載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)為控制會(huì)話(huà)提供了一個(gè)好的起點(diǎn),但是仍然有一個(gè)難題需要解決。讓我們回到用來(lái)類(lèi)比的飯桌談話(huà)上,想想談話(huà)中有片刻寂靜的情況。你和我都有一些話(huà)想說(shuō),我們都在發(fā)生片刻寂靜時(shí)“偵聽(tīng)到了載波”,所以我們幾乎同時(shí)開(kāi)始講話(huà)。用以太網(wǎng)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),我們同時(shí)講話(huà)時(shí)會(huì)發(fā)生沖突。
在談話(huà)時(shí),我們可以很好地處理這種情況。在我們講話(huà)的同時(shí),都聽(tīng)到了對(duì)方也在講話(huà),因此我們都停止了講話(huà),以便對(duì)方能夠繼續(xù)。以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)也會(huì)偵聽(tīng)介質(zhì),確保它是在該時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈ㄒ徽军c(diǎn)。如果站點(diǎn)聽(tīng)到它自己傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以一種混亂的形式返回(如果其他站點(diǎn)也同時(shí)開(kāi)始傳輸它們自己的消息便會(huì)發(fā)生這種情況),那么就知道發(fā)生了沖突。有時(shí),我們將單個(gè)以太網(wǎng)段稱(chēng)作一個(gè)沖突區(qū)域,因?yàn)榫W(wǎng)段上的任何兩個(gè)站點(diǎn)都無(wú)法在不產(chǎn)生沖突的情況下同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。如果站點(diǎn)檢測(cè)到?jīng)_突,它們會(huì)停止傳輸數(shù)據(jù),等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間長(zhǎng)度,然后在檢測(cè)到介質(zhì)歸于平靜之后嘗試再次傳輸數(shù)據(jù)。
隨機(jī)暫停并重試是協(xié)議的重要組成部分。如果兩個(gè)站點(diǎn)在進(jìn)行傳輸時(shí)發(fā)生沖突,那么它們都需要重新進(jìn)行傳輸。在適于傳輸數(shù)據(jù)的下一個(gè)時(shí)間,上次發(fā)生沖突的兩個(gè)站點(diǎn)都會(huì)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)以便進(jìn)行傳輸。如果它們?cè)诘谝淮螜C(jī)會(huì)來(lái)到時(shí)再次傳輸了數(shù)據(jù),那么很可能無(wú)限期地一次又一次發(fā)生沖突。而隨機(jī)延遲則可以使任何兩個(gè)站點(diǎn)都不會(huì)連續(xù)發(fā)生多次沖突。
以太網(wǎng)的缺點(diǎn)
單根共享電纜可作為一個(gè)完整以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。但在單根共享電纜的情況下,以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的大小實(shí)際上存在一定的限制。主要原因在于共享電纜的長(zhǎng)度。
電氣信號(hào)可以沿電纜飛快傳播,但是它們的行程卻不長(zhǎng),而且臨近設(shè)備(如熒光燈)的電氣干擾還會(huì)擾亂信號(hào)。要使設(shè)備能夠清楚地以最小延遲接收到對(duì)方發(fā)送的信號(hào),網(wǎng)絡(luò)電纜必須足夠短才行。這就限制了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上兩臺(tái)設(shè)備之間的最大距離(稱(chēng)作網(wǎng)絡(luò)直徑)。此外,按照CSMA/CD方式,在任一給定時(shí)間,只能有一臺(tái)設(shè)備傳輸信號(hào),所以能夠共存于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備的數(shù)量實(shí)際也存在限制。如果太多設(shè)備連接到同一個(gè)共享網(wǎng)段上,它們之間爭(zhēng)用介質(zhì)的現(xiàn)象便會(huì)增加。在有機(jī)會(huì)傳輸數(shù)據(jù)之前,設(shè)備可能會(huì)等待非常長(zhǎng)的時(shí)間。
工程師們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)緩解這些難題。其中的許多設(shè)備并不是只針對(duì)以太網(wǎng)的,它們?cè)谄渌W(wǎng)絡(luò)技術(shù)中同樣可以發(fā)揮作用。
轉(zhuǎn)發(fā)器
最初廣泛使用的以太網(wǎng)介質(zhì)是被稱(chēng)作“粗電纜網(wǎng)”的銅制同軸電纜。這種電纜的最大長(zhǎng)度是500米。在大型建筑或校園環(huán)境中,500米長(zhǎng)的電纜經(jīng)常不足以連接所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。但轉(zhuǎn)發(fā)器可以解決這個(gè)問(wèn)題。
