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各位好

今天我们来学习二层的设备

二层的设备呢

主要包括网卡

网桥和交换机

网卡叫Network Interfact Card

它为主机提供介质的访问

MAC地址就烧在网卡的ROM里面

网卡提供和上层的通信

它也提供一个独特的MAC地址标识

就是刚才说的

它ROM里面烧入的一个MAC地址

它也提供成帧这个过程

其实就是封装过程的一部分

为传输比特流打包

在网卡上呢

也有介质访问控制

为访问共享介质提供访问策略

在网卡上还提供再生信号的功能

就是创建信号和介质的接口

网卡

我们把它作为第二层设备来介绍

事实上呢

它也是第一层的设备

它除了完成第二层的一些功能

它还完成第一层的功能

比如说创建信号与介质的接口

内建转发器等等

网卡的分类有很多分法

比如说把它按照适用在普通的PC

还是用在笔记本上

我们可以把它进行分类

也可以把它按照它使用的场所

是用在以太网上

还是用在硬盘环上

把它分成若干个种类

最常见的网卡是以太网卡

在这个逻辑图上

有CSMA/CD介质访问控制的部分

大家看到在这个网卡上面

我们把transceiver这个东西

分成了TX和RX两个部分

其中RX是用作接收比特流

而TX用于发送比特流

TX在发送的同时

它还做了一个loopback

把这个流旁路回来

那么当我们的RX收到一个流的时候

它也同时有一个旁路过来的流

它会把这两个流进行比较

比较的结果

是看它是否一致

如果一致的话

就认为没有发生冲突

如果不一致的话

就认为它发生了冲突

第二层设备的第二款

我们介绍网桥

网桥是用来连接不同的LAN段的

它通过过滤部分的交通流量

减少冲突的机会

改善网络的性能

网桥在过滤交通流量的时候

它是基于MAC地址来做出决策的

网桥的原理

我们在另外一小节里边

已经学到很多

这里就不再重复去介绍了

第二层的第三款设备叫交换机

交换机我们把它定义为

多端口的网桥

它的基本的工作原理

跟网桥是一模一样的

它也是用来连接LAN段的

也是使用一张MAC地址表

来决定一帧转发的端口的

交换机常常被用来替换集线器

用作以太网新型拓扑的中心

以改善现有网络的性能

交换机具有比网桥更高的交换速度

它还支持新的功能

比如说它支持VLAN

交换机里面的地址表

它会动态地更新

这个动态更新的过程

主要是靠时戳

它的表里边每增加一条记录

它都会打上一个时戳

每引用或者找到一条记录

也会打上一个新的时戳

它会周期性的扫描这个时戳

一旦它发现这一条记录

已经很长一段时间没有被引用

或者没有被更新过

那么就会被删掉

交换机的工作原理

跟网桥的工作原理一样

我们可以用三个单词来描述它

第一个单词叫泛洪广播

叫flooding

当交换机发现到达的这一帧

它的目的地址是未知的

或者本身就是一个广播地址

那么它就会对这一个帧

做泛洪的动作

就是从除了来的那个端口外的

所有的端口

把它转发出去

第二个单词叫转发

forwarding

对于已经学习到的目的地址

我们就可以明确地查到

这个目的地址它所对应的端口

我们的交换机直接把这一帧

转到那个端口

第三个单词叫过滤

或者丢弃

filtering discarding

如果它发现目的地址和源地址

所处的端口是相同的

那么交换机就会把这一帧丢弃

也就是说进行了过滤

那么这三个动作呢

交换机只会采用一个

就是任何一帧到来

它会去做出一个决策

到底是做这三个动作里边的哪一个

三选一

在做这个动作的同时

它还会做逆向学习

通过读取每个到达帧的源地址

和它到达的那个端口

把这一对信息

记录在它的MAC地址表里边

不断地来更新MAC地址表

接下来我们来看一个帧

到达交换机之后

交换机是怎么处理的

比如说交换机

