5.4.1 集线器
- 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。
- 1990 年 IEEE 制定出星形以太网 10BASE-T 的标准 802.3i。“10” 代表 10Mb/s 的数据率,BASE 表示连接线上的信号是基带信号,T代表双绞线。
- 10BASE-T 以太网的通信距离稍短,每个站到集线器的距离不超过 100m。
- 集线器和网线一样工作在物理层。
5.4.2 计算机数量和距离上扩展
数量上的拓展使用集线器
- 独立的冲突域
- 可以将多个集线器连接在一起形成一个更大的以太网,这不仅可以扩以太网中计算机的数量,还可以扩展以太网的覆盖范围。使用主干集线器连接教室中集线器,形成一个大的以太网,计算机之间的最大距离可以达到 400 米。
距离上的拓展使用光纤
- 要是两个集线器的距离超过 100 米,还可以光纤从将两个集线器连接起来,集线器之间通过光纤连接,可以将相距几千米的集线器连接起来,需要通过光电转换器,实现光信号和电信号的相互转换。
5.4.3 使用网桥优化以太网
- 大的冲突域
- 利用网桥优化以太网
- 网桥特点
- 网桥基于MAC地址转发帧,工作在数据链路层。
- .—个接口——个冲突域。冲突域数量增加,冲突减少。
- 实现帧的存储转发,增加了时延。
- 4.E1接口和E2接口可以是不同的带宽。
5.4.4 网桥自动构建 MAC 地址表
- 使用网桥优化以太网,对于网络中的计算机是没有感觉的,也就是以太网中的计算机是不知道网络中有网桥存在,也不需要网络管理员配置网桥的MAC地址表,因此我们称网桥是透明桥接。
- 网桥接入以太网时,MAC地址表示空的,网桥会在计算机通信过程中自动构建MAC地址表,这称为“自学习”。
- (1)自学习
- 网桥的接口收到一个帧,就要检查MAC地址表中与收到的帧源MAC地址有无匹配的项目,如果没有,就在MAC地表中添加该接口和该帧的源MAC地址对应关系以及进入接口的时间,如果有,则把原有的项目进行更新。
- (2)转发帧
- 网桥接口收到一个帧,就检查MAC地址表中有没有该帧目标MAC地址对应端口,如果有,就会将该帧转发到对应的端口,如果没有,则将该帧转发到全部端口(接收端口除外)。
如上图:
- 网桥 E3 有两个 MAC 地址,分别是:ME、MF
- 网桥 E2 有四个 MAC 地址,分别是:MA、MB、MC、MD
- 网桥 E1 有四个MAC 地址,分别是:MC、MD、ME、MF
-
5.4.5 多接口网桥—交换机
使用交换机组网与集线器组网相比有以下特点:
- 独享带宽
- 交换机的每个端口独享带宽,10M 交换机,则每个端口带宽是 10M,24 口 10M 交换机,交换机的总体交换能力是 240M,这和集线器不同。
- 安全
- 使用交换机组建的网络比集线器安全,比如计算机 A 给计算机 B 发送的帧,以及计算机 D 给计算机 C 发送的帧,交换机根据 MAC 地址表只转发到目标端口,E 计算机根本收不到其他计算机的通信的数字信号,即便安装了抓包工具也没用。
- 全双工通信
- 交换机接口和计算机直接相连,计算机和交换机之间的链路可以使用全双工通信。
- 全双工不再使用 CSMA/CD 协议
- 交换机接口和计算机直接相连接,使用全双工通信数据链路层就不需要使用 CSMA/CD 协议,但我们还是称交换机组建的网络是以太网,是因为帧格式和以太网一样。
接口可以工作在不同的速率
转发广播帧到所有端口
- 集线器是冲突域 - 工作在物理层,负责传递数字信号
- 交换机是广播域 - 工作在数据链路层,存储转发帧
- 路由器隔绝广播 - 工作在数据网络层,根据 ip 地址转发数据
5.4.6 实战:查看交换机 MAC 地址表
- 交换机能够学习根据帧的源 MAC 地址构造 MAC 地址表
5.4.7 生成树协议
- 存在单点故障,有一个交换机线路故障,就导致该交换机下所有计算机都会无法访问服务器
- 双汇集网络架构,可以解决单点故障问题
- 双汇聚层
- 有环路
- 形成广播风暴,由于是个环形的回路,所以会导致有重复的广播,树协议可以解决这个问题
生成树协议:
- 洗根交换机 网桥ID=优先级+MAC地址,值越小,优先级越高
- 其他的交换机,选根端口,距离根交换机近的端口为根端口
- 每根网线,那头距离根交换机更近就为指定端口
指定端口和根端口都是转发状态
没有选定指定端口和根端口都是阻挡状态
- 只要有环路就能形成广播风暴
- 生成树协议阻断环路
查看生成树协议信息和接口状态Switch#show spanning-tree vlan 1
更改树的优先级,根枝叶越少的越容易成为根交换机Switch#config t
Switch(config) #spanning-tree vlan 1 priority 4096
Root ID 加上 Address 和 Bridge ID 加上 Address 一致的属于根交换机
我们可以看到 Switch0 交换机不是根交换机
查看接口信息
跟踪广播过程
PC0 ping PC1