以太网

集线器与交换机的区别

集线器HUB在物理层扩展以太网

• 传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来演进到使用比较便宜的细同轴电缆，最后发展为使用更便宜和更灵活的双绞线。
  
• 采用双绞线的以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器 (hub)。
  
• 集线器是也可以看做多口中继器，每个端口都可以成为一个中继器，中继器是对减弱的信号进行放大和发送的设备
  
• 集线器的以太网在逻辑上仍是个总线网，需要使用CSMA/CD协议来协调各主机争用总线，只能工作在半双工模式，收发帧不能同时进行
  

使用集线器扩展：将多个以太网段连成更大的、多级星形结构的以太网

• 优点
  1. 使原来属于不同碰撞域的以太网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。
     
  2. 扩大了以太网覆盖的地理范围。
     

• 缺点

  1. 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。
     
  2. 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。
     

     以太网交换机-在数据链路层扩展以太网

     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和过滤。
  
• 当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或把它丢弃。
  

交换机

• 1990 年问世的交换式集线器 (switching hub) 可明显地提高以太网的性能。
  
• 交换式集线器常称为以太网交换机 (switch) 或第二层交换机 (L2 switch)，强调这种交换机工作在数据链路层。
  
• 以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥
  

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• 使用集线器互连而成的共享总线式以太网上的某个主机，要给另一个主机发送单播帧，该单播帧会通过共享总线传输到总线上的其他各个主机
• 使用交换机互连而成的交换式以太网上的某个主机，要给另一个主机发送单播帧，该单播帧进入交换机后，交换机会将该单播帧转发给目的主机，而不是网络中的其他各个主机
• 这个例子的前提条件是忽略ARP过程，并假设交换机的帧交换表已经学习或配置好了

• 存储转发方式
  • 把整个数据帧先缓存后再进行处理。
    
• 直通 (cut-through) 方式
  • 接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的 MAC 地址决定该帧的转发接口，因而提高了帧的转发速度。
    
  • 缺点是它不检查差错就直接将帧转发出去，因此有可能也将一些无效帧转发给其他的站。

• 多台主机同时给另一台主机发送单播帧
• 集线器以太网：会产生碰撞，遭遇碰撞的帧会传播到总线上的各主机
• 交换机以太网：会将它们缓存起来，然后逐个转发给目的主机，不会产生碰撞

工作在数据链路层的以太网交换机，其性能远远超过工作在物理层的集线器，而且价格并不贵，这就使得集线器逐渐被市场淘汰

以太网交换机自学习和转发帧的流程

A→B

B→A

E→A
G→A

• 考虑到可能有时要在交换机的接口更换主机，或者主机要更换其网络适配器，这就需要更改交换表中的项目。为此，在交换表中每个项目都设有一定的有效时间。过期的项目就自动被删除。
• 以太网交换机的这种自学习方法使得以太网交换机能够即插即用，不必人工进行配置，因此非常方便。

以太网交换机的生成树协议STP

生成树协议STP

• IEEE 802.1D 标准制定了一个生成树协议 STP (Spanning Tree Protocol)。
  
• 其要点是：不改变网络的实际拓扑，但在逻辑上则切断某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构，从而消除了兜圈子现象。