计算机网络基础微课版- 课件 模块四：主题5交换式局域网

局域网技术

主讲人：XXX计算机网络基础学习提示2134主题：

局域网体系结构、介质访问技术、帧格式与操作、以太网技术、交换式局域网、虚拟局域网、无线局域网网络体系结构和网络协议的概念

计算机网络的工作过程和实现（Implementation）技术OSI参考模型、TCP/IP参考模型的比较2

主题五：交换式局域网学习目标知识目标本节目标1. 理解交换机的工作原理。2. 掌握交换机的数据转发方式。了解交换机与集线器的区别。掌握交换机之间的连接方式。1. 通过交换机工作原理的介绍，引导学生树立自主学习的意识。素质目标能力目标1. 能够借助网络模拟工具探究交换机的工作原理。课前评估5

1．与集线器相比，交换机能有效隔离冲突的原因是__________。2．交换机的背板带宽决定了交换机的交换带宽，其定义是交换机接口处理器、接口卡和数据总线之间单位时间能够交换的最大数据量。背板带宽的计算方法：端口数×相应端口速率（全双工模式乘以2）。若一台交换机有24个100Mbit/s和2个1000Mbit/s端口，则其最大背板带宽是__________。3．以太网性能的演进如图4-25所示，请写出（1）~（8）的名称。交换机的工作原理6

交换机工作在OSI的第二层，其主要任务是将接收到的数据帧转发至目的地，怎么实现？交换机在进行数据转发之前，需要做两个工作：既查源地址→收集地址信息，又查目的地址→转发数据帧交换机在进行数据帧转发的依据是：MAC地址表，这个表中包含了目的MAC地址和数据帧应该从交换机的哪个端口进行转发的相关信息PC1的MAC地址PC2的MAC地址问题：交换机是如何工作的？交换机的工作原理7

问题：交换机是如何工作的？问题的关键是：这张地址表如何构建和维护？当然可以采用管理员手工的方式加入，但并不现实，原因是：其一工作量大，其二并非每个终端接入网络的位置是固定，最为重要的是写入这些信息需占用交换机内存的存储空间，对交换机的性能要求很高为了解决这个问题，在交换机上采用了一种类似“守株待兔”的策略，交换机在端口上每收到一个数据帧，记录下该帧中的源MAC地址和交换机接收该帧的端口，所有站点都执行同样的操作，交换机便获知了所有站点的MAC地址了注意到一个细节，如果MAC地址信息一直保存在交换机中，要不了多久，交换机的存储空间就会用完，后面的站点便无法接入网络，处理这个问题的方法是，当一条记录加入到交换机的MAC地址表后，设置一个老化时间，时间到了后，交换机就会删除这条记录，这样记录的加入和删除过程是一个动态过程，从而无用的MAC地址不会占用过多的存储空间，也能提高查表速度交换机的工作原理8

依据源MAC地址构建MAC地址表--自学习功能依据目的MAC地址转发数据帧--转发功能MAC表中没有目的MAC地址，执行泛洪功能源MAC和目的MAC都在MAC地址表中，并对应同一个端口，执行过滤功能①终端A→终端B②终端G→终端H③终端B→终端A④终端H→终端G⑤终端E→终端H【实例】网络结构如图所示，假定交换机初始转发表为空，给出依次进行①～⑤MAC帧传输过程时，交换机1和交换机2完成的操作及转发表变化过程终端AMACA终端BMACB终端CMACC终端DMACD终端EMACE终端FMACF终端GMACG终端HMACH终端IMACI集线器交换机1交换机212341234交换机的工作原理9

终端AMACA终端BMACB终端CMACC终端DMACD终端EMACE终端FMACF终端GMACG终端HMACH终端IMACI集线器交换机1交换机212341234①终端A→终端B传输操作交换机1转发表交换机2转发表MAC地址转发端口MAC地址转发端口A→BG→HB→AH→GE→HMACA14MACA交换机1：记录、广播交换机2：记录、广播自学习和泛洪功能MAC

B2交换机的工作原理10

终端AMACA终端BMACB终端CMACC终端DMACD终端EMACE终端FMACF终端GMACG终端HMACH终端IMACI集线器交换机1交换机212341234②终端G→终端H交换机1：记录、广播交换机2：记录、广播MACG4MACG4传输操作交换机1转发表交换机2转发表MAC地址转发端口MAC地址转发端口A→BG→HB→AH→GE→HMACA14MACAMAC

