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数据链路层思维导图
计网第三章的思维导图，讲述了数据链路层的功能、组帧、差错控制、流量控制与可靠传输机制、介质访问控制、局域网、广域网、数据链路层设备。
编辑于2021-09-12 16:56:08
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第三章 数据链路层
数据链路层的功能
概要
数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路
为网络层提供服务
无确认的无连接服务
特点
源机器发送数据帧时不需要先建立链路连接，目的机器收到数据帧时不需要发回确认
对丢失的帧，数据链路层不负责重发而交给上层处理
适用于实时通信或误码率较低的通信信道，如以太网
有确认的无连接服务
特点
源机器发送数据帧时不需要先建立连接，但目的机器收到数据帧时必须发回确认
源机器在所规定的时间内未收到确定信号时，就重传丢失的帧，以提高传输的可靠性
适用于误码率较高的通信通道，如无线通信
有确认的面向连接服务
特点
帧传输过程分为三个阶段：建立数据链路、传输帧、释放数据链路
目的机器对收到的每一帧都要给出确认，源机器收到确认后才能发送下一帧
适用于通信要求（可靠性、实时性）较高的场合
有连接就一定有确认，不存在无确认的面向连接服务
链路管理
负责数据链路层连接的建立、维持和释放过程，主要用于面向连接的服务
实现过程
首先确认对方已处于就绪状态
交换一些必要的信息以对帧序号初始化
建立连接，在传输过程中则要能维持连接，而在传输完毕后要释放该连接
帧定界、帧同步与透明传输
概述：两个工作站之间传输信息时，必须将网络层的分组封装成帧，以帧的格式进行传送
帧定界：将一段数据的前后分别添加首部和尾部就构成了帧，首部和尾部含有很多控制信息，起作用就是确定帧的界限
帧同步：接收方能从接受的二进制比特流中区分出帧的起始与终止
透明传输：采取有效的措施解决误以为“传输结束”而丢弃后面的数据问题
流量控制
限制发送方的数据流量，使其发送速率不超过接收方的接收能力
注意:流量控制并不是数据链路层特有的功能
差错控制
概述:用于使发送方确定接收方是否正确收到由其发送的数据的方法
位错:帧中某些位出现了差错，通常采用循环冗余校验（CRC）方式发现位错
帧错:帧的丢失、重复、或失序等错误，通过自动重传请求（ARQ）方式来重传出错的帧
组帧
功能实现
为了使接收方能正确的接收并检查所传输的帧，发送方必须依据一定的规则把网络层递交的分组封装成帧
解决问题：帧定界、帧同步、透明传输等
字符计数法
实现方法:在帧头部使用一个计数字段来标明帧内字符数
缺点：如果计数字段出错，收发双方将失去同步而导致的错误
字符填充的首尾定界符法
实现方法
使用一些特定的字符来定界一帧的开始（DLE STX）于结束（DLE ETX）
在特殊字符前面填充一个转义字符（DLE），防止特殊字符被误判为帧的首尾界定符
零比特填充的首尾标志法
实现方法
使用一个特定的比特模式，即01111110来标志一帧的开始和结束
在发送信息时，遇到5个连续的1就自动在后面加0
在收到信息时，遇到5个连续的1就自动在后面减0
优点：很容易由硬件来实现，性能优于字符填充法
违规编码法（物理编码违例法）
使用条件
在物理层使用比特编码时，通常采用违规编码法
违规编码法只适用于采用冗余编码的特殊编码环境
实现方法
正常情况下：曼彻斯特编码中比特“1”编码成“高-低”电平，比特“0”编码成“低-高”电平
违规编码：曼彻斯特编码中比特“1”编码成“高-高”电平，比特“0”编码成“低-低”电平
借用这些违规编码序列来定界帧的起始和终止
局域网IEEE802标准就采用了这种方法
目前较常用的组帧方法是比特填充法和违规编码法
差错控制
概要
影响因素：信道固有声道干扰
