以太网交换原理论述.pdf

以太网交换原理 本文力求阐明以太网交换原理，并对相关知识作以介绍。 1 以太网交换机相关概念 1.1 传统的电话交换技术 交换概念始于电话交换。传统电话网由传输电路与电话交换机组成，处于网络节点的交 换机完成对传输链路的选路与连接。一次长途通话往往要经过发端局、转接局（汇接局）和 收端局才能完成。在通话前，电话交换机根据信令将分段的传输链路连接起来，从而形成一 条从主叫到被叫的通话电路，通话结束后根据信令拆除这条通路，这种交换方式称为电路交 换方式。电路交换的优点是延时小，实时性好；缺点是通话期间主、被叫间的物理电路被该 次呼叫所独占，电路利用率低。 1.2 传统的数据交换技术 数据通信对实时性要求不高，故数据通信存在多种交换方式，最早的数据通信是利用已 有的电话网加调制解调器完成，这种数据交换方式仍是电路交换方式。现在常见的数据交换 方式有数据报方式和分组方式。 数据报（报文）交换采用存储／转发方式。网络节点设备先将途经的数据报完全接收并 储存，然后根据数据报所附的目的地址，选择一条合适的传输链路将该数据报发送出去。报 文交换不像电路交换，无需预先为通信双方建立一条专用的电路，因此就不存在建立和拆除 电路的过程。由于数据报的传送采用接力方式，任何时刻数据报只占用节点间的一条链路， 因而提高了传输效率，但这也造成了报文交换的延时非常大，故主要用在电报交换中。 分组交换和数据报交换一样。也采用存储／转发方式，但不像数据报交换是以整个数据 报为单位进行传输，而是将用户要发送的数据报分割为定长的一个个数据分组（包），并附 上目的地址（或标记），按顺序送分组交换网发送，分组交换可以采用两种不同方式来处理 这些分组。 （1）报文传输分组交换 报文传输分组交换与报文交换相似，只是将每一分组都当成一个小报文来独立处理，故 报文传输分组交换中每个分组均带有目的地址。网络节点设备对每个分组都要根据网络拓扑 和链路负荷情况进行路由选择，因链路负荷是动态的，故一个数据报所包含的各分组，可能 通过不同途径到达目的地，分组到达终端的顺序也有可能被打乱，这时要求目的节点或终端 负责将分组重新排序、组装为报文。 （2）虚（逻辑）电路传输分组交换 虚电路传输分组交换要求在发送某一群分组前，建立一条双方终端间的虚电路。一旦虚 电路建立后，属同一数据报的所有分组均沿这条虚电路传输，通信结束后拆除该虚电路。通 过拨号建立的虚电路称为交换型虚电路（SVC）；固定连接的虚电路则称为永久型虚电路 （PVC）。 虚电路传输分组交换类似电路交换，虚电路传输分组交换通过节点交换机将一段段虚链 路连接起来形成一条收发终端间的虚电路。虚电路的“虚”字意味着只有传送分组时才占有物 理电路，不传时则让给别的用户使用。这样在一条物理电路上用统计复用方式可同时建立若 干条虚电路，提高了线路的利用率。 电路交换与虚电路交换十分相似，都需要在通信前建立一条端到端的物理电路或虚电 路，结束通信后拆除这条电路，这种交换方式称为面向连接的交换方式。面向连接的交换方 式往往需要在相关连的一群分组头上附加一个标记，节点设备根据该标记进行交换接续。 在报文交换与报文传输分组交换中，交换途经的每个节点需要根据数据报或分组的目的地址 重新寻找最佳路由，通信双方在端对端之间并不存在物理或逻辑上的连接。因此也常将报文 交换和报文传输分组交换称为面向非连接的交换方式。为了与面向连接的节点交换设备相区 别，一般将面向无连接的节点设备称为路由器。 1.3 基于 OSI 参考模型的分层交换机 根据国际标准化组织（ISO）提出了开放系统互联参考模型（OSI-RM）。OSI 的下四层 （物理层、链路层、网络层和传输层）为通信层。通信层可根据层间通信协议进行计算机子 网间的连接。从交换就是选路与连接的概念引出了 1～4 层交换的新概念。 （1）一层、二层交换机 OSI 参考模型的第一层为物理层。该层建立在通信物理媒体上，故能够提供物理连接的 交换机应为一层交换机，传统的电路交换属一层交换范畴。 OSI 参考模型的第二层为链路层。第二层的链路是建立在第一层物理电路基础上的逻辑 链路，故按照链路层通信协议提供逻辑（虚）电路连接的交换机为二层交换机。建立在物理 （MAC）地址基础上面向连接的分组交换属第二层交换范畴。二层交换机包括 X.25、帧中 继、以太网、ATM