B2MACH4MACH4交换机的工作原理11

终端AMACA终端BMACB终端CMACC终端DMACD终端EMACE终端FMACF终端GMACG终端HMACH终端IMACI集线器交换机1交换机212341234③终端B→终端A交换机1：转发交换机2：没有收到MACG4MACG4传输操作交换机1转发表交换机2转发表MAC地址转发端口MAC地址转发端口A→BG→HB→AH→GE→HMACA14MACAMAC

B2MACH4MACH4交换机的工作原理12

终端AMACA终端BMACB终端CMACC终端DMACD终端EMACE终端FMACF终端GMACG终端HMACH终端IMACI集线器交换机1交换机212341234④终端H→终端G交换机1：记录、丢弃交换机2：记录、丢弃数据过滤功能MACG4MACG4传输操作交换机1转发表交换机2转发表MAC地址转发端口MAC地址转发端口A→BG→HB→AH→GE→HMACA14MACAMAC

B2MACH4MACH4交换机的工作原理13

终端AMACA终端BMACB终端CMACC终端DMACD终端EMACE终端FMACF终端GMACG终端HMACH终端IMACI集线器交换机1交换机212341234⑤终端E→终端H交换机1：记录、丢弃交换机2：记录、转发MACH4MACH4MACG4MACG4传输操作交换机1转发表交换机2转发表MAC地址转发端口MAC地址转发端口A→BG→HB→AH→GE→HMACA14MACAMAC

B2MACE2MACE4交换机的工作原理14

交换机1转发表交换机2转发表MAC地址转发端口MAC地址转发端口MACA1MACA4MACG4MACG4MACB2

MACH4MACH4MACE4MACE2交换机转发表课堂练习15

终端AMACA终端BMACB终端CMACC终端DMACD终端EMACE终端FMACF终端GMACG终端HMACH终端IMACI集线器交换机1交换机212341234【练习】网络结构如图所示，假定交换机初始转发表为空，给出依次进行1～7的MAC帧传输过程时，交换机1和交换机2完成的操作及转发表变化过程。传输操作交换机1转发表交换机2转发表MAC地址转发端口MAC地址转发端口A→CA1A4C3H→IH4H4I4I4B→AB2H→GG4G4C→AF→HF3C→EC4E2

1、终端A→终端C2、终端H→终端I3、终端B→终端A4、终端H→终端G5、终端C→终端A

6、终端F→终端H

7、终端C→终端E交换机数据转发方式16

直通交换转发方式转发前读取的字节数通信延时丢弃错误帧直通交换6字节最短无存储转发交换全部最长全部免碎片交换64字节短只丢弃残帧交换机缓冲区存储转发交换免碎片交换三种交换方式的比较交换机与集线器的区别17

工作模型层次不一样（数据链路层-物理层）数据传输方式不一样（广播-定向）带宽占用方式不一样（独占-共享）数据传输模式不一样（全双工-半双工）交换机的连接方式18

级联（使用网线）比较项目级联堆叠连接方式不同连接端口，增加端口连接背板，增加带宽通用性不同兼容不同厂家设备相同厂家设备之间连接距离不同扩展信号传输距离在有限的距离内堆叠（使用专用电缆）级联和堆叠的区别课堂练习19

一、填空题1.交换式局域网的核心设备是__________。2.以太网交换机的数据转发方式可以分为__________、__________和__________。二、选择题1.交换式局域网增加带宽的方法是在交换机端口节点之间建立( )。

A.并发连接

B.点-点连接

C.物理连接

D.数据连接2.以太网交换机中的端口/MAC地址映射表( )。 A.是由交换机的生产厂商建立的 B.是交换机在数据转发过程中通过学习动态建立的 C.是由网络管理员建立的 D.是由网络用户利用特殊的命令建立的课堂练习20

3.在交换式以太网中，( )是正确的。 A.连接于两个端口的两台计算机同时发送，仍会发生冲突 B.计算机的发送和接收仍采用CSMA/CD方式 C.当交换机的端口数增多时，交换机的系统总吞吐量下降 D.交换式以太网消除信息传输的回路三、判断题

1.在直通交换方式中，交换机边接收边检测。（

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