以太网扩展：计算机网络

以太网的扩展是指扩大网络的规模，使其能够覆盖更大的物理范围。一般来说，可以从物理层或者数据链路层来实现对以太网的扩展。

1.在物理层扩展以太网

受到网络信号传输衰减的影响，以太网上计算机之间的距离不能太远，当传输距离超出一定范围时（如10BASE-T以太网上两台计算机之间的距离不可以超过200 m，也就是主机到集线器之间的距离不可以超过100 m），信号就会严重失真，导致数据不可识别。

在以太网发展的早期，同轴电缆是主要的网络连接介质，当时人们曾经使用转发器来实现对以太网上传输信号的放大。它的工作原理就是在即将超出以太网有效传输距离之前，加入一个转发器，实现对传输信号的修复和还原，使其能够继续向前传输。

随着双绞线在以太网中的普及应用，转发器逐渐被淘汰。目前，想要增加主机和集线器之间的传输距离，有一个比较简单有效的方法，即利用光纤替代双绞线。在数据发送时，双绞线使用的是电信号，而光纤使用的是光信号，所以如果用光纤替代双绞线，还需要在光纤两端各增加一个光纤调制解调器来实现光信号和电信号之间的转换，如图3-15所示。

图3-15　利用光纤实现以太网的扩展

利用光纤可以有效扩大网络的覆盖范围。比如，五类双绞线的最大有效传输距离为100 m，利用五类双绞线连接的以太网可以覆盖半径为100 m的圆周范围。多模光纤的有效传输距离可以达到几千米，利用多模光纤连接的以太网则可以覆盖半径为几千米的圆周范围；如果换成单模光纤，这个范围还将继续扩大。

利用光纤代替双绞线，能够有效增大以太网的覆盖范围，但是却不能增加覆盖范围内以太网接入站点的数量，往往不能够满足人们的实际需求。所以，扩展以太网的另一个有效的方式，就是增加集线器的数量。通过集线器的级联将多个小的以太网连接成一个更大的以太网，能够在覆盖范围和接入数量两个方面保障人们的应用需求。

利用集线器实现以太网的扩展如图3-16所示。

图3-16　利用集线器实现以太网的扩展

（a）3个独立的以太网；（b）扩展后的以太网(www.xing528.com)

例如，某学院共有3个专业，每个专业教研室都建有自己的10BASE-T标准的网络，如图3-16（a）所示。现在可以再增加一个集线器，将这3个小的以太网连接在一起，扩展成为一个更大的网络，如图3-16（b）所示。

扩展后的以太网将3个专业的以太网合并在一起，形成了一个规模更大的以太网，网络覆盖范围增大了、连网站点数量增加了，并且实现了3个专业教研室网络资源的共享。

如果将上述两种方式结合在一起，增加集线器的数量，同时集线器之间采用光纤连接，那么，网络的覆盖范围将进一步增大，可以满足我们日常工作的需求。但是，在物理层上实现的网络扩展同时也存在一些问题。

在图3-16所示的例子中，3个专业的以太网在互联之前，每个以太网都是一个独立的碰撞域，在同一个碰撞域中，任意时刻只能允许一个站点发送数据，否则就会发生碰撞。这3个以太网均为10BASE-T标准，各自拥有10 Mb／s的最大吞吐量，总吞吐量为30 Mb／s。当人们利用一个集线器将这3个以太网连接到一起后，它们由3个碰撞域变成了一个碰撞域，总吞吐量变成了10 Mb／s，虽然连网站点的数量增加了，但总吞吐量却没有增加，因此会导致每个站点均分的资源变少了。

此外，上述扩展过程是在假定3个专业的以太网均采用了同一种标准的前提下进行的，而事实上，如果3个专业的以太网标准并不相同（如各自采用了不同的传输速率），那么就不能简单地通过增加一个集线器的方式将它们连接在一起。

2.在数据链路层扩展以太网

在物理层扩展以太网的操作方法比较简单，但同时也存在很大的问题，因此当网络规模较大、网络性能要求较高时，不推荐采用这种方法。

目前，对以太网进行扩展最常用的方法是在数据链路层进行，利用以太网交换机代替集线器，充当网络扩充的连接设备，这相对于使用集线器在物理层扩展以太网。使用以太网交换机在数据链路层扩展以太网具有如下优点：

（1）以太网交换机工作在全双工模式下支持并行通信，网内相互通信的计算机都能够独占通信信道，无碰撞地进行数据传输，极大限度地提高了以太网的交换效率。

（2）以太网交换机的接口中设有存储器，能够将暂时不能发送的数据缓存下来，可以支持存储转发和直通转发两种工作模式。

（3）以太网交换机使用了专门的交换芯片，通过硬件实现对数据帧的转发，从而将共享式以太网转换成为交换式以太网，转发速率非常高。

（4）以太网交换机支持多速率的接口，可以具有10 Mb／s、100 Mb／s及1 Gb／s等多种接口的组合。