第九讲 交换式以太网与IP路由器技术
关于路由器和交换机接入方式的比较
关于路由器和交换机接入方式的比较路由器和交换机是计算机网络中常见的两种设备，它们在网络中起着不同的作用。
在网络中，路由器和交换机的接入方式是不同的，这决定了它们在网络中的具体应用场景。
本文将从接入方式的角度，对路由器和交换机进行比较，帮助读者更好地理解这两种设备的区别和应用场景。
一、路由器的接入方式1.1 静态路由静态路由是指网络管理员手动配置的路由表项，它将目的地址映射到下一跳路由器或直接的目的网络，以确定数据包的传输路径。
静态路由配置简单、易于维护，对CPU和内存要求低，适用于小型网络环境。
但是静态路由的缺点是不具备故障自动切换的功能，需要手动更新路由表项，不适用于大型复杂网络。
动态路由是指路由器通过路由协议自动学习和更新路由表项，以实现自适应路由选择。
常见的动态路由协议包括RIP、OSPF、EIGRP、BGP等。
动态路由可以根据网络拓扑和流量情况自动选择最佳路径，具有故障自动切换和负载平衡的功能，适用于中大型网络环境。
但是动态路由对CPU和内存要求较高，配置和维护相对复杂。
默认路由是指当路由表中没有匹配的路由项时，路由器将数据包转发到预先配置的默认下一跳路由器。
默认路由可以简化路由表配置，减少内存占用，并且方便了对网络的控制和管理。
但是默认路由需要谨慎配置，容易导致数据包的传输出现问题。
二、交换机的接入方式2.1 学习型交换学习型交换是指交换机通过学习网络中节点的MAC地址，建立MAC地址表，实现数据包的转发。
当交换机接收到数据包时，会记录发送端的MAC地址和接口的对应关系，并根据目的MAC地址在MAC地址表中查找相应的出口接口，从而实现目的地址的转发。
学习型交换适用于小型局域网环境，对网络拓扑要求简单，但是容易产生严重的广播风暴问题。
网络型交换是指交换机通过VLAN划分不同的虚拟网络，实现不同VLAN间的隔离和通信。
网络型交换可以提高网络的安全性和管理性，并且支持跨网段的数据转发，适用于复杂的企业网络环境。
交换式以太网工作原理
交换式以太网工作原理
交换式以太网是一种广泛应用于计算机网络中的局域网技术。
它的工作原理是基于数据包交换和MAC地址的。
下面是交换
式以太网的工作过程：
1. 数据包传输：当一台计算机发送数据时，数据被分成较小的数据包，并添加上目的MAC地址和源MAC地址信息。
2. 交换机的接收：交换机接收到数据包后，会检查数据包的目的MAC地址。
3. 寻址表：交换机维护一个寻址表，记录着网络中各个设备的MAC地址和对应的接口。
4. 学习过程：当交换机接收到一个数据包时，它会查找寻址表，以确定目的MAC地址所对应的接口。
如果目的MAC地址不
在寻址表中，交换机会将数据包发送到所有的接口（广播）。
5. 数据包转发：交换机根据目的MAC地址将数据包转发到正
确的接口上，并学习到数据包的源MAC地址和对应的接口。
6. 冲突域分割：由于交换式以太网采用全双工通信，交换机将每个接口分割成一个独立的冲突域，因此可以同时进行数据的发送和接收，避免了数据冲突。
7. 数据包交换：交换机根据接收到的数据包的目的MAC地址，将数据包转发到目标设备，而不会广播到整个网络。
总的来说，交换式以太网通过学习MAC地址和使用交换机进行数据包转发，实现了高效的数据传输和冲突域分割，提高了网络性能和可靠性。
交换机和路由器工作原理
交换机和路由器工作原理交换机和路由器是计算机网络中常用的两种设备，它们在网络通信中起着重要作用。
本文将分别介绍交换机和路由器的工作原理。
一、交换机的工作原理交换机是一种用于局域网的设备，它通过MAC地址进行数据包的转发。
当一台计算机发送数据包时，交换机会根据数据包中的目标MAC地址，将数据包转发到目标MAC地址所对应的端口上。
交换机在转发数据包时，会记录下源MAC地址与对应的端口，以便下次转发时能够快速找到目标端口。
交换机的工作原理可以分为两个阶段：学习阶段和转发阶段。
1. 学习阶段：当交换机收到一个数据包时，它会提取出数据包中的源MAC地址，并将该地址与接收到数据包的端口绑定起来。
如果交换机之前没有接收过该源MAC地址，则会将该地址与接收到数据包的端口绑定起来。
通过这种方式，交换机逐渐学习到网络中各个设备的MAC地址与端口的对应关系。
2. 转发阶段：当交换机收到一个数据包时，它会查找数据包中的目标MAC地址所对应的端口，并将数据包转发到该端口上。
如果交换机之前没有接收到过目标MAC地址，则会将数据包广播到所有端口上。
当目标设备回复数据包时，交换机会将源MAC地址与对应端口的绑定关系更新。
这样，交换机在转发数据包时就能够根据学习到的MAC地址与端口的对应关系，快速找到目标端口，实现数据包的高效转发。
二、路由器的工作原理路由器是一种用于连接不同网络的设备，它通过IP地址进行数据包的转发。
当一台计算机发送数据包时，路由器会根据数据包中的目标IP地址，将数据包转发到目标IP地址所在的网络。
路由器的工作原理可以分为三个阶段：接收阶段、转发阶段和发送阶段。
1. 接收阶段：当路由器接收到一个数据包时，它会提取出数据包中的目标IP地址，并查找路由表来确定数据包的下一跳。
