交换式以太网与VLAN：解决共享网络问题

"本章介绍了如何利用交换设备对共享式以太网进行分段，以解决传统以太网存在的地理范围限制、固定带宽、不支持多种速率等问题。重点讲解了交换机的工作过程、数据传输方式、通信过滤、地址学习以及生成树协议，并探讨了VLAN的组网方法和特点。通过实践内容，学习者可以组装简单的交换式以太网，配置以太网交换机，以及在交换式以太网上划分VLAN。" 在共享式以太网中，随着网络规模扩大，节点增多，带宽资源变得紧张，且冲突概率增加，效率降低。为了解决这些问题，引入了交换技术，通过将大型以太网分段为多个小型以太网，每个段独立使用CSMA/CD介质访问控制，段间通过交换设备通信。交换设备，如局域网交换机和路由器，分别工作在数据链路层和互联层，以实现不同网络间的高效连接。 以太网交换机是关键的分段工具，它可以提供独享带宽给连接的计算机或网段。例如，当一台计算机直接连接到交换机端口时，它能独享该端口的带宽；而当一个网段连接到交换机时，该网段内的所有计算机共享该端口带宽。交换机通过地址学习来建立端口与MAC地址的映射，以便准确地转发数据帧，减少不必要的数据流动。地址学习过程是自动的，当交换机接收到包含源MAC地址的帧时，会记录该地址对应进入的端口，并设置计时器来更新表项，保持映射的时效性。 通信过滤是交换机根据端口/MAC地址映射表和帧的目的地址来决定是否转发数据帧及转发至哪个端口，以提高网络效率并减少广播风暴。如果地址表中没有目的地址，交换机会将帧广播到所有非发送端口。 数据转发方式主要有直接交换，即交换机在接收到帧的完整目的地址后立即转发，这种方法的优点是延迟低，但缺点是没有内置的差错检测功能，且不支持不同输入/输出速率的端口。因此，直接交换适用于对延迟敏感但对错误容忍度较高的应用。 此外，交换机还涉及到生成树协议，用于防止在交换网络中形成环路，导致广播风暴和性能下降。通过生成树协议，交换机可以逻辑上断开环路路径，形成一棵生成树，确保数据包的单向传播。 VLAN（虚拟局域网）是交换网络中的一个重要概念，它允许在同一物理网络上创建多个逻辑上的独立网络，以增强网络管理和安全性。VLAN的组网方法包括基于端口、MAC地址、协议或IP子网的划分，每个VLAN有自己的广播域，从而减少了广播流量，提高了网络效率。 本章内容涵盖了交换设备在改善共享式以太网性能方面的作用，以及交换机和VLAN在现代局域网组建中的重要地位。通过学习这些知识，读者可以更深入地理解如何构建和管理高效的局域网环境。