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第四章 交换式局域网络 主要内容 交换的基本概念 从信源发出的信息通过中间节点逐一进行传送，直至到达信宿，这个过程我们把它称作交换，常用的交换方式是电路交换、报文交换和分组交换。 传统的局域网技术是建立在“共享介质”的基础上，网中所有结点共享一条公共通信传输介质，典型的介质访问控制方式是CSMA/CD、Token Ring、Token Bus。介质访问控制方式用来保证每个结点都能够“公平”的使用公共传输介质。基于这样的机制，每个节点获得的带宽是有限的，人们提出了三种方案提高每个节点的带宽： 提升网络自身的数据率； 将一个大规模的共享网络分段，然后互联； 将共享网络变成交换式网络。 从共享到交换的以太网络 在10Base-T的以太网中，如果网中有N个结点，那么每个结点平均能分到的带宽为10Mbps/N。显然，当局域网的规模不断的扩大，结点数N不断增加时，每个结点平均能分到的带宽将越来越少。因为Ethernet的N个结点共享一条10Mbps的公共通信信道，所以当网络结点数N增大、网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率急剧下降，网络传输延迟增长，网络服务质量下降。 交换式以太网：交换以太网是指以数据链路层的帧为数据交换单位，以以太网交换机为基础构成的网络，它最主要的重要就是隔离冲突域。所以从根本上解决了共享以太网所带来的问题。 交换局域网初步 交换局域网的特点如下： 允许多对站点同时通信，每个站点可以独占传输通道和带宽。 灵活的接口速率。 增强了网络可扩充性和延展性，包括传输距离和网络带宽。 易于管理、便于调整网络负载的分布，有效地利用网络带宽。 交换以太网与以太网、快速以太网完全兼容，它们能够实现无缝连接。 可互连不同标准的局域网。 交换局域网的核心设备是局域网交换机，它可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。为了保护用户已有的投资，局域网交换机一般是针对某类局域网（例如802.3标准的Ethernet或802.5标准的Token Ring）设计的。典型的交换局域网是交换以太网（Switched Ethernet），它的核心部件是以太网交换机。 基本的第二层交换技术 为了实现交换机端口之间的多个并发连接，交换机需要维护一张“端口号/MAC地址映射表”，当交换机要转发数据帧时，它会根据该表来确定到底向那个端口转发而不是向所有的端口发送。 在交换网络中，通常设计为有冗余链路和设备，这样就避免因单点故障而导致整个网络的瘫痪，但如不加以控制，网络上就会出现环路，导致问题的出现，所以出现了生成树协议。 以太网交换机的帧转发方式 直接交换方式 在直接交换（Cut Through）方式中，交换机只要接收并检测到目的地址字段，立即将该帧转发出去，而不管这一帧是否出错。帧出错检测任务由主机完成。这种交换方式的优点是交换延迟时间短，但它缺乏差错检测能力，不支持不同输入/输出速率的端口之间的帧转发。 存储转发方式 在存储转发（Store and Forward）方式中，交换机首先完整的接收发送帧，并先进行差错检测。如果接收帧是正确的，则根据帧目的地址确定输出端口号，然后再转发出去。这种交换方式的优点是具有帧差错检测能力，并能支持不同输入/输出速率的端口之间的帧转发，缺点是交换延迟时间将会增长。 改进直接交换方式 改进的直接交换方式则将直接交换方式和存储转发方式结合起来，它在接收到帧的前64字节后，判断帧的帧头字段是否正确，如果正确则转发出去。这种方法对于短的帧来说，其交换延迟时间与直接交换方式比较接近；对于长的帧来说，由于它只对帧的地址字段与控制字段进行差错检测，因此延迟时间将会减少。 生成树协议 生成树协议（STP）是为克服冗余网络中透明桥接的问题而创建的，其目的是通过协商一条到根网桥的无环路路径来避免和消除网络中的环路，它通过判断网络中存在环路的地方并阻断冗余链路来实现这个目的。 生成树算法工作过程 从网桥组选出一个网桥作为根网桥 计算每个接口到该网桥的距离 为网络中的每个网段选举一个指派网桥 选举一个到根网桥距离最近的端口作为根端口 选举根端口和任何选举为指派网桥的端口，设置它们可以转发，忽略其他所有端口的输入数据。 多层交换技术 第三层交换也称多层交换技术或IP交换技术，是相对于传统交换概念提出的。 其工作原理如下：假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行第二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP（地址解析）封包，而“缺省网关”的IP地址其实是第三层交换机的第三层交换模块。当发送站A对“缺省网关”的IP