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ADSL维护与故障处理 资料汇编 2002年6月 第一部分 相关概念与原理的介绍 HUB、二层交换机与三层交换机 计算机网络分为两类：采用点到点连接的网络和采用广播信道的网络。在所有广播网络中，最关键的问题是：当信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权。用来决定广播信道中信道分配的协议属于数据链路层的子层，称作介质访问控制MAC(medium access control)子层，每个站点通过自身的MAC地址（以太网中的网卡地址）来确定接收到的数据帧是否是发给自已的，如果不是即抛弃不做处理。由于几乎所有的局域网都以多路复用信道作为通信的基础，从而降低成本，而广域网中除卫星网以外，都采用点到点连接，所以MAC子层在局域网中尤其重要。 介质访问子层的中心论题是相互竞争的用户之间如何取得广播信道的使用权。其使用权的分配方法有静态分配和动态分配两种。而所有传统的信道静态分配方法均不能有效地处理通信的突发性，所以我们必须采用信道动态分配。在各种多路访问协议中，本文只介绍与以太网密切相关的载波侦听协议。 1.1 载波侦听多路访问协议(CSMA/CD) 在局域网中，因为是采用广播方式，所以每个站点都可以检测到其他站点在干什么，从而相应地调整自己的动作。网络站点侦听载波是否存在（即有无传输）并相应动作的协议，被称为载波侦听协议（carrier sense protocol）。即使每个站点在占用广播信道之前先进行载波侦听，仍然不能完全避免冲突，所以还应该解决在发生了冲突时各站点如何能发现已经出现冲突，同时发现冲突后，如何解决冲突。带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD（carrier sense multiple access with collision detection）协议是对ALOHA协议（一种基于地面无线广播通信而创建、适用于无协调关系的多用户竞争单信道使用权的系统）的改进，它保证在侦听到信道忙时无新站开始发送；站点检测到冲突就取消传送，同时随机等待一段时间后重新开始载波侦听，以太网就是它的一个版本。 1.2 HUB集线器 HUB即集线器是为了解决早期总线型网络的安全性问题，将通信总线封装在一个网络设备内而出现的，从而将总线型的组网方式演变为星型组网。 10Base-5（粗缆）或10Base-2（细缆）的总线组网方式 总线方式中在同轴电缆中采用T型头接入站点，最多可以接入20~30台主机，同时在电缆两端加适配器以保持阻抗匹配（因为电缆中采用电磁波信号而非电信号）。同轴电缆做为共享的广播信道，常常跨越多个房间，任何一个T型头的松动将导致阻抗失配，整个网络无法正常通信。 10Base-T中采用HUB星型组网方式 采用HUB，将通信总线局限在集线器设备内部，将解决总线方式下可靠性差的缺陷，HUB端口故障只影响单台计算机，但是星型网络增加了布线的困难及在线路上的成本增加。 采用HUB组网，如果接入的站点增加，需要通过级联来解决。 多HUB级联方式 多HUB级联，相当于两个HUB的内部总线互通，故两个10M的HUB级联后，总线的带宽仍然是10M。级联后，每个站点的可用带宽随着站点数量的增加线性递减，从而限制了HUB组网的站点数量。同时HUB级联，并没有对广播域（每个站点均可以收到其他任何站点发送的数据，不一定是广播数据，普通数据也可收到，网卡将有选择地进行抛弃）与冲突域（两个挂在不同HUB下的站点同时发送数据时将发生一次冲突，故仍然在一个冲突域中）进行分割，随着站点数的增加，广播数据增多，降低了有效带宽，同时发生冲突的概率增加，通信效率降低，也限制了网络规模的进一步扩张。 1.3 二层交换机 与HUB各端共享总线带宽不同，二层交换机采用转发机制而非总线上广播方式，实现了每个端口独享带宽，例如10M的二层交换机，每个端口的速率可同时达到10M。交换机根据端口MAC地址表来完成以太网帧的转发，这张表记录了每个站点所在的端口。 MAC地址 端口号 由于网络设备与主机的开关机以及增加新设备，所以这张表需要动态生成，交换机通过内部的自学习机制动态生成这张表，例如：由于交换机可以通过各个端口接收到局域网内所有的以太网帧，根据以太网帧中源MAC地址以及这个以太网帧是从哪个端口上接收的，就可以发现所有站点。但是动态生成需要一段过渡时间，如果这段时间内一个新的站点尚未在MAC地址表中登记，交换机在转发时将找不到该目的地MAC地址，此时交换机只能向所有端口进行转发，此为造成局域网中广播风暴的根源。 采用二层交换机组网，最大的优势在于各端口由于采用转发机制，所以各端口处于不同的冲突域中（不同端口上的主机同时发送以太网帧不会产生冲突），但仍然处于同一个广播域中（对于广播帧，及不可找到的新站点）。采用二层交换机组