解决方法：提高信噪比
外界的冲击噪声是产生差错的重要原因，没有办法通过提高信号幅度来降低干扰
利用编码计数进行差错控制
自动重传请求ARQ：接收端检测出差错时，就设法通知发送端重发，直到接收到正确的码字为止
前向纠错FEC：接收端不但能发现差错，而且能确定比特串的错误位置，从而加以纠正
检错编码
奇偶校验码：n-1位数据和1位校验元组成，校验元用于调节发送信息中的1的个数是奇数还是偶数
循环冗余码
任何一个由二进制数位串组成的代码都可以与一个只含有0和1两个系数的多项式建立一一对应的关系
计算步骤
假设一个帧有m位，其对应多项式为M（x）
加0：假设G（x）的阶为r，在帧的低位端加上r个0
模2除：利用模2除法，用G（x）对应的数据串去除上一条计算出的数据串，得到余数即为冗余码（共r位，前面的0不可省略）
纠错编码
海明码（汉明码）
原理
在有效信息位中加入几个校验位形成海明码，并把海明码的每个二进制位分配到几个奇偶校验组中
当某一位出错后，就会引起有关的几个校验位的值发生变化，这不但可以发现错位，而且能指出错位的位置
计算过程
设n为有效信息的位数，k为校验位的位数，则信息位n和校验位k应满足n+k≤2的k次幂-1
确定校验位的分布
分组以形成校验关系
校验位取值
海明码的校验原理
补充:海明码要检测出d位错误，需要一个海明距为d+1的编码方案，要纠正d位错误，需要一个海明距为2d+1的编码方案。
流量控制与可靠传输机制
流量控制、可靠传输和滑动窗口机制
流量控制:控制发送方发送数据的速率，使接收方来得及接收
停止—等待流量控制基本原理
每次只允许发送一帧，然后就陷入等待接收方确认信息的过程中，因而传输速率很低
如果接收方不反馈应答信号，那么发送方就必须一直等待
滑动窗口流量控制
基本原理
发送方都维持一组连续的允许发送的帧的序号，称为发送窗口
发送窗口用来对发送方进行流量控制
接收方也维持一组连续的允许接收帧的信号，称为接收窗口
发送方：发送窗口的大小代表还未收到对方确认信息的情况下发送方最多还可以发送多个数据帧
接收方：接收窗口是为了控制可以接收哪些数据帧和不可以接收哪些帧
帧的序号落入接收窗口之内，将该数据帧收下；帧的序号落在接收窗口之外，则将其丢弃
机制特点
只有接收窗口向前滑动（同时接收方发送了确认帧）时，发送窗口才有可能（只有发送方收到确认帧后才一定）向前滑动
接收窗口的大小为1时，可保证帧的有序接收
数据链路层的滑动窗口协议中，窗口的大小在传输过程中是固定的
可靠传输机制
通常使用确认和超时重传两种机制
基本概念
确认帧：是一种无数的控制帧，这种控制帧使得接收方可以让发送方知道哪些内容被正确接收
稍待确认：为了提高传输效率，将确认捎带在一个回复帧中
超时重传：发送方在发送某个数据帧后就开启一个计时器，一定时间内如果没有得到发送的数据帧的确认帧，那么就重新发送该数据帧，直到发送成功为止
自动重传请求：接收方请求发送方重传出错的数据帧来恢复出错的帧，是通信中用于处理信道所带来差错的方法
停止-等待
后退N帧
选择性重传
滑动窗口技术与请求重发技术的结合
单帧滑动窗口与停止等待协议
从滑动窗口机制的角度看，停止-等待协议相当于发送窗口和接收窗口大小均为1的滑动窗口协议
在停止-等待协议中，除数据帧丢失外，还有其它两种差错
到达目的站的帧可能已遭破坏
解决方案：装备计时器，计时器计满时仍未收到确认，那么再次发送相同的帧，直到该数据帧无错误地到达为止
数据帧正确而确认帧被破坏
解决方案：发送方重传已被接收的数据帧，接收方收到同样的数据帧时丢弃该帧，并重传一个该帧对应的确认帧
帧缓冲区
目的：为了超时重发和判定重复帧的需要
实现方法：发送端在发送完数据帧时，必须在其发送缓存中保留此数据帧的副本，这样才能在出差错时进行重传；只有收到对方发来的确认帧ACK时，方可清除此副本
多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN）
