物理层扩展以太网
扩展以太网的原因
Q: 为什么需要扩展以太网？
A: 一开始，多台主机连接在集线器上，但是其主机与集线器之间的距离不能超过 100 米，一旦超过 100 米，失帧就十分严重，为了能够使距离比较远的主机进行通信，就需要在物理层次上对以太网进行扩展。
扩展方式一：光纤
Q: 如何使用光纤扩展以太网？
A: 采用光纤的方式来扩宽或者扩展开以太网的范围，使得两台主机进行通信距离可以变得更远。
Q: 光纤扩展以太网需要哪些设备？
A: 光纤扩展以太网需要使用光纤调制、解调器来进行光电转换。
扩展方式二：主干集线器
Q: 如何使用主干集线器扩展以太网？
A: 利用集线器将许多集线器组合起来，每个集线器所构成的一个区域叫做是冲突域。
Q: 主干集线器扩展以太网的优点是什么？
A:
- 可以实现跨冲突域跨域的通信。
- 扩大了以太网覆盖的地理范围。
Q: 主干集线器扩展以太网的缺点是什么？
A: 通信效率变低了，发生冲突的概率会更加高。
扩展以太网的替代方案
Q: 除了使用光纤和主干集线器，还有哪些方式可以扩展以太网？
A: 在链路层对以太网进行一个扩展，此时就使用两个设备，一个是网桥，另一个是交换机。
网桥的基本概念
网桥的作用
Q: 网桥的作用是什么？
A: 网桥可以用来在数据链路层扩展以太网，避免使用集线器扩展以太网时形成更大的冲突域。
网桥的工作原理
Q: 网桥的工作原理是什么？
A: 网桥根据帧首部中的目的 MAC 地址和网桥的帧转发表来转发或丢弃所收到的帧，起到了过滤通信量的功能。
网桥的局限性
Q: 网桥的局限性是什么？
A:
- 网桥的接口数量有限，通常只有 2~4 个。
- 网桥的配置比较复杂。
网桥的应用场景
Q: 网桥的应用场景有哪些？
A:
- 连接两个不同的网段。
- 扩展以太网的覆盖范围。
- 提高网络性能和可靠性。
网桥的替代方案
Q: 网桥的替代方案是什么？
A: 网桥现已被以太网交换机取代。
链路层扩展以太网
网桥
网桥的定义和原理
Q: 网桥是什么？
A: 网桥根据 MAC 帧的目的地址对帧进行转发和过滤，当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定该帧转发到哪一个接口，或者是直接将它丢弃（即过滤）。
Q: 网桥的建立转发表的工作原理是什么？
A: 网桥通过自学习算法，根据网络中各主机间的通信，自动地逐步建立起转发表，并根据转发表来决定如何转发或过滤数据帧。
网桥的优点
Q: 网桥的优点有哪些？
A:
- 过滤通信量，增大吞吐量。
- 扩大了物理传输范围。
- 提高了可靠性。
- 可互连不同物理层、不同 MAC 子层以及不同速率的以太网。
透明网桥
Q: 透明网桥是什么？
A: 透明网桥是一种即插即用的设备，它采用自学习算法，并通过转发表来决定如何转发或过滤数据帧。
Q: 透明网桥的自学习过程是什么？
A: 透明网桥通过监听网络中的数据帧，并根据帧中的源 MAC 地址和目的 MAC 地址来建立转发表。
源路由网桥
Q: 源路由网桥是什么？
A: 源路由网桥在发送帧时，把详细的最佳路由信息（路由最少 / 时间最短）放在帧的首部中。
Q: 源路由网桥的工作原理是什么？
A: 源路由网桥通过广播方式向预通信的目的站发送一个发现帧，目的站会返回一个响应帧，源路由网桥根据响应帧中的信息来确定最佳路由，并将最佳路由信息放在帧的首部中。
以太网交换机的优点
Q: 以太网交换机的优点是什么？
A:
- 独占传输媒体带宽，提高了网络性能。
- 减少了冲突，提高了网络效率。
- 提高了网络安全性，隔离了广播域。
- 简化了网络管理，方便了网络扩展。
以太网交换机的交换方式
Q: 以太网交换机有哪些交换方式？
A:
- 直通式交换机：查完目的地址后立即转发。
- 存储转发式交换机：将帧放入高速缓冲，并检查是否正确，正确则转发，错误则丢弃。
以太网交换机的转发机制
Q: 以太网交换机的转发机制是什么？
A: 以太网交换机通过自学习算法，根据网络中各主机间的通信，自动地逐步建立起转发表，并根据转发表来决定如何转发或过滤数据帧。
以太网交换机与网桥的比较
Q: 以太网交换机与网桥有什么区别？
A:
- 以太网交换机是多接口网桥，网桥是双接口网桥。
- 以太网交换机可以工作在全双工模式，网桥只能工作在半双工模式。
- 以太网交换机可以连接多个主机、集线器或其他交换机，网桥只能连接两个网段。
以太网交换机
交换机的原理和特点
交换机的工作原理
Q: 以太网交换机的工作原理是什么？
A: 以太网交换机通过自学习算法，根据网络中各主机间的通信，自动地逐步建立起转发表，并根据转发表来决定如何转发或过滤数据帧。
交换机的特点
Q: 以太网交换机的特点有哪些？
A:
- 当交换机的接口直接与主机或其他交换机连接时，可工作在全双工方式，并能同时连通多对接口，使每对相互通信的主机都能像独占通信介质那样，无冲突地传输数据，不需要使用 CSMA/CD 协议。
- 当交换机的接口连接集线器时，只能使用 CSMA/CD 协议且只能工作在半双工方式。当前的交换机和计算机中的网卡都能自动识别上述两种情况。
- 交换机是一种即插即用设备，其内部的帧转发表是通过自学习算法，基于网络中各主机间的通信，自动地逐渐建立的。
- 交换机因为使用专用交换结构芯片，交换速率较高。
- 交换机独占传输介质的带宽。
交换机的自学习功能
交换机的自学习过程
Q: 交换机的自学习过程是什么？
A: 交换机通过监听网络中的数据帧，并根据帧中的源 MAC 地址和目的 MAC 地址来建立转发表。交换表中的一个表项至少包含：① MAC 地址；② 连通该 MAC 地址的接口。
交换机的过滤和转发
Q: 交换机如何进行过滤和转发？
A: 交换机通过交换表来决定一个帧是转发到某个接口还是丢弃它。决定一个帧应被移至哪个接口称为转发，决定一个帧是丢弃它称为过滤。
共享式以太网和交换式以太网的对比
共享式以太网和交换式以太网的区别
Q: 共享式以太网和交换式以太网有什么区别？
A:
- 主机发送普通帧：共享式以太网中，集线器将帧转发到所有接口；交换式以太网中，交换机根据帧的目的 MAC 地址和交换表将帧明确地转发给目的主机。
- 主机发送广播帧：共享式以太网和交换式以太网都将帧转发到所有接口，但原理不同。
- 多对主机同时通信：共享式以太网中，多对主机同时通信时会产生冲突；交换式以太网中，交换机能实现多对接口的高速并行交换，不会产生冲突。
集线器和交换机对冲突域/广播域的隔离
Q: 集线器和交换机对冲突域和广播域的隔离有什么区别？
A: 集线器既不隔离广播域，也不隔离冲突域；交换机不隔离广播域，但隔离冲突域。