路由表是路由器内部存储的一张表格，记录了各个网络的IP地址和对应的下一跳。
通过查找路由表，路由器可以确定数据包的下一跳地址。
2. 转发阶段：在转发阶段，路由器根据路由表确定数据包的下一跳地址，并将数据包转发到相应的接口上。
路由和交换技术
路由和交换技术路由（Routing）和交换（Switching）技术是计算机网络中最基础和重要的技术之一，它们对于网络的性能和效率有着至关重要的影响。
本文将对路由和交换技术的基本概念、分类以及应用进行简单介绍。
一、路由技术路由技术是指在网络中选择最佳路径将数据包从源节点传输到目的节点的方法。
在互联网中，路由器是实现路由技术的核心设备。
路由器通过学习路由表和协议来决定最佳路径，并将数据包转发到下一个节点。
路由器的主要功能是转发数据包，保证网络中各个节点之间的通信。
路由技术可以分为静态路由和动态路由。
静态路由是由网络管理员手动配置的路由，其优点是稳定可靠，但需要耗费大量的时间和精力来配置。
动态路由是由路由器自动学习和更新的路由，其优点是配置简单，而且能够根据网络拓扑的变化自动调整路由。
二、交换技术交换技术是指在网络中将数据包从一个节点传输到另一个节点的方法。
交换技术有两种主要的实现方式：电路交换和分组交换。
电路交换是在建立连接之后，一直占用网络资源进行传输，直到连接中断。
电路交换的优点是传输效率高，但缺点是连接一旦建立，不能被其他节点使用，造成资源浪费。
分组交换是将数据包拆分成一定大小的数据块，每个数据块都带有目的地址和源地址信息，然后以不同的路径传输到目的节点。
分组交换的优点是能够充分利用网络资源，但缺点是传输延迟较大。
交换技术可以分为三种：电路交换、分组交换和消息交换。
电路交换是在建立连接后一直占用网络资源进行传输；分组交换是将数据包拆分成一定大小的数据块，每个数据块都带有目的地址和源地址信息，然后以不同的路径传输到目的节点；消息交换是将数据分成一些短小的包（消息），每个包都独立传输，不需要建立连接。
消息交换的优点是传输延迟小，但缺点是传输效率低。
三、路由和交换技术的应用路由和交换技术在计算机网络中应用广泛，例如在互联网、局域网、广域网等网络中都有广泛的应用。
在互联网中，路由器和交换机是网络中最重要的设备之一，它们保证了数据的快速传输和网络的稳定性。
交换机和路由器工作原理
交换机和路由器工作原理一、交换机的工作原理交换机是计算机网络中的一种设备，主要用于在局域网中传输数据。
它的工作原理是通过学习和转发数据帧来实现数据的传输和交换。
1. 数据帧的传输交换机通过物理接口与计算机连接，接收到计算机发送的数据帧后，会根据数据帧中的目的MAC地址进行转发。
它会在内部的转发表中查找目的MAC地址对应的接口，然后将数据帧发送到相应的接口，从而实现数据的传输。
2. 学习和转发交换机在转发数据帧的同时，会学习到源MAC地址和对应的接口信息，并将其存储在转发表中。
当接收到新的数据帧时，交换机会先查找转发表，如果找到了目的MAC地址对应的接口，就直接转发到相应的接口；如果没有找到，则会广播到所有的接口。
通过这种学习和转发的方式，交换机可以动态地更新转发表，从而提高数据传输的效率。
3. 广播和多播除了点对点的数据传输外，交换机还支持广播和多播。
当交换机接收到广播或多播数据帧时，会广播到所有的接口，从而使所有的计算机都能接收到相应的数据。
二、路由器的工作原理路由器是计算机网络中的一种设备，主要用于在不同网络之间传输数据。
它的工作原理是通过路由选择算法来确定数据的最佳传输路径，从而实现数据的路由和转发。
1. 路由选择路由器通过学习网络拓扑和路由信息来确定数据的传输路径。
它会维护一个路由表，记录了不同网络之间的连接关系和最佳路径。
当接收到数据包时，路由器会根据目的IP地址查询路由表，找到下一跳的地址，并将数据包发送到相应的接口。
2. 路由协议为了实现路由选择，路由器需要使用路由协议来交换路由信息。
常用的路由协议有RIP、OSPF和BGP等。
这些协议可以根据网络的拓扑和链路状态进行动态调整，从而实现最优路径的选择。
3. 网络分割和连接路由器可以将不同网络进行分割和连接。
当接收到数据包时，路由器会根据目的IP地址的网络前缀将数据包转发到相应的网络。
同时，路由器还可以将多个网络连接起来，实现不同网络之间的通信。
交换式以太网
目录
ntents
1 交换式以太网简介
2 交换式以太网数据转发方式
3 数据转发方式分类
学习目标
了解交换式以太网组网特点 掌握交换式以太网转发方式
交换式以太网简介
• 用交换机所连接的以太网
PC A
二层交换机
PC B
PC C
PC D
• 特点：
• 终端用户独占端口带宽 • 单播报文采用单播形式发送 • 广播及未知单播报文采用广播形式发送 • 在某一时刻允许多个用户同时传输数据
E1
E3
PC D
• 张三 15189000001 • 端口E0 A31112231423
4
数据转发方式分类
• 存储转发
交换机先将数据整个数据帧收下，检错之后再根据MAC地址转发
