计算机网络之数据链路层设备（网桥、交换机）
计算机网络之数据链路层设备（网桥、交换机）
文章转自：https://blog.csdn.net/weixin_43914604/article/details/105031190
学习课程：《2019王道考研计算机网络》
学习目的：利用最省时间的方法学习考研面试中的计算机网络。
1、网桥
- 首先我们了解一下
冲突域和广播域
（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。
（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。
（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。
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。
（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
