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  • 以太局域网(以太网

    千次阅读 2019-04-15 21:31:51
    1、以太网拓扑 以太网拓扑常常是星型拓扑,星型拓扑中心常常是一种可靠性很高的设备,叫做集线器 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各工作站使用 CSMA/CD协议,并共享逻辑上的总线。 集线器像一个多接口的...

    一、以太网拓扑

    以太网拓扑常常是星型拓扑,星型拓扑中心常常是一种可靠性很高的设备,叫做集线器。
    使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各工作站使用 CSMA/CD协议,并共享逻辑上的总线。
    集线器像一个多接口的转发器,工作在物理层。
    集线器逻辑结构示意图:
    在这里插入图片描述

    二、以太网的信道利用率

    以太网的争用期长度为2τ即端到端传播时延的两倍,检测到碰撞后不发送干扰信号。

    1、参数a:它是以太网单程端到端实验ττ与帧的发送时间T0之比a = ττ/T0T0

    注:

    • a——>0表示碰撞就立即可以检测出来,并立即停止发送,因而信道利用率很高。
    • a越大,表明争用期所占的比例增大,每发生一次碰撞就浪费许多信道资源,使得信道利用率明显降低。
    2、对以太网参数的要求
    • 当数据率一定时,以太网的连线长度受到限制,否则τ的数值会太大
    • 以太网的帧长不能太短,否则T0T0的值会太小,使a值太大
    3、信道利用率的最大值

    理想化的情况下,以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞(这显然不是CSMA/CD,而是需要一种特殊的调度方法),即总线一旦空闲就有一个站发送数据。这种极限信道利用率Smax为:
    SmaxSmax = T0T0/(T0+τT0+τ) = 1/(1+a)1/(1+a)

    三、以太网的MAC(媒体访问控制层)

    1、MAC层的硬件地址(MAC地址)

    在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或MAC地址。
    MAC地址是48位二进制,在一般的显示中,一般显示成12位16进制
    windows命令行中使用ipconfig /all来查看MAC地址:在这里插入图片描述

    2、适配器检查MAC地址

    适配器从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址,如果是发往本站的帧则收下,否则就将此帧丢弃。
    “发往本站的帧”包括以下三种:

    • 单播帧(一对一)
    • 广播帧(一对全体)
    • 多播帧(一对多)
    3、MAC的帧格式
    1)MAC的帧格式如下图:

    数据链路层的MAC帧分为五部分:

    • 目的MAC地址
    • 原MAC地址
    • 类型(网络层使用的协议)
    • 数据(网络层的IP数据报)
    • FCS(帧检验序列)

    注意:
    由于数据链路层要求传输的帧最小为64字节,所以此时IP数据报要求最小为46字节,如果原始数据小于46字节,应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段。

    在这里插入图片描述

    2)无效的MAC帧:
    • 帧的长度不是整数个字节;
    • 用收到的帧检验序列FCS查出有差错;
    • 数据字段的长度不在46~1500字节之间;
    • 有效的MAC帧长度为64~1518字节之间;
    • 对于检查出的无效的MAC帧就简单地丢弃,以太网不负责重传。

    四、在数据链路层扩展以太网

    通过光纤连接集线器,可以使以太网在距离上扩展;通过集线器级联,使网络中的计算机增加,但是组建了一个大的冲突域,通信效率降低了。
    为了优化扩展后的以太网性能,可以使用网桥和交换机设备。

    1、网桥

    在交换机还没有出现以前,可以使用网桥来连接两个集线器进行通信。最大的作用是防止了集线器之间的数据传输冲突,将冲突控制在单个集线器范围内,隔离大的冲突域,减少冲突的几率。
    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。
    网桥具有过滤帧的功能。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。

    2、交换机

    随着连接的集线器越来越多,网桥慢慢发展演变成交换机。
    交换机是现在主流的局域网的交换设备,它有许多接口,直接和计算机相连接。
    交换机通过学习构建MAC地址表,并根据MAC地址定向地存储转发数据,避免了广播式的数据发送,具有更高的安全性。

