交换机基本原理和转发流程总结浅析.doc

PAGE  PAGE 10 交换机基本原理和转发流程总结 关键词： 以太网集线器Ethernet HUB 交换机Switch 虚拟局域网 VLAN 路由器 Router 路由表 Route Table 地址解析协议 ARP ARP表 ARP Table MAC表 FIB Table 三层硬件转发表 IP fdb Table 计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连连接而成。如果几个计算机网络只是在物理上连接在一起，它们之间并不能进行通信，那么这种“互连”并没有什么实际意义。因此通常在谈到“互连”时，就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进行通信的，也就是说，从功能上和逻辑上看，这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，或称为互联网络，也可简称为互联网、互连网。下面将从互联网的渐进历程逐一阐述各种设备的工作原理： 1、Ethernet HUB Ethernet HUB的中文名称叫做以太网集线器，其基本工作原理是广播技术（broadcast），也就是HUB从任何一个端口收到一个以太网数据帧后，它都将此以太网数据帧广播到其它所有端口，HUB不记忆哪一个MAC地址挂在哪一个端口——这里所说的广播是指HUB将该以太网数据帧发送到所有其它端口，并不是指HUB将该报文改变为广播报文。 以太网数据帧中含有源MAC地址和目的MAC地址，对于与数据帧中目的MAC地址相同的计算机执行该报文中所要求的动作；对于目的MAC地址不存在或没有响应等情况，HUB既不知道也不处理，只负责转发。HUB工作原理： ① HUB从某一端口A收到的报文将发送到所有端口； ② 报文为非广播报文时，仅与报文的目的MAC地址相同的端口响应用户A； ③ 报文为广播报文时，所有用户都响应用户A。 随着网络应用不断丰富，网络结构日渐复杂，导致传统的以太网连接设备HUB已经越来越不能满足网络规划和系统集成的需要，它的缺陷主要表现在以下两个方面： ① 冲突严重——HUB对所连接的局域网只作信号的中继，所有物理设备构成了一个冲突域； ② 广播泛滥。 2、二层交换技术 二层交换机的出现能够在一定程度上解决HUB存在的缺陷——主要是冲突严重的问题，其与HUB的区别从大的方面来看可以分为以下三点： ① 从OSI体系结构来看，HUB属于OSI模型的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。也就意味着HUB只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对数据传输中的短帧、碎片等无法进行有效的处理，不能保证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形，而且可以过滤短帧、碎片等。 ② 从工作方式来看，HUB是一种广播模式，当HUB的某个端口工作的时候，其他所有端口都能够收听到信息，容易产生广播风暴，当网络较大时网络性能会受到很大的影响；而当交换机工作的时候，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，因此交换机就能够隔离冲突域，并在一定程度上抑制广播风暴。 ③ 从带宽来看，HUB不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有二个端口传送数据，其他端口只能等待，同时HUB只能工作在半双工模式下（半双工模式——在通道中同时只能沿着一个方向传输数据）；而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当二个端口工作时并不影响其他端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下而且可以工作在全双工模式下（全双工模式——在通道中同时双向数据传输的能力）。 二层交换技术的工作原理：由于二层交换技术是在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层进行操作的，因此交换机对数据报文的转发是建立在MAC（Media Access Control ）地址--物理地址基础之上的，对于IP 网络协议来说，它是透明的，即交换机在转发数据报文时，无须知道信源机和信宿机的IP 地址，只需知其物理地址（MAC 地址）即可。交换机在工作过程当中会不断的检测报文的源和目的MAC地址来建立MAC地址表，这个表说明了某个MAC 地址是在哪个端口上被发现的。这样当交换机收到一个报文时，它便会看一下该数据报文的目的MAC 地址，核对一下自己的MAC地址表以确认应该从哪个端口把数据报文发出去；但若交换机收到的报文在目的MAC地址不能在地址表中找到时，交换机会把IP 报文广播出去——这正是二层交换机的弱点所在。 二层交换机的报文转发涉及到两个关键的线程： 学习线程： ①交换机接收网段上的所有数据帧，利用接收数据帧的源MAC地址建立MAC地址表； ②端口移动机制：交换机如果发现一个报文的入端口和报文中源MAC地址的所在端口不同，就产生端口移动，将MAC地址学习到新的端口； ③地址老化机制：如果交换机在很长一段时间内没有收到主机发出的报文，