后退N帧式ARQ
发送方连续发送帧，当接收方检测出失序的信息帧后，要求发送方重发最后一个正确接收的信息帧之后的所有未被确认的帧（累计确认）
优点：连续发送数据帧而提高了信道的利用率
缺点：若信道的传输质量很差导致误码率较大时，后退N帧协议不一定优于停止-等待协议
GBN协议重点总结
累计确认（偶尔稍待确认）
接收方只按顺序接收帧，不按序无情丢弃
确认序列号最大的、按序到达的帧
发送窗口最大为2的n次幂-1，最小为1
多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）
选择重传
每个发送缓冲区对应一个计时器，当计时器超时时，缓冲区的帧就会重传
一旦接收方怀疑帧出错，就会发一个否定帧NAK给发送方，要求发送方对NAK中指定的帧进行重传
接收端要设置具有相当容量的缓冲区来暂存那些未按序正确收到的帧
优点：提高了信道的利用率
缺点：需要开辟缓存空间来存储数据
介质访问控制
概述
主要任务：为使用介质的每个结点隔离来自同意信道上其它结点所传送的信号，以协调活动结点的传输
介质访问控制（MAC）：用来决定广播信道中信道分配
常见介质访问控制方法
信道划分介质访问控制
静态划分信道
随机访问介质访问控制
轮询访问介质访问控制
动态划分信道
信道划分介质访问控制
将使用介质的每个设备与来自同一通信信道上的其它设备的通信隔离开来，把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备
多路复用技术:
当传输介质的宽带超过了传输单个信号所需的带宽时，人们就通过在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率，是实现信道划分介质访问控制的途径。
优点：提高了信道的利用率
频分多路复用（FDM）
定义:将多路基带信号调制到不同频率的载波上，再叠加形成一个复合信号的多路复用技术
每个子信道分配的带宽可以不相同，但它们的总和一定不超过信道的总带宽。
优点:充分利用了传输介质的带宽，系统效率较高，也较容易实现。
不足：需要在相邻信道之间加入保护频带防止子信道相互干扰
时分多路复用（TDM）
定义:将物理信道按时间分成若干时间片，轮流地分配给多个信号使用
统计时分多路复用（STDM，又称异步时分多路复用）:是一种动态的时间分配
缺点：由于计算机数据的突发性，对于子信道的利用率不高
优化：统计时分多路复用（STDM，异步时分多路复用）
采用STDM帧，STDM帧不固定分配时隙，而按需动态地分配时序
提高线路的利用率
波分多路复用（WDM）
在一根光纤中传输多种不同波长（频率）的光信号，由于波长（频率）不同，各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来
码分多路复用（CDM）
定义:采用不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，既共享信道的频率，又共享时间，是一种真正的动态复用技术。
优点:频谱利用率高、抗干扰能力强、保密性强、语音质量好，可以减少投资和降低运行成本，主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。
码分多址（CDMA）
每比特时间被分成m个更短的时间槽，称为码片（Chip）
发送1时，站点发送码片序列，发送0时，站点发送码片序列的反码
多个站点发送数据：多个站点的码片序列相互正交，从而从信道中分离出各路信号
随机访问介质访问控制
不采用集中控制方式解决发送信息的次序问题，所有用户能根据自己的意愿随机地发送信息，占用信道全部速率
信道划分的方法分为静态划分信道（代价高，不适合小局域网）和动态划分信道（包括静态接入（需要掌握四种协议）和受控接入）
ALOHA协议
纯ALOHA协议
