发送和接收设备

3.3.3　发送和接收设备

采用CSMA/CD机制，以太网可以正常地工作了。但是，像以太网这样的共享介质的网络可能存在一些问题。首先，由于信号在线缆中传播时会发生衰减，这就限制了以太网网络上两台设备之间的最大距离，使得以太网的网络直径不能太大。其次，根据CSMA/CD机制，如果太多设备连接到同一个共享网段上，它们之间的冲突就可能很严重，一次成功传输数据可能要等待很长的时间。

如何解决这些问题呢?我们可以使用一些发送和接收设备，主要包括中继器与集线器、网桥与交换机等。由于工作原理不同，前两种设备可以延长网络直径，但并不能降低冲突;而后两种设备却可以在延长网络直径的同时降低冲突。

中继器与集线器

当信号通过传输媒体时，会遭到干扰而逐渐衰减，当信号衰减到一定程度，就会弱到不能被正确接收。中继器(Repeater，也叫转发器)正是用来解决这一问题的，中继器用来连接两个网段，它可将接收到的信号以原来的强度继续发射出去，因此中继器用以延长网络信号的传输距离，在物理上延长了网络的直径。

但是，由于中继器的工作原理是:将它在某个网段上听到的信号重复发送到与中继器相连接的所有其他网段。也就是说，中继器不能分析所转发的数据，它转发所有接收到的信号，包括一些不应该被转发的信号，从而增加了网络的负荷。另外，中继器连接的两个网段构成了一个冲突域，这两个网段上所有节点一起共享带宽，这从另一个方面增加了网络的负荷。正因为中继器有这样的缺点，单一的中继器很少用于现在的网络中，其转发能力被集成到其他更复杂的、能够分析和过滤信号的网络设备中。

集线器(Hub)是一个多端口的连接设备，起到了线缆汇聚的功能。它的工作原理与中继器相同，也是把收到的信号放大，并向与之相连的所有的网段发送，这些网段构成了一个冲突域，因此与集线器相连的所有网段一起共享带宽。

网桥与交换机

网桥(Bridge)和交换机(Switch)是另外一组常用的连接设备，其中网桥是一个两端口的设备，而交换机是一个多端口的设备。二者的工作原理类似，都是根据数据包的目的地的MAC地址转发，这与中继器和集线器不同。

网桥与中继器一样能够提高网络直径，但是网桥的不同之处在于它还有助于控制网络流量。如何提高网络直径并控制流量的呢?下面我们通过一个例子来说明这一问题。

在图3-7中，网桥将网段1和网段2连接在一起。如果站点A或B要发送数据，网桥将收到网段1上传输的数据，它应如何响应该流量呢?它可以像中继器一样自动将该帧发送到网段2上，但是这并不能减轻堵塞现象，因为网络现在的行为与单个较长的网段没有区别。

图3-7　连接两个网段的以太网网桥

网桥的目标在于减少两个网段上不必要的网络流量。为了做到这一点，在决定如何处理帧之前，它会检查帧的目的地的MAC地址。如果目标地址是站点A或B，那么便无需将帧发送到网段2上。因此，网桥不会执行任何操作。我们可以说，网桥过滤或丢弃了该帧。如果目标地址是站点C或D，或者是一个广播地址，那么网桥会将该帧转发到网段2。通过转发数据包，网桥实现了上图中所有四台设备的相互通信。

此外，由于网桥可以根据需要过滤掉数据包，在站点A向站点B发送数据的同时，站点C也可以向站点D发送数据，两个对话可以同时进行，这就是说，网桥把这两个网段划分成了两个冲突域。

交换机，又称交换式集线器，是一种用来连接多个网段的连接设备，常设在星型网络的结合部，它的工作原理同网桥类似。由于交换机根据所传递数据包目的地的MAC地址，将每一数据包独立地从源端口送至目的端口，避免了和其他端口发生碰撞。也就是说，交换机的各端口是一个单独的冲突域，各端口有独立的带宽，允许多个用户之间同时进行数据传输。

需要说明的是，虽然集线器和交换机都常设在星型网络的结合部，但由于集线器向与之相连的所有网段都转发数据包，这些网段仍然是一个冲突域。因此，以集线器连接的网络，在物理拓扑是星型的，但在逻辑上是总线型的。而交换机有着不同的工作原理，以交换机连接的网络，在物理拓扑和逻辑上都是星型的。