[理学]第5章 交换与虚拟局域网.ppt

计算机网络技术与基础实训 学习要点 了解交换式以太网的特点 掌握以太网交换机的工作过程和数据传输方式 掌握以太网交换机的通信过滤、地址学习和生成树协议 掌握VLAN的组网方法和特点 5.1 交换式以太网的提出 1．共享式以太网存在的主要问题 覆盖的地理范围有限。 网络总带宽容量固定。 不能支持多种速率。 2．交换的提出 利用“分段”的方法解决共享式以太网存在的问题。 段与段之间通过一种“交换”设备进行沟通。这种交换设备可以将在一段接收到的信息，经过简单的处理转发给另一段。 5.2 以太网交换机的工作原理 典型的局域网交换机是以太网交换机。以太网交换机可以通过交换机端口之间的多个并发连续，实现多节点之间数据的并发传输。这种并发数据传输方式与共享式以太网在某一时刻只允许一个节点占用共享信道的方式完全不同。 5.2 以太网交换机的工作原理 1．交换机的功能 交换机是一种智能设备，交换机工作在物理层和MAC子层。交换机遵循着网桥的工作原理。 交换机通过细分网段，提高了网络的带宽；通过在网段间发帧，又可以扩大以太网的范围。有时称交换机（或网桥）为物理层与MAC子层的网络互连设备。所以说，交换机是一种真正意义上的以太网连接设备。 利用交换机，可以组成各种局域网。 5.2 以太网交换机的工作原理 2．交换机的工作原理 （1）交换机的基本原理:多端口网桥。 （2）交换机的组成原理 组成主要包括控制逻辑，交换机构和输入/输出端口。 （3）交换机构的实现 由普通的CPU运行软件，对存储在存储器中的帧进行处理的方式 由VLSI芯片构成交换矩阵，用专用的ASIC芯片进行控制的方式 采用共享型存储器结构，适于制作厢体型交换机的交换模块 （4）交换机的结构（一般类似于PC机 ） （5）交换机的交换方式 存储转发交换方式。 穿通交换方式。 碎片丢弃交换方式。 5.2 以太网交换机的工作原理 3．交换机分类 （1）按照交换机的速率分类，基本上可以分为10Mbps、10M/100Mbps自适应和1Gbps交换机。 （2）按照可扩性分类，可以分为单体交换机和可堆叠交换机。 （3）按照端口可扩展性分，可以分为固定端口交换机、可扩展端口交换机和厢体模块式交换机。 （4）按照交换机所处的地位可以分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机。 5.2 以太网交换机的工作原理 4．三层交换机 三层交换的基本思想是使交换机具有路由功能，这样的交换机称为路由交换机。 从另一个角度考虑，也可以使路由器具有交换功能，这样的路由器称为交换路由器，又称为标记交换路由器。标记交换机路由器对进入的IP分组（第3层）进行分析，可以分为两类。一类是短信息流，可以在路由器转发到下一个路由器。另一类是长信息流，长信息流都是到同一目的地的分组，对这样的分组打上一个标记，然后根据帧的MAC地址，形成一个转发表，按照标记在第二层进行交换。 实现三层交换有多种方式，包括标记交换、IP交换、IP导航等，但基本思想都是相似的，人们把用三层交换技术实现交换功能的交换机称为三层交换机。 5.3 以太网交换机的工作过程 以太网交换机的工作过程 5.3 以太网交换机的工作过程 5.3.1 数据转发方式 1 ．直接交换 在直接交换方式中，交换机边接收边检测。一旦检测到目的地址字段，就立即将该数据转发出去，而不管数据是否出错，出错检测任务由节点主机完成。 2．存储转发交换 在存储转发方式，交换机首先要完整的接收站点发送的数据，并对数据进行差错检测。如接收数据是正确的，再根据目的地址确定输出端口号，将数据转发出去。 3．改进的直接交换 改进的直接交换方式将直接交换与存储转发交换结合起来，在接收到数据的前64字节之后，判断数据的头部字段是否正确，如果正确则转发出去。 5.3 以太网交换机的工作过程 5.3.2 地址学习 通常，以太网交换机利用“地址学习”法来动态建立和维护端口/MAC地址映射表。 以太网交换机的地址学习是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口进行的。当得到MAC地址与端口的对应关系后，交换机就将该对应关系添加到地址映射表；如果已经存在，交换机将更新该表项。因此，在以太网交换机中，地址是动态学习的。只要这个节点发送信息交换机就能捕获到它的MAC地址与其所在端口的对应关系。 在每次添加或更新地址映射表的表项时，添加或更改的表项被赋予一个计时器。这使得该端口与MAC地址的对应关系，该表项将被交换机删除。通过移走过时的或老的表项，交换机维护了一个精确且有用的地址映射表。 5.3 以太网交换机的工作过程 5.3.3 通信过滤 交换机建立起端口/MAC地址映射表之后，它就可以对通过的信息进行过滤了。以太网交换机在地址学习的同时还检查每个帧，并基于帧中的