计算机网络之数据链路层(下)

4.2.6 802.3以太网标准: 链路与物理层

  • 许多不同的以太网标准
    • 相同的MAC协议和帧格式
    • 不同速率: 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps, 1Gbps, 10G bps
    • 不同物理介质: 光纤, 线缆

计算机网络之数据链路层(下)

5 交换机(switch)

5.1 以太网交换机(switch)

  • 链路层设备
    • 存储-转发以太网帧
    • 检验到达帧的目的MAC地址,选择性(selectively) 向一个或多个输出链路转发帧
    • 利用CSMA/CD访问链路,发送帧
  • 透明(transparent)
    • 主机感知不到交换机的存在
    • 即插即用(plug-and-play)
    • 自学习(self-learning)
    • 交换机无需配置

5.2 交换机: 多端口间同时传输

  • 主机利用独享(dedicated)链路直接连接交换机
  • 交换机缓存帧
  • 交换机在每段链路上利用CSMA/CD收发帧,但无冲突,且可以全双工
    • 每段链路一个独立的冲突域
  • 交换(switching): A-A’与B-B’的传输可以同时进行,没有冲突

计算机网络之数据链路层(下)

5.3 交换机转发表:交换表

Q: 交换机怎么知道A’可以通过接口4到达,而B’可以通过接口5到达?

  • A: 每个交换机有一个交换表(switch table), 每个入口(entry):
    • (主机的MAC地址, 到达主机的接口, 时间戳)
    • 看起来很像路由表!
  • Q: 交换表入口信息如何创建和维护的那?
    • 类似于路由协议?

5.4 交换机: 自学习

交换机通过自学习,获知到达主机的接口信息

  • 当收到帧时,交换机“学习”到发送帧的主机(通过帧的源MAC地址),位于收到该帧的接口所连接的LAN网段
  • 将发送主机MAC地址/接口信息记录到交换表中

计算机网络之数据链路层(下)

5.5 交换机: 帧过滤/转发

  1. 记录帧的源MAC地址与输入链路接口
  2. 利用目的MAC地址检索交换表
  3. if 在交换表中检索到与目的MAC地址匹配的入口(entry)

if 在交换表中检索到与目的MAC地址匹配的入口(entry)

then {

if 目的主机位于收到帧的网段

then 丢弃帧

else 将帧转发到该入口指向的接口

}

else 泛洪(flood) /* 向除收到该帧的接口之外的所有接口转发 */

6 集线器、转发器、网桥、以太网交换机的异同

集线器的特点

  • 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议,并共享逻辑上的总线。
  • 集线器有许多接口,因此很像一个多接口的转发器。
  • 工作在物理层,每个借口仅仅简单地转发比特。
  • 采用专门的芯片,进行自适应串音回波抵消。

网桥

  • 在数据链路层扩展局域网是使用网桥。
  • 它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。
  • 网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发此帧,而是先检查此帧的目的 MAC 地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口,或者丢弃(即过滤)。
  • 多个局域网通过一种工作在数据链路层的设备连接起来,这个设备叫网桥。网桥用于连接多个局域网,它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发此帧,而是先检查此帧的目的 MAC 地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口。网桥的优点:过滤通信量、扩大屋里范围、提高可靠性、互连不同物理层、不同MAC层和不同速率的局域网。目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge)。


集线器在转发帧时,不对传输媒体进行检测。

网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。

多接口网桥-以太网交换机

  • 通常都有十几个接口。因此,以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥,可见交换机工作在数据链路层。
  • 每个接口都直接与主机相连,并且一般都工作在全双工方式。
  • 能同时连通许多对的接口,使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样,进行无碰撞地传输数据。
  • 由于使用了专用的交换结构芯片,其交换速率就较高。

7 网桥转发表的建立过程

  • 若从 A 发出的帧从接口 x 进入了某网桥,那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到 A。
  • 网桥每收到一个帧,就记下其源地址和进入网桥的接口,作为转发表中的一个项目。
  • 在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面。
  • 在转发帧时,则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的。这时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址,而把记下的进入接口当作转发接口

8 网卡

网卡,也叫网络适配器。处于数据链路层与物理层,兼顾两层功能。是个小型嵌入式系统,上面有自己的处理器以及存储器(包括ROM和RAM)。

网卡的职责

计算机的CPU将网络层的IP数据报交给网卡后,就可以去做别的了,由网卡的处理器复杂将IP数据报处理,并将信号转为电信号发送出去,以及接收在网络上传输过来的分组,然后通过中断通知计算机的CPU来把数据读走。


如果只是通过IP地址转发分组,那么如果中间需要很多路由器来转发,如何去识别我该将分组转发给哪个路由器呢?所以提出了物理地址作为设备的地址唯一标识,即MAC地址,每个网卡具有唯一MAC地址,这样根据MAC地址就可以找到如何转发了。MAC地址是一个48位的二进制数据。

网络接口板又称为通信适配器(adapter)或网络接口卡NIC(Network Interface Card),或“网卡”


  • 进行串行/并行转换;
  • 对数据进行缓存;
  • 在计算机的操作系统安装设备驱动程序;
  • 实现以太网协议
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