交换机工作原理 (2)

1、、第4章数据链路层设备、第8章交换机概述、第2章、交换机结构、第1章、交换机结构、交换机内部结构交换机是具有网桥功能的多端口网桥，它可以在所有端口对之间传送帧。内部通过应用程序特定IC(ASIC)连接，ASIC可以将所有端口的网段与数据链路层中其他端口的网段连接。交换机允许多组端口同时交换帧，允许多个网桥同时工作以执行帧转发的并行操作。例如：网桥和交换机的端口速度均为10 MbpS，网桥具有2个端口，网桥的容量仅为10 MbpS，交换机具有n个端口，n/2对端口同时转发帧，交换机的容量可以达到5n MbPs。交换机工作原理和内部配置；交换机内部有一个“端口/MAC地址映射表”，用于存储每个端口

2、所连接的计算机网卡的MAC地址。交换机从端口接收MAC帧时，它将从MAC帧读取目标MAC地址，并在交换机内的端口/MAC地址映射表中搜索。找到匹配的表条目后，MAC帧将发送到指定为匹配表条目的端口。与集线器不同，集线器将接收的数据发送到集线器上的所有端口。因此，当一台计算机发送数据时，不影响其他计算机之间的通信，连接到多个端口的计算机可以同时交换信息的2，端口/MAC地址映射表，例如，节点a需要将信息发送到节点d时，节点a首先将目标MAC地址指向节点d的帧发送到交换机端口l。交换机监听该帧，如果检测到目标MAC地址，则在交换机的端口/MAC地址映射表中查找节点d连接到的端口号。如果发现节点d连

3、接的端口号5，交换机将在端口1和端口5之间建立连接，并将信息转发到端口5。与此同时，节点e必须向节点b发送信息。交换机上的端口6和端口4也连接在一起，从端口6接收到端口4的信息将被转发。这样，交换机将在端口1到端口5和端口6到端口4之间建立两个并发连接。节点a和节点e可以同时发送信息，访问节点d和交换机端口4的以太网可以同时接收信息。可以根据需要在交换机上的端口之间建立多个并发连接。交换机利用这种并发连接通过交换机传递和交换数据信息。3，地址学习，如何设置和维护交换机的地址映射表？首先，交换机如何知道哪些计算机连接到哪个端口？第二种方法是，当计算机在交换机的端口之间移动时，交换机保留地址映射表

4、。以太网交换机的地址学习通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口来完成。MAC地址映射到端口后，交换机将检查地址映射表中是否已存在相应的关系。如果不存在，交换机会将映射添加到地址映射表中。如果已存在，交换机将更新表条目。因此，地址是从以太网交换机动态学习的。此节点发送信息后，交换机可以捕获其MAC地址及其端口之间的关系。提示：您可以通过在计算机上运行PING命令开关来捕获它。4，转发/筛选，设置端口/MAC地址映射表后，可以筛选交换机通过的信息。以太网交换机在地址学习过程中检查每个帧，并根据帧的目标地址确定是否转发或转发。假定站点a需要将数据传输到站点f。由于站点a通过集线器连接到交换机的端

5、口1，因此交换机从端口1读取数据，以确定通过地址映射表将数据转发到哪个端口。在图中所示的地址映射表中，站点f连接到端口4。因此，交换机将信息传递到端口4，不再传递到端口1、端口2和端口3。假定站点a需要将数据传输到站点c，则交换机也将在端口1接收数据。搜索地址映射表时，交换机发现站点c连接到端口1，位于与发送的源站点相同的端口上。发生这种情况时，交换机不再转发，只是销毁数据，数据信息仅限于本地流动。因此，以太网交换机隔离本地信息，避免网络中不必要的数据流，并实现交换机通信过滤目的。5工作流程示例，交换机、PC1、PC2、PC3，00d0.f838.0001交换机端口1，00d0.f838.00

