以太網擴展的目的
• 擴大網絡的覆蓋範圍
• 在網絡層仍然是一個網絡
擴展設備的協議層次
以太網的擴展
物理層擴展（光纖擴展、集線器擴展）
• 使用光纖擴展
（從距離上擴展）
– 主機使用光纖（通常是一對光纖）和一對光纖調制解調器連接到集線器。
– 很容易使主機和幾公里以外的集線器相連接。
• 使用集線器擴展
（從數量上擴展）
– 使用多個集線器可連成更大的、多級星形結構的以太網。
– 例如，一個學院的三個系各有一個10BASE-T 以太網，可通過一個主幹集線器把各系的以太網連接起來，成爲一個更大的以太網。
優點
– 使原來屬於不同碰撞域的以太網上的計算機能夠進行跨碰撞域的通信。
– 擴大了以太網覆蓋的地理範圍。
缺點
– 碰撞域增大了，但總的吞吐量並未提高。
– 如果不同的碰撞域使用不同的數據率，那麼就不能用集線器將它們互連起來。
數據鏈路層擴展（以太網交換機）
• 擴展以太網更常用的方法是在數據鏈路層進行。
• 早期使用網橋，現在使用以太網交換機。
網橋工作在數據鏈路層，根據 MAC 幀的目的地址對收到的幀進行轉發和過濾。
當網橋收到一個幀時，並不是向所有的接口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然後再確定將該幀轉發到哪一個接口，或把它丟棄。
1990 年問世的交換式集線器 (switching hub) 可明顯地提高以太網的性能。
交換式集線器常稱爲以太網交換機 (switch) 或第二層交換機 (L2 switch) 。
以太網交換機的特點：
• 多端口
• 全雙工（收發同時）
• 並行工作
• 存儲轉發：以太網交換機的接口有存儲器，能在輸出端口繁忙時把到來的幀進行緩存。
• 以太網交換機是一種即插即用設備，其內部的幀交換表（又稱爲地址表）是通過自學習算法自動地逐漸建立起來的。
• 以太網交換機使用了專用的交換結構芯片，用硬件轉發，其轉發速率要比使用軟件轉發的網橋快很多。
交換機的全雙工優勢：
• 用戶獨享帶寬，增加了總容量。
– 對於普通 10 Mbit/s 的共享式以太網，若共有 N 個用戶，則每個用戶佔有的平均帶寬只有總帶寬 (10 Mbit/s)的 N 分之一。
– 使用以太網交換機時，雖然在每個接口到主機的帶寬還是 10 Mbit/s，但由於一個用戶在通信時是獨佔而不是和其他網絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對於擁有 N 個接口的交換機的總容量爲 N×10 Mbit/s。
以太網交換機的交換方式：
• 存儲轉發方式
– 把整個數據幀先緩存後再進行處理。
• 直通 (cut-through) 方式
– 接收數據幀的同時就立即按數據幀的目的MAC 地址決定該幀的轉發接口，因而提高了幀的轉發速度。
– 缺點是不檢查差錯就直接將幀轉發出去，因此有可能也將一些無效幀轉發給其他的站。
在某些情況下，仍需要採用基於軟件的存儲轉發方式進行交換，例如，當需要進行線路速率匹配、協議轉換或差錯檢測時。
交換表自學習功能
自學習和轉發幀的步驟歸納：
• 交換機收到一幀後先進行自學習。查找交換表中與收到幀的源地址有無相匹配的項目。
– 如沒有，就在交換表中增加一個項目（也即登記，記錄源地址、進入的接口和有效時間）。
– 如有，則把原有的項目進行更新（進入的接口或有效時間）。
• 轉發幀。查找交換表中與收到幀的目的地址有無相匹配的項目。
– 如沒有，則向所有其他接口（進入的接口除外）轉發，也即廣播。
– 如有，則按交換表中給出的接口進行轉發。
– 若交換表中給出的接口就是該幀進入交換機的接口，則應丟棄這個幀。
交換表自學習功能總結：
- 交換表中沒有目的地址，則廣播
- 交換表中沒有源地址，則登記
- 交換表中有目的地址，則轉發