    五、高速以太网

    速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网。

    1)100Mb/s以太网

    在双绞线或光纤上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以太网,仍使用CSMA/CD协议。
    可在全双工方式下工作而无冲突产生,不使用CSMA/CD协议。
    保持最短帧长不变,但将一个网段的最大电缆长度减小到100m。
    帧间时间间隔从原来的9.6us改为现在的0.96us。

    2)G比特以太网

    允许在1Gb/s下全双工和半双工两种方式工作,只有在半双工方式下使用CSMA/CD协议。

    3)10G比特以太网

    10G比特以太网与其他带宽的以太网帧格式完全相同。
    10G比特以太网不在使用铜线,只使用光纤作为传输媒体。
    只工作在全双工方式下, 没有争用问题,不使用CSMA/CD协议。

    4)使用高速以太网进行宽带接入

    以太网接入的重要特点是它提供双向的宽带通信,并且可根据用户对宽带的需求灵活进行宽带升级。
    采用以太网接入可实现端到端的以太网传输,中间不需要再进行帧格式转换。这就提高了数据的传输效率和降低了传输的成本。

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  • 以太网卡 网络接口卡(NIC)通常简称为“网卡”,它是计算机、交换机、路由器等网络设备与外部网络世界相连的关键部件。 1. 计算机上的网卡: 从逻辑上讲,网卡包括7个功能模块,分别是CU(控制单元)、OB...

    一。以太网卡

    网络接口卡(NIC)通常简称为“网卡”,它是计算机交换机路由器等网络设备与外部网络世界相连的关键部件。

     

    1. 计算机上的网卡:

    从逻辑上讲,网卡包括7个功能模块,分别是CU(控制单元)、OB(输出缓存)、IB(输入缓存)、LC(线路编码器)、LD(线路解码器)、TX(发射器)、RX(接收器)。

    计算机通过网卡发送信息的过程:

    1. 计算机上的应用软件会产生等待发送原始数据,这些数据经过TCP/IP模型的应用层、传输层、网络层处理后,得到一个一个的数据包。然后,网络层会将这些数据包逐个下传给网卡的CU。
    2. CU从网络层那里接收到数据包后,会将每个数据包封装成帧(这里指以太网帧)后,CU会将这些帧逐个传递给OB。
    3. OB从CU那里接收到帧后,会按帧的接收顺序将这些帧排成一个队列,然后将队列中的帧逐个传递给LC。先从CU那里接收到的帧会被先传递给LC。
    4. LC从OB那里接收到帧后,会对这些帧进行线路编码。从逻辑上讲,一个帧就是长度有限的一串“0”和“1”。OB中的“0”和“1”所对应的物理量(指电平、电流、电荷等)只适合于待在缓存中,而不适合在线路(传输介质,例如双绞线)上进行传输。LC的作用就是讲这些“0”和“1”所对应的物理量转换成适合在线路上进行传输的物理信号(指电流/电压波形等)并将物理信号传递给TX。
    5. TX从LC那里接收到物理信号后,会对物理信号的功率等特性进行调整,然后将调整后的物理信号通过线路(例如双绞线)发送出去。

    计算机通过网卡接收信息的过程:

    1. RX从传输介质(例如双绞线)那里接收到物理信号,然后对物理信号的功率等特性进行调整,再将调整后的物理信号传递给LD。
    2. LD会对来自RX的物理信号进行线路解码。所谓线路解码,就是从物理信号中识别出逻辑上的“0”和“1”,并将这些“0”和“1”重新表达为适合于待在缓存中的物理量(指电平、电流、电荷等),然后将这些“0”和“1”以帧的为单位逐个传递给IB。
    3. IB从LD那里接受到帧后,会按帧的接收顺序将这些帧排成一个队列,然后将队列中的帧逐个传递给CU。先从LD那里接收的帧会被先传递给CU。
    4. CU从IB那里接收到帧后,会对帧进行分析和处理。一个帧的处理结果有且只有两种可能:直接将这个帧丢弃,或者将这个帧的帧头和帧尾去掉,得到数据包,然后将数据包上传给TCP/IP模型的网络层。
    5. 从CU上传到网络层的数据包会经过网络层、传输层、应用层逐层处理,处理后的数据被送达给应用软件使用。当然,数据也可能会在某一层的处理过程中被提前丢弃了,从而无法送达给应用软件。

