《VMware 网络技术:原理与实践》—— 3.3 扩展以太网段:中继器、集线器和交换机

简介:

本节书摘来自华章出版社《VMware 网络技术:原理与实践》一 书中的第3章,第3.3节,作者:(美)Christopher Wahl Steven Pantol,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

3.3 扩展以太网段:中继器、集线器和交换机

我们在表3.1中已经看到,每个物理以太网标准都有最大电缆长度,这种距离限制的原因和穿越介质时电信号的衰减(attenuation)有关。当你想要连接更远的设备时该怎么办?早期的解决方案是中继器(repeater),这种设备连接两个网段,将其在一端侦听到的所有信号发送到另一端。中继器在10BASE5和10BASE2的时代很常见,当时以太网段通常是单一的共享同轴电缆。

434d8983564844cff74a616575db48eec53705b4

当基于UTP的电缆技术推出时,中继器被集线器(hub)所代替,如图3.2所示。集线器实际上是一个多端口的中继器,网段上的每个设备都连接到集线器,集线器将接收到的所有传输数据重发到其他各个端口。如果8端口集线器接收到端口1上的传输数据,它将把传输数据重发到端口2~8,而不会将其发到接收到传输数据的端口上。从集线器传输的数据都是新鲜的,可以发到最大距离,从而重置了距离计数器。
通过堆叠集线器,你可以支持许多设备的互连。但是,因为每个集线器盲目地重发信号,形成的网络仍然是单一的共享总线,很容易引起冲突。这种网络上的所有设备被称为同一冲突域(collision domain)的组成部分。而且,CSMA/CD要求一次只有一个设备传输。因此,可用的带宽在所有连接的设备之间共享。最终,在基于集线器的以太网中,没有设备能够同时传输和接收。这被称为半双工(half-duplex)通信。随着共享总线上的设备数量的增加,冲突的概率也会增加。最终,不断的冲突使通信无法持续。
因为冲突的倾向和低下的带宽利用率,人们开发出了更智能的互连设备——交换机(switch)。交换机不通过盲目的重新广播建立单一的共享总线,而是检查每个帧的目标地址,只将其转发到相关的端口。如果多个帧同时被发送到同一个目标地址,交换机可以缓存这些帧,一次发送一个,以避免冲突。所以,在交换机中,尽管背板的带宽是共享的,但每个当前通信连接的带宽不是共享的,每组通信中的端口可以使用全部带宽,仅受交换机背板的限制。
由于这些特性,每个交换端口自成冲突域。只要每个端口只连接一个设备,就不会发生冲突。CSMA/CD算法可以禁用,允许连接的两端同时发送和接收,实际上成倍提高了性能。这被称作全双工(full-duplex)通信。
虽然交换机能为单播流量做出智能的转发决策,但是仍然必须支持广播和组播流量,允许发送者传输到所有或者多个连接的设备。当一个交换机端口接收到广播,它会被重传到所有其他端口,这就是交换机和所连接设备被称作共享一个广播域(broadcast domain)的原因。当交换端口接收到组播时,只向与该地址有关的端口转发。

交换逻辑

让我们更深入地探究一下交换机的魔法。交换机必须检查每个输入帧,确定是转发它还是忽略它。为此,交换机必须学习与每个端口相关的MAC地址。这一映射由交换机检查每个输入帧源MAC地址建立。知道源端口和源MAC地址之后,交换机在设计用于快速搜索的特种内存中建立一个查找表,这一内存被称作内容可寻址存储器(Content Addressable Memory,CAM)。
检查输入帧源地址之后,交换机检查帧的目标地址,并搜索MAC地址表中的匹配项。如果没有找到匹配项,交换机向所有其他端口发送该帧,假设位置的目标地址将会响应,然后将其加入地址表。如果找到匹配项,且匹配项不是源端口,交换机将该帧转发到目标地址对应的端口。如果匹配项就是源端口,该帧被忽略。如果你将一个集线器连接到交换机端口,就会看到这种情况。交换机将把连接到集线器的所有设备的MAC地址关联到同一个交换机端口,集线器将会把它连接的设备接收到的所有信号重发到交换端口上。

