第4章网络交换技术.ppt

第 4 章 网络交换技术 4.1 第二层交换的基本概念 “交换”是网络技术中特定的术语，是指完成信号从网络设备的入口到出口的转发，只要符合这个定义的设备都可以叫做交换设备。 第二层交换设备使用特定集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）硬件来实现低延迟数据流转发。 交换机主要的转发模式有如下3种。 （1）存储转发（Store and Forward） （2）直接交换（Cut Through） （3）无碎片交换（Fragment Free） 典型的以太网第二层交换机增加了可用带宽，减少了每个网段上的用户数量，并将网段连接起来。 4.2 第二层的交换技术 4.2.1 地址学习 地址学习，亦称为地址获悉，地址学习过程对于交换机的正确运行是关键。它通过以太网数据帧的源地址来确定网络上设备的位置。 交换机的目标是隔离数据流，确保前往特定冲突域中主机的分组不会传播到其他网段，而只将其转发到目标主机所在的网段。 4.2.2 转发/过滤决策 交换机通过对数据帧的目的地址判断来作出转发/过滤决策。 4.2.3 回环避免 第二层交换技术，启用生成树协议避免桥接回环的产生，桥接回路将会导致网络性能的下降。避免交换机产生回环的目的是避免形成网络环路。 1．消除广播风暴 广播风暴是指由于网络中的广播过多导致网络拥塞。 2．避免非广播帧的多个拷贝 大多数协议都不能识别和应对多拷贝的情况。通常，使用序列号机制的协议假定有很多传输是失败的，并循环使用序列号，而其他协议将处理多拷贝的问题交给高层协议去处理，导致结果不可预测。 3．避免数据库不稳定 当同一个数据帧的多个拷贝通过不同端口进入交换机时，将导致数据库不稳定。 4．交换型网络中的多环路 4.2.4 生成树协议 1．生成树协议的概念 生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是DEC公司开发的一种网桥到网桥（bridge-to-bridge）协议。 STP是在含有物理环路的交换网络上生成无回环的逻辑网络的方法，其目的在于确保网络中没有环路。STP在后台运行监视着网络，找出所有的链路并关闭多余的链路，阻止网络在第二层上产生回路。 2．生成树协议的工作原理 运行生成树算法的交换机（网桥）使用网桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit，BPDU）的多播消息的特殊数据帧，每隔一定的时间（默认值为2s）同其他交换机交换BPDU消息，用它检测生成树的状态，通过生成树算法得到生成树。BPDU包含了根信息、端口信息、本网桥信息等。 3．生成树的工作过程 （1）确定根交换机。 （2）确定根端口。 （3）在每个网段上确定选取交换机。 （4）决定选取端口。 4．拓扑变化 当某个交换机检测到拓扑变化时，它将向根交换机方向的选取交换机发送拓扑变化通知BPDU，以拓扑变化通知定时器的时间间隔定期发送拓扑变化通知BPDU，直到收到了选取交换机发来的确认拓扑变化信息。 同时选取交换机重复以上过程，继续向根交换机方向的交换机发送拓扑变化通知BPDU。拓扑变化的通知最终传到根交换机。 然后，所有的交换机重新选举决定根交换机、交换机的根端口、以及每个网段的选取交换机和选取端口，这样生成树的拓扑结构也就重新决定了。 5．快速生成树协议 快速生成树协议（R Spanning Tree Protocol，RSTP），通过对修改BPDU，并将其用作交换机之间的存活消息来实现的。 4.3 虚拟局域网 4.3.1 VLAN的标准 虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）的定义方式和交换机的通信方式是多样的，每个厂家都有自己的虚拟局域网的解决方案。目前已有两种VLAN标准：IEEE 802.10 VLAN标准和IEEE 802.1Q标准。 1．IEEE 802.10 VLAN标准 2．IEEE 802.1Q标准 IEEE 802.1Q标准用于在多台交换机（路由器或服务器）之间互连VLAN。 4.3.2 冲突域与广播域 冲突域是指若干在同一条物理介质相连接的设备中的任意两台设备同时访问该介质会导致冲突，称其为同一冲突域。广播域是指网络中若干在同一条物理介质相连接的设备，可以相互接收广播消息。 交换机连接的每个网段都是一个独立的冲突域，因为一个网段上发生冲突不会影响其他网段。使用交换机来连接终端设备消除了冲突和争用的问题。 4.3.3 VLAN的基本概念 LAN是