    2.交换机上的网卡:

    一台交换机上总是有多个用来妆发数据的网络接口(简称:网口或端口),每个转发数据的网口都有一块网卡与之对应,不同的网口对应不同的网卡。以下指的均为以太网交换机和以太网卡。

    交换机上的网卡和计算机上的网卡组成结构上是完全一样的,都是由CU、OB、IB、LC、LD、TX、RX这7个模块组成。

    交换机上网卡转入数据的过程

    1. RX、LD、IB的工作过程和计算机的一样。
    2. CU从IB那里接受到帧后,会对帧进行处理和分析。一个帧的处理结果有且只有3中可能:(1)被直接丢弃、(2)被传递给本交换机的其他某一块网卡的CU、(3)被复制层n个帧,将其传递给本交换机的其他n各网卡的CU,每个CU都得到一个帧。

     网卡的转出数据过程:

    1. 与计算机上网卡的CU不同,交换机上网卡的CU是直接从交换机的其他网卡的CU那里接收到帧的,然后CU将这些帧传递给OB。
    2. OB、LC、TX的工作过程与计算机上网卡工作过程完全一样。

    知识点总结

    1. 网卡工作在TCP/IP模型的数据链路层和物理层,同时具有数据链路层的功能和物理层的功能。
    2. 计算机上的网卡是用来收发数据的,交换机上的网卡是用来转发数据的。
    3. 交换机上的网卡和计算机上的网卡在组成结构上完全一样的,都是由CU、OB、IB、LC、LD、TX、RX这7个功能模块组成。
    4. 除了CU外,交换机上网卡和计算机上网卡的各个功能模块的工作过程是完全一样的。
    5. 计算机上网卡的CU需要进行帧的封装和解封装,并与计算机上TCP/IP模型的网络层交换数据包。交换机上网卡的CU不需要进行帧的封装和解封装,而是直接与本交换机上其他的网卡的CU进行帧的交换。

     

    网卡的作用:

    用来进行数据的收发或转发。当我们说某个端口在收发或转发数据时,实质上是指这个端口的网卡在收发或转发数据。

    补充:

    通常情况下,如果一台计算机上有多个端口,那么这些端口的网卡都是以独立期间的形式出现的,并且每块网卡被安装在自己所对应的那个端口的位置。在交换机上,网卡通常事宜集成芯片的形式出现的。

    二。以太网帧

    1.MAC地址

    美国电气和电子工程师协会(IEEE)在1980年2月启动IEEE 802项目。该项目旨在指定一系列的关于局域网(LAN)的标准。其中的以太网标准(IEEE 802.3)、令牌环网络标准(IEEE 802.5)、等局域网标准便是该项目的成果。将IEEE 802项目所制定的各种标准统称为IEEE 802标准。

    而MAC地址便是在IEEE 802标准中定义和规范的,凡是符合IEEE 802标准的网络接口卡(如:以太网卡)都必须拥有一个MAC地址。但不是任何一块网络接口卡都必须拥有MAC地址。例如:SDH网络接口卡就没有MAC地址,它并不遵守IEEE 802标准。

    MAC地址如同我们的身份证一般,一块网卡的MAC地址是具有全球唯一性的。制造商在生产网卡前,必须向IEEE注册,以获取一个长度为24bit(三个字节)的厂商代码,称为OUI。制造商在制作网卡时,会往每一块网卡中的ROM中消协一个48bit的BIA地址(即:固化地址),BIA地址的前三个字节是该制造商的OUI,后三个字节可有制造商自由安排。不同的网卡,后三个字节是不能相同的。而且烧入进网卡的BIA地址是不能再次更改的,只能读取使用。

