【正文】 的基礎上又新添加了一個 2 字節(jié)長的類型域（同時將 SAP的值置 為 AA），使其可以標識更多的上層協(xié)議類型。這就是 。 （ SNAP） 目的 SAP AA 源 SAP AA 控制 03 ID 類型 數(shù)據(jù) 1 1 1or2 3 2 38－ 1492 （ SAP） 目的 SAP 源 SAP 控制 數(shù)據(jù) 1 1 1or2 43－ 1497 ↑ 前導碼 目的地址 源地址 長度 數(shù)據(jù) 校驗碼 3． 4 沖突 /沖突域 沖突（ Collision）：在以太網(wǎng)中，當兩個數(shù)據(jù)幀同時被發(fā)到物理傳輸介質(zhì)上，并完全或部分重疊時，就發(fā)生了數(shù)據(jù)沖突。當沖突發(fā)生時，物理網(wǎng)段上的數(shù)據(jù)都不再有效。 沖突域：在同一個沖突域中的每一個節(jié)點都能收到所有被發(fā)送的幀。 影響沖突產(chǎn)生的因素：沖突是影響以太網(wǎng)性能的重要因素，由于沖突的存在使得傳統(tǒng)的以太網(wǎng)在負載超過 40％時，效率將明顯下降。產(chǎn)生沖突的原因有很多，如同一沖突域中節(jié)點的數(shù)量越多，產(chǎn)生沖突的可能性就越大。此外，諸如數(shù)據(jù)分組的長度（以太網(wǎng)的最大幀長度為 1518 字節(jié)）、網(wǎng)絡的直徑等因素也會影響沖突的產(chǎn)生。因此，當以太網(wǎng)的規(guī)模增大時，就必須采取措施來控制沖突的擴散。通常的辦法是使用網(wǎng)橋和交換機將網(wǎng)絡分段 ，將一個大的沖突域劃分為若干小沖突域。 3． 5 廣播 /廣播域 廣播：在網(wǎng)絡傳輸中，向所有連通的節(jié)點發(fā)送消息稱為廣播。 廣播域：網(wǎng)絡中能接收任何一設備發(fā)出的廣播幀的所有設備的集合。 廣播和廣播域的區(qū)別：廣播網(wǎng)絡指網(wǎng)絡中所有的節(jié)點都可以收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，不管該幀是否是發(fā)給這些節(jié)點。非目的節(jié)點的主機雖然收到該數(shù)據(jù)幀但不做處理。 廣播是指由廣播幀構成的數(shù)據(jù)流量，這些廣播幀以廣播地址（地址的每一位都為“ 1”）為目的地址，告之網(wǎng)絡中所有的計算機接收此幀并處理它。 3． 6 共享式以太網(wǎng) 共享式以太網(wǎng)的典型代表是使用 10Base2/10Base5 的總線型網(wǎng)絡和以集線器（集線器）為核心的星型網(wǎng)絡。在使用集線器的以太網(wǎng)中，集線器將很多以太網(wǎng)設備集中到一臺中心設備上，這些設備都連接到集線器中的同一物理總線結構中。從本質(zhì)上講，以集線器為核心的以太網(wǎng)同原先的總線型以太網(wǎng)無根本區(qū)別。 集線器的工作原理：集線器并不處理或檢查其上的通信量，僅通過將一個端口接收的信號重復分發(fā)給其他端口來擴展物理介質(zhì)。所有連接到集線器的設備共享同一介質(zhì)，其結果是它們也共享同一沖突域、廣播和帶寬。因此集線器和它所連接的設備組成了一個單一的沖突域。如果一個節(jié)點發(fā)出 一個廣播信息，集線器會將這個廣播傳播給所有同它相連的節(jié)點，因此它也是一個單一的廣播域。 集線器的工作特點：集線器多用于小規(guī)模的以太網(wǎng)，由于集線器一般使用外接電源（有源），對其接收的信號有放大處理。在某些場合，集線器也被稱為“多端口中繼器”。 集線器同中繼器一樣都是工作在物理層的網(wǎng)絡設備。 共享式以太網(wǎng)存在的弊端：由于所有的節(jié)點都接在同一沖突域中，不管一個幀從哪里來或到哪里去，所有的節(jié)點都能接受到這個幀。隨著節(jié)點的增加，大量的沖突將導致網(wǎng)絡性能急劇下降。而且集線器同時只能傳輸一個數(shù)據(jù)幀，這意味著集線器所有端口 都要共享同一帶寬。 3． 7 交換式以太網(wǎng) 3． 7． 1 交換式結構 在交換式以太網(wǎng)中，交換機根據(jù)收到的數(shù)據(jù)幀中的 MAC 地址決定數(shù)據(jù)幀應發(fā)向交換機的哪個端口。