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以太网的扩展

在许多情况下，我们希望对以太网的覆盖范围进行扩展。

物理层扩展

在过去，以太网上的主机之间的距离不能泰拳，否则主机发送的信号经过铜线的传输就会衰减到使 CSMA/CD 协议无法正常工作。在这段时期，常用的扩展方案是使用 转发器 来扩展以太网的地理覆盖范围。

两个网段可用一个转发器连接起来，任意两个站之前最多可以经过三个电缆网段。

然而随着双绞线以太网成为以太网的主流类型，扩展以太网的覆盖范围已经很少使用转发器了。

现在，扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤（通常是一对光纤）和一对光纤调制解调器。

光线调制解调器的作用就是进行电信号和光信号的转换。由于光线带来的时延很小，并且带宽很宽，因此使用这种方法可以很容易地使主机和几公里以外的集线器相连接。

如果使用多个集线器，就可以连接成覆盖更大范围的多级星形结构的以太网。

扩展以太网更常用的方法是在数据链路层进行。最初人们使用的是网桥。网桥对收到的帧根据其 MAC 帧的目的地址进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是根据此帧的目的 MAC 地址，查找网桥中的地址表，然后确定将该帧转发到哪一个接口，或者是把它丢弃（即过滤）。

1990 年问世的 交换式集线器，很快就淘汰了网桥，交换式集线器常称为以太网 交换机。

以太网交换机实质上就是一个 多接口的网桥，通常都有十几个或更多的接口，和工作在物理层的转发器、集线器有很大的差别。以太网交换机的每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连，并且一般都工作在全双工方式。

以太网交换机还具有并行性，即能同时联通多对接口，使多对主机能同时通信（而网桥只能一次分析和转发一个帧。相互通信的主机都是 独占传输媒体，无碰撞的传输数据。

以太网交换机的接口还有存储器，能在输出端口繁忙时把到来的帧进行缓存。因此，如果链接在以太网交换机上的两台主机，同时向另一台主机发送帧，那么当这台主句的接口繁忙时，发送帧的这两台主机的接口会把收到的帧暂存一下，以后再发送雏菊。

以太网交换机是一种即插即用设备，其内部的帧交换表（又称为地址表）是通过自学习刷算法自动的逐渐建立起来的。以太网交换机由于使用了专门的交换结构芯片，用硬件转发，其转发速率要比使用软件转发的网桥快得多。

以太网交换机的性能远远超过普通集线器，而且价格并不贵，这就使工作在物理层的集线器逐渐地推出了市场。

而且，从共享总线以太网转到交换式以太网时，所有接入设备的软件和硬件、适配器等都不需要作任何改动。

传统的电话网是星形结构，其中心就是电话交换机。

然而局域网出现时，并没有采用星形结构。原因是在当时的技术条件下，还很难用廉价的方法制造出高可靠性的以太网交换机。所以那时的以太网就采用无源的总线结构。这总总线式以太网一问世就受到广发用户的欢迎，并获得了很快的发展。

随着以太网上站点数目的争夺，使得总线结构以太网的可靠性下降。与此同时，大规模集成电路以及专用芯片的发展，使得星形结构的以太网交换机可以做的既便宜又可靠。在这种情况下，采用以太网交换机的星形结构又成为以太网的首选拓扑，而传统的总线以太网也很快从市场上消失了。

总线以太网使用 CSMA/CD 协议，以半双工方式工作。但以太网交换机不使用共享总线，没有碰撞问题，因此不使用 CSMA/CD 协议，而是以全双工方式工作。既然连以太网的重要协议 CSMA/CD 都不使用了，为什么还叫做以太网呢？原因就是它的帧结构未改变，仍然采用以太网的帧结构。