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

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

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

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