计算机网络扩展以太网

### 扩展以太网的方法

#### 使用物理层设备——集线器
利用集线器可以在物理层面上连接多个以太网段，从而实现网络规模的扩大。然而这种方式存在明显缺陷：它仅能简单地增加节点数量而无法有效管理流量；随着接入设备增多，冲突域内的数据包碰撞几率增大，影响传输效率；而且所有连接到同一集线器下的终端共享相同的带宽资源，在扩展之后每台机器分配得到的有效带宽反而减少[^2]。

#### 数据链路层解决方案——网桥
相比之下，采用工作于OSI模型第二层即数据链路层上的网桥来进行以太网延伸则更为合理。这类装置能够识别并过滤帧地址信息，只向目标所在方向转发通信请求，进而有效地隔离不同区域间的干扰信号，缩小了各自的冲突范围。当两个基于集线器构建的传统共享介质型局域网经由一座桥梁相互联结以后，它们就构成了一个更广阔的单一逻辑网络实体，但原先各自保持相对独立性的子部分依旧维持着自己独有的碰撞边界不受侵犯[^1]。

#### 进一步发展——交换机的应用
随着时间推移和技术进步，传统意义上的单功能网桥逐渐演变为具备多端口特性的现代以太网交换机。后者不仅继承前者优点，还增加了诸如VLAN划分等功能支持，允许创建更加灵活复杂的拓扑结构。具体来说：

- **直通式交换机**：接收到目的MAC地址后立即开始发送过程，延迟较低但缺乏错误检测机制；

- **存储转发式交换机**：先完全接收再做判断处理后再决定是否以及怎样转发出入站报文，虽然引入了一定程度的时间开销却提供了更好的差错控制能力[^3]。

# Python伪代码展示简单的MAC地址学习算法用于理解交换机的工作原理
class SwitchPort:
    mac_table = {}

def learn_mac_address(port, source_mac):
    """记录来自特定端口的数据帧中的源MAC地址"""
    port.mac_table[source_mac] = time.time()

def forward_frame(destination_mac):
    """尝试查找目的地MAC对应的最近一次活跃端口号以便精准投递"""
    if destination_mac in SwitchPort.mac_table:
        target_port = max((t for t in SwitchPort.mac_table.items() if t[0]==destination_mac), key=lambda item:item[1])[0]
        send_to(target_port)
    else:
        flood_all_ports()