【概述】
以太网工作在数据链路层上，其功能有：
- 帧的封装与拆封
- 基于 MAC 地址的帧接收与转发
- 拥塞控制(流量控制)
- 简单差错控制
在数据链路层上，上述功能可以归类到两个不同的层面：
- 介质访问控制 MAC 子层：数据传输
- 逻辑链路控制 LLC 子层：传输控制
传输控制功能是为了正确实现基于二层地址的帧转发，避免或减少因拥塞而产生的丢帧，而提供的控制功能，控制功能实现或正确与否，直接影响数据层面上的转发性能
【MAC 子层】
背板带宽
背板是交换机的中央交换部件，用于交换机的各个端口之间传送数据，背板带宽是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量
背板带宽也称交换容量，其标志了交换机总的数据交换能力，单位为 Gbps，一般的交换机的背板带宽从几 Gbps 到上百 Gbps 不等
一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会越高，背板带宽资源的利用率与交换机的内部结构息息相关
当交换机所有端口容量乘以端口数量之和的 2 倍小于背板带宽时，能实现全双工无阻塞交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件
负载
信道或设备在单位时间内所承受的通信流量被称为负载，在数据链路层，通常以单位时间内设备或网络所承载的帧数来衡量。
负载过量会导致网络拥塞或设备工作状态不正常
交换机时延
交换机时延是指从交换机接收到数据包到开始向目的端口复制数据包之间的时间间隔
采用直接转发技术的交换机有固定的时延，因为直接式交换机不管数据包的整体大小，而只根据目的地址来决定转发方向，所以它的时延取决于交换机解读数据包前 6 个字节中目的地址的解读速率
采用存储转发技术的交换机由于必须要接收完整的数据包才开始转发，所以它的延时与数据包大小有关，数据包大，则时延大，数据包小，则时延小
转发速率
转发速率是用以描述交换设备帧转发能力的指标，其定义为：在某个特定负载下，交换机设备在单位时间内向目标端口成功转发的帧数
不同设备的转发速率与交换机的体系结构、端口带宽 、转发模式、设备的负载状况等因素有关
对于给定的设备，在没有丢帧的理想状态下，转发速率应该随着负载的增加而增加，但当负载增加并接近线路传输容量时，会因丢帧而导致转发速率下降
丢帧率
丢帧率是指丢失的数据帧占应转发帧的比例
应转发帧指那些应该被转发的合法帧，不包括那些过长、过短和错误的无效帧
丢帧主要出现在负载过大时，因交换机存储容量、地址 表查找、端口拥塞等方面的瓶颈而产生
吞吐量
吞吐量是一个描述交换设备数据包转发能力的指标，用以衡量交换机在不丢帧条件下每秒转发帧的极限能力
其定义为：在没有出现丢帧的条件下，能够传输给交换机让其转发到指定输出端口的每秒最大帧数
突发
在某个时间段内，一组以合法最小帧间隔（96 比特时间）传输的以太网帧被称为突发
一次突发传输中所包含的帧数被称为突发量，突发量为 1 时，相当于无突发传输的恒定负载
两次突发之间的时间间隔被称为突发间隔，交换机所能承载的突发量越大，可以处理的突发间隔越小，说明交换机处理突发数据流量的性能越好
【LLC 子层】
拥塞控制
概念
拥塞控制也称流量控制，是指控制源端发送数据的数量及速度使其不超过接收端所能承受的能力，以避免产生帧的丢失
当交换机发生拥塞时，产生的直接后果就是帧的丢失，从而导致网络性能的下降，即使在高层使用了 TCP 的可靠传输协议，仍然会因为 TCP 的重传机制所产生的延迟而引起数据传输的中断
下图给出了在不同 TCP 重传定时器的设置下，以太网丢帧率对网络响应性能的影响，例如：对于 5s 的 TCP 重传确认定时器，1% 的丢帧率就将导致网络响应性能降低 98%
可以看出，即使有 TCP 重传机制，在丢帧率达到一定水平后，网络响应性能仍然会出现急剧的下降
