圖解沖突域、廣播域

2019-11-04 23:16:08

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　網絡互連設備可以將網絡劃分為不同的沖突域、廣播域。但是，由于不同的網絡互連設備可能工作在OSI模型的不同層次上。因此，它們劃分沖突域、廣播域的效果也就各不相同。如中繼器工作在物理層，網橋和交換機工作在數據鏈路層，路由器工作在網絡層，而網關工作在OSI模型的上三層。而每一層的網絡互連設備要根據不同層次的特點完成各自不同的任務。
　　
　　下面我們討論常見的網絡互連設備的工作原理以及它們在劃分沖突域、廣播域時各自的特點。
　　
　　1、傳統以太網操作
　　
　　傳統共享式以太網的典型代表是總線型以太網。在這種類型的以太網中，通信信道只有一個，采用介質共享（介質爭用）的訪問方法（第1章中介紹的CSMA/CD介質訪問方法）。每個站點在發送數據之前首先要偵聽網絡是否空閑，假如空閑就發送數據。否則，繼續偵聽直到網絡空閑。假如兩個站點同時檢測到介質空閑并同時發送出一幀數據，則會導致數據幀的沖突，雙方的數據幀均被破壞。這時，兩個站點將采用"二進制指數退避"的方法各自等待一段隨機的時間再偵聽、發送。
　　
　　在圖1中，主機A只是想要發送一個單播數據包給主機B。但由于傳統共享式以太網的廣播性質，接入到總線上的所有主機都將收到此單播數據包。同時，此時假如任何第二方，包括主機B也要發送數據到總線上都將沖突，導致雙方數據發送失敗。我們稱連接在總線上的所有主機共同構成了一個沖突域。
　　
　　當主機A發送一個目標是所有主機的廣播類型數據包時，總線上的所有主機都要接收該廣播數據包，并檢查廣播數據包的內容，假如需要的話加以進一步的處理。我們稱連接在總線上的所有主機共同構成了一個廣播域。
　　
　　　圖解沖突域、廣播域（圖一）

　　圖1　傳統以太網
　　
　　2、中繼器（Repeater）
　　
　　中繼器（Repeater）作為一個實際產品出現主要有兩個原因：
　　
　　第一，擴展網絡距離，將衰減信號經過再生。
　　
　　第二，實現粗同軸電纜以太網和細同軸電纜以太網的互連。
　　
　　通過中繼器雖然可以延長信號傳輸的距離、實現兩個網段的互連。但并沒有增加網絡的可用帶寬。如圖2所示，網段1和網段2經過中繼器連接后構成了一個單個的沖突域和廣播域。
　　
　　　圖解沖突域、廣播域（圖二）

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　　圖2　中繼器連接的網絡
　　
　　3、集線器（HUB）
　　
　　集線器實際上相當于多端口（在本章，我們常用"端口"一詞代替"接口"這個術語）的中繼器。集線器通常有8個、16個或24個等數量不等的接口。
　　
　　集線器同樣可以延長網絡的通信距離，或連接物理結構不同的網絡，但主要還是作為一個主機站點的匯聚點，將連接在集線器上各個接口上的主機聯系起來使之可以互相通信。
　　
　　如圖3所示，所有主機都連接到中心節點的集線器上構成一個物理上的星型連接。但實際上，在集線器內部，各接口都是通過背板總線連接在一起的，在邏輯上仍構成一個共享的總線。因此，集線器和其所有接口所接的主機共同構成了一個沖突域和一個廣播域。
　　
　　　圖解沖突域、廣播域（圖三）

　　圖3　集線器連接的網絡
　　
　　4、網橋（Bridge）
　　
　　網橋（Bridge）又稱為橋接器。和中繼器類似，傳統的網橋只有兩個端口，用于連接不同的網段。和中繼器不同的是，網橋具有一定的"智能"性，可以"學習"網絡上主機的地址，同時具有信號過濾的功能。
　　
　　如圖4所示，網段1的主機A發給主機B的數據包不會被網橋轉發到網段2。因為，網橋可以識別這是網段1內部的通信數據流。同樣，網段2的主機X發給主機Y的數據包也不會被網橋轉發到網段1。可見，網橋可以將一個沖突域分割為兩個。其中，每個沖突域共享自己的總線信道帶寬。
　　
　　　圖解沖突域、廣播域（圖四）

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　　圖4　網橋連接的網絡
　　
　　但是，假如主機C發送了一個目標是所有主機的廣播類型數據包時，網橋要轉發這樣的數據包。網橋兩側的兩個網段總線上的所有主機都要接收該廣播數據包。因此，網段1和網段2仍屬于同一個廣播域。
　　
　　5、交換機（Switch）
　　
　　交換機（Switch）也被稱為交換式集線器。它的出現是為了解決連接在集線器上的所有主機共享可用帶寬的缺陷。
　　
　　交換機是通過為需要通信的兩臺主機直接建立專用的通信信道來增加可用帶寬的。從這個角度上來講，交換機相當于多端口網橋。
　　
　　如圖5所示，交換機為主機A和主機B建立一條專用的信道，也為主機C和主機D建立一條專用的信道。只有當某個接口直接連接了一個集線器，而集線器又連接了多臺主機時，交換機上的該接口和集線器上所連的所有主機才可能產生沖突，形成沖突域。換句話說，交換機上的每個接口都是自己的一個沖突域。
　　
　　　圖解沖突域、廣播域（圖五）

　　圖5　交換機連接的網絡
　　
　　但是，交換機同樣沒有過濾廣播通信的功能。假如交換機收到一個廣播數據包后，它會向其所有的端口轉發此廣播數據包。因此，交換機和其所有接口所連接的主機共同構成了一個廣播域。
　　
　　我們將使用交換機作為互連設備的局域網稱為交換式局域網。

　　
　　6、路由器（Router）
　　
　　路由器工作在網絡層，可以識別網絡層的地址-ip地址，有能力過濾第3層的廣播消息。實際上，除非做非凡配置，否則路由器從不轉發廣播類型的數據包。因此，路由器的每個端口所連接的網絡都獨自構成一個廣播域。如圖6所示，假如各網段都是共享式局域網，則每網段自己構成一個獨立的沖突域。
　　
　　　圖解沖突域、廣播域（圖六）

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　　圖6　路由器連接的網絡
　　
　　7、網關（Gateway）
　　
　　網關工作在OSI參考模型的高三層，因此，并不使用沖突域、廣播域的概念。網關主要用來進行高層協議之間的轉換。例如，充當LOTUS 1-2-3郵件服務和Microsoft Exchange郵件服務之間的郵件網關。
　　
　　注重，這里網關的概念完全不同于PC主機以及路由器上配置的默認網關（default gateway）。

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