交换机之所以同时进行数据转发，其中重要的 一个方面是其具有很宽的总线带宽，如果有N个 端口，每个端口带宽为M，则交换机总线的带宽 为N×M，可以避免冲突的产生。
64字节
数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢
7
5
缓冲区
交换机
存储转发方式
数据转发方式分类 • 直通式
• 在输入端口检测到一个数据包后，只检查其包头，取出目的地址，通过内部的地址表确定相 应的输出端口，然后把数据包转发到输出端口
• 只检查数据帧的帧头，大大提高了转发速率
6
数据转发方式分类 • 无碎片直通式
• 是介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案，它检查数据包的长度是否够64 Bytes（512bit） 如果小于64 Bytes，说明该包是碎片（即在信息发送过程中由于冲突而产生的残缺不全的帧）， 则丢弃该包，如果大于64 Bytes，则发送该包。
交换机与路由器的原理
交换机（Switch）的原理：
1.MAC地址学习：交换机通过监听网络中的数据包，学习每个设备的MAC地址与其所在的接口之间的对应关系，并建立一个MAC 地址表。
2.数据转发：当交换机接收到数据包时，它会查找目标MAC地址表，并将数据包仅转发到与目标MAC地址相关的接口，从而实现局域网内部的快速数据传输。
3.广播和组播：当交换机接收到广播或组播数据包时，它会将数据包转发到所有的接口，使得广播或组播可以在整个局域网内传播。
路由器（Router）的原理：
1.IP地址转发：路由器通过学习网络拓扑和配置路由表来确定不同网络之间的最佳路径。
它使用IP地址来转发数据包。
2.路由选择协议：路由器使用路由选择协议（如OSPF、BGP等）来交换路由信息，更新路由表，并选择最佳的路径来转发数据包。
3.数据包转发：当路由器接收到数据包时，它会检查目标IP地址，并根据路由表确定下一跳的路径，然后将数据包转发到相应的接口。
总结：交换机主要用于在局域网内部实现快速数据传输，它基于MAC地址进行数据转发；而路由器主要用于在不同网络之间实现数据的转发和路由选择，它基于IP地址进行数据转发。
交换机在局域网内部提供高速、低延迟的数据传输，而路由器在整个网络中起到连接不同子网的作用，实现网络的互通。
路由交换技术基础知识
路由交换技术基础知识路由交换技术是现代计算机网络中的重要概念，它是实现网络连接和数据传输的关键。
在本文中，我们将介绍路由交换技术的基础知识，包括路由器、交换机、路由表以及路由选择算法等内容。
一、路由器的概念和功能路由器是计算机网络中的一种设备，主要用于实现数据的转发和传输。
它通过查找目标地址并根据路由表进行转发选择，将数据包从源地址传输到目标地址。
路由器在网络中起到了连接各个子网和传输数据的关键作用。
除了传输数据包的功能，路由器还具有一些其他的功能，比如网络地址转换（NAT）、QoS（Quality of Service）等。
通过网络地址转换，路由器可以将内部网络的私有IP地址转换为公网IP地址，实现内部网络和外部网络的连接。
QoS功能可以根据网络连接的需求，为不同的数据流分配带宽和优先级，保证网络服务的质量。
二、交换机的概念和功能交换机是计算机网络中的另一种设备，用于实现局域网内部的数据交换。
它可以根据MAC地址识别数据包的目标设备，并将数据包仅转发到目标设备所在的端口，从而实现数据的高效传输。
交换机具有避免网络冲突、提高网络性能、实现安全隔离等功能。
通过避免网络冲突，交换机可以避免数据包在网络中的碰撞，提高数据传输的效率。
通过提高网络性能，交换机可以提供更高的数据传输速率和带宽，满足用户对网络性能的需求。
通过实现安全隔离，交换机可以将网络分割成多个虚拟局域网（VLAN），实现不同网络之间的隔离和安全控制。
三、路由表的概念和作用路由表是路由器中的一种数据结构，用于存储路由器所知道的网络之间的连接关系。
每个路由表条目包含了目标网络的网络地址、下一跳路由器的IP地址以及用于选择下一跳路由器的路由选择算法。
路由表的作用是指导路由器在传输数据时选择最佳路径。
路由器通过查找目标地址，并根据路由表中的信息进行转发选择，将数据包沿着最佳路径传输到目标地址所在的网络。
路由表的更新是由路由选择协议来完成的，路由选择协议可以根据网络拓扑的变化动态地更新路由表信息。
路由和交换技术
路由和交换技术路由和交换技术是网络通信中至关重要的两个概念。
路由技术是指一种从源网络地址到目的网络地址的转发过程，而交换技术则是一种在网络中传输数据的方式。
两者结合起来，可以实现高效的网络通信。
在网络中，路由技术的主要作用是确定数据包的最佳路径。
这个路径是通过路由器之间的交互来确定的。
路由器是一种专门用于转发数据包的设备，它可以根据目的地址来选择合适的路径。
路由器之间的交互是通过路由协议来实现的，常见的路由协议有RIP、OSPF、BGP等。
这些协议可以根据不同的网络拓扑结构和需求来选择最佳路径。
交换技术则是一种在网络中传输数据的方式。
交换技术可以分为电路交换和分组交换两种。
