第六章 网段（子网）分割

　　在第二章我们讨论了如何购买一台集线器或交换机来搭建一个简单的网络。现在，把这些简单的网络连接起来，就构成了具有一定规模的局域网。反过来，一个局域网也被分解为多个简单的网段（也就是子网），然后连接成一个完整的网络。

　　将一个局域网分解为多个简单网段的目的有以下几种原因：

　　延伸网络距离

　　分解网络负荷

　　隔离广播

　　实现网络安全策略

　　完成上述连接的网络设备有：中继器、交换机和路由器。早期的网络中还使用一种称为网桥的设备。但是网桥的所有功能目前的交换机都能够完成，且交换机的功能更全面、更灵活，所以网桥这个网络设备已经逐渐退出了网络技术。

　　6.1中继器

　　由于所有传输介质都有衰减特性（电缆、光纤、无线介质），数据信号会因衰减而无法在接收端恢复，因而限制了网络节点之间的传输距离。中继器接收从一个网段传来的信号，重新生成信号，再发送到另外一个网段，使其在另外一个网段中的传输保证信号的完整性。这样的接力式传输，延长了网络距离。

　　从OSI模型来看，中继器是物理层设备，因为它并不分析接收到的数据包的地址，也不对数据包进行校验，它只是简单地再生信号，并把信号转发到另外一个网段。

　　UTP电缆和STP电缆依据规范不超过100米。如果需要连接更远距离的网段时，就需要中继器来连接（见图6.1）。光纤能够传输的距离很远，单模光纤甚至一次可以传输十余公里而保证光信号的完好。但是更远的传输距离也需要有光中继器进行信号的再生。WLAN中的无线介质数据传输，由于空中无线电管理对发射功率的限定，无线网卡和无线Hub的传输距离都不超过200米。因此WLAN也使用中继器来连接超过规定距离的网段。

　　图6.2是无线中继器的使用例子。

　　回忆一下第二章讨论的集线器Hub的工作原理，它收到一个数据帧后就向所有的其它端口转发。这与中继器收到一帧数据报后向另外一个端口转发的功能和工作原理完全相同，只是转发的端口更多一些。所以很多教科书把集线器Hub称为多口中继器（Multiport Repeater）。

　　由于UTP电缆的集线器价格直线下降（一个4口的Hub只需要一百元钱左右），在网络需要延长UTP电缆距离的场合，人们不再使用中继器，而使用集线器。UTP电缆中继器在市场上已经消失。

　　中继器和集线器都是工作在物理层的设备。

　　6.2 冲突域的分割

　　用集线器连接的网络，当一个主机发送数据时，集线器会把数据报向所有端口转发。这时其它主机的通讯就需要等待，浪费了网络的带宽。网络教科书把一组处于同一共享、争用的网络区域，称为冲突域。冲突域是指主机同时使用传输介质和交换设备会发生冲突那样的区域。

　　早期的网络使用一种桥的设备来把大的冲突域分割成为较小的冲突域。图6.3中的网桥监听两侧网段中的数据报。如果发现有需要跨越网段的数据报，就转发到另外网段上。换句话说，一个网段内部的通讯，由于桥的隔离作用，不会与另外一个网段的通讯发生冲突。因此，网桥是一个分割冲突域以改善网络性能的设备。

　　交换机的出现和其价格的不断下降，使它成为替代桥来切割冲突域的设备，并使网桥退出并消失。

　　交换机不是象集线器那样把待转发的数据报向所有其它端口转发，而是只向目标主机所在的端口转发。这样，交换机在为一对主机通讯的时候，其它主机之间仍然可以通讯，完全没有了介质访问冲突。

　　交换机避免了一对主机的通讯会影响其它主机的通讯，完成了桥所完成的隔离介质访问冲突功能。而且，交换机不是把网络分成两、三个网段，而是一对主机动态分成一个网端。所以人们也称交换机是一个微分段的桥。

　　在第二章我们已经讨论过交换机的工作原理，它通过分析数据报头中的MAC地址，通过查交换表确定该数据报该向哪个端口转发。因为它要分析OSI模型中的链路层地址并完成链路层的工作（如校验数据报），所以我们称交换机是一种链路层的网络设备，它工作在链路层。

　　交换机成功地隔离了网络中主机通讯的介质访问冲突，分割了冲突域，有效地提高了网络的性能。  6.3广播域的分割

　　网络中存在着大量广播报文。广播报文需要播送到网络的所有链路，以使有可能需要收听广播的主机都能收到广播。即使有些链路没有需要接收某个广播，集线器、中继器、交换机也会把广播报文包转发过去，浪费了网络带宽。同时，一个与某广播无关的主机，也需要花费CPU时间来阅读广播报文才能知道该报文是否与自己有关。

　　如果一组主机可以互相收听到其它主机的广播，我们称这组主机处于同一广播域中。

　　一个有大量主机的广播域，会严重地降低网络性能。对于一个大型网络，如果把所有主机连接在一起，其广播报文包甚至会淹没整个网络。因此，需要把一个大的局域网分割成更小的一些广播域来改善网络性能。

　　集线器、中继器、交换机不隔离广播。路由器不转发广播报，是互联各个广播域的网络设备。

　　随着局域网的增长，局域网中容纳的主机数量越来越多。每增加一个工作站或服务器，维持带宽的工作就越困难，网络的负担就越重。合理地分割冲突域和广播域，将大网络分为若干分离的子网（由路由器完成）和网段（由桥和交换机完成），可以有效地改善网络性能，最大限度地提高带宽的利用率，获得高性能的网络。