以太网的工作原理

有几个人在进行对话，任一给定时刻只能有一个人讲话的规定便不会对交流形成大的障碍。但是假如有许多人坐在桌旁并且在任一时刻只允许有一个人讲话，那又会怎么样呢？

如果是这样的话，上面的比喻肯定不再适用。实际上，有很多人参与的谈话经常会分成多个同时进行的不同谈话。在拥挤的房间内或烧烤晚宴上，如果在任一时间只能有一个人讲话，许多人会因等待说话的时间过长而感到沮丧。对人类来说，这个问题会得到自行纠正：声音的传输范围有限，而耳朵善于从环境噪声中捕捉住特定的谈话。因此，在聚会时，同一个房间的人很容易分成多个小组进行谈话。因为网络电缆可以快捷、高效地长距离传输信号，所以不会出现上面这种自然而然的分组情况。

随着规模的扩大，以太网会面临堵塞问题。如果大量站点都连接到同一网段并且每个站点都产生许多网络流量，那么在有机会发送数据时，会有很多站点尝试进行传输操作。这种情况会使冲突越来越频繁地产生，由此导致数据传输无法正常进行，完成一次成功的传输需要花费难以想象多的时间。减少堵塞的一种方法是：将单个网段划分为多个网段，从而形成多个冲突区域。这种解决办法会造成另一个问题，即这些分隔开的网段无法相互共享信息。

网桥

还记得以太网的多路访问和共享介质意味着线路上的所有站点会收到所有传输数据并检查自己是否是目标接收方吗？网桥便利用这个特性在各个网段间转发数据。在上图中，网桥将网段1和网段2连接在一起。如果站点A或B要发送数据，网桥将收到网段1上传输的数据，它应如何响应该流量呢？它可以像转发器一样自动将该帧发送到网段2上，但是这并不能减轻堵塞现象，因为网络现在的行为与单个长网段没有区别。

网桥的目标在于减少两个网段上不必要的网络流量。为了做到这一点，在决定如何处理帧之前，它会检查帧的目标地址。如果目标地址是站点A或B，那么便无需将帧发送到网段2上。因此，网桥不会执行任何操作。我们可以说，网桥过滤或丢弃了该帧。如果目标地址是站点C或D，或者是一个广播地址，那么网桥会将该帧传输（或者说转发）到网段2。通过转发数据包，网桥实现了上图中所有四台设备的相互通信。此外，由于网桥可以根据需要过滤掉数据包，在站点A向站点B发送数据的同时，站点C也可以向站点D发送数据，两个对话可以同时进行！

交换机是比网桥更先进的类似产品，它不仅功能与网桥相当，而且为网络上的所有节点提供了一个专用网段。为了解决网络分段造成的问题，以太网网络使用了网桥。网桥可将两个（或更多）网段连接在一起，与转发器一样能够提高网络直径，但是网桥的不同之处在于它还有助于控制网络流量。网桥可以发送和接收传输的数据，这和其他任何节点一样，但是它在功能上与标准节点并不相同。网桥不会产生任何自己的流量，因为它与转发器相同，只是重复它从其他站点那里听到的内容。（最后一句的表述并不完全准确：网桥会产生一种特殊的以太网帧，使得它们能够与其他网桥进行通信，但是这并不属于本文的讨论范畴。） 以太网介质

路由器

网桥允许不同网段同时进行对话，从而减少了网络拥堵，但是它们在对流量进行分段方面存在一些局限。

网桥的一个重要特征便是：它会向所有连接的网段转发以太网广播。这种行为很有必要，因为以太网广播的目标是网络上的所有节点，但是对于过于庞大的网桥网络，这种做法也会带来问题。如果网桥网络中的大量站点都发送广播，与所有这些设备处于同一个网段中一样，会发生严重的网络拥堵。

路由器是一种高级的网络设备，可以将单个网络从逻辑上划分为两个单独的网络。尽管以太网广播可以通过网桥到达网络上的所有节点，但是它们无法通过路由器，因为路由器形成了网络的逻辑边界。

路由器所基于的协议独立于具体的网络技术（如以太网或下文要讨论的令牌环网）。它可以将使用不同网络技术的网络（不论是局域网还是广域网）轻松连接在一起。因此，它在将世界各地的设备连接到全球互联网的工作中得到了广泛应用。

请参见路由器工作原理查看对该技术的详细讨论。

交换以太网

从外表看起来，现代以太网经常完全不同于其历史前辈。早期以太网中使用长长的同轴电缆来连接多个站点，而现代化的以太网则使用双绞线或光纤以放射模式连接站点。早期以太网网络的传输速度为每秒10M，而现代以太网的传输速度为100或1,000M！

也许现代以太网中最振奋人心的技术进展应该是交换以太网的使用。交换以太网用针对每个站点的专用网段取代了早期以太网的共享介质。这些网段连接到一台交换机，该交换机工作起来非常类似于网桥，但是它可以连接众多的单站点网段。今天的某些交换机可支持数百个专用网段。网段上的设备只有交换机和终端站点，因此站点发送的所有数据到达另一个节点之前，交换机都可以首先得到它。然后，交换机会将该帧转发到相应的网段，这与网桥的作用一样，但是因为所有网段都只包含一个节点，所以只有目标节点能够接收到该帧。这样在一个交换网络上就可以同时进行许多对话。