    注:BIA地址知识MAC地址的一种,而且BIA地址是一种单播MAC地址。

    (1)MAC地址分类:

    单播MAC地址:第一个字节的最低位是0的MAC地址。

    组播MAC地址:第一个字节的最低位是1的MAC地址。

    广播MAC地址:每个bit都是1的MAC地址。广播MAC地址是特殊的组播MAC地址。

    一个单播MAC地址标识了一块特定的网卡;一个组播MAC地址标识了一组网卡;一个广播MAC地址是组播MAC地址的一个特例,标识了所有的网卡。

    并非任何一个MAC地址的前三个字节都是OUI只有单播MAC地址的前三个字节才是OUI,而组播MAC地址和广播MAC地址的前三个字节一定不是OUI。注意:OUI的第一个字节的最低位一定是0。

    (2)MAC地址的表示方式:通常采用十六进制数的方式表示。

    (1)每两位十六进制数1组(一个字节),一共6组,中间用中划线连接;

    (2)每四位十六进制数1组(两个字节),一共3组,中间用中划线连接。

    2.以太帧格式

    以太网技术所使用的的帧称为以太网帧,可简称为以太帧。以太帧的格式有两个标准:(1)由IEEE 802.3定义的,称为IEEE 802.3格式;(2)由DEC、Intel、Xerox这三家公司联合定义的,称为Ethernet II格式,也称为DIX格式

    目前的网络设备都可以兼容这两种格式的帧,但是Ethernet II格式的帧的使用更广泛一些。通常情况下,承载了某些特殊协议信息的以太帧才使用IEEE 802.3格式,而绝大部分的以太帧使用的都是Ethernet II的格式。

    (1)描述:

    目的MAC地址:用来表示该帧的接收者。目的MAC地址可以使一个单播MAC地址,或一个组播MAC地址,或一个广播MAC地址。

    源MAC地址:表示该帧的发送者。源MAC地址只能是一个单播MAC地址

    类型:表示数据载荷的类型。0x0800---数据载荷是一个IPv4 Packet;  0x86dd---IPv6 Packet;   0x8848---MPLS报文;

          0x0806---ARP Packet等。

    (2)以太帧的分类:

    单播以太帧(简称:单播帧):目的MAC地址是一个单播MAC地址的帧;

    组播以太帧(组播帧):目的MAC地址是一个组播MAC地址的帧;

    广播以太帧(广播帧):目的MAC地址为广播MAC地址的帧。

     

     

     

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  • 以太局域网 概述 DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品(以太网)的规约。 IEEE 的 802.3 标准。 DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别,因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。 严格...

    以太局域网

    概述

    DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品(以太网)的规约。
    IEEE 的 802.3 标准。
    DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别,因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。
    严格说来,“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网

    子层
    为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准,802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层:
    逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层
    媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层

    与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层,而 LLC 子层则与传输媒体无关,
    不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的 。
    由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网,因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC(即 802.2 标准)的作用已经不大了。
    很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。

    以太网提供的服务

    以太网提供的服务是不可靠的交付,即尽最大努力的交付。
    当接收站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧,其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。
    如果高层发现丢失了一些数据而进行重传,但以太网并不知道这是一个重传的帧,而是当作一个新的数据帧来发送。

    星型拓扑(集线器)

    了解一下就行

    简介
    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。不用电缆而使用无屏蔽双绞线。每个站需要用两对双绞线,分别用于发送和接收

    这种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
    集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作,因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。集线器使用了大规模集成电路芯片,因此这样的硬件设备的可靠性已大大提高了。
    使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议,并共享逻辑上的总线。

    集线器很像一个多接口的转发器,工作在物理层,
    因为它们相当于就是很多线的交接点,传输数据的时候没有什么
    ip地址之类的,也不知道传的是什么,只是传过去就行了

