生成树算法，避免产生回路。

源路由网桥

由发送帧的源站负责路由选择的网桥，源路由网桥发送帧时，把详细的路由信息放到帧的首部。

如何获得路由？

通过先发送一个发现帧，从返回的各个路由中选择一个最佳路由。

源路由网桥对于主机不是透明的。

多接口网桥--以太网交换机

交换式集线器又称为以太网交换机或第二次交换机，工作在数据链路层

交换机是一个市场名词，市面上的交换机多混杂网桥和路由器的功能。（以前上大学宿舍只有一个网孔，就买了一个交换机，现在用无线路由器了，因为手机，平板也能上网）

以太网交换机实质是一个多接口网桥，工作在数据链路层（集线器工作在物理层）

网桥的接口很少，而交换机的很多

网桥一般连接网段，而交换机连接主机或集线器

当主机通信时，交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞的传输数据。若数据传输率为10Mb/s，对于拥有N对接口的交换机的总容量为N*10Mb/s。这是交换机最大的优点

交换机有多种速率的接口。

虚拟局域网：利用以太网交换机实现

虚拟局域网只是给局域网用户提供的一种服务，并不是一种新型的局域网

以太网交换机还有很多种类

1988年IEEE 802.3ac标准，定义了以太网的帧格式的扩展，以便支持虚拟局域网

该协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为VLAN标记

两个题目：

1.10Mb/s以太网的波特率？

曼彻斯特编码一个bit位由两个信号周期表示，如图所示。

波特率：

波特率概念

(BaudRate) 模拟线路信号的速率，也称调制速率，以波形每秒的振荡数来衡量。如果数据不压缩，波特率等于每秒钟传输的数据位数，如果数据进行了压缩，那么每秒钟传输的数据位数通常大于调制速率，使得交换使用波特和比特/秒偶尔会产生错误。 波特率是指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示，其单位是波特（Baud）。波特率与比特率的关系是比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。  

在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。波特率是传输通道频宽的指标。每秒钟通过信道传输的信息量称为位传输速率，简称比特率。比特率表示有效数据的传输速率

 

10Mb/s以太网的波特率：

2*10=20Mb/s

因为曼彻斯特编码一个bit对应两个信号周期。

2.

考虑建立一个以太网，电缆长度为1km，数据链路速率为1Gb/s，电缆中信号速度是200000km/s，问最小帧长度？