电路交换是指在通信开始前，建立一条专用的物理路径，数据沿着这条路径传输，传输结束后撤销这条路径。
电路交换的优点是传输速度快，但是缺点是容易出现拥塞。
分组交换则是将数据划分为一些较小的数据包，每个数据包独立传输，传输完成后再组合成完整的数据。
分组交换的优点是灵活性强，可以更好地适应网络环境的变化。
除了路由和交换技术，网络中还有一些其他的技术和协议。
其中比较重要的是TCP/IP协议。
TCP/IP协议是互联网的基础协议，它包括IP协议和TCP协议。
IP协议负责网络层的传输，而TCP协议负责传输控制。
TCP/IP协议可以实现可靠的数据传输，以及网络包的路由选择。
总的来说，路由和交换技术是网络通信中不可或缺的两个概念。
通过这些技术和协议的结合，可以实现高效的网络通信和数据传输。
在未来，随着网络的不断发展和变化，这些技术和协议也会不断地更新和改进，以适应不同的网络需求和环境。
交换机和路由器最本质的区别
交换机和路由器最本质的区别交换机（Switch）和路由器（Router）是计算机网络中两种常见的网络设备。
尽管它们在外观和功能上有很多相似之处，但它们的工作原理和主要功能之间存在着一些本质的区别。
在本文中，我们将探讨交换机和路由器最本质的区别。
交换机的本质交换机是一种用于构建局域网（LAN）的网络设备。
它的主要功能是根据硬件地址（MAC地址）来转发数据帧。
当交换机接收到一个数据帧时，它会检查帧中的目标MAC地址，并将其转发到适当的目标端口。
这种转发方式被称为硬件转发，因为它通过硬件自带的交换芯片来实现，速度非常快。
交换机在局域网内的各个主机之间提供了高速、可靠的数据传输。
路由器的本质路由器是一种网络设备，它主要用于连接不同的网络（如局域网与广域网）。
路由器的主要功能是根据网络层地址（IP地址）来转发数据包。
当路由器接收到一个数据包时，它会检查包中的目标IP地址，并根据路由表决定将数据包发送到哪个接口。
这种转发方式被称为软件转发，因为它需要进行一系列的软件处理来确定数据包的转发路径。
相比之下，路由器的转发速度通常比交换机慢一些。
主要区别1.转发方式不同: 交换机通过硬件转发数据帧，而路由器通过软件转发数据包。
这导致了交换机的转发速度通常比路由器更快。
2.功能不同: 交换机主要用于构建局域网，提供高速、可靠的数据传输；而路由器主要用于连接不同的网络，通过路由表决定数据包的转发路径。
3.网络层级不同: 交换机在数据链路层工作，根据MAC地址转发数据帧；而路由器在网络层工作，根据IP地址转发数据包。
4.广播传播范围不同: 交换机只会将数据帧转发到目标端口，不会进行广播；而路由器可以将数据包发送到多个网络，支持广播和多播功能。
总结交换机和路由器是计算机网络中两种主要的网络设备。
交换机主要用于构建局域网，以高速、可靠的方式在局域网内传输数据帧；而路由器主要用于连接不同的网络，通过路由表决定数据包的转发路径。
计算机网络路由与交换技术
计算机网络路由与交换技术计算机网络路由与交换技术是现代网络通信中至关重要的一部分。
它们在数据传输、网络连接和通信效率方面起着重要的作用。
本文将深入探讨计算机网络路由与交换技术的原理、应用和发展。
一、计算机网络路由技术计算机网络路由技术是一种通过选择最优路径将数据从源头传输到目的地的过程。
路由器是路由技术的核心设备，它能够根据预先设定的策略和路由表，自动选择合适的路径将数据包转发到下一跳或目的地。
1.1 路由算法路由算法是决定数据包传输路径的关键。
常见的路由算法包括最短路径优先、距离矢量、链路状态和路径向量等。
这些算法通过网络拓扑和链路状况来评估不同路径的优劣，选择最佳路径进行数据转发。
1.2 路由协议路由协议是路由器之间进行信息交流和数据同步的协议。
常见的路由协议有RIP、OSPF和BGP等。
这些协议通过建立邻居关系、交换路由信息和更新路由表等方式，实现整个网络中路由器之间的协同工作。
二、计算机网络交换技术计算机网络交换技术是指在网络中将数据包从一个节点转发到另一个节点的过程。
交换机是交换技术的核心设备，它能够根据帧头信息判断数据包的目的地，并且在网络中选择适当的路径进行转发。
2.1 数据链路层交换数据链路层交换是在二层进行的交换技术，常见的交换方式有以太网交换和虚拟局域网（VLAN）交换。
以太网交换通过学习目的MAC地址来建立交换表，实现对目标设备的直接转发。
VLAN交换则通过将局域网划分为不同的虚拟网络，提高网络的安全性和灵活性。
2.2 网络层交换网络层交换是在三层进行的交换技术，常见的交换方式有IP交换和多协议标签交换（MPLS）。
IP交换根据目的IP地址进行路由选择，实现对不同网络之间的转发。
MPLS通过在数据包上添加标签来进行流量工程和路径控制，提高网络的负载均衡和服务质量。
三、路由与交换技术的应用路由与交换技术在现代网络中应用广泛，为优化网络性能、提高通信效率和保障网络安全提供了重要支持。
全程图解交换机与路由器组网
全程图解交换机与路由器组网在网络组建中，交换机和路由器是不可或缺的两个设备。
交换机又称交换集线器，是局域网中实现网络通信的重要设备，而路由器则是互联网的门户，实现不同网络之间的通信和连接。
