3.4.1 在物理层扩展以太网
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使用光纤扩展
由于光纤带来的时延很小，并且带宽很宽，因此使用这种方法可以很容易的将主机与几公里以外的集线器相连。
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使用集线器扩展
1. 用集线器扩展以太网
- 优点
- 使原来属于不同碰撞域（冲突域）的计算机能够跨碰撞域通信。
- 扩大了以太网覆盖的地理范围。
- 缺点
- 碰撞域增大了，总的吞吐量未提高。
- 如果使用不同的以太网技术（如数据率不同），那么就不能用集线器将它们互连起来。
2. 碰撞域
- 碰撞域又称为冲突域，指网络中一个站点发出的帧会与其他站点发出的帧产生碰撞或冲突的那部分网络。
- 碰撞域越大，发生碰撞的概率越高。
3.4.2 在数据链路层扩展以太网
- 扩展以太网更常用的方法是在数据链路层进行的。早期使用网桥，现在使用以太网交换机。
1. 网桥与以太网交换机
2. 以太网交换机的特点
- 实质上是一个多接口网桥。
- 通常有十几个或更多的接口。
- 每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连，并且一般都工作在全双工方式。
- 以太网交换机具有并行性。
- 能同时连通多对接口，使多对主机能同时通信。
- 相互通信的主机都独占传输媒体，无碰撞地传输数据。
- 每一个端口和连接到端口的主机构成了一个碰撞域。
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接口有存储器。
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即插即用。其内部的帧交换表（又称为地址表）是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。这种交换表就是一个内容可寻址存储器CAM。
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使用专用的交换结构芯片，用硬件转发，其转发速率要比使用软件转发的网桥快很多。
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以太网交换机的性能远远超过普通的集线器，而且价格井不贵。
3. 以太网交换机的优点
4. 以太网交换的交换方式
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存储转发方式
把整个数据帧先缓存再进行处理。
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直通方式
接收数据帧的同时立即按数据帧的目的MAC地址决定该帧的转发接口。
缺点：不检查差错就直接将帧转发出去，有可能转发无效帧。
5. 以太网交换机的自学习功能
开始时，交换表是空的。
A先向B发送一帧。该帧从接口1进入到交换机。
交换机收到帧后，先查找交换表。没有查到应从个接口转发这个帧给B。
交换机把这个帧的源地址A和接口1写入交换机中。
交换机向除接口1以外的所有的接口广播这个帧。
由于与该帧的目的地址不相符，C和D将丢弃该帧。
B向A发送一帧。该帧从接口3进入到交换机。
交换机收到帧后，先查找交换表。发现交换表中的MAC地址有A，表明要发送给A的帧应从接口1转发出去。于是就把这个帧传送到接口1转发给A。
交换机把这个帧的源地址B和接口3写入交换表中。
考虑到可能有时要在交换机的接口更换主机，或者主机要更换其网络适配器，这就需要更改交换表中的顶目。为此，在交换表中每个顶目都设有一定的有效时间。过期的顶目就自动被删除。
这种自学习方法使得以太网交换机能够即插即用，不必人工进行配置。
6. 两台以太网交换机互联
假设：A向B发送了一帧，C向E发送了一帧，E向A发送了一帧。
请分忻：此时，S1和S2的交换表内容分别是什么？
假定开始时，交换机Sl和S2的交换表都是空的。
假定：主机A向主机E发送一帧。
由于交换表为空，需要广播发送，这时就形成了回路。
消除回路：使用生成协议树（SPT）
生成树协议STP要点： 不改变网络的实际拓扑，但在逻辑上则切断某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构，从而消除了兜圈子现象。
7. 从总线以太网到星形以太网
3.4.3 虚拟局域网
以太网存在的主要问题：广播风暴，安全问题，管理困难等。
1. 广播风暴
广播域：指这样一部分网络，其中任何一台设备发出的广播通信都能被该部分网络中的所有其他设备所接收。
2. 安全问题
交换机每个接口都处于一个独立的碰撞域（或冲突域）中，但所有计算机都处于同一个广播域中。
3. 虚拟局域网VLAN
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利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网VLAN。
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IEEE802.1Q对虚拟局域网VLAN的定义：
虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组， 而这些网段具有某些共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的计算机是属于哪一个VLAN。
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虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，不是一种新型局域网。
每个虚拟局域网是一个广播域。 VLAN1，VLAN2和VLAN3是三个不同的广播域。
当B1向VLAN2工作组内成员发送数据时，工作站B2和B3将会收到其广播的信息。
B1发送数据时，VLAN1和VLAN3中的工作站A1，A2和C1等都不会收到B1发出的广播信息。
虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息（即“即广播信息”）而引起性能恶化。
4. 虚拟局域网优点
- 改善了性能
- 简化了管理
- 降低了成本
- 改善了安全性
5. 划分虚拟局域网的方法
- 基于交换机端口
- 基于计算机网卡的MAC地址
- 基于协议类型
- 基于子网地址
- 基于高层应用或服务
补充：
- 一层交换机，只支持物理层协议，如电话程控交换机可以算一个。
- 二层交换机，支持物理层和数据链路层协议，如以太网交换机。
- 三层交换机，支持物理层，数据链路层及网络层协议，如某些带路由功能的交换机。
<1>基于交换机端口的方法
- 最简单、也是最常用的方法。
- 属于在第1层划分虚拟局域网的方法。
- 缺点：不允许用户移动。
<2>基于计算机网卡的MAC地址的方法
- 根据用户计算机的MAC地址划分虚拟局域网。
- 属于在第2层划分虚拟局域网的方法。
- 允许用户移动。
- 缺点：需要输入和管理大量的MAC地址。如果用户的MAC地址改变了，则需要管理员重新配置VLAN。
<3>基于协议类型的方法
- 根据以太网帧的第三个字段“类型”确定该类型的协议属于哪一个虚拟局域网。
- 属于在第2层划分虚拟局域网的方法。
<4>基于IP子网地址的方法
- 根据以太网帧的第三个字段“类型”和IP分组首部中的源IP地址字段确定该分组属于哪 一个虚拟局域网。
- 属于在第3层划分虚拟局域网的方法。
<5>基于高层应用或服务
- 根据高层应用或服务、或者它们的组合划分虚拟局域网。
- 更加灵活，但更加复杂。
6. 虚拟局域网使用的以太网帧格式
参考资料：《计算机网络(第8版)》—— 谢希仁。