轉(zhuǎn)發(fā)器連接多個(gè)以太網(wǎng)段并且偵聽(tīng)每個(gè)網(wǎng)段,同時(shí)將它在某個(gè)網(wǎng)段上聽(tīng)到的信號(hào)重復(fù)發(fā)送到與轉(zhuǎn)發(fā)器相連接的所有其他網(wǎng)段。使用多條電纜并將它們連接到轉(zhuǎn)發(fā)器,可以顯著延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)直徑。
網(wǎng)段劃分
在我們用飯桌進(jìn)行的比喻中,桌旁只有幾個(gè)人在進(jìn)行對(duì)話(huà),任一給定時(shí)刻只能有一個(gè)人講話(huà)的規(guī)定便不會(huì)對(duì)交流形成大的障礙。但是假如有許多人坐在桌旁并且在任一時(shí)刻只允許有一個(gè)人講話(huà),那又會(huì)怎么樣呢?
如果是這樣的話(huà),上面的比喻肯定不再適用。實(shí)際上,有很多人參與的談話(huà)經(jīng)常會(huì)分成多個(gè)同時(shí)進(jìn)行的不同談話(huà)。在擁擠的房間內(nèi)或燒烤晚宴上,如果在任一時(shí)間只能有一個(gè)人講話(huà),許多人會(huì)因等待說(shuō)話(huà)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而感到沮喪。對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō),這個(gè)問(wèn)題會(huì)得到自行糾正:聲音的傳輸范圍有限,而耳朵善于從環(huán)境噪聲中捕捉住特定的談話(huà)。因此,在聚會(huì)時(shí),同一個(gè)房間的人很容易分成多個(gè)小組進(jìn)行談話(huà)。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)電纜可以快捷、高效地長(zhǎng)距離傳輸信號(hào),所以不會(huì)出現(xiàn)上面這種自然而然的分組情況。
隨著規(guī)模的擴(kuò)大,以太網(wǎng)會(huì)面臨堵塞問(wèn)題。如果大量站點(diǎn)都連接到同一網(wǎng)段并且每個(gè)站點(diǎn)都產(chǎn)生許多網(wǎng)絡(luò)流量,那么在有機(jī)會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),會(huì)有很多站點(diǎn)嘗試進(jìn)行傳輸操作。這種情況會(huì)使沖突越來(lái)越頻繁地產(chǎn)生,由此導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸無(wú)法正常進(jìn)行,完成一次成功的傳輸需要花費(fèi)難以想象多的時(shí)間。減少堵塞的一種方法是:將單個(gè)網(wǎng)段劃分為多個(gè)網(wǎng)段,從而形成多個(gè)沖突區(qū)域。這種解決辦法會(huì)造成另一個(gè)問(wèn)題,即這些分隔開(kāi)的網(wǎng)段無(wú)法相互共享信息。
網(wǎng)橋
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還記得以太網(wǎng)的多路訪(fǎng)問(wèn)和共享介質(zhì)意味著線(xiàn)路上的所有站點(diǎn)會(huì)收到所有傳輸數(shù)據(jù)并檢查自己是否是目標(biāo)接收方嗎?網(wǎng)橋便利用這個(gè)特性在各個(gè)網(wǎng)段間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。在上圖中,網(wǎng)橋?qū)⒕W(wǎng)段1和網(wǎng)段2連接在一起。如果站點(diǎn)A或B要發(fā)送數(shù)據(jù),網(wǎng)橋?qū)⑹盏骄W(wǎng)段1上傳輸?shù)臄?shù)據(jù),它應(yīng)如何響應(yīng)該流量呢?它可以像轉(zhuǎn)發(fā)器一樣自動(dòng)將該幀發(fā)送到網(wǎng)段2上,但是這并不能減輕堵塞現(xiàn)象,因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在的行為與單個(gè)長(zhǎng)網(wǎng)段沒(méi)有區(qū)別。
網(wǎng)橋的目標(biāo)在于減少兩個(gè)網(wǎng)段上不必要的網(wǎng)絡(luò)流量。為了做到這一點(diǎn),在決定如何處理幀之前,它會(huì)檢查幀的目標(biāo)地址。如果目標(biāo)地址是站點(diǎn)A或B,那么便無(wú)需將幀發(fā)送到網(wǎng)段2上。因此,網(wǎng)橋不會(huì)執(zhí)行任何操作。我們可以說(shuō),網(wǎng)橋過(guò)濾或丟棄了該幀。如果目標(biāo)地址是站點(diǎn)C或D,或者是一個(gè)廣播地址,那么網(wǎng)橋會(huì)將該幀傳輸(或者說(shuō)轉(zhuǎn)發(fā))到網(wǎng)段2。通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)了上圖中所有四臺(tái)設(shè)備的相互通信。此外,由于網(wǎng)橋可以根據(jù)需要過(guò)濾掉數(shù)據(jù)包,在站點(diǎn)A向站點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí),站點(diǎn)C也可以向站點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù),兩個(gè)對(duì)話(huà)可以同時(shí)進(jìn)行!