因為端口間的幀傳輸彼此屏蔽，因此節(jié)點就不擔心自己發(fā)送的幀在通過交換機時是否會與其他節(jié)點發(fā)送的幀產(chǎn)生沖突。 3． 7． 2 為什么要用交換式網(wǎng)絡替代共享式網(wǎng)絡 減少沖突：交換機將沖突隔絕在每一個端口（每個端口都是一個沖突域），避免了沖突的擴散。 提升帶寬：接入交換機的每個節(jié)點都可以使用全部的帶寬，而不是各個節(jié)點共享帶寬。 3． 8 以太網(wǎng)交換機 3． 8． 1 交 換機的工作原理 交換機根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源 MAC 地址建立該地址同交換機端口的映射，并將其寫入 MAC 地址表中。 交換機將數(shù)據(jù)幀中的目的 MAC 地址同已建立的 MAC 地址表進行比較，以決定由哪個端口進行轉發(fā)。 如數(shù)據(jù)幀中的目的 MAC 地址不在 MAC 地址表中，則向所有端口轉發(fā)。這一過程稱之為泛洪（ flood）。 廣播幀和組播幀向所有的端口轉發(fā)。 3． 8． 2 交換機的三個主要功能 學習：以太網(wǎng)交換機了解每一端口相連設備的 MAC 地址，并將地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的 MAC 地址表中。 轉發(fā) /過濾： 當一個數(shù)據(jù)幀的目的地址在 MAC 地址表中有映射時，它被轉發(fā)到連接目的節(jié)點的端口而不是所有端口（如該數(shù)據(jù)幀為廣播 /組播幀則轉發(fā)至所有端口）。 消除回路：當交換機包括一個冗余回路時，以太網(wǎng)交換機通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時允許存在后備路徑。 3． 8． 3 交換機的工作特性 交換機的每一個端口所連接的網(wǎng)段都是一個獨立的沖突域。 交換機所連接的設備仍然在同一個廣播域內(nèi)，也就是說，交換機不隔絕廣播（唯一的例外是在配有 VLAN的環(huán)境中）。 交換機依據(jù)幀頭的信息進行轉發(fā)，因此說交換機是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡設備 。 3． 9 交換機的分類 依照交換機處理幀的不同的操作模式，主要可分為兩類。 存儲轉發(fā)：交換機在轉發(fā)之前必須接收整個幀，并進行檢錯，如無錯誤再將這一幀發(fā)向目的地址。幀通過交換機的轉發(fā)時延隨幀長度的不同而變化。 直通式：交換機只要檢查到幀頭中所包含的目的地址就立即轉發(fā)該幀，而無需等待幀全部的被接收，也不進行錯誤校驗。由于以太網(wǎng)幀頭的長度總是固定的，因此幀通過交換機的轉發(fā)時延也保持不變。 注意：直通式的轉發(fā)速度大大快于存儲轉發(fā)模式，但可靠性要差一些，因為可能轉發(fā)沖突幀或帶 CRC錯誤的幀。 3． 10 生成樹協(xié)議 3． 10． 1 消除回路 在由交換機構成的交換網(wǎng)絡中通常設計有冗余鏈路和設備。這種設計的目的是防止一個點的失敗導致整個網(wǎng)絡功能的丟失。雖然冗余設計可能消除的單點失敗問題，但也導致了交換回路的產(chǎn)生，它會導致以下問題。 廣播風暴 同一幀的多份拷貝 不穩(wěn)定的 MAC 地址表 因此，在交換網(wǎng)絡中必須有一個機制來阻止回路，而生成樹協(xié)議（ Spanning Tree Protocol）的作用正在于此。 3． 10． 2 生成樹的工作原理 生成樹協(xié)議的國際標準是 。運行生成樹算法的網(wǎng)橋 /交換機在規(guī)定的間隔（默 認 2 秒）內(nèi)通過網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ BPDU）的組播幀與其他交換機交換配置信息，其工作的過程如下： 通過比較網(wǎng)橋優(yōu)先級選取根網(wǎng)橋（給定廣播域內(nèi)只有一個根網(wǎng)橋）。 其余的非根網(wǎng)橋只有一個通向根交換機的端口稱為根端口。 每個網(wǎng)段只有一個轉發(fā)端口。 根交換機所有的連接端口均為轉發(fā)端口。 