    工作示意图
    在这里插入图片描述

    以太网的10Base-T标准

    10兆的以太网,T代表的是双绞线
    10BASE-T 的通信距离稍短,每个站到集线器的距离不超过 100 m。
    这种 10 Mb/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现,既降低了成本,又提高了可靠性。
    其他:100Base-FX、100Base-T和100Base-T4

    无冲突的理想的以太网的信道利用率

    以太网的信道被占用的情况:
    争用期长度为 2t,即端到端传播时延的两倍。检测到碰撞后不发送干扰信号。
    帧长为 L (bit),数据发送速率为 C (b/s),因而帧的发送时间为 L/C = T0 (s)。

    一个帧从开始发送,经可能发生的碰撞后,将再重传数次,到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间  使得信道上无信号在传播)时为止,是发送一帧所需的平均时间。
    在这里插入图片描述

    以太网的信道利用率:参数a
    要提高以太网的信道利用率,就必须减小t与 T0 之比。在以太网中定义了参数 a,它是以太网单程端到端时延t与帧的发送时间 T0 之比:
    a=t/T0

    a→0 表示一发生碰撞就立即可以检测出来,并立即停止发送,因而信道利用率很高。
    a 越大,表明争用期所占的比例增大,每发生一次碰撞就浪费许多信道资源,使得信道利用率明显降低。

    最大值
    对以太网参数的要求
    当数据率一定时,以太网的连线的长度受到限制,否则t的数值会太大
    以太网的帧长不能太短,否则 T0 的值会太小,使 a 值太大。
    信道利用率的最大值
    在理想化的情况下,以太网上的各站发送数据都不会产生碰撞(这显然已经不是 CSMA/CD,而是需要使用一种特殊的调度方法),即总线一旦空闲就有某一个站立即发送数据。
    发送一帧占用线路的时间是 T0 + t,而帧本身的发送时间是 T0。于是我们可计算出理想情况下的极限信道利用率 Smax为:
    在这里插入图片描述

    MAC层

    MAC层的硬件地址(MAC地址)
    在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或 MAC 地址。
    802 标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。
    但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 位的“名字”称为“地址”,所以本书也采用这种习惯用法,尽管这种说法并不太严格。
    IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位 24 位)。
    地址字段中的后三个字节(即低位 24 位)由厂家自行指派,称为扩展标识符,必须保证生产出的适配器没有重复地址。
    一个地址块可以生成224个不同的地址。这种 48 位地址称为 MAC-48,它的通用名称是EUI-48。
    “MAC地址”实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48。

    MAC地址是网卡出厂时候就已经焊死固定的了,每一台电脑的MAC地址都是全球唯一的,但是也不是说我们在使用网络的时候不能改MAC地址,
    在电脑---->更改适配器设置 ------>本地连接以太网的属性里面---->Microsoft网络客户端的配置---->高级设置的网络地址里面填写你修改的值,这样就可以让你电脑避开网卡的MAC地址,使用你定义的MAC地址

    适配器检查 MAC 地址

    适配器从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 MAC 地址.
    如果是发往本站的帧则收下,然后再进行其他的处理。
    否则就将此帧丢弃,不再进行其他的处理。

    “发往本站的帧”包括以下三种帧:
    单播(unicast)帧(一对一)
    广播(broadcast)帧(一对全体)
    多播(multicast)帧(一对多)

    MAC帧格式

    常用的以太网MAC帧格式有两种标准 :
    DIX Ethernet V2 标准
    IEEE 的 802.3 标准
    最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。

    类型字段用来标志上一层(IP层)使用的是什么协议,
    以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。

    数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段
    最小长度 64 字节  18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度

    FCS 字段
    4 字节,当传输媒体的误码率为 110 ^ 8 时,
    MAC 子层可使未检测到的差错小于 1
    10^14。

    当数据字段的长度小于 46 字节时,
    应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段,
    以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。

    前同步码和帧开始定界符
    在帧的前面插入的 8 字节中的第一个字段共 7 个字节,
    是前同步码,用来迅速实现 MAC 帧的比特同步。
    第二个字段是帧开始定界符,表示后面的信息就是MAC 帧。

