3-7数据链路层-设备

一.网桥

网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发此帧，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，或者是把它丢弃（即过滤）。

两个或多个以太网通过网桥连接后，就成为一个覆盖范围更大的以太网，而原来的每个以太网就称为一个网段。网桥工作在链路层的MAC子层，可以使以太网各网段成为隔离开的冲突域（碰撞域/网段），一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行

1.基本原理

（1）特点
①具备寻址和路径选择能力，可以确定帧的传输方向
②从源网络接收帧，以目的网络的介质访问控制协议向目的网络转发该帧
③网桥在不同或相同类型的LAN之间存储并转发帧，必要时还进行链路层上的协议转换
④网桥对接收到的帧不做任何修改，或只对帧的封装格式做很少的修改
⑤可以把原协议的信息段的内容作为另一种协议的信息部分封装在帧中
⑥有足够大的缓冲空间

（2）优点
①能过滤通信量，增大了吞吐量，增大了网络带宽
②扩大了物理范围
③可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网
④提高了可靠性、性能得到改善
⑤减少冲突域的范围

（3）缺点
需要处理收到的数据，增大了时延，只适用于用户数不多和通信量不大的网络，没有流量控制功能，不同MAC子层的网段桥接在一起需要进行帧格式转换。因传递所有广播信息，难以避免广播风暴。
*注：传输时延最大的是路由器，最小的是集线器

2.透明网桥

选择的不是最佳路由。建立转发表，采用自学习算法处理收到的帧。“透明”指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备。

（1）工作原理

如果源LAN和目的LAN相同，那么丢弃该帧；
如果源LAN和目的LAN不同，那么转发该帧；
如果目的LAN未知，那么扩散该帧

（2）自学习算法

①A给B发数据帧，链路上的主机B和网桥M都能收到，B接收帧，网桥M按A的MAC地址查找转发表，未找到。于是将地址A和接口1写入转发表M。按照目的地址B查找转发表，未找到，从除1接口外的所有端口转发出去。C、D、网桥N收到帧。CD丢弃该帧，网桥N在转发表N中根据A的MAC地址查找，未找到，于是更新转发表N，记录地址A端口1。网桥N根据转发表查找目的地址B，未找到，从除1号端口外的其他端口转发出去。EF收到帧，丢弃。

②F给C发送帧。E和网桥N收到。E丢弃，网桥N根据F的MAC地址查找转发表，未找到，记录地址F端口2。网桥N根据目的地址C查找转发表，未找到，从除2号端口外的所有端口转发。C、D、网桥M收到帧，C接收，D丢弃，网桥M根据F的MAC地址查找转发表M，未找到，修改转发表M为地址F端口2，从除2外的所有端口转发出去，A、B收到帧，丢弃。

③B给A发送数据帧。A和网桥M收到帧，A接收，网桥M根据B的MAC地址查找转发表，未找到，修改转发表地址B端口1。根据目的地址A查找转发表，找到属于接口1，因为1已经收到帧，因此网桥M不需要对帧进行转发，直接丢弃。

根据路径选择算法的不同，可将网桥分为透明网桥和源路由网桥。

3.源路由网桥

选择的是最佳路由。在发送帧时，把详细的最佳路由信息(路由最少/时间最短）放在帧的首部中。路由选择由发送数据帧的源站负责，网桥只根据数据真正的路由信息对帧进行接收和转发。源站以广播方式向目的站发送一个发现帧作为探测之用，然后根据经过的结点生成最佳路径。如果发现帧过多，会导致网络出现阻塞缺陷。

二.局域网交换机

1.局域网交换机

又称以太网交换机，实现的主要功能在物理层和数据链路层，是一个多端口的网桥，工作在全双工状态。能经济地将网络分成小的冲突域，为每个工作站提供更高的带宽。

优点：
①对工作站是透明的，管理开销低廉
②简化了网络结点的增加、移动和网络变化的操作
③方便地实现虚拟局域网VLAN，VLAN可以隔离冲突域和广播域
④支持多对用户同时通信，提高了网络的利用率。

2.原理

（1）检测从以太端口来的数据帧的源和目的地的MAC（介质访问层）地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较
（2）若数据帧的MAC地址不在查找表中，则将该地址加入查找表，并将数据帧发送给相应的目的端口

3.特点

①工作在全双工方式
②碰撞地传输数据
③转发表也是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的
④使用了专用的交换结构芯片，因此交换速率较高
⑤独占传输媒体的带宽。对于10Mb/s的以太网交换机，每个端口到每个主机的带宽都是10Mb/s，则拥有N个端口的交换机的总容量是：(N/2)对×2（全双工）×10Mb/s=N×10Mb/s。即：交换机的每个端口结点所占用的带宽不会因为端口结点数目的增加而减少，且整个交换机的总带宽会随着端口结点的增加而增加。
⑥以太网交换机一般都具有多种速率的端口，可同时进行多对端口间的数据传输

[例]
若一个网络采用一个具有24个10Mb/s端口的半双工交换机作为连接设备，则每个连接点平均获得的带宽为_____，该交换机的总容量为_____。若采用全双工交换机做为连接设备，每个连接点平均获得的带宽为_____，该交换机的总容量为_____。

解：对于10Mb/s的端口，半双工端口带宽为10Mb/s，全双工端口带宽为20Mb/s。对于端口带宽为n Mb/s的交换机，若拥有N对端口，则交换机的总容量是N×n Mb/s。因此半双工为：12对×10Mb/s=120Mb/s，全双工为：12对×20Mb/s=240Mb/s
答案：10Mb/s 120Mb/s 20Mb/s 240Mb/s

4.两种交换模式

（1）直通式交换机
只检杳帧的目的地址（6B），数据帧可以马上就被传输出去。速度快，但缺乏智能性和安全性，也无法支持具有不同速率的端囗的交换。

（2）存储转发式交换机
先将接收到的帧缓存，然后并检查数据是否正确。若正确则转发，不正确就丢弃。可靠性高，能支持不同速率端口间的转换，但延迟较大。

5.交换机的自学习算法

①A给B发送数据帧。交换机根据地址A查找转发表，未找到，加入地址A接口1。根据目的地址（B的MAC地址）查找转发表，未找到，从234转发，BCD收到，B接收，CD丢弃。

②B给A发送数据帧，交换机根据B的MAC地址查找转发表，未找到，加入地址B接口2。根据目的地址A查找转发表，找到，从接口1转发出去。