第10章-以太网交换机工作原理

1. 交换网络(概念一)

2. 以太网(概念二)

3. MAC地址(概念三)

4. 交换机

4.1. 定义:

4.2. 工作流程:

4.3. 交换机的MAC地址表生成

4.4. 数据帧的转发


1. 交换网络(概念一)

        1)定义

        交换的单位:是数据链路层的帧或更小的数据单元;

        设备:以硬件交换电路构成的交换设备为基础的网络;

        共享式以太网:冲突域 → 载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)

        2)什么是冲突域?

        冲突域就是连接在同一导线上的所有工作站的集合,或者是同一物理网段上所有节点的集合

        3)交换式以太网:广播域 → 路由器

        4)什么是广播域?

        广播:一台设备向同一个网络中所有其他设备发送数据的方式称为广播,广播是进行内部泛洪

        广播帧:为了实现广播方式的发送,对网络层或数据链路层广播地址进行封装,封装的数据称为广播数据包或广播帧;

        广播域:广播帧可达的区域则称为广播域;

        网络中所有能接收到同样广播消息的设备的集合;

        默认情况,交换机的所有端口属于同一个广播域;

2. 以太网(概念二)

        1)定义

        传输标准Ethernet II类型帧的网络;

        封装帧的格式是Ethernet II类的,就是一个以太网;

        2)特点:多路访问-MA(Multi access);

        一条链路上,大于等于两个个设备;

        3)PPP/P2P网络-点到点网络:节点数量被物理和逻辑均限制为2个,即非多路访问网络;

        4)发送报文方式:广播

        ① 发送报文的方式:单播(1对1)、组播(1对多)、广播(1对任意);eg-QQ群

        ② ARP协议解析请求,采用的是广播,因为地址表没有信息;eg-广播找人

        5)以太网的帧格式(802.3)

        ① 目的MAC地址

        ② 源MAC地址

        ③ 服务和类型:标识上层协议

        ④ DATA

        ⑤ 帧校验序列:差错检验

3. MAC地址(概念三)

        1)也叫物理地址、硬件地址,由网络设备制造商生产时烧录在网卡的EPROM,全球唯一;

        2)长度:

        48位,16进制;—命令"ipconfig /all"

        eg:0A-00-27-00-00-12

        3)拓展

        16进制,范围"0123456789abcdef"

        6段,2位数16进制最大的表示是ff,即2进制的11111111

        4)组成:24位厂商标识(OUI)+24位设备标识;

4. 交换机

4.1. 定义:

        ① 工作在数据链路层,通过识别MAC地址进行数据转发的设备;

        ② 全称又叫以太网交换机,只有在以太网中有交换机,点对点网络就没有交换机;

        ③ 功能:交换机连接多个PC机,形成一个网段;

4.2. 工作流程:

        交换机内存有一个MAC地址表,记录了接口与PC机的联系,从而实现定向转发;

4.3. 交换机的MAC地址表生成

        1)生成:自动学习或手动配置;动态(RAM)、静态(ROM);

        存储在RAM(断电丢失);交换机刚开机,MAC地址表是空白的;

        为什么要进行MAC地址表的学习?

        广播发送的方式效率太低。

        2)学习过程

        ① 收发学习源地址

        ② 广播请求与丢弃

        ③ 单播回应与处理

        3)学习过程中的特殊情况

        4)相关概念

        ① MAC地址表的作用:记录交换机每个端口和所连接的设备的MAC地址的映射关系;

        ② 原则1:一个接口可以对应多个MAC地址;

        ③ 原则2:一个MAC地址不能对应多个接口;

        ④ 老化时间:300秒,保持MAC的时效性;

4.4. 数据帧的转发

        1)情况:

        ① 目的MAC地址已知的单播帧,交换机查MAC地址表进行转发;

        ② 目的MAC地址未知的单播帧,交换机进行广播处理;

        ③ 对于广播帧,交换机继续广播处理;

        2)广播帧:目的地址是ffffffff,一律从所有接口都发一份;ARP请求;

        3)数据传输模式:① 单播;② 组播;③ 广播

        4)帧过滤:

        作用:杜绝不必要的帧转发;

        条件:帧目的MAC地址在MAC地址表中有表项存在,且表项所关联的端口与接收到帧的端口相同

        情况:一个端口学习到了多个MAC地址;

        例如,PCA → PCB,PCA和PCB帧都能够达到交换机的E1/0/1端口,交换机也不会转发这些帧到其他端口,而是直接丢弃。

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