那么，如何使用交换机和路由器来组建稳定可靠的网络呢？下面我会提供一些实用的方案，带您全程图解交换机与路由器的组网方式。
前置知识在开始讲解组网方案之前，我们先需要了解一些前置知识。
IP地址IP地址是指互联网协议地址，用于在网络中唯一标识一个主机或者路由器。
每个IP地址由32位二进制数字表示，通常使用点分十进制表示法。
例如，192.168.1.1就是一个IP地址。
子网掩码子网掩码是一种用于划分网络的方式，用于确定IP地址的网络和主机部分。
一个IP地址和子网掩码的与运算可以得到该IP地址所在网络的地址。
子网掩码也是一个32位的二进制数字，通常使用点分十进制表示法。
网关网关是指连接不同网络的设备，通常是路由器。
当一台主机需要访问不在同一个网络内的地址时，需要通过网关来实现。
方案一：简单组网方式这是最简单的一种组网方式，适用于小范围的网络组网场景。
该方案使用一个交换机，连接所有主机，然后将路由器连接到交换机上，完成网络的组建。
下面是图示：主机A——\\主机B——|——交换机A ——路由器——互联网主机C——/在这个组网方案中，所有主机都直接连接到交换机上，实现了局域网内的互联。
而路由器则连接到交换机上，用于连接互联网。
需要注意的是，在路由器中需要进行NAT配置，将局域网内的IP地址转换成可以在互联网上访问的IP地址。
方案二：分级组网方式分级组网方式是一种逐层架构的组网方式。
该方案将网络分层，每一层使用不同的交换机进行连接。
下面是图示：互联网|路由器A|交换机B|路由器B|交换机C|主机A主机B主机C在这个组网方案中，网络分成了两个层级。
第一层级是局域网，使用交换机B 连接所有主机，可以实现局域网内的互联。
第二层级是连接互联网，使用路由器A 和路由器B进行连接，其中路由器B连接了交换机C，实现了与主机的连接。
《交换机与路由器》课件
04
交换机与路由器的配置
交换机配置基础
01 交换机基本操作：包括启动、关闭、重启 交换机等。
02 配置交换机的IP地址和子网掩码，以便于 管理。
03
配置交换机的登录密码，确保设备的安全 性。
04
配置交换机的VLAN，实现不同部门的隔离 和互访。
路由器配置基础
路由器基本操作：包括启动、 关闭、重启路由器等。
配置路由器的访问控制列 表（ACL），限制特定用 户的访问权限。
05
交换机与路由器的应用场景
企业网中的应用
企业网中，交换机主要用于连接内部 计算机，实现数据交换和共享，同时 保证网络安全。
路由器则用于连接企业网和外部网络 ，实现内外网络的互通，同时提供防 火墙和VPN等安全功能。
园区网中的应用
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路由器基本概念
路由器是一种网络设备，用于在 不同的网络之间转发数据包，实
现网络互联。
数据包转发过程
当一个数据包进入路由器，它会 根据路由表中的信息决定转发目 标，然后从相应的端口发送出去
。
路由表生成方式
路由表通常由静态路由和动态路 由组成，静态路由由管理员手动 配置，而动态路由通过路由协议
自动生成。
存储转发
交换机在接收到数据帧后，先存储在缓冲区中，再根据MAC地址表进行转发， 这种方式可以避免数据丢失，但转发速度较慢。
交换机分类与选型
按应用
接入交换机、汇聚交换机、核心 交换机。
按结构
固定配置交换机、模块化交换机。
按管理方式
可网管交换机、不可网管交换机。
03
路由器工作原理
路由器基本工作原理
《交换机与路由器》PPT课件
交换机和路由器的工作原理
交换机和路由器的工作原理一、交换机的工作原理交换机是计算机网络中常用的网络设备，用于在局域网内转发数据包。
它的主要功能是根据数据包中的目标MAC地址，将数据包从一个接口转发到另一个接口，实现局域网内的数据通信。
交换机的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. MAC地址学习：交换机通过监听网络中的数据包，学习到各个接口上连接的设备的MAC地址，并将其存储在一个地址表中。
这样，当交换机收到一个数据包时，就能根据目标MAC地址查找到对应的接口。
2. 数据转发：当交换机收到一个数据包时，会查找目标MAC地址在地址表中对应的接口。
如果找到了，就将数据包转发到该接口，否则就广播到所有接口。
这样，只有目标设备能够接收到数据包，避免了数据在局域网内的冲突和冗余。
3. 冲突检测与解决：交换机会监测到网络中的冲突情况，并根据冲突检测算法来解决冲突。
常见的冲突检测算法有CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）。
4. VLAN划分：交换机还可以根据需要将局域网划分成多个虚拟局域网（VLAN），实现不同VLAN之间的隔离和通信。
这样可以提高网络的安全性和管理灵活性。
总的来说，交换机通过学习MAC地址、转发数据包和解决冲突等机制，实现了局域网内的高效数据通信。
二、路由器的工作原理路由器是计算机网络中的一种网络设备，用于在不同网络之间转发数据包。
