数据链路层设备

数据链路层设备

网桥

首先我们了解一下冲突域和广播域
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基本概念

  • 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碰撞域。
  • 如果把网桥换成工作在物理层的转发器,那么就没有这种过滤通信量的功能。
  • 由于各网段相对独立,因此一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行。

注意: 网桥处理数据的对象是,所以它是工作在数据链路层的设备,中继器、放大器处理数据的对象是信号,所以它是工作在物理层的设备。

网桥信息处理方式

  • 网络1和网络2通过网桥连接后,网桥接收网络1发送的数据帧,检查数据帧中的地址,如果是网络2的地址,那么就转发给网络2;如果是网络1的地址,那么就将其丢弃,因为源站和目的站处在同一个网段,目的站能够直接收到这个帧而不需要借助网桥转发。

网桥的吞吐量举例

如图所示,设每个网段的数据率都是10Mb/s,那么三个网段合起来的最大吞吐量就变成了30Mb/s。如果把两个网桥换成集线器或转发器,那么整个网络仍然是—个碰撞域(即冲突域),当A和B通信时,所有其他站点都不能通信,整个碰撞域的最大吞吐量仍然是10Mb/s。
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基本特点

网桥的基本特点:

  • 网桥必须具备寻址和路径选择能力,以确定帧的传输方向;
  • 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;
  • 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。注意,一般情况下,存储转发类设备都能进行协议转换,即连接的两个网段可以使用不同的协议;
  • 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;
  • 网桥可以通过执行帧翻译互联不同类型的局域网,即把原协议的信息段的内容作为另-种协议的信息部分封装在帧中;
  • 网桥应有足够大的缓冲空间,因为在短时间内帧的到达速率可能高于转发速率。

优缺点

网桥的优点:

  • 能过滤通信量;
  • 扩大了物理范围;
  • 可使用不同的物理层;
  • 可互联不同类型的局域网;
  • 提高了可靠性;
  • 性能得到改善。

网桥的缺点:

  • 增大了时延;
  • MAC子层没有流量控制功能(流量控制需要用到编号机制,编号机制的实现在LLC子层);
  • 不同MAC子层的网段桥接在一起时,需要进行帧格式的转换;
  • 网桥只适合于用户数不多和通信量不大的局域网,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。

网桥必须具有路径选择的功能,接收到帧后,要决定正确的路径,将该帧转送到相应的目的局域网站点。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

透明网桥

透明网桥以混杂方式工作,它接收与之连接的所有LAN传送的每一帧。
到达帧的路由选择过程取决于源LAN和目的LAN:

  • 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。
    自学习算法:

  • 当网桥刚连接到以太网时,其转发表是空的,网桥按照自学习算法处理收到的帧。
    该算法的基本思想是:

  • 若从站A发出的帧从某端口进入网桥,那么从这个端口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到站A。

  • 所以网桥每收到一个帧,就记下其源地址和进入网桥的端口,作为转发表中的一个项目(源地址、进入的接口和时间)。

  • 在建立转发表时,把帧首部中的源地址写在“地址”一栏的下面。

  • 在转发帧时,则根据收到的帧首部中的目的地址来转发。这时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址,而把记下的进入端口当作转发端口。网桥就是在这样的转发过程中逐渐将其转发表建立起来的。
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源路由网桥(选择最佳路由)

在源路由网桥中,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。
源路由的生成过程是:

  • 在未知路径前,源站要先发送一一个发现帧;途中的每个网桥都转发此帧,最终该发现帧可能从多个途径到达目的站;
  • 目的站也将一一发送应答帧; 每个应答帧将通过原路径返回,途经的网桥把自己的标志记录在应答帧中;源站选择出一个最佳路由。
  • 以后,凡从这个源站向该目的站发送的帧的首部,都必须携带这一路由信息。
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局域网交换机

基本概念

  • 桥接器的主要限制是在任一时刻通常只能执行一个帧的转发操作,于是出现了局域网交换机,又称以太网交换机。
  • 从本质上说,以太网交换机是一个多端口的网桥,它工作在数据链路层。交换机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。
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原理

  • 以太网交换机的原理是,它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,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。

特点

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两种交换模式

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