思想
网络中任何一个站点需要发送数据时，可以不进行任何检测就发送数据
在一段时间内未收到确认，那么该站点就认为传输过程发生了冲突；发送站点需要等待一段时间后再发送数据，直至发送成功
缺陷：数据碰撞的概率较大，所以网络的吞吐量很低
时隙ALOHA协议
思想：所有各站在时间上同步起来，并将时间划分为一段段等长的时隙，规定只能在每个时隙开始时才能发送一个帧
优点
避免了用户发送数据的随意性
减少了数据产生冲突的可能性
提高了信道的利用率
缺陷：每个用户都是想发就发，碰撞概率还是很大
CSMA协议:一种多路访问控制协议。
1—坚持CSMA
思想
一个结点要发送数据时，首先侦听信道
信道空闲，那么立即发送数据
信道忙，那么等待，同时继续侦听直至信道空闲
如果发生冲突，那么随机等待一段时间后，再重新开始侦听信道
缺陷
传播时延对协议的性能影响较大
存在碰撞现象
非坚持CSMA
思想:当发送节点一旦监听到信道空闲的时候时，立即发送数据，否则延迟一段随机的时间再重新监听。
优点：降低了多个结点等待信道空闲后同时发送数据导致冲突的概率
缺陷：增加了数据在网络中的延迟时间
p—坚持CSMA
思想:当发送节点监听到信道空闲时，以概率p发送数据，以概率（1-p）延迟一段时间并重新监听。
优点：降低了冲突概率，减少了时间延迟
CSMA/CD协议
适用于总线形网络或半双工网络环境
思想：发送数据时先广播告知其它结点，让其它结点在某段时间内不要发送数据，以免出现碰撞
基本概念
载波侦听多路访问/碰撞检测协议（CSMA/CD）是CSMA协议的改进方案
载波侦听：发送前先侦听，每个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其它站点正在发送数据，若有则暂时不发数据，等待信道变为空闲时再发
碰撞检测：就是边发送边侦听，适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其它站点是否也在发送数据
最小帧长=总线传播时延×数据传输速率×2
争用期：以太网端到端的往返时间，只有度过了争用期才能确定本次传输不会发生冲突
工作流程:先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发。
二进制指数退避算法解决碰撞
基本概念
定义参数k作为第几次重传
从离散整数集合[0，1，2……，2的k次幂-1]中取出一个数r
所得数值即为退避等待时间
重传16次不成功，则认为此帧永远无法发出，丢弃此帧，并向高层报告
优点：重传需要推迟的平均时间随重传次数的增大而增大，降低发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定
CSMA/CA协议
适用于有线连接的局域网
思想：发送前侦听，边发送边侦听，一旦出现碰撞马上停止发送
注意：无线网络不能使用该协议
接收信号的强度往往会远小于发送信号的强度，而且无线介质上信号强度的动态变化范围很大
并非所有的站点都能够听见对方，存在“隐蔽站”问题
采用二进制指数退避算法
实现碰撞避免机制
预约信道：发送方在发送数据的同时向其它站点通知自己传输数据需要的时间长度，让其它站点在这段时间内不发送数据，避免碰撞
ACK帧：所有站点在正确接收到发送给自己的数据帧（除广播帧和组播帧）后，都需要向发送方发回一个ACK帧
接收失败，那么不采取任何行动
在规定时间内如果未收到ACK帧，那么认为发送失败，此时进行该数据帧的重发，直到收到ACK帧或达到规定重发次数为止
RTS/CTS帧：可选的碰撞避免机制，主要用于解决无线网中的隐蔽站问题
在CSMA的基础上增加了冲突避免的功能，要求每个节点在发送数据之前监听信道。
CSMA/CD与CSMA的区别
CSMA/CD可以检测冲突，但无法避免，CSMA/CA发送数据时不能检测信道上有无冲突，只能尽量避免。