    为了达到比特同步,在传输媒体上实际传送的要比 MAC 帧还多 8 个字
    在这里插入图片描述
    无效的 MAC 帧
    帧的长度不是整数个字节;
    用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错;
    数据字段的长度不在 46 ~ 1500 字节之间。
    有效的 MAC 帧长度为 64 ~ 1518 字节之间。
    对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。
    帧间最小间隔
    帧间最小间隔为 9.6 us,相当于 96 bit 的发送时间。
    一个站在检测到总线开始空闲后,还要等待 9.6 us 才能再次发送数据。
    这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理,做好接收下一帧的准备。

    扩展以太网

    在物理层考虑扩展

    距离方面让以太网距离变远
    使用光纤让距离可以变得更加远
    主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器
    在这里插入图片描述
    数量上的变多
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    用集线器扩展局域网优点

    1. 使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。
    2. 扩大了局域网覆盖的地理范围。

    用集线器扩展局域网缺点

    1. 碰撞域增大了,但总的吞吐量并未提高。比如上面的一个更大的碰撞域,里面的一系两台计算机进行通讯,那么其他的所有计算机都不能进行通讯了,因为它们两台计算机占用信道了
    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。

    在数据链路层考虑扩展

    在数据链路层扩展局域网是使用网桥
    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。
    网桥具有过滤帧的功能。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

    网桥的内部结构
    在这里插入图片描述

    使用网桥扩展以太网
    网桥的运行过程
    这网桥开始的时候是不知哪一个碰撞域的计算在哪一边的,它只是负责对数据进行转发,但是它转发的时候还会进行学习,比如B1接收到A的数据要发送给C,那么网桥将数据转发后还会在站表记录计算机A的MAC地址是在B1的第一个接口的方向(左边接口),然后将A发的数据先是广播的形式发送,但是等所有计算机都通讯过后,网桥就记录每一台计算机的MAC地址了,然后如果要发数据给A的时候,B1接收到的数据就不会发给B1的第二个接口(右边接口),而是发送给第一个接口,因为它已经记录,知道A在第一个接口那里
    在这里插入图片描述

    使用网桥扩展以太网:好与坏
    好:

    1. 过滤通信量。
    2. 扩大了物理范围。
    3. 提高了可靠性。
    4. 可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率(如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网)的局域网。

    坏:

    1. 存储转发增加了时延。
    2. 在MAC 子层并没有流量控制功能。
    3. 具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大。
    4. 网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网,否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。

    透明网桥

    目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge)。
    “透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥,因为网桥对各站来说是看不见的。
    透明网桥是一种即插即用设备,其标准是 IEEE 802.1D。
    在这里插入图片描述

    网桥的自学习算法

    按照以下自学习算法处理收到的帧和建立转发表:

    1. 若从A发出的帧从接口x进入了某网桥,那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到A。
    2. 网桥每收到一个帧,就记下其源地址和进入网桥的接口,作为转发表中的一个项目。
    3. 在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面。在转发帧时,则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的。这时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址,而把记下的进入接口当作转发接口。

    网桥在转发表中登记以下三个信息
    在网桥的转发表中写入的信息除了地址接口外,还有帧进入该网桥的时间
    这是因为以太网的拓扑可能经常会发生变化,站点也可能会更换适配器(这就改变了站点的地址)。另外,以太网上的工作站并非总是接通电源的。
    把每个帧到达网桥的时间登记下来,就可以在转发表中只保留网络拓扑的最新状态信息。这样就使得网桥中的转发表能反映当前网络的最新拓扑状态。

    运作过程就是:

    1. 网桥收到一帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。
    2. 如没有,就在转发表中增加一个项目(源地址、进入的接口和时间)。
    3. 如有,则把原有的项目进行更新。

    转发帧。查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。

    1. 如没有,则通过所有其他接口(但进入网桥的接口除外)按进行转发。
    2. 如有,则按转发表中给出的接口进行转发。
      若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口,则应丢弃这个帧(因为这时不需要经过网桥进行转发)。

