数据链路层（7） 链路层设备

一、集线器

　　冲突域指物理层所连接的主机之内，如果进行通信那么同一时间只能有一台主机可以发送数据，如果有两台主机同时发送信息那么就会产生冲突，那么这些设备所构成的区域就叫冲突域。

　　以下是三个独立的集线器组成的网络，分别对应三个独立的冲突域。

　　

　　如果把三个集线器连接到一个主干集线器上，那么原来三个独立的冲突域就会变成一个大的冲突域，这样做有两个好处，一是可以跨越冲突域进行理信，二是扩大了网络的覆盖范围，这样也有一定的缺点，那就是原来一个冲突域只是4台设备，现在有12台设备，所以发生冲突的概率更高实际通信效率更低。

　　

　　为了解决实际通信的效率问题，减少冲突扩展以太网的范围，就引入了在链路层扩展以太网的方法，主要使用的设备是网桥和交换机。

　　

　　集线器的工作原理

　　从一个接口进入的数据，经信号放大后，从其他所有接口进行泛洪。

 

　　集线器带来的两大问题：

　　容易产生环路，形成广播风暴，影响通信效率。数据扩散，容易产生安全威胁。

　　

二、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，然后再确定帧发到哪一个接口，或者是把它丢弃（即过滤）。

　　

　　以上是网桥的基本功能，它可以分隔冲突域，而又不影响各冲突域之间的通信。

　　

　　网桥的特点：

　　（1）过滤通信量，增大吞吐量。

　　（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子层和不同速率的以太网。

 

　　网桥可以分成两种，一种是透明网桥，另一种源路由网桥。

　　透明网桥：指以太网上的站点并不知道所发送的帧经过哪几个网桥，是一种即插即用设备。

　　源路由网桥：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。它的方法是源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧。

 

三、以太网交换机

　　以太网交换机也叫多接口网桥，以太网交换机的每一个端口是一个冲突域，而且可以独占链路信道带宽。

　　

　　以太网交换机的两种类型：1、直通式交换机，2、存储转发式交换机。

　　1、直通式交换机：只检查目的地址MAC，就立刻转发，它的特点是延迟小，可靠性低，不支持具有不同速率的端口数据的交换。

　　2、存储转发式交换机：将帧放入高速缓存，并检查是否正确，正确则转发，错误则丢弃。它的特点是延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口数据的交换。

 

　　交换机的寻址过程

　　（1）设PC1向PC4发送一个数据帧，假设PC1已经知道PC4的MAC地址。

　　（2）交换机在收到数据帧后，将数据帧的源MAC地址学习到MAC地址表中，并与接收到该帧的接口关联。

　　（3）交换机在MAC地址表中查询数据帧的目的MAC地址，发现没有匹配的表项，因此将数据帧从除其入站接口之外的所有接口泛洪出去。

　　（4）当PC2、PC3收到数据帧后将其丢弃，因为这些数据帧并非发送给自己，PC4则收下数据帧，并回复PC1。

　　（5）交换机接收到PC4的数据帧，将帧头中的源MAC地址学习到MAC表中，并与该帧的接口关联。　

　　注：交换机的工作原理是根据数据帧的源MAC地址进行学习，根据数据帧的目的MAC地址进行转发。

 

四、冲突域和广播域

　　冲突域：指连接在同一共享介质上的所有节点的集合。简单的说就是同一时间内只能有一台设备占用信道。

　　广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收到这个信号的设备范围称为一个广播域。