传输介质不同。CSMA/CD用于总线型以太网，CSMA/CA用于无线局域网。
检测方式不同。CSMA/CD通过电缆中电压变化来检测，而CSMA/CA采用能量检测、载波检测和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。
轮询访问介质访问控制：令牌传递协议
通过一个集中控制的监控站，以循环方式轮询每个结点，再决定信道的分配
令牌在固定次序中转圈，拿到令牌就可以发送数据
适用于负载很高的广播信道
局域网
基本概念与体系结构
在一个较小地理范围内的各种计算机或其他通信设备，通过双绞线、同轴电缆等连接介质互连起来组成资源和信息共享的互联网络。
特点
为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限
所有站点共享较高的总带宽（即较高的数据传输速率）
较低的时延和较低的误码率
各站为平等关系而非主从关系
能进行广播和组播
主要技术要素:拓扑结构、传输介质、介质控制访问方法（最重要的，决定着局域网的技术特性）
主要拓扑结构:星形结构、环形结构、总线形结构、星形结构和总线形结合的复合型结构。
主要传输介质:双绞线（主流传输介质）、铜缆和光纤等
主要介质访问控制方法
CSMA/CD
令牌总线
总线形局域网
令牌环
环形局域网
局域网拓扑实现
以太网：逻辑拓扑是总线形结构，物理拓扑是星形或拓展星形结构
令牌环：逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是星形结构
FDDI：逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是双环结构
逻辑链路控制（LLC）子层：向网络层提供无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送4种不同的连接服务类型
媒体接入控制（MAC）子层：向上层屏蔽对物理层访问的各种差异，提供对物理层的统一访问接口，主要功能包括：组帧和拆卸帧、比特传输差错检测、透明传输
以太网与IEEE 802.3
采用总线形拓扑结构
简化通信
采用无连接的工作方式（尽最大努力交付）
差错纠正由高层完成
传输介质的适用情况
以太网的传输介质与网卡
传输介质:粗缆、细缆、双绞线和光纤。
网卡
局域网中连接计算机和传输介质的接口
网卡的作用:能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码及数据缓存功能等。
介质访问控制（MAC）地址
网卡在出厂时都有一个唯一的代码
用于控制主机在网络上的通信
以太网的MAC帧
网卡从网络每接收到一个MAC帧，首先要用硬件检查MAC帧中的MAC地址，如果是发往本站的帧，那么就收下，否则丢弃
结构组成
前导码:在帧前面插入8B，使接收端与发送端时钟同步。这8B分为前同步码（7B）和帧开始定界符（1B）。注意:MAC帧不需要帧结束符。
地址：目的地址、源地址均使用48bit（6B）的MAC地址。
类型:占2B，指出数据域中携带的数据应交给哪个协议实体处理。
数据:占46～1500B，包含高层的协议消息；由于CSMA/CD算法的限制，以太网帧必须满足最小长度要求64字节，数据较小时必须加以填充（0~46字节）
填充:0～46B，当帧长太短时填充帧，使之达到64字节的最小长度。
校验码（FCS）:占4B，采用CRC循环冗余码，校验MAC帧的数据部分、目的地址、源地址和类型字段，但是不校验前导码。
高速以太网（速率达到或超过100Mb/s）
100BASE-T以太网
双绞线上传送100Mb/s基带信号的星形拓扑结构以太网，使用CSMA/CD协议。
既支持全双工方式，有支持半双工方式，只是在全双工方式下不使用CSMA/CD协议。
吉比特以太网（千兆以太网）
允许在1Gb/s下用全双工和半双工两种方式工作