它的一个帧从X端口到达

交换机首先会把这个帧打开

提取出它的源MAC地址

接着它会去MAC地址表里边去看

它有没有在这个地址表里边

如果没有的话

它就会记载下X

和它到达的这个SA

这一对信息

如果说已经有了

它会对时戳

进行一个更新

接下来它会读取目的MAC地址

首先它会判断这个目的MAC地址

是不是广播地址

如果是的话

它会对这个帧做泛洪

做广播处理

如果不是的话

它接着就会看这个目的MAC地址

在表里边有没有记载

如果有的话

它会去看它对应的端口是不是X

如果是X的话

它就会把这一帧做丢弃处理

如果不是的话

它就按照它指示的那个端口

去做转发处理

交换机会利用微分段这种技术

来创立无冲突域

LAN被交换机分割开的网段

在一个大的冲突域中

产生无冲突域

这就是微分段

具体的来看呢

就是交换机的每一个端口

它只接一个工作站

而不是通过Hub

再接无数台工作站上来

在交换机的内部

也有一些虚拟的线路

就像一些拨接开关一样

当我们的端口之间

有帧交换的时候

这些拨接开关

这些线路

会连接起来

所以在交换机的内部

它根据需要建立起来的这些通路

让我们的帧交换变得非常的快

交换机在交换帧的时候

有三种方式

一种叫存储转发

这种方式是交换机

把整个帧接收下来

去计算它的校验

和检查这个帧没有错误了

再按照MAC地址表的指示

把它转发出去

或者说做对应的处理

这种方式带给帧的延迟是比较大的

但是它出错的机会比较少

第二种交换的方式

叫直通交换

也叫贯穿交换

这种方式呢

就是交换机在读取到

一个帧的目的地值

大家还记得那个帧的结构吗

前导码一过

就是目的MAC地址

源MAC地址

所以只要前导码头一过

马上就可以读到目的MAC地址

一旦读到目的MAC地址

我们就可以去查表

就知道应该对它做出什么样的决策

怎么去对待它

如果要从另外一个端口

去转发它的话

它就可以一边从一个接口进来

另外一边就出去了

所以有的教材上

把这种交换的方式叫虫孔交换

就好象一条毛毛虫一样

从一个端口爬进来

很快地哗啦哗啦又从另外一个端口

跑出去了

这种方式它的优点就是

帧在交换机内部停留的时间非常短

时间很快

但是呢它也有一个非常大的缺点

就是它的出错率很高

它有可能转了一个错误的帧出去

等它发现这个帧是错的时候

已经来不及了

这个帧已经被转出去了

所以它的出错率是比较高的

第三种方式叫无碎片的交换

或者叫无分片的交换

这种交换

实际上就是在前面两种交换方式

它的出错率和时延之间

做了一个折中

它在交换的时候

不是一读到目的地址就开始交换

而是必须要等到它读到的字节

满了64个字节之后

它才开始进行转发

那么这种方式

它至少可以保证它不会去转发

那些碎片帧

冲突的碎片往往是小于64字节的

那种非法短帧

或者叫残帧

那么这种方式它保证

它转出去的帧是大于64个字节的

所以呢

出错率得到了一些下降

时延呢又比存储转发要短一些

我们把二层的设备

和一层的设备做一个比较

一层的设备和二层的设备

它们都要再生信号

也就是说去噪和放大

它们是不是能够连接

不同的LAN段呢

对于二层的设备来说

它是可以的

但是一层的设备是不可以的

二层的设备

可以隔离冲突域

但是一层的设备是不可以

不仅不可以

反而让冲突域变得更大

二层的设备可以利用MAC地址

来智能地过滤

而一层的设备是傻瓜设备

不会做这个工作

二层的设备可以丢弃那些坏帧

但是一层的设备做不到

小结一下今天的内容

网卡的主要功能

包括命名 成帧

介质访问控制和再生信号等等

交换机的工作原理

三选一

泛洪

转发和丢弃

要做出这样的一个决策

根据的是MAC地址表

MAC地址表从哪儿来呢

逆向学习

自动建立和维护

交换机有三种交换方式

存储转发

直通交换和无碎片交换

这三种交换方式各有优缺点