第七章 交换式以太网和虚拟局域网----7.1 共享式以太网
基本要求：理解集线器的工作原理、 特点；掌握交换机的工作原理，了解交换机的分类，掌握交换机之间的连接；理解三层交换的原理；理解 虚拟局域网的概念、优点、帧格式，掌握虚拟局域网的组网方法。
教学重点和难点：
l 集线器的工作原理、特点
l 交换机的工作原理
l 交换机之间的连接
l 三层交换的原理
l 虚拟局域网的概念、优点、帧格式
l 虚拟局域网的组网方法
任务1：以太网交换机的配置
任务分解：为了配置交换机，首先 需要了解如下内容：
l 二、三层交换机的工作原理。
l 虚拟局域网的概念、帧格式。
l 虚拟局域网的组网方法。
下面首先从介绍开始共享式以太网入手。
7.1 共享式以太网
共享式以太网（即使用集线器或共用一条总线的以太网）采 用了载波检测多路侦听（Carries Sense Multiple Access with Collision Detection，简称CSMA/CD）机制来进行传输控制。共享式以太网的典型代表是使用10Base2、10Base5的总线型网络和以集线器为核心的10Base- T星型网络。在使用集线器的以太网中，集线器将很多以太网设备（ 如计算机）集中到一台中心设备上，这些设备都连接到集线器中的同一物理总线结构中。从本质上讲，以 集线器为核心的以太网同原先的总线型以太网无根本区别。
7.1.1 集线器的工作原理
集线器也就是常说的Hub，是一个物理层设备。集线器是一种共享的网络设备，即每个 时刻只能有一个端口在发送数据。集线器并不处理或检查其上的通信量，仅通过将一个端口接收的信号重 复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质，其结果是它们也共享同一冲 突域、广播和带宽。因此集线器和它所连接的设备组成了一个单一的冲突域。如果一个结点发出一个广播 信息，集线器会将这个广播传输给所有同它相连的结点，因此它也是一个单一的广播域。当网络中有两个 或多个站点同时进行数据传输时，将会产生冲突。如图7.1和图7.2所示。
当网络中结点过多时，冲突将会很频繁，利用Hub连网并不适合，这也限制了以太网的可扩展性。 下节要介绍的交换机采用将冲突区域分割的方法解决了这个问题。
7.1.2 共享式以太网的工作特点
1. 带宽共享
在局域网中，数据都是以“帧” 的形式传输的。共享式以太网是基于广播的方式来发送数据的，因为集线器不能识别帧，所以它就不知道 一个端口收到的帧应该转发到哪个端口，它只好把帧发送到除源端口以外的所有端口，这样网络上所有的 主机都可以收到这些帧，如图7.1和7.2所示。这就造成了只要网络上有一台主机在发送帧，网络上所有其 他的主机都只能处于接收状态，无法发送数据。也就是说，在任何一时刻，所有的带宽只分配给了正在传 送数据的那台主机。举例来说，虽然一台100Mbps的集线器连接了20台主机，表面上看起来这20台主机平 均分配5Mbps带宽。但是实际上在任何一时刻只能有一台主机在发送数据，所以带宽都分配给它了，其他主机只能处于等待状态。之所以说每台主机平均分配有5Mbps带宽，是指较长一段时间内的各主机获得的 平均带宽，而不是任何一时刻主机都有5Mbps带宽。
2. 带宽竞争
在共享式以太网中，带宽是如何分配的呢？共享式以太网是一种基于“竞争”的网络技术，也就是说网络中的主机将会“尽其所能”地“ 占用”网络发送数据。因为同时只能有一台主机发送数据，所以相互之间就产生了“竞争”。
3. 冲突检测/避免机制
在基于竞争的以太网中，只要网络空闲，任何一主机均可发送数据。当两个主机发现网络空闲而同时发出数据时，即如果同一时间内网络上有两台主机同时发送数据，那么就会产生“碰撞”（Collision），也称为“冲突”，如图7.3所示。这时两个传送 操作都遭到破坏，此时CSMA/CD机制将会让其中的一台主机发出一个“通道拥挤”信号，这个信号将使冲 突时间延长至该局域网上所有主机均检测到此碰撞。然后，两台发生冲突的主机都将随机等待一段时间后 再次尝试发送数据，避免再次发生数据碰撞的情况。
共享式以太网这种“带宽竞争” 的机制使得冲突（或碰撞）几乎不可避免。而且网络中的主机越多，碰撞的几率越大。
虽然任何一台主机在任何一时刻都可以访问网络，但是在发送数据前，主机都要侦听网络是否空闲。假如共享式以太网上有一台主机想要传输数据，但是它检测到网上已经有数据了，那么它必须等一段时间，只有检测到网络空闲时，主机才能发送数据。
4. 不能支持多种速率
在共享式以太局域网中的网络设备必须保持相同的传输速率，否则一个设备发送的信息，另一个设备不可能收到。 单一的共享式以太网不可能提供多种速率的设备支持。