6、02交换机端口2，00d0.f838.0003交换机端口3，PC1发送的数据包来自源主机和目标主机的MAC，2.2如果相应目标主机的MAC地址不在表中，则将数据包广播到所有端口。2，2.1，2.2，2.2，3，当目标主机PC2收到数据包时，将回复数据包回复到PC1，此过程类似于PC1向PC2发送数据包，但在本例中，PC2是源主机，PC1是目标主节点。当从PC2发送的响应包到达交换机时，交换机在转发包的过程中根据源主机MAC地址更新MAC地址表。在2.2中，也就是说，在MAC地址表中，PC2的MAC地址信息MAC地址自动学习、数据包pc1pc2、6、交换机帧转发方式、以太网交换机交换方式是静态、

7、动态的。静态方法的特点是端口之间的通道是手动预配置的，两个端口之间的连接类似于硬件连接，端口以固定连接交换帧。动态方法基于网桥的工作方式形成两个端口之间交换帧的通道，通道通过基于MAC地址的操作根据帧的目标地址查找交换机自动生成的端口/MAC地址表，确定此帧从哪个端口转发，在此连接上发送帧，然后自动中断通道。连接过程与帧传输同时进行，每个传输帧都建立了连接。动态交换分为存储转发、直通和帧碎片报废。(1)，存储转发的工作方式是从交换机从端口进入缓冲区的帧中提取目标地址，查找端口/MAC地址表，获取输出端口号，然后从输出端口转发帧。交换机存储、检测、丢弃坏帧，检查表并转发帧，交换机延迟时间较长，但

8、可靠性更高。(2)，直通不首先接收整个帧的缓存，从输入端口接收帧的目标地址字段的6个字节，然后立即查找端口/MAC地址表，获得输出端口号，然后将整个帧定向到输出端口，从而避免了存储、转换、存储、处理和转发转发转发转发方式字符串所需的延迟。直通延迟很小，但没有执行帧错误处理，可以转发出错的帧或冲突导致的片段。这些错误仅在目标工作站上处理，并要求重新传输发射器。(3)，帧碎片丢弃根据最小帧长度要求，如果以太网上的碰撞引起的帧碎片小于64字节，则可以使用512位，输入端口接收的小于512位的帧，如果交换机丢弃该帧，并且接收到512位，则可以根据目标字段中的6字节值检查表，以确定输出端口，将帧引导到输

9、出端口，并完成端口之间的帧交换。帧碎片丢弃是源站与交换机输入端口之间的链路上未进行错误处理，并将错误处理部署到目标站，但避免碎片传输的前两种方法的优化折衷。，7，LAN交换机的主要技术，1。可编程ASIC(特定目的集成电路)2。分布式管道3。动态可扩展内存4。高级队列机制5。自动流分类6。智能权限控制7。动态流量监控8。向量处理技术9。多RISC处理器，3交换机分类，1，广域网交换机和局交换机2，以太网交换机快速以太网交换机千兆位以太网交换机FDDI交换机ATM交换机令牌环交换机，3交换机分类，3，外观和功能：模块交换机，固定端口交换机机箱，机架，表4，企业级交换机，适用于规模应用程序3层交换

10、机、多层交换机7、核心层交换机到网络设计模型的3层结构、聚合交换机、访问层交换机、4。 交换机应用技术，堆栈将交换机连接到专用端口，用作一台交换机。堆栈接口具有高带宽，通常大于1Gbps。级联通常使用带宽为10米/100米的普通网线连接多个交换机。您当前看到的堆栈是菊花链堆栈和星形堆栈。菊花链堆栈可分为使用单个高速端口和单链菊花链堆栈和双链菊花链堆栈这两个高速端口的模式。1、堆叠和级联、堆叠技术是集中管理的端口扩展技术，不提供拓扑管理，没有国际标准，兼容性也很差。堆栈具有大量所需的端口，并且仅限于一个区域。接入层设备通常使用更多的堆叠技术，2 .端口聚合，端口聚合将多个端口聚合在一起，在聚合组