相关文章
|
2月前
|
人工智能 数据中心 云计算
|
2月前
|
分布式计算 网络协议 Hadoop
Hadoop节点资源扩展网络配置
【4月更文挑战第16天】在扩展Hadoop节点资源时,网络配置至关重要。要点包括:保证网络连通性,确保新节点与集群间稳定通信;配置DNS和主机名解析,便于节点间通过名称通信;设置SSH免密码登录,简化集群管理;更新Hadoop配置文件以反映集群新状态;优化网络性能以提升数据传输效率;最后,测试验证确保集群正常运行和性能。具体配置应参照Hadoop版本及环境的官方文档。
29 4
|
2天前
|
网络协议 算法 程序员
网络必修课:以太网报文格式详解
嗨,大家好!今天,我要带大家深入了解以太网报文格式,这是现代网络通信的重要基础。无论你是网络工程师、开发者,还是对技术感兴趣的朋友,这篇文章都将为你揭开以太网的神秘面纱,让你更好地理解和应用这一关键技术。准备好了吗?让我们开始吧!
13 4
|
11天前
|
存储 传感器 监控
智慧养殖的智慧网络:构建高效、可扩展的养殖生态
智慧养殖,在国家政策的大力扶持和农业数字化浪潮的推动下,正迅速发展。然而,许多人对它的价值仍持怀疑态度:认为智慧养殖只是昂贵的技术堆砌,短期内看不到经济回报,甚至怀疑其实用性。本文将挑战这些观点,展示智慧养殖如何通过技术整合提高效率、降低成本,并探讨如何克服网络稳定性和速度等技术障碍,引领养殖企业走向高效、经济的现代化转型。
|
29天前
|
供应链 安全 区块链
区块链模块化:构建灵活、可扩展的未来网络
**区块链模块化**拆分系统为独立模块,提升**可扩展性**和**安全性**,增强**灵活性**,适应不同场景需求,如跨链互操作、行业定制和公共服务。模块化设计促进系统**定制化**,支持快速迭代,是区块链技术发展和创新的关键趋势。
|
1月前
|
数据采集 存储 中间件
Scrapy,作为一款强大的Python网络爬虫框架,凭借其高效、灵活、易扩展的特性,深受开发者的喜爱
【6月更文挑战第10天】Scrapy是Python的高效爬虫框架,以其异步处理、多线程及中间件机制提升爬取效率。它提供丰富组件和API,支持灵活的数据抓取、清洗、存储,可扩展到各种数据库。通过自定义组件,Scrapy能适应动态网页和应对反爬策略,同时与数据分析库集成进行复杂分析。但需注意遵守法律法规和道德规范,以合法合规的方式进行爬虫开发。随着技术发展,Scrapy在数据收集领域将持续发挥关键作用。
72 4
|
28天前
|
供应链 安全 区块链
区块链模块化:构建灵活、可扩展的未来网络
**区块链模块化**通过拆分系统为独立模块,如执行、结算、共识和数据层,提升**可扩展性**、**安全性和灵活性**。模块化允许定制化解决方案,适用于跨链互操作、行业特定需求及公共服务,如电子投票和版权保护。此方法降低耦合,增强安全性,为开发者创造更多创新机会,驱动区块链技术的未来发展方向。
|
1月前
|
网络虚拟化
以太网链路聚合与交换机堆叠、集群
以太网链路聚合与交换机堆叠、集群
|
2月前
|
算法 网络协议
【计网·湖科大·思科】实验三 总线型以太网的特性、集线器和交换机的区别、交换机的自学习算法
【计网·湖科大·思科】实验三 总线型以太网的特性、集线器和交换机的区别、交换机的自学习算法
35 1
|
1月前
|
域名解析 网络协议 程序员
网络原理(7)——以太网数据帧和DNS协议(数据链路层和应用层)
网络原理(7)——以太网数据帧和DNS协议(数据链路层和应用层)
26 0