它的主要功能是根据数据包中的目标IP地址，将数据包从一个接口转发到另一个接口，实现不同网络之间的数据通信。
路由器的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. IP地址转发：路由器通过学习网络拓扑和配置路由表，将不同网络的IP地址与对应的接口关联起来。
当路由器收到一个数据包时，会根据目标IP地址在路由表中查找到对应的接口。
2. 路由选择：当路由器收到一个数据包时，可能存在多个路径可以到达目标网络。
路由器会根据路由选择算法，选择最优的路径来转发数据包。
常见的路由选择算法有距离矢量路由选择协议（Distance Vector Routing Protocol）和链路状态路由选择协议（Link State Routing Protocol）。
关于路由器和交换机接入方式的比较
关于路由器和交换机接入方式的比较路由器和交换机是网络中常见的两种设备，它们在网络结构中扮演着不同的角色。
路由器主要用于连接不同的网络，而交换机主要用于连接多台计算机或设备。
在实际应用中，路由器和交换机的接入方式之间存在一些差异。
下面将对它们的接入方式进行比较。
一、路由器的接入方式1.静态路由：静态路由是通过手动配置的方式将路由信息添加到路由表中。
通过静态路由，管理员可以手动指定数据包的转发路径。
这种方式适用于小型网络或网络结构稳定的场景。
2.动态路由：动态路由是通过协议的方式自动更新和维护路由表。
当网络的拓扑结构发生变化时，路由器会自动更新路由表，使数据包能够按照最优的路径进行转发。
常见的动态路由协议有RIP、OSPF和BGP等。
3.默认路由：默认路由是一种特殊的路由，用于指定当目的网络不在路由表中时的转发路径。
默认路由通常用于将数据包转发到互联网上的下一跳路由器。
二、交换机的接入方式1.集线器模式：集线器是一个简单的多口中继设备，将所有接收到的数据包广播给所有的端口。
在集线器模式下，所有的设备都共享带宽，造成网络拥堵。
2.广播模式：交换机在接收到数据包后，会将其记录在MAC地址表中，并根据目的MAC地址将数据包转发到相应的端口。
这种方式可以提高网络的传输效率。
3.混合模式：交换机可以同时支持集线器模式和广播模式。
它可以将数据包广播给所有的端口，也可以根据目的MAC地址进行转发。
这种方式既可以满足多机互通的需求，又可以提高网络的传输效率。
三、路由器和交换机接入方式的比较1.路由器的接入方式更加灵活，可以根据网络的需求进行灵活配置。
而交换机的接入方式比较固定，一般根据网络的拓扑结构进行配置。
2.路由器通过路由协议进行动态路由的更新，可以适应网络拓扑结构的变化。
而交换机的MAC地址表是静态的，需要手动配置。
3.路由器可以连接不同的网络，实现不同子网之间的通信。
而交换机主要用于连接多台计算机或设备。
4.路由器的转发决策是基于网络层的IP地址，而交换机的转发决策是基于数据链路层的MAC地址。
第9讲 IP网络与SAN
隧道中的主要概念就是封装并运载整个网络帧。
协议封装的概念很简单，但有很多细节。如，当帧A比帧B大 时，将A放入B中，就要将A以分段的方法分成多个较小的帧， 并在分段中加上序列号，以便在接收端在需要时能够正确组装成 原始帧。
2．寻址与命名
网络中相互之间要通信的实体需要严格和良好的定义方 法来正确识别正在通讯的系统。通常可以通过网络地址方案 来解决，其中也包含某种将数字网络地址映射为更直观的名 字服务。 将目的地址和源地址进行关联是隧道技术中的一个要先 解决的问题。这项关联可以从两个不同的网络技术中正确识 别网络实体。例如，FC与以太网/IP的地址方案不同，但隧 道方案需要在两种不同地址体系上提供透明和准确的I/O路 径。
流量控制机制极大地依赖于所使用的网络。光纤通道在链 路级和端到端的流量控制中都使用缓冲区信卡的方式。千兆以 太网有一个链路级的流量控制机制，以防止链路的过度负载。 TCP协议使用“滑动窗口”机制的流量控制以动态分配网络传 输中的缓冲区大小，并调整包的大小。
以太网/TCP/IP存储网络通道
1. SCSI 隧道
在存储隧道的设计中，需要考虑的主要问题： • 用何种方式对穿越网络的数据进行封装； • 传输数据的寻址、命名和路由方法； • 差错恢复和流量控制策略，及其实现方法。
1．封装
对于数据传输，不同的网络技术有不同的方式和结构。但 我们可以把网络数据先放到“协议集装箱”中，再通过不同 的网络来传输。这种“协议集装箱”作为基本的传输数据单 元在光纤通道和以太网的传输中称为‘帧’ 。标准文档将这 些传输段统称为“协议数据单元”，简称PDU,也可称为帧。
