数据网基础维护培训-交换机原理

交换机原理泉州挪动分公司金鹏培训对象：担任数据网维护人员初级培训目录以太网技术冲突域和广播域以太网分段交换方式VLAN二层、三层交换机任务原理交换机重要技术参数

目录以太网技术冲突域和广播域以太网分段交换方式VLAN二层、三层交换机任务原理交换机重要技术参数

以太网设计目的简单有效地运用共享资源容易配置和维护兼容性强低本钱19721996Gigabitstandard(802.3z)VLANs(802.1Q)1000BaseT(802.3ab)1980EthernetV1DIX-V2in821983199010Base-T(802.3i)10BaseF(Fiber)1993802.3z研讨小组使千兆以太网规范化19981985IBMshipsfirstTokenRingLANIEEE802.3Standard81-83FastEthernet(802.3u)19951997FullDuplex(802.3x)1973公认发明者：RobertMetcalfe-并在1977获得专利以太网演化IEEE802协议族体系IEEE802.3IEEE802.4IEEE802.5IEEE802.6PhysicalIEEE802.2InternetTransportUpperIEEE802.xLinkEthernet802.1Internetworking802.2LogicalLinkControl(LLC)802.3CSMA\CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6MetropolitanAreaNetworks802.7BroadbandTechAdvisoryGroup802.8FiberOpticTechAdvisoryGroup802.9IntegratedVoice&DataNetworks802.10NetworkSecurity802.11WirelessNetworks802.12DemandPriorityAccessLAN's以太网v2帧构造前同步符号帧校验和(FCS)源MAC地址目的MAC地址类型(承载协议)Data46-1500最大帧长度=1518字节最小帧长度=64bytes以太网类型E-Type ValueNetWare 8XNS 0600,0807IP 0800IP(VINES) 0BAD,80C4ARP 0806RARP 8035DRP 6003LAT 6004LAVC 6007ARP(ATalk) 80F3TypeCode0800Hex=IPIEEE802.3帧-Novell以太网长度(数据域的长度)Data46-1500FFFF关键特征:IPX头通常以FFFF开场前同步符号目的MAC地址源MAC地址帧校验和(FCS)最大帧长度=1518字节最小帧长度=64bytes带有802.2逻辑链路控制〔LLC〕的IEEE802.3帧长度Data43-1497DSAP目的效力访问点SSAP源效力访问点控制字段LLC前同步符号目的MAC地址源MAC地址帧校验和(FCS)最大帧长度=1518字节最小帧长度=64bytesIEEE802.3子网访问协议〔以太网SNAP〕关键特征:DSAP和SSAP设为AA，表示一个SNAP帧头FCSDSAPSSAP控制字段SNAPLLCData38-1493OUI类型AAAA最大帧长度=1518字节最小帧长度=64bytes前同步符号目的MAC地址源MAC地址长度wData38-1493Data43-1497Data46-1500Data46-1500Ethernet2IEEE802.3NovellRawIEEE802.3StandardIEEE802.3SNAPTypeLengthLengthLengthFFFFAAAA如何判别以太网帧类型开场查看源地址后的两个字节值假设值大于1500?(16进制05DC)再查看下2个字节值能否为FFFF〔16进制〕?值能否为AAAA〔16进制〕?EthernetVersion2frame(DIX)IEEE802.3NovellRAWframeIEEE802.3SNAPframeIEEE802.3standardframe(withLLC)YesYesYesNoNoNo以太网命名规范基带传输速度〔单位Mbps〕物理介质×××Base×××10Mbps非屏蔽双绞线(UTP)10BaseT100BaseTx100Mbit/s10BaseF光纤CAT5(UTP)以太网规范StandardMaximumCableLengthTypeofCableMACSublayerSpecificationDeviceconnectstoaHuborDirectlytoaBus10B5500m50Ohmthickcoaxialcable802.3Bus10B2185m50Ohmthincoaxialcable802.3Bus10BT100mUTP802.3Hub10BTL2000mFiber802.3Hub100BTx100mUTP/STP802.3Hub100BT4100mUTP,4pair802.3Hub100BFx400mFiber802.3Hub半双工和全双工以太网操作HubNICNICNICNIC2-PairCableReceivePairTransmitPairTransmitReceiveCollision?Loopback12234455510BTHalf-DuplexOperation网卡发送一个帧。网卡将帧回送到本人的接纳对。Hub接纳到帧。Hub在内部总线上传送帧。Hub将信号从每个设备的接纳对送出。半双工和全双工以太网操作