11、的各个成员端口上共享输入/接收负载，同时确保连接可靠性。根据聚合方法的不同，端口聚合可以分为手动聚合、静态链路聚合控制协议(LACP)聚合和动态LACP聚合。根据聚合组类型，端口聚合组可以分为负载共享聚合组和非负载共享聚合组。2 .链路聚合，链路聚合如果多个链路需要同时连接两个相同的设备，则：的低成本，不需要接近千兆以太网的性能和布线，并具有绑定或随时取消相关端口的灵活性，无论千兆网络传输距离限制如何，高链路聚合都提供负载平衡和系统容错3。端口和地址绑定，绑定必须将主机绑定到一个端口。这意味着，特定主机必须在特定端口下发布数据帧，才能通过交换机批准并传输到网络，如果此主机移动到其他位置，则不能

12、进行正常网络连接。4 .端口镜像，端口镜像主要用于监视网络上的数据流量。如果需要，可以将交换机设置为将端口通信镜像到网络管理设备所在的端口，以便网络管理设备监视端口。端口镜像中的源端口和目标端口的速度必须匹配。否则，数据可能会被销毁。使用端口镜像时，源端口和目标端口必须位于同一个VLAN中。5、3层交换技术，1、2层交换存在问题，这是基于MAC地址的操作，不包括网络层的功能，没有路由功能，在传递目标地址未知的帧时只能广播该帧，因此在通过网桥和交换机连接多个LAN的大型网络中会发生广播风暴，从而导致拥塞。路由器的问题是大多数路由器功能由软件实现，延迟时间长，吞吐量有限。因为路由器是未连接的设备，

13、所以传送的一系列帧是独立进行的，不能利用帧之间的连接来提高传送速度。例如，发送到相同目标地址的IP包是在通过路由器时打开包装和打包的包，即使它们具有相同的目标地址。路由器经常成为网络的瓶颈。交换机基于硬件结构，帧传递过程非常简单，可以实现高吞吐量。特别是虚拟LAN技术的出现，可以将位于不同位置的不同LAN上的主机分配到不同的VLAN，并成为单独的管理域，但是VLAN之间的通信必须通过路由器。一个想法是保持高性能和路由功能，这种想法导致出现了三层路由交换机。三层交换机实现了主要用于企业网络的路由器的所有功能。简单地说，三层交换技术是两层交换技术和三层转发技术。Lan分段后，解决了网段的子网需要依

14、赖路由器进行管理的情况，解决了传统路由器因速度慢、复杂而导致的网络瓶颈。三层交换机处理根据路由表分组的转发路由：通过路由表协议创建和维护路由表安全服务的能力：提供防火墙包过滤(例如提供包和取消包、包和取消包分组、流量优先级等)；2 .实施三层交换机技术，专用方法各个制造商的专用交换方法。在大多数情况下，这些产品是处理第一分组，然后预测其馀分组的目标地址的另一分组序列。确定分组序列的目标地址后，后续分组具有与第一分组相同的权限，并且绕过第三级别的处理，从而加快整体处理速度。这意味着“一次路由，下一次交换”技术，如3com公司的fastip技术和Cisco的tag switching技术。每包交换

15、每包交换每包交换机是一种非常快速的包交换，具有根据网络地址将每个单独包转发到最终目标地址的路由功能，但是主要通过支持特定路由器操作系统的专用集成电路(ASIC)硬件实现功能，从而改变了现有路由器使用软件路由的概念。这意味着ASIC硬件支持特定的路由器操作系统，例如Cisco的netflow技术，而不是路由软件(基本上是路由软件的固化)。3上层交换，(1)。4层交换4层主要表示TCP/IP的4层，即TCP/IP的应用层。第4层交换是根据数据包内容(例如TCP和UDP数据包的头端口号)确定传输策略，包括QoS、安全性和筛选决策。因此，需要具备更多智能的交换机和路由器。第4层交换可以在应用层进行控制，主要是针对l应用层的QoS l应用层的网络安全l应用层会计l服务器交换，(2)