    透明网桥使用了生成树算法
    这是为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子,网络资源白白消耗。
    在这里插入图片描述
    生成树算法
    每个交换机都有一个MAC地址和优先级,优先级小的最可能成为树的根,如果优先级相同就比较MAC地址,MAC地址小的就最可能成为树的根,成为根后,比如这里B成为根后,ACDEF都知道,然后选一个最近根的接口成为根端口,然后剩下的接口的每一条线两端,选择一端距离根最近的作为一个指定端口,用来转发数据,然后这根线的另一端就相当于断开,数据不能从这端进行转发和接收

    互连在一起的网桥在进行彼此通信后,就能找出原来的网络拓扑的一个子集。在这个子集里,整个连通的网络中不存在回路,即在任何两个站之间只有一条路径。
    为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子。
    为了得出能够反映网络拓扑发生变化时的生成树,在生成树上的根网桥每隔一段时间还要对生成树的拓扑进行更新。

    在这里插入图片描述

    多接口网桥:交换机

    1990年问世的交换式集线器(switching hub),可明显地提高局域网的性能。
    交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机(表明此交换机工作在数据链路层)。
    以太网交换机通常都有十几个接口。因此,以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥,可见交换机工作在数据链路层。
    交换机特点:

    1. 以太网交换机的每个接口都直接与主机相连,并且一般都工作在全双工方式。
    2. 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,进行无碰撞地传输数据。
    3. 以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片,其交换速率就

    在这里插入图片描述

    独占传输媒体的带宽
    对于普通10Mb/s的共享式以太网,若共有N个用户,则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10Mb/s)的N分之一。
    使用以太网交换机时,虽然在每个接口到主机的带宽还是10Mb/s,但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽,因此对于拥有N对接口的交换机的总容量为N * 10 Mb/s。
    这正是交换机的最大优点。

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  • 华为以太网交换机以太环路避免技术白皮书,很老的技术但永远不过时,学习后用来运维。
  • 以太网

    2019-02-19 13:48:14
    命名为:Ethernet(以太以太是古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质,亚里士多德认为以太存在于天空上层;后来,19世纪的物理学家们,认为它是电磁波的传播媒质。)之后,IEEE802.3将以太网进行了标准化。 ...

    目前,在数据链路中使用最广泛的就是以太网。以太网已经从最开始的10Mbps的速度发展到了今天的100Gbps的速度。以太网最早由美国的Xerox公司设计。命名为:Ethernet(以太:以太是古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质,亚里士多德认为以太存在于天空上层;后来,19世纪的物理学家们,认为它是电磁波的传播媒质。)之后,IEEE802.3将以太网进行了标准化。

    以太网因不同的通信介质,所以通信速度会有所差异。10BASE,100BASE以及10GBASE中的10,100,10G分别指10Mbps,100Mbps,10Gbps。有时候还会有10BASE-T等,后缀表示的是传输介质。

    以太网是不可靠,面向无连接的服务。以太网将错误的包直接丢弃掉。

    以太网帧的前端有一个叫做前导码的部分。它由0,1交替形成,表示一个以太网帧的开始,也是对端网卡能够保持同步的标志。在这个前导码的末尾是一个叫做SFD的部分,它的值是11,占两位(在IEEE802.3标准中,SFD占8位)。在这之后就是以太网帧本体。前导码和SFD部分一共占据了8字节。

     

    以太网首部占据了14个字节。如下所示:(非IEEE802.3标准)

    目标MAC地址(6字节) 源MAC地址(6字节) 上层协议类型(2字节)

    IEEE802.3标准下的以太网首部,占据22字节。如下所示:

    目标MAC地址 源MAC地址 帧长度(2字节) LLC(3字节)

    SNAP(5字节)

    在IEEE802.3标准下,上层协议类型通常是LLC/SNAP中。

    在以太网数据帧的末尾还会有一个FCS,它用于检查帧是否损坏。发送端会计算FCS,接收端也会计算FCS。

    LLC,SNAP实际上是逻辑链路控制。

     

     

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