FC-BBW提供点到点的设施，让光纤通道帧通过特定类型的端口进 行传输，这类端口称为B端口。流量从B端口进入FC-BBW网关，然后透明 的传输到另一个SAN。实际上，B端口在ATM和SONET网络上提供交换机 到交换机的连接。在ATM网络上传输光纤通道流量有一些困难。问题的根 源在于ATM具有必须遵从的高度结构化的带宽分配机制。终端节点根据期 望的带宽同ATM网络中的交换机之间建立起服务“合同”，终端节点不能 超过它所订立的带宽限制。ATM网络中的交换机可以根据网络情况丢弃一 些帧，以达到为已定义合同的会话保持稳定流量的目的。为了保证在ATM 上操作的一致性，终端系统通常使用称为“整形”的机制，该机制对进入 的数据进行缓存，并按照约定的传输速率向ATM网络发送。ATM设备中使 用的整形器并不足以解决存储可能会产生的大量的突发流量。ATM帧的长 度为53字节，光纤通道帧的长度为2K字节。一个光纤通道帧的长度相当于 40个ATM帧的长度。这意味着帧的分段和重组的任务非常繁重。 如果视频网络负载增加，交换机将会过载运行，从而产生更多的丢 包。虽然视频用户不会觉察到时不时地丢包现象，存储客户会对丢包现象 很敏感，因为一个53字节信元的丢失将产生一个2000字节长的光纤通道差 错恢复帧。
路由和交换技术
路由和交换技术一、路由技术概述路由技术是网络通信中不可或缺的一部分，其主要作用是将数据包从源地址传输到目标地址。
路由技术主要分为静态路由和动态路由两种方式。
静态路由需要手动配置，而动态路由则可以自动学习网络拓扑结构并进行相应的调整。
二、静态路由技术1. 静态路由的基本原理静态路由是指在网络中手动配置每个节点的路径，当数据包到达时，节点会根据预先设定的路径将数据包转发到下一个节点。
静态路由配置简单，适用于小型网络或者需要特定路径的场景。
2. 静态路由的优缺点优点：配置简单，控制权在管理员手中；不需要额外占用网络带宽。
缺点：无法适应复杂网络拓扑结构；需要手动维护和更新；容易出现环回和死循环等问题。
三、动态路由技术1. 动态路由的基本原理动态路由是指通过协议来自动学习网络拓扑结构，并根据实时情况调整节点之间的路径。
常见的动态路由协议有RIP、OSPF、BGP等。
2. 动态路由的优缺点优点：自动学习网络拓扑结构，适应性强；容错性好，能够自动调整路径以避免故障节点；可扩展性强。
缺点：配置复杂，需要熟悉协议特性和参数设置；会占用一定的网络带宽。
四、交换技术概述交换技术是指将数据包从一个端口接收后，根据目标地址将其转发到相应的端口。
常见的交换技术有MAC地址交换和IP地址交换两种方式。
五、MAC地址交换技术1. MAC地址交换的基本原理MAC地址交换是指根据数据包中的源MAC地址和目标MAC地址来进行转发。
当一个节点收到一个数据包时，它会在自己的MAC表中查找目标MAC地址对应的端口，并将数据包转发到该端口。
2. MAC地址交换的优缺点优点：快速、稳定、可靠；能够实现局域网内高速通信。
缺点：无法实现跨网段通信；容易出现广播风暴等问题。
六、IP地址交换技术1. IP地址交换的基本原理IP地址交换是指根据数据包中的源IP地址和目标IP地址来进行转发。
当一个节点收到一个数据包时，它会根据目标IP地址查找路由表，并将数据包转发到相应的下一跳路由器。
交换式以太网
VLAN 虚拟局域网
• VLAN
• 隔离网络风暴
广播信息频繁出现
• 实际上广播帧会非常频繁地出现。利用 TCP/IP协议栈通信时，除了前面出现的 ARP外，还有可能需要发出DHCP、RIP等 很多其他类型的广播信息。
常见广播
• ARP请求：建立IP地址和MAC地址的映射关 系 • RIP：一种路由协议 • DHCP：用于自动设定IP地址的协议 • NetBEUI：Windows下使用的网络协议 • IPX：Novell Netware使用的网络协议 • Apple Talk：苹果公司的Macintosh计算机使 用的网络协议
以太网交换机
1）第二层交换机
是不带第三层路由功能的交换机
–工作在 OSI 参考模型的第 2 层（数据链路层） –依据MAC地址进行数据幀的转发 –支持任何网路层以上的高层协议 –与网桥类似，是一个多端口网桥
以太网交换机
2）第三层交换机 具有路由功能的交换机，是路由器和二层交 换机的有机集合体
工作在OSI参考模型的第3层（网络层） – 是具有第三层路由功能 – 把三层路由功能和二层交换功能相结合 – 提高路由器的分组转发速度，解决传统路由 器形成的传输瓶颈问题
– 万兆标准内容包括10GBase-X、10GBase-R和 10GBase-W三种类型。万兆以太网标准不仅将 以太网的带宽提高到10Gbps（在使用万兆以太 网信道的情况下可以达到40Gbps甚至更高的速 率），同时也将通信距离提高到数十公里甚至 上百公里
城域网
• 运营商开始建设的城域网并不同于通常意义的城 域网。例如中国移动定义的城域网是指：在地域 上覆盖城市及其郊区范围、为城域多业务提供综 合传送平台的网络，主要应用于大中型城市地区。 • 城域网以多业务光传送网络为基础，实现话音、 数据、图像、多媒体、IP等接入，在功能上主要 是指完成接入网中的企业和个人用户与在骨干网 络上的运营商之间全方位的协议互通。 • 城域网传输主要采用的技术为基于SDH的MSTP、 基于DWDM的OADM、和光纤直连技术。
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交换式以太网