产生原因
产生拥塞的原因有两个：过载、线端阻塞
过载是交换机外出端口产生拥塞的主要原因，但不是所有外出端口的拥塞都是由过载引起的
线端阻塞是因某个外出端口上的拥塞而阻碍了其他通往非拥塞端口流量的现象，对于在输入队列中采用共享存储的交换机，当队列头有转发到阻塞端口的帧时，造成后继转发到非阻塞端口帧也必须等待，当然，对于那些采用输出排队的交换机，是不会出现线端阻塞的
拥塞控制机制
背压
背压是指，当输出端口出现拥塞现象时，被交换机用来通知发送端降低帧发送速度，以阻止外部数据源继续向拥塞端口传输帧的方法
简单来说，就是在半双工方式下，通过向发送源发送拥塞信号使得信息源降低发送速度
例如：若一台 100Mbps 服务器通过交换机将数据发送给一个 10Mbps 的客户机，该交换机将尽可能多地缓冲其帧，一旦交换机的缓冲器装满，它就通知服务器停止发送
有两种方法可以达到这一目的：
- 交换机可以强行制造一次与服务器的碰撞，使得服务器退避
- 交换机通过插入一次载波检测，使得交换机的端口保持繁忙，这样就能使服务器感觉到交换机要发送数据一样
利用这两种方法，服务器都会在一段时间内停止发送，从而允许交换机去处理积聚在它的缓冲器中的数据
背压机制使发送到拥塞端口的流量得到减缓，但可能会导致到非拥塞输出端口的发送流量也被减缓
在全双工环境中，服务器和交换机之间的连接是一个无碰撞的发送和接收通道，没有碰撞检测，这样就不允许交换机去产生一次冲突而使得服务器停止发送，服务器将一直发送到交换机的帧缓冲器溢出
前压
当上游设备以小于最小帧间隙的间隔或以超过线速的速率向下游交换机发送流量时，往往会导致下游交换机出现接收缓冲溢出甚至阻塞
前压是指，某些交换机通过减缓输出队列的饱和程度、禁止上游设备发送帧等强制性机制来消除或减少上述丢帧现象
正常情况下，在处理交换机内部共享资源争用时，会使用类似 CSMA/CD 协议中的后退算法，但在具备前压机制的交换机中，当对资源的争用加剧时，会通过禁用或放弃后退算法来获得对共享介质如缓存的强行访问，来加快帧的转发，并借此减轻输出队伍的拥塞或饱和程度
需要注意的是，前压机制不是以太网标准所推荐的，故不是所有的交换机都提供前压机制
地址处理
地址缓存容量：交换机的 MAC 地址表中可以最多存储的 MAC 地址数量，存储的 MAC 地址数量越多，那么数据转发的速度和效率也就越高
地址学习速率：交换机在不用丢弃数据帧的情况下，可以学习新的 MAC 地址的速度，该指标用于网络重启后地址表的建立速度
错误帧过滤
错误帧是指所有过长、过短、错位、含有错误校验序列的帧
IEEE802.3 标准规定以太网帧的合法长度为 64~1518B，长度小于 64B 的帧称为过短帧，长度大于 1518B 的帧称为过长帧，由物理传输过程中位错引起的帧称为错位帧，因帧中含有错误的 CRC 码而不能通过的校验的帧称为含有错误校验序列的帧
错误帧过滤可减少或避免因传输错误帧而产生的带宽浪费，以及后续转发设备因处理这些错误帧而付出不必要的资源消耗
广播
当交换机的输入端口收到一个帧，并且在地址表中找不到与帧的目的 MAC 地址所对应的目的端口时，就会采用向所有端口洪泛广播的方法来转发该帧
常规用两个指标来衡量交换机的广播性能：
- 广播转发速率：一台交换设备在某个指定的广播负载下，一秒内向它所在广播域的所有端口发送的广播帧的数量
- 广播时延：交换机将广播帧转发到位于同一个广播域中的每个端口所需的时间
流量隔离
流量隔离是用于衡量交换机对于 VLAN 流量隔离的功能的指标
VLAN 的最大特点就是它实现了不同 VLAN 间的流量隔离，每个 VLAN 都是一个独立的广播域，当交换机收到广播数据时，将在本 VLAN 中广播，不会广播到其它 VLAN
不同 VLAN 中的节点，相互之间不能直接进行流量的转发，即使是位于同一交换机上的两个端口，只要不在同一 VLAN 中，相互之间也不能渗透流量
