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数据链路层设备（一）
2024-09-10 22:52:52 220人阅读
1、网桥的概念及其基本原理
两个或多个以太网通过网桥连接起来后，就称为一个覆盖范围更大的以太网，而原来的每个以太网就可称为一个网段。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，就没有这种过滤通信量的功能。由于各网段的相对独立，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帧，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，就转发给网络2；如果是网络1的地址，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的转发。
2、网桥的基本特点：
（1）网桥必须具备寻址和路径选择能力，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；一般情况下，存储转发类设备都可以进行协议转换，即连接的两个网段可以使用不同的协议；
（4）网桥对所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）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一种协议的信息部分封装在帧中；
（6）网桥应有足够大的缓冲空间，因为在短时间内帧的到达速度可能高于转发速度。
3、网桥的优点：
（1）过滤通信量；
（2）扩大了物理范围；
（3）可使用不同的物理层；
（4）可互联不同类型的局域网；
（5）提高了可靠性；
（6）性能得到改善。
4、网桥的缺点：
（1）增加时延；
（2）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）；
（3）不同MAC子层的网段桥接在一起时，帧格式的转换；
（4）网桥只适合用户数不多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的网络拥塞，这就是所谓的广播风暴。
桥必须具有路径选择的功能，当接收到帧后，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（选择的不是最佳路由）
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；：
（1）如果源LAN和目的LAN相同，则丢弃该帧；
（2）如果源LAN和目的LAN不同，则转发该帧；
（3）如果目的LAN未知，则扩散该帧。
源路由网桥（选择的是最佳路由）
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。
发送帧还可以帮助源站确定整个网络可以通过的帧的最大长度。由于发现帧的数量指数式增加，可能会使网络严重拥塞。
两种网桥的比较
使用源路由网桥可以利用最佳路由。若在两个以太网之间使用并联的源路由网桥，还可使通信量较平均的分配给每一个网桥。用透明网桥则只能使用生成树，而使用生成树一般并不能保证所使用的路由是最佳的，也不能在不同的链路中进行负载均衡。
注意：透明网桥和源路由网桥中提到的最佳路由并不是经过路由器最少的路由，也可以是发送帧往返时间最短的路由，这样才能真正的进行负载平衡，因为往返时间长，说明中间某个路由器可能超载了，所以不走这条路，换个往返时间短的路走。
5、局域网交换机及其工作原理
局域网交换机
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，于是就出现了局域网交换机，又称以太网交换机。从本质上说，以太网交换机就是一个多端口的网桥，工作在数据链路层。交换机能经济的将网络分成小的冲突域，为每个工作站提供更高的带宽。
以太网交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络结点的增加、移动和网络变化的操作。利用以太网交换机还可以很方便的实现虚拟局域网（Virtual LAN, VLAN）,VLAN不仅可以隔离冲突域，也可以隔离广播域。
原理
以太网交换机的原理是，它检测从以太网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，则将改地址加入查找表中，并将数据帧发送给相应的目的端口。
特点
（1）以太网交换机的每个端口都直接与单个主机相连（普通网桥的端口往往是连接到以太网的一个网段），并且一般都工作在全双工方式。
（2）以太网交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞的传输数据。
（3）以太网交换机也是一种即插即用设备（和透明网桥一样），其内部的帧的转发表也是通过自学习算法自动的逐渐建立起来的。
（4）以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率较高。
（5）以太网交换机独占传输媒体的带宽。
两种交换模式
（1）直通式交换机只检查帧的目的地址，这使得帧在接收后几乎能马上被传出去。这种方式速度很快，但缺乏智能型和安全性，也无法支持具有不同速率的端口的交换。
（2）存储转发式交换机先将接收到的帧缓存到高速缓存器中，并检查数据是否正确，确认无误后通过查找表转换成输出端口将该帧发送出去。如果发现帧有错，就将其丢弃。存储转发式的优点是可靠性高，并能支持不同速度端口间的转换，缺点是延迟较大。
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