以太网扩展：从物理层到数据链路层

"8数据链路层（3）" 在计算机网络中，数据链路层是OSI模型的第二层，负责在两个相邻节点间提供可靠的数据传输。本部分主要讨论了在点对点信道和广播信道上的数据链路层功能，以及如何通过物理层和数据链路层扩展以太网。 点对点信道的数据链路层设计通常用于两台设备之间的直接连接，如广域网(WAN)中的PPP协议。这种连接下，数据链路层需要处理错误检测和纠正，以及流量控制。 广播信道的数据链路层，如以太网，面临的主要挑战是多站点共享信道的问题。以太网使用载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)协议来解决这个问题，允许多个设备同时尝试访问共享介质，但当检测到冲突时会停止传输并随机延迟后重试。 在扩展以太网方面，有两种主要的方法：在物理层和数据链路层扩展。在物理层扩展，如使用光纤和光纤调制解调器，可以增加传输距离，但并不会减少冲突域。集线器被用于星型拓扑结构中，每个设备都连接到集线器，所有设备共享同一个冲突域，这意味着任何两个设备之间的通信都可能与其他设备冲突。 物理层扩展的一个例子是主机通过光纤和光纤调制解调器连接到集线器，允许几公里的距离。然而，这样的扩展会导致更大的碰撞域，尽管地理范围扩大了，但总吞吐量并未提高，因为所有设备仍然需要竞争相同的带宽。 数据链路层的扩展通常涉及使用网桥或交换机。网桥工作在数据链路层，可以隔离冲突域，将一个大的冲突域分割成多个小的冲突域。这意味着在一个网段上的设备不会与另一个网段上的设备发生冲突。网桥还具备帧过滤功能，只转发目标MAC地址与自身相连的网段的帧，减少了不必要的传输，从而提高了网络效率。 网桥还可以通过级联或堆叠来扩展网络，例如，使用RJ-45端口将两个集线器连接在一起，或者使用堆叠式集线器结构来增加端口数量和管理简便性。网桥在转发帧之前会执行CSMA/CD算法，以确保不会在转发时引入新的冲突。 高速以太网是数据链路层扩展的另一方向，它通过提高数据传输速率来增强网络性能，比如100Base-T、1000Base-T（千兆以太网）和更高速度的标准。以太网数据字段的长度通常在46到1500字节之间，这是为了适应不同类型的帧格式和协议要求。 总结来说，数据链路层扩展涉及物理层的信号增强和传输距离增加，以及数据链路层的智能设备如网桥的使用，这些设备能够隔离冲突域、过滤帧并提高网络性能。这些技术的发展对于构建更大、更复杂的局域网(LAN)系统至关重要。