注意：生成樹協(xié)議在交換機上一般是默認開啟的，不經(jīng)人工干預即可正常工作。但這種自動生成的方案可能導致數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒎亲顑?yōu)化。因此，可以通過人工設置網(wǎng)橋優(yōu)先級的方法影響生成樹的生成結果。 3． 10． 3 生成樹的狀態(tài) 運行生成樹協(xié) 議的交換機上的端口，總是處于下面四個狀態(tài)中的一個。在正常操作期間，端口處于轉發(fā)或阻塞狀態(tài)。當設備識別網(wǎng)絡拓撲結構變化時，交換機自動進行狀態(tài)轉換，在這期間端口暫時處于監(jiān)聽和學習狀態(tài)。 阻塞：所有端口以阻塞狀態(tài)啟動以防止回路。由生成樹確定哪個端口轉換到轉發(fā)狀態(tài)，處于阻塞狀態(tài)的端口不轉發(fā)數(shù)據(jù)但可接受 BPDU。 監(jiān)聽：不轉發(fā)，檢測 BPDU，（臨時狀態(tài)）。 學習：不轉發(fā)，學習 MAC 地址表（臨時狀態(tài)）。 轉發(fā)：端口能轉送和接受數(shù)據(jù)。 小知識：實際上，在真正使用交換機時還可能出現(xiàn)一種特殊的端口狀態(tài)－ Disable 狀態(tài)。這 是由于端口故障或由于錯誤的交換機配置而導致數(shù)據(jù)沖突造成的死鎖狀態(tài)。如果并非是端口故障的原因，我們可以通過交換機重啟來解決這一問題。 3． 10． 4 生成樹的重計算 當網(wǎng)絡的拓撲結構發(fā)生改變時，生成樹協(xié)議重新計算，以生成新的生成樹結構。當所有交換機的端口狀態(tài)變?yōu)檗D發(fā)或阻塞時，意味著重新計算完畢。這種狀態(tài)稱為會聚（ Convergence）。 注意：在網(wǎng)絡拓撲結構改變期間，設備直到生成樹會聚才能進行通信，這可能會對某些應用產(chǎn)生影響，因此一般認為可以使生成樹運行良好的交換網(wǎng)絡，不應該超過七層。此外可以通過一些特殊的交 換機技術加快會聚的時間。 3． 11 網(wǎng)橋 網(wǎng)橋概述：依據(jù)幀地址進行轉發(fā)的二層網(wǎng)絡設備，可將數(shù)個局域網(wǎng)網(wǎng)段連接在一起。網(wǎng)橋可連接相同介質(zhì)的網(wǎng)段也可訪問不同介質(zhì)的網(wǎng)段。網(wǎng)橋的主要作用是分割和減少沖突。它的工作原理同交換機類似，也是通過 MAC 地址表進行轉發(fā)。因此，網(wǎng)橋同交換機沒有本質(zhì)的區(qū)別。在某些情況下，我們可以認為網(wǎng)橋就是交換機。但是網(wǎng)橋同交換機仍有一些細微的差別： 網(wǎng)橋 交換機 主要基于軟件實現(xiàn)轉發(fā) 主要基于硬件實現(xiàn)轉發(fā) 單個生成樹 多個生成樹 通常不超過 16 個端口 可多至數(shù)百個端口 一般用做網(wǎng)段互連 可連 PC 或網(wǎng)段 3． 12 路由器的簡單介紹 什么是路由器：路由器是使用一種或者更多度量因素的網(wǎng)絡設備，它決定網(wǎng)絡通信能夠通過的最佳路徑。路由器依據(jù)網(wǎng)絡層信息將數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡前向轉發(fā)到另一個網(wǎng)絡。 路由器的功能： 隔絕廣播，劃分廣播域 通過路由選擇算法決定最優(yōu)路徑 轉發(fā)基于三層目的地址的數(shù)據(jù)包 其他功能 3． 13 虛擬局域網(wǎng) VLAN 網(wǎng)橋 /交換機的本質(zhì)和功能是通過將網(wǎng)絡分割成多個沖突域提供增強的網(wǎng)絡服務，然而網(wǎng)橋 /交換機仍是一個廣播域，一個廣播數(shù)據(jù)包可被網(wǎng)橋 /交換機轉發(fā)至全網(wǎng)。雖然 OSI 模型的第 三層的路由器提供了廣播域分段，但交換機也提供了一種稱為 VLAN 的廣播域分段方法。 3． 13． 1 什么是 VLAN 一個 VLAN 是跨越多個物理 LAN 網(wǎng)段的邏輯廣播域，人們設計 VLAN 來為工作站提供獨立的廣播域，這些工作站是依據(jù)其功能、項目組或應用而不顧其用戶的物理位置而邏輯分段的。 