在半双工方式下使用CSMA/CD协议（全双工方式不需要使用CSMA/CD协议）
10吉比特以太网
使用光纤作为传输媒体
只工作在全双工方式，因此没有争用问题，也不使用CSMA/CD协议
IEEE 802.11
IEEE 802.11是无线局域网的一系列标准，包括802.11a和802.11b等，它们制定了MAC协议，运行在多个物理层标准上
有固定基础设施无线局域网
802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集（BSS）
组成：一个基本服务集包括一个基站和若干移动站
所有的站在本BSS内都可以直接通信，但在与本BSS外的站通信时都要通过本BSS的基站
无固定基础设施移动自组织网络
由一些平等状态移动站相互通信组成的临时网络，各结点之间地位平等，中间结点都为转发结点，这些结点都具有路由器功能
移动自组织网络把移动性扩展到无线领域中的自治系统，具有自己特定的路由选择协议，并且可以不和因特网相连
令牌环网的基本原理
令牌环网的每一站通过电缆与环接口干线耦合器（TCU）相连
TCU的主要作用:传递所有经过的帧，为接入站发送和接收数据提供接口。
TCU两个状态:收听状态和发送状态。
控制机制
分布式控制模式的循环方法
拿到令牌就可以占有信道发送数据
物理上采用星形拓扑结构，但逻辑上仍是环形拓扑结构
广域网
广域网的基本概念
覆盖范围很广（远超一个城市的范围）的长距离网络，由一些节点交换机以及连接这些交换机的链路组成，节点交换机将完成分组存储转发的功能。
任务:长距离运送主机所发送的数据
PPP协议和HDLC协议是目前最常用的两种广域网数据链路层控制协议
广域网与局域网对比
广域网
覆盖范围：很广，通常跨区域
连接方式：点到点连接
OSI层次：物理层、数据链路层、网络层
着重点：强调资源共享
局域网
覆盖范围：较小，通常在一个区域内
连接方式：多点接入
OSI层次：物理层、数据链路层
着重点：强调数据传输
PPP协议
概要：使用串行线路通信的面向字节协议，应用在直接连接两个节点的链路上
目的：主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据
PPP协议是在SLIP协议基础上发展而来，它既可以在异步线路上传输，又可以在同步线路上使用，不仅用于Modem链路，也由于租用的路由器到路由器的线路
背景：SLIP主要完成数据报的传送，但没有寻址、数据检验、分组类型识别和数据压缩等功能，只能传送IP分组
三个组成部分
链路控制协议（LCP）:一种扩展链路控制协议，用于建立、配置、测试和管理数据链路，并在不需要时将它们释放。
网络控制协议（NCP）:PPP协议允许同时采用多种网络层协议，每个不同的网络层协议要用一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。
一个将IP数据报封装到串行链路的方法:IP数据报在PPP帧中就是信息部分，其长度受最大传送单元（MTU）的限制。
注意
PPP提供差错检测但不提供纠错功能，只保证无差错接收（通过硬件进行CRC校验）；它不是可靠的传输协议，因此也不使用序号和确认机制
它仅支持点对点的链路通信，不支持多点线路
PPP只支持全双工链路
PPP的两端可以运行不同的网络层协议，但仍然可以使用同一个PPP进行通信
PPP是面向字节的，当信息字段出现和标志字段一致的比特组合时
PPP用在异步线路（默认），则采用字节填充法
PPP用在SONET/SDH等同步线路，则协议规定采用硬件来完成比特填充（和HDLC的做法一样）
HDLC协议
概要
数据报可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现
全双工通信，有较高的数据传输效率
传输控制功能与处理功能分离，具有较大的灵活性