Full-DuplexNICFull-DuplexNICReceiveTransmitReceiveTransmit10BTFull-DuplexOperation不会发生碰撞；所以，时间不会浪费在重传帧上不用等其他机器发送。每个方向都有10M带宽，添加了可用的带宽。快速以太网StandardWhatItDefinesTypeofCableMaximumLengthtoHubMaximumDistancebetweenDevices802.3MACframingandCSMA/CDrulesN/AN/AN/A802.310BT10B210B5Cat3,4,5UDP(2pair)50Ohmthincoaxialcable50Ohmthickcoaxialcable100mN/AN/A500m500m185m802.3u100BTX100BFX100BT4autonegotiationCAT5UDP(2pair)MMFiber(2strands)CAT3,4,5UDP(4pair)100m100m100m412m412,2kmw/FDX412m802.3xFull-duplexoperationN/AN/AN/A目录以太网技术冲突域和广播域以太网分段交换方式VLAN二层、三层交换机任务原理交换机重要技术参数

CSMA/CDCS=CarrierSense载波侦听没有载波被侦听到，延迟一段时间后发送数据。MA=MultipleAccess多路访问广播环境每个任务站可以听到每个数据帧CD=CollisionDetection冲突检测传输数据时，检测冲突CSMA一切设备共享载波侦听多路访问目的找我的，查看信息不是找我，忽略9.6microseconds不是找我，忽略不是找我，忽略CD冲突检测冲突发生等待，重发随机随机(数据被破坏)冲突域广播广播帧运用FF:FF:FF:FF:FF:FF地址以太网天性就是广播网络广播机制被频繁运用如ARP协议–AddressResolutionProtocol一个广播域就是一切设备都会看到一个广播帧冲突域和广播域HUBLANSWITCHCD=冲突域CDBDCDBDCDBD网段A网段ALayer1deviceLayer2deviceLayer3deviceBD=广播域网段A网段A网段B网段B目录以太网技术冲突域和广播域以太网分段交换方式VLAN二层、三层交换机任务原理交换机重要技术参数

以太网分段局域网分段的益处透明桥运用路由器分段运用交换机分段局域网分段的益处超越间隔限制经过减少或消除碰撞加快反响速度和添加吞吐量经过降低广播风暴和组播的影响加快反响速度和添加吞吐量添加每个用户的可用带宽限制到不同局域网段的流量透明桥透明桥的三个关键功能经过检查接纳到的帧的源MAC地址学习MAC地址。根据MAC地址决议何时转发一个帧，何时过滤掉一个帧。和其他桥一同经过生成树协议创建一个没有环路的环境。透明桥——单个以太网段0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(DNS)2DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222ARP3DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111DNSRequest4DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222DNSReply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP7DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111ConnecttoWeb透明桥0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(DNS)0200.1111.1111E0E0E1AddressTableAfterStep12DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222ARP0200.1111.1111E00200.2222.2222E1AddressTableAfterStep23DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111DNSRequest0200.1111.1111E00200.2222.2222E1AddressTableAfterStep34DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222DNSReply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP0200.1111.1111E00200.2222.2222E10200.3333.3333E1AddressTableAfterStep27DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111ConnecttoWeb透明桥透明桥的一些功能广播和组播可以被桥转发透明桥根据第二层的头和逻辑地址转发和第三层无关存储-转发〔Store-and-Forward〕是透明桥的典型操作透明桥必需对帧进展处置，所以也添加了时延透明桥透明桥可以提供的益处由于每段都能到达以太网的最大长度，所以超越以太网的间隔限制经过桥对帧的过滤减少了碰撞桥不能降低广播/组播的影响每一段分别运转在10或100Mbps替代了整个段运转在10或100Mbps，添加了可用带宽可以在桥上对帧进展限制和过滤运用路由器分段0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Router-E0)E0E1Notes:Addressesofframeonleft-sideEthernet2DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.4444.4444ARP3DMAC=0200.4444.4444SMAC=0200.1111.1111DNSRequest4DNSReply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP7DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111ConnecttoWeb0200.4444.44440200.5555.5555DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.4444.4444运用路由器分段运用路由器分段的功能广播和组播帧不被路由器转发〔默许〕路由器运用第三层头和逻辑地址交换包，是第三层协议相关的路由器通常运用存储-转发，同样添加时延路由器转发一个包前要进展很多处置，这些也要添加时延运用路由器分段运用路由器分段的益处超越了间隔限制同一段的流量不被转发，减少了碰撞路由器不转发广播/组播〔默许〕降低了广播/组播的影响路由器提供了更好的可管理性，路由器可以提供对于包更详细的内容路由器提供比透明桥更多的功能，比如包的分片和重组，插入包的生存时间控制额外的处置同样比透明桥引入了更多的时延运用交换机分段0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(DNS)0200.1111.1111E0E0E1AddressTableAfterStep12DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222ARP0200.1111.1111E00200.2222.2222E2AddressTableAfterStep23DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111DNSRequest0200.1111.1111E00200.2222.2222E24DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222DNSReply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP0200.1111.1111E00200.2222.2222E20200.3333.3333E1AddressTableAfterStep27DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111ConnecttoWebE2运用交换机分段在交换机中同时传送帧abcd运用交换机分段Full-Duplexabc运用交换机分段运用交换机分段的功能广播和组播可以被交换机转发交换机运用第二层头和逻辑地址，与第三层无关。存储-转发和cut-through是交换机典型的处置方式。cut-through时延较小，但是添加了转发出错包的风险交换机必需对帧进展处置，引入了时延运用交换机分段运用交换机分段的益处超越了间隔限制减少了碰撞，由于帧只在特定口发送交换机不能降低组播影响。但是可以经过组播协议降低组播影响由于每段分别运转在10或100Mbps添加了可用带宽可以限制用户流量可以同时转发多个帧交换机通常在硬件上进展了优化，同透明桥相比，时延较小目录以太网技术冲突域和广播域以太网分段交换方式VLAN二层、三层交换机任务原理交换机重要技术参数