交換機(jī)是比網(wǎng)橋更先進(jìn)的類(lèi)似產(chǎn)品,它不僅功能與網(wǎng)橋相當(dāng),而且為網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)提供了一個(gè)專(zhuān)用網(wǎng)段。
為了解決網(wǎng)絡(luò)分段造成的問(wèn)題,以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使用了網(wǎng)橋。網(wǎng)橋可將兩個(gè)(或更多)網(wǎng)段連接在一起,與轉(zhuǎn)發(fā)器一樣能夠提高網(wǎng)絡(luò)直徑,但是網(wǎng)橋的不同之處在于它還有助于控制網(wǎng)絡(luò)流量。網(wǎng)橋可以發(fā)送和接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù),這和其他任何節(jié)點(diǎn)一樣,但是它在功能上與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)并不相同。網(wǎng)橋不會(huì)產(chǎn)生任何自己的流量,因?yàn)樗c轉(zhuǎn)發(fā)器相同,只是重復(fù)它從其他站點(diǎn)那里聽(tīng)到的內(nèi)容。(最后一句的表述并不完全準(zhǔn)確:網(wǎng)橋會(huì)產(chǎn)生一種特殊的以太網(wǎng)幀,使得它們能夠與其他網(wǎng)橋進(jìn)行通信,但是這并不屬于本文的討論范疇。) 以太網(wǎng)介質(zhì)
路由器
網(wǎng)橋允許不同網(wǎng)段同時(shí)進(jìn)行對(duì)話(huà),從而減少了網(wǎng)絡(luò)擁堵,但是它們?cè)趯?duì)流量進(jìn)行分段方面存在一些局限。
網(wǎng)橋的一個(gè)重要特征便是:它會(huì)向所有連接的網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)廣播。這種行為很有必要,因?yàn)橐蕴W(wǎng)廣播的目標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn),但是對(duì)于過(guò)于龐大的網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò),這種做法也會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。如果網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)中的大量站點(diǎn)都發(fā)送廣播,與所有這些設(shè)備處于同一個(gè)網(wǎng)段中一樣,會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)擁堵。
路由器是一種高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,可以將單個(gè)網(wǎng)絡(luò)從邏輯上劃分為兩個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)。盡管以太網(wǎng)廣播可以通過(guò)網(wǎng)橋到達(dá)網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn),但是它們無(wú)法通過(guò)路由器,因?yàn)槁酚善餍纬闪司W(wǎng)絡(luò)的邏輯邊界。
路由器所基于的協(xié)議獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(如以太網(wǎng)或下文要討論的令牌環(huán)網(wǎng))。它可以將使用不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)(不論是局域網(wǎng)還是廣域網(wǎng))輕松連接在一起。因此,它在將世界各地的設(shè)備連接到全球互聯(lián)網(wǎng)的工作中得到了廣泛應(yīng)用。
請(qǐng)參見(jiàn)路由器工作原理查看對(duì)該技術(shù)的詳細(xì)討論。
評(píng)論
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