📖 3.4.4 在物理层扩展以太网

🎯 课程摘要：本节课介绍在物理层扩展以太网的两种途径：一是使用光纤和光纤调制解调器扩展站点与集线器之间的距离；二是使用多个集线器组成多级星型以太网扩展覆盖范围和站点数量，并分析其带来的碰撞域合并与吞吐量问题。

📝 详细笔记

1. 扩展站点与集线器之间的距离

• 概念定义：通过物理层设备或传输媒体延长站点到集线器的传输距离。
• 原理解析：
  • 共享总线以太网两站点间距离不能太远，否则信号衰减导致 CSMA/CD 协议无法正常工作
  • 早期粗/细同轴电缆共享总线以太网：常用工作在物理层的转发器，IEEE 802.3 规定两个网段可用一个转发器连接，任意两站点之间最多经过 3 个网段
  • 10BASE-T 新型以太网成为主流后，扩展覆盖范围很少使用转发器
  • 10BASE-T 中每个站点到集线器距离不超过 100 m，两站点间通信距离最大不超过 200 m
  • 扩展方法：使用光纤和一对光纤调制解调器
    • 站点和集线器各增加一个光纤调制解调器（电信号↔光信号转换）及一段通信光纤
    • 信号在光纤中衰减和失真很小，可将站点与集线器间距离扩展到 1 km 以上
• ⚠️ 重点/考点：10BASE-T 中用光纤 + 一对光纤调制解调器可将站点与集线器距离扩展至 1 km 以上

2. 扩展共享式以太网的覆盖范围和站点数量

• 概念定义：使用多个集线器互联成多级星型以太网，连接更多站点、覆盖更大范围。
• 原理解析：
  • 以太网集线器一般有 8~32 个接口，接口不足时需使用多个集线器
  • 多级星型以太网示例：某公司两个部门各有 10BASE-T 以太网，用主干集线器连接成更大网络
  • 合并前：每个部门的 10BASE-T 以太网是独立碰撞域，各自最大吞吐量 10 Mb/s，两部门总计 20 Mb/s
  • 合并后：两个独立碰撞域合并成一个更大的碰撞域，形成覆盖范围更大、站点数量更多的共享式以太网
    • 该更大碰撞域最大吞吐量仍为 10 Mb/s
    • 各站点相较于原独立碰撞域，遭遇碰撞的可能性明显增加

• ⚠️ 重点/考点：
  • 在物理层扩展的共享式以太网仍然是一个碰撞域
  • 不能连接太多站点，否则可能出现大量碰撞，导致平均吞吐量太低
  • 多级集线器扩展：覆盖范围和站点数增加，但总吞吐量不增加（仍为单个碰撞域的速率）

💡 核心总结

• 物理层扩展以太网：用光纤 + 光纤调制解调器扩展站点与集线器距离（>1 km）；用多集线器组成多级星型以太网扩展范围和站点数
• 多级集线器互联会合并碰撞域，总吞吐量不增加，碰撞概率上升，不宜连接太多站点

❓ 课后思考 / 经典考题

1. 用集线器在物理层扩展以太网，为何总吞吐量不会随站点数增加而增加？
2. 光纤调制解调器在扩展站点与集线器距离时起什么作用？
3. 物理层扩展后的以太网仍是一个碰撞域，这对网络性能有何影响？