一個 VLAN＝一個廣播域＝邏輯網(wǎng)段 3． 13． 2 VLAN 的優(yōu)點和安裝特性 VLAN 的優(yōu)點 安全性。一個 VLAN 里的廣播幀不會擴散到其他 VLAN 中。 網(wǎng)絡分段。將物理網(wǎng)段按需要劃分成幾個邏輯網(wǎng)段 靈活性。可將交換端口和連接用戶 邏輯的分成利益團體，例如以同一部門的工作人員，項目小組等多種用戶組來分段。 典型 VLAN 的安裝特性 每一個邏輯網(wǎng)段像一個獨立物理網(wǎng)段 VLAN 能跨越多個交換機 由主干（ Trunk）為多個 VLAN 運載通信量 3． 13． 3 VLAN 如何操作 配置在交換機上的每一個 VLAN 都能執(zhí)行地址學習、轉發(fā) /過濾和消除回路機制，就像一個獨立的物理網(wǎng)橋一樣。 VLAN 可能包括幾個端口 交換機通過將數(shù)據(jù)轉發(fā)到與發(fā)起端口同一 VLAN 的目的端口實現(xiàn) VLAN。 通常一個端口只運載它所屬 VLAN 的通信量。 3． 13． 4 VLAN 的成員模式 靜態(tài)：分配給 VLAN 的端口由管理員靜態(tài)（人工）配置。 動態(tài)：動態(tài) VLAN 可基于 MAC 地址、 IP 地址等識別其成員資格。當使用 MAC 地址時，通常的方式是用VLAN 成員資格策略服務器（ VMPS）支持動態(tài) VLAN。 VMPS 包括一個映射 MAC 地址到 VLAN 分配的數(shù)據(jù)庫。當一個幀到達動態(tài)端口時，交換機根據(jù)幀的源地址查詢 VMPS，獲取相應的 VLAN 分配。 注意：雖然 VLAN 是在交換機上劃分的，但交換機是二層網(wǎng)絡設備，單一的有交換機構成的網(wǎng)絡無法進行VLAN 間通信的，解決這一問題的方法是使用三層的網(wǎng)絡設備 — 路 由器。路由器可以轉發(fā)不同 VLAN 間的數(shù)據(jù)包，就像它連接了幾個真實的物理網(wǎng)段一樣。這時我們稱之為 VLAN 間路由。 3． 14 高速以太網(wǎng) 3． 14． 1 快速以太網(wǎng) 快速以太網(wǎng)（ Fast Ether）也就是我們常說的百兆以太網(wǎng)，它在保持幀格式、 MAC（介質(zhì)存取控制）機制和 MTU（最大傳送單元）質(zhì)量的前提下，其速率比 10Base－ T 的以太網(wǎng)增加了 10 倍。二者之間的相似性使得 10Base－ T 以太網(wǎng)現(xiàn)有的應用程序和網(wǎng)絡管理工具能夠在快速以太網(wǎng)上使用。快速以太網(wǎng)是基于擴充的 標準。 3． 14． 2 千 兆以太網(wǎng) 千兆位以太網(wǎng)是一種新型高速局域網(wǎng)，它可以提供 1Gbps 的通信帶寬，采用和傳統(tǒng) 10M、 100M 以太網(wǎng)同樣的 CSMA/CD協(xié)議、幀格式和幀長，因此可以實現(xiàn)在原有低速以太網(wǎng)基礎上平滑、連續(xù)性的網(wǎng)絡升級。只用于 Point to Point，連接介質(zhì)以光纖為主，最大傳輸距離已達到 70km，可用于 MAN 的建設。 由于千兆以太網(wǎng)采用了與傳統(tǒng)以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)完全兼容的技術規(guī)范，因此千兆以太網(wǎng)除了繼承傳統(tǒng)以太局域網(wǎng)的優(yōu)點外，還具有升級平滑、實施容易、性價比高和易管理等優(yōu)點。 千兆以太網(wǎng)技術適用于大中規(guī)模（幾百至上 千臺電腦的網(wǎng)絡）的園區(qū)網(wǎng)主干，從而實現(xiàn)千兆主干、百兆交換（或共享）到桌面的主流網(wǎng)絡應用模式。 小知識：千兆以太網(wǎng)的優(yōu)勢是同舊系統(tǒng)的兼容性好，價格相對便宜。在這也是千兆以太網(wǎng)在同 ATM 的競爭中獲勝的主要原因。 小結：本章介紹了當今居于主導地位的局域網(wǎng)技術－以太網(wǎng)。以太網(wǎng)是建立在 CSMA/CD 機制上的廣播型網(wǎng)絡。沖突的產(chǎn)生是限制以太網(wǎng)性能的重要因素，早期的以太網(wǎng)設備