所有帧采用CRC检测，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重发，传输可靠性高
两种基本配置
非平衡配置:由一个主站控制整个链路的工作
平衡配置:链路两端的两个站都是复合站，每个复合站都可以平等地发起数据传输，而不需要得到对方复合站的允许
站类型
主站:负责控制链路的操作，发出的帧称为命令帧
从站:受控于主站，按主站的命令进行操作，发出的帧称为响应帧
复合站:具有主站和从站的功能，可以发命令帧和响应帧
数据操作方式
正常响应方式：这是一种非平衡结构操作方式，即主站向从站传输数据，从站响应传输，但从站只有在收到主站的许可后，才可进行响应
异步平衡方式：这是一种平衡结构操作方式，在这种方式中，每个复合站都可以进行对另一站的数据传输
异步响应方式：这是一种非平衡结构操作方式，在这种方式中，从站即使未收到主站的许可，也可进行传输
HDLC帧
信息帧（D）：第一位为0，用来传输数据信息，或使用捎带技术对数据进行确认
监督帧（S）：第一、二位分别为1、0，用于流量控制和差错控制，执行对信息帧的确认、请求重发和暂停发送等功能
无编号帧（U）：第一、二位均为L用于提供对链路的建立、拆除等多种控制功能
数据链路层设备
网桥的概念及其基本原理
两个或多个以太网通过网桥连接后，就成为一个覆盖范围更大的以太网，而原来的每个以太网就称为一个网段
网桥工作在链路层的MAC子层，可以使以太网各网段成为隔离开的碰撞域
基本特点
具备寻址和路径选择能力，可以确定帧的传输方向
从源网络接收帧，以目的网络的介质访问控制协议向目的网络转发该帧
网桥在不同或相同类型的LAN之间存储并转发帧，必要时还进行链路层上的协议转换
网桥对接收到的帧不做任何修改，或只对帧的封装格式做很少的修改
可以把原协议的信息段的内容作为另一种协议的信息部分封装在帧中
有足够大的缓冲空间
网桥的优点
可过滤通信量
扩大了物理范围
可使用不同的物理层
可互联不同类型的局域网
提高了可靠性
性能得到改善
网桥的缺点
增大了时延
MAC子层没有流量控制功能
不同MAC子层的网段桥接在一起时，需进行帧格式的转换
只适用于用户数不多和通信量不大的局域网
路径选择算法
透明网桥（选择的不是最佳路由）
建立转发表，采用自学习算法处理收到的帧
工作原理
如果源LAN和目的LAN相同，那么丢弃该帧
如果源LAN和目的LAN不同，那么转发该帧
如果目的LAN未知，那么扩散该帧
源路由网桥（选择的是最佳路由）
路由选择由发送数据帧的源站负责，网桥只根据数据真正的路由信息对帧进行接收和转发
源站以广播方式向目的站发送一个发现帧（Discovery Frame）作为探测之用，然后根据经过的结点生成最佳路径
缺陷：如果发现帧过多，会导致网络出现阻塞
局域网交换机及其工作原理
局域网交换机
又称以太网交换机，从本质上说，以太网交换机是一个多端口的网桥
能经济地将网络分成小的冲突域，为每个工作站提供更高的带宽
优点
对工作站是透明的，管理开销低廉
简化了网络结点的增加、移动和网络变化的操作
方便实现虚拟局域网（VLAN），VLAN不仅可以隔离冲突域，还可以隔离广播域
原理:检测从以太端口来的数据帧的源和目的地的MAC地址，和系统内部的动态查找表对比，若不在查找表中，则将该地址加入查找表，并将数据帧发送给相应的目的端口。
特点
每个端口都直接与单台主机相连，并且一般都工作在全双工方式
能同时连通许多端口，无碰撞地传输数据
是一种即插即用的设备，转发表也是通过自学算法自动地逐渐建立起来的
使用了专用的结构交换芯片，因此交换速率较高
独占传输媒体的带宽
两种交换模式
直通式交换机
只检查帧的目的地址，数据帧就可以马上被传输出去
优点：速度快
缺点：缺乏只能性和安全性，也无法支持具有不同速率的端口的交换
存储转发式交换机
先将接收到的帧缓存，然后检查数据是否正确
正确就发出去
有错那么就将其丢弃
优点：可靠性高，并能支持不同速率端口间的转换
缺点：延迟较大