3.8 计算机网络之数据链路层设备（网桥、交换机）

谁践踏了优雅 2022-12-29 01:59 90阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *  [1.网桥][1.]
         *   *  [（1）基本概念][1]
             *  [（2）网桥信息处理方式][2]
             *  [（3）网桥的吞吐量举例][3]
             *  [（4）基本特点][4]
             *  [（5）优缺点][5]
             *  [（6）透明网桥][6]
             *  [（7）源路由网桥（选择最佳路由）][7]
         *  [2.局域网交换机][2.]
         *   *  [（1）基本概念][1 1]
             *  [（2）原理][2 1]
             *  [（3）特点][3 1]
             *  [（4）两种交换模式][4 1]

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### 1.网桥 ###

*  首先我们了解一下`·冲突域和广播域·`

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkxNDYwNA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

（1）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。

（2）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。

（3）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。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkxNDYwNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

（4）基本特点

`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。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;
 *  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;
 *  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率可能高于转发速率。

（5）优缺点

`网桥的优点:`

*  ①能过滤通信量;
 *  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。

`网桥的缺点:`

*  ①增大了时延;
 *  ②MAC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，需要进行帧格式的转换;
 *  ④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·`。

（6）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:
 *  ①如果源LAN和目的LAN相同,那么丢弃该帧;
 *  ②如果源LAN和目的LAN不同，那么转发该帧;
 *  ③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。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkxNDYwNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

（7）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。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkxNDYwNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

### 2.局域网交换机 ###

（1）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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkxNDYwNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

（2）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。

（3）特点

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkxNDYwNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

（4）两种交换模式

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkxNDYwNA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
参考：[https://www.bilibili.com/video/av70228743?p=37][https_www.bilibili.com_video_av70228743_p_37]

[1.]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#1_3
[1]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#1_7
[2]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#2_14
[3]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#3_18
[4]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#4_23
[5]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#5_31
[6]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#6_50
[7]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#7_66
[2.]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#2_76
[1 1]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#1_78
[2 1]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#2_85
[3 1]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#3_88
[4 1]: https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190#4_90
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