拓展乙太網

在物理層擴充套件乙太網：

(1)使用光纖擴充套件——主機使用光纖（通常是一對光纖）和一對光纖調變解調器連線到集線器。很容易使主機和幾公里以外的集線器相連線。

(2)使用集線器擴充套件——使用多個集線器可連成更大的、多級星形結構的乙太網。

優點：

使原來屬於不同碰撞域的乙太網上的計算機能夠進行跨碰撞域的通訊；

擴大了乙太網覆蓋的地理範圍。

缺點：

碰撞域增大了，但總的吞吐量並未提高；

如果不同的碰撞域使用不同的資料率，那麼就不能用集線器將它們互連起來。

在資料鏈路層擴充套件乙太網：

擴充套件乙太網更常用的方法是在資料鏈路層進行。早期使用網橋，現在使用乙太網交換機

網橋：

網橋工作在資料鏈路層。它根據 MAC 幀的目的地址對收到的幀進行轉發和過濾。當網橋收到一個幀時，並不是向所有的介面轉發此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然後再確定將該幀轉發到哪一個介面，或把它丟棄。

網橋具有學習功能，按照自學習演算法處理收到的幀和建立轉發表。

使用網橋拓展乙太網：

使用網橋拓展乙太網的好處與壞處：

好處：過濾通訊量；擴大了物理範圍；提高了可靠性；可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率的區域網；

壞處：儲存轉發增加了時延；在MAC子層並沒有流量控制功能；具有不同MAC子層的網段橋接在一起時時延更大；網橋只適用於使用者數不太多（不超過幾百個）和通訊量不太大的區域網，否則有時還會因傳播過多的廣播資訊而產生網路擁塞，這就使所謂的廣播風暴。

乙太網交換機：

特點：

• 乙太網交換機實質上就是一個多介面的網橋，通常都有十幾個或更多的介面。

• 每個介面都直接與一個單臺主機或另一個乙太網交換機相連，並且一般都工作在全雙工方式。

• 乙太網交換機具有並行性。能同時連通多對介面，使多對主機能同時通訊。

• 相互通訊的主機都是獨佔傳輸媒體，無碰撞地傳輸資料。

• 乙太網交換機是一種即插即用裝置，其內部的幀交換表（又稱為地址表）是通過自學習演算法自動地逐漸建立起來的。

優點：

• 使用者獨享頻寬，增加了總容量；

• 從共享匯流排乙太網轉到交換式乙太網時，所有接入裝置的軟體和硬體、介面卡等都不需要做任何改動；

• 乙太網交換機一般都具有多種速率的介面，方便了各種不同情況的使用者。

交換方式：

• 儲存轉發方式——把整個資料幀先快取後再進行處理

• 直通 (cut-through) 方式——接收資料幀的同時就立即按資料幀的目的 MAC 地址決定該幀的轉發介面，因而提高了幀的轉發速度。

乙太網交換機的自學習功能和自學習演算法：

乙太網交換機執行自學習演算法自動維護交換表

開始時，乙太網交換機裡面的交換表是空的-->A 先向 B 傳送一幀，從介面 1 進入到交換機-->交換機收到幀後，先查詢交換表，沒有查到應從哪個介面轉發這個幀-->交換機把這個幀的源地址 A 和介面 1 寫入交換表中，並向除介面1以外的所有的介面廣播這個幀-->C 和 D 將丟棄這個幀，因為目的地址不對。只 B 才收下這個目的地址正確的幀。這也稱為過濾-->從新寫入交換表的專案 (A, 1) 可以看出，以後不管從哪一個介面收到幀，只要其目的地址是A，就應當把收到的幀從介面1轉發出去-->B 通過介面 3 向 A 傳送一幀-->交換機查詢交換表，發現交換表中的 MAC 地址有 A。表明要傳送給A的幀（即目的地址為 A 的幀）應從介面1轉發。於是就把這個幀傳送到介面 1 轉發給 A。顯然，現在已經沒有必要再廣播收到的幀-->交換表這時新增加的專案 (B, 3)，表明今後如有傳送給 B 的幀，就應當從介面 3 轉發出去-->經過一段時間後，只要主機 C 和 D 也向其他主機發送幀，乙太網交換機中的交換表就會把轉發到 C 或 D 應當經過的介面號（2 或 4）寫入到交換表中。

交換機自學習和轉發幀的步驟歸納：

（1）交換機收到一幀後先進行自學習。查詢交換表中與收到幀的源地址有無相匹配的專案。

·如沒有，就在交換表中增加一個專案（源地址、進入的介面和有效時間）。

·如有，則把原有的專案進行更新（進入的介面或有效時間）

（2）轉發幀。查詢交換表中與收到幀的目的地址有無相匹配的專案

·如沒有，則向所有其他介面（進入的介面除外）轉發。

·如有，則按交換表中給出的介面進行轉發。

·若交換表中給出的介面就是該幀進入交換機的介面，則應丟棄這個幀（因為這時不需要經過交換機進行轉發）

生成樹協議：

為了解決：在增加冗餘鏈路時，自學習的過程就可能導致乙太網幀在網路的某個環路中無限制地兜圈子。

如圖，假定開始時，交換機 #1 和 #2 的交換表都是空的，主機 A 通過介面交換機 #1 向主機 B 傳送一幀。

按交換機自學習和轉發方法，該幀的某個走向如下：離開交換機 #1 的介面 3 → 交換機 #2 的介面 1 → 介面 2 → 交換機 #1 的介面 4 → 介面 3 → 交換機 #2 的介面 1 →……。這樣就無限制地迴圈兜圈子下去，白白消耗了網路資源。

要點是：不改變網路的實際拓撲，但在邏輯上則切斷某些鏈路，使得從一臺主機到所有其他主機的路徑是無環路的樹狀結構，從而消除了兜圈子現象。

虛擬區域網VLAN

虛擬區域網 VLAN 是由一些區域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組，而這些網段具有某些共同的需求。每一個 VLAN 的幀都有一個明確的識別符號，指明發送這個幀的計算機是屬於哪一個 VLAN。

一個VLAN = 一個廣播域 = 邏輯網段（子網）

10 臺計算機劃分為三個虛擬區域網：VLAN1, VLAN2 和 VLAN3

當 B1 向 VLAN2 工作組內成員傳送資料時，工作站 B2 和 B3 將會收到廣播的資訊。B1 傳送資料時，工作站 A1，A2 和 C1都不會收到 B1 發出的廣播資訊。

虛擬區域網限制了接收廣播資訊的工作站數，使得網路不會因傳播過多的廣播資訊(即“廣播風暴”)而引起效能惡化。

虛擬區域網使用的乙太網幀格式——加了4個位元組的標記位元組

高速乙太網：速率達到或超過 100 Mbit/s 的乙太網稱為高速乙太網

100BASE-T 乙太網（快速乙太網）：

特點：

·可在全雙工方式下工作而無衝突發生。在全雙工方式下工作時，不使用 CSMA/CD 協議，MAC 幀格式仍然是 802.3 標準規定的

·保持最短幀長不變，但將一個網段的最大電纜長度減小到 100 m，幀間時間間隔從原來的 9.6改為現在的 0.96。

吉位元乙太網：

允許在 1 Gbit/s 下以全雙工和半雙工兩種方式工作；使用 IEEE 802.3 協議規定的幀格式；在半雙工方式下使用 CSMA/CD 協議，全雙工方式不使用 CSMA/CD 協議；與 10BASE-T 和 100BASE-T 技術向後相容；可用作現有網路的主幹網，也可在高頻寬（高速率）的應用場合中。