交换方式存储转发方式(StoreandForward)存储转发式交换机是指在交换机接纳到数据帧时，先存储在一个共享缓冲区中，然后进展过滤〔滤掉不健全的帧和有冲突的帧〕和过失校验处置，最后再将数据按目的地址发送到指定的端口。直接转发(CutThrough)直通式交换机只对接纳到的数据帧的目的地址信息进展检查，然后立刻按指定的地址转发出去，而不做过失和过滤处置。无碎片直通(FragmentFreeCutThrough)“碎片〞是指当信息发送中忽然发生冲突时，由于双方立刻停顿发送数据帧而在网络中产生的残缺不健全的帧。碎片是无用的信息，必需将其滤除。无碎片直通方式首先存储接纳到的数据帧的部分字节〔前64个字节〕，然后进展过失检验，假设有错，立刻滤除，并要求对方重发此帧，否那么以为该帧健全，并马上转发出去。直接转发转发开场点帧校验和(FCS)源MAC地址目的MAC地址类型(承载协议)Data46-1500帧开场转发3种交换方式比较在三种交换方式中，存储转发方式具有最高的交换质量，但速度最慢，适用于网络主干的衔接。直通方式是三种交换方式中最快的一种，但因对任何帧都不做过滤处置，所以误码率较高，适用于交换式网络的外围衔接。无碎片直通方式是前两种方式的折衷。目录以太网技术冲突域和广播域以太网分段交换方式VLAN二层、三层交换机任务原理交换机重要技术参数

VLAN一个VLAN是由一个或多个交换机创建的广播域。VLAN可以经过交换机的配置实现，也可以是经过外部的效力器同交换机通讯配置。通常可以分为基于端口的VLAN，基于协议的VLAN，基于MAC的VLAN等。经过VLAN划分广播域基于端口的VLAN基于协议的VLAN基于子网的VLAN帧Trunking/Tagging协议TaggingMethodMediaInter-SwitchLink(ISL)FastEthernet802.1qFastEthernet802.10FDDILANEmulation(LANE)ATM802.1Q协议帧构造帧在网络通讯中的变化TRUNK和VLANVLAN地址表E1E8E10E11SW1SW2AddressTableVlan10200.1111.0001E10200.1111.0002E1002000.1111.0001Vlan1Vlan2Vlan2Vlan102000.2222.000102000.1111.000202000.2222.0002AddressTableVlan10200.2222.0001E110200.2222.0002E1E1E8TrunkingportVLAN VLAN的益处运用VLAN，添加了网络的灵敏性。方便添加，挪动设备。强迫VLAN间进展第三层路由，加强了系统管理。分成多个广播域，降低了广播占用的带宽降低了联网设备的CPU利用率，由于减少了广播数量目录以太网技术冲突域和广播域以太网分段交换方式VLAN二层、三层交换机任务原理交换机重要技术参数

二层交换机任务原理二层交换技术是开展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进展转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在本人内部的一个地

址表中。详细的任务流程如下：从帧头查看目的以太网地址从交换机端口收到一个以太帧在内部转发表中查到对用目的地址转发的端口1.2.3.4.LANSWITCHEthernetEthernet转发以太网帧EthernetEthernet二层交换机任务原理当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上如表中找不到相应的端口那么把数据包广播到一切端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需求对一切端口进展广播了。二层交换机主要性能参数由于交换机对多数端口的数据进展同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，假设二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超越N×M，那么这交换

机就可以实现线速交换；学习端口衔接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小〔普通两种表示方式：一为BEFFERRAM，一为MAC表项数值〕，地址表大小影响交换机的接入容量；还有一个就是二层交换机普通都含有专门用于处置数据包转发的ASIC〔ApplicationspecificIntegratedCircuit〕芯片，因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用ASIC不同，直接影响产品性能。三层交换机任务原理比如A要给B发送数据，知目的IP，那么A就用子网掩码获得网络地址，判别目的IP能否与本人在同一网段。假设在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP恳求，B前往其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将

数据