• 以太网基于广播介质语义，无论集线器还是交换 机都如此，交换机端口没有地址，通过学习来掌 握各计算机的地址。 • 帧转发操作 帧转发操作，从端口p收到帧，以目的地址d查表 找到转发端口q，若q=p则丢弃此帧，否则转发到 端口q。如果为广播帧则转发到除p外所有端口。 • 地址学习 地址学习，通过识别从p端口收到帧的源地址s了 解到可经p端口转发到s的帧，若未登记则将该地 址记录于转发表中。
IP地址的掩码操作
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IP地址分配示例
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6.2.3 IP数据报传送过程
• IP数据报在IP网络内的传送采用直接交付和通过路由器 交付两种方式。 • 直接交付方式 直接交付方式，主机发送IP数据报前，先检查目的主机 网络地址，如果同属一个子网则通过物理网络送交给目 的主机，否则由路由器转发。 • 路由器间接交付 路由器间接交付，源目的主机不在同一子网，主机将IP 数据报交给本子网路由器，路由器收到数据报后进行路 由查找，若找到则将数据报传给下一站路由器，若未找 到则丢弃数据报，并回送一个ICMP报文。 • IP数据报被路由器逐站转发，某一路由器发现目的主机 在自己所连接的某个子网内，便利用该子网对应的物理 网络将其传送给目的主机。
路由器将原IP数据报放入 号接口 路由器将原 数据报放入2号接口 数据报放入 发送缓存区，并将目的IP地址 发送缓存区，并将目的 地址 198.1.2.9交给接口模块。 交给接口模块。 交给接口模块
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6.2.3 IP数据报传送过程
• 注意 注意，传送中IP数据报的源、目的IP地址不变， 但封装帧的源、目的MAC地址一直在变。 • IP分组与以太网帧传送过程对比：
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202.16.0.0 202.16.1.0 202.16.0.0 202.16.1.0 202.16.2.0 202.16.3.0
255.255.255.0 1 202.16.0.0 255.255.254.0 1 255.255.255.0 1 255.255.255.0 1 255.255.255.0 1 255.255.255.0 1 255.255.255.0 2 202.16.3.0 255.255.255.0 2 202.16.0.0 255.255.252.0 1
应转发到哪个端口？ 问：202.16.3.5 应转发到哪个端口？
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路由器报文转发原理
A想与 通信，不在同一个子网，IP 想与B通信，不在同一个子网， 想与 通信 数据报以路由器接口MAC地址送给 数据报以路由器接口 地址送给 默认路由器1，目的IP地址为 默认路由器 ，目的 地址为 198.1.2.9。 。
6.2.2 IP协议
五类地址， 类 个网络， 五类地址，A类127个网络，每网络可有 个网络 1600多万台主机；B类16000多网络，每网 多万台主机； 类 多网络， 多万台主机 多网络 可有65000台主机；C类200多万个网络， 台主机； 类 多万个网络 多万个网络， 可有 台主机 台主机； 类为组播地址 类为组播地址， 类保留 每254台主机；D类为组播地址，E类保留 台主机 为实验使用。 为实验使用。
3
多台计算机使用T型头连 多台计算机使用 型头连 接在一根同轴上， 接在一根同轴上，任一时 刻只能一台机器发送数据。 刻只能一台机器发送数据。
为解决多台计算机同抢信道问 早期以太网结构及工作原理 题，CSMA/CD协议规定每台 协议规定每台 发数据前先侦听信道， 发数据前先侦听信道，空闲则 发数据，若忙则等待， 发数据，若忙则等待，直到空 闲才可发送数据。 闲才可发送数据。
在A、B、C类网络 、 、 类网络 主机号为0代表 中，主机号为 代表 网络地址， 网络地址，主机号为 代表广播地址。 全1代表广播地址。 代表广播地址
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IP地址的点分码表示
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IPv4对网络地址的划分不能 对网络地址的划分不能 适应各种大小需求的网络配 置，利用子网掩码可以更加 灵活地配置和识别子网与主 机。
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交换芯片包含MAC层功能， 层功能， 交换芯片包含 层功能 完成帧的透明转发、地址学习， 完成帧的透明转发、地址学习， 以及缓存管理、生成树等功能。 以及缓存管理、生成树等功能。 缓存由RAM构成。 构成。 缓存由 构成
典型以太网交换机结构
MCU实现管理面功能， 实现管理面功能， 实现管理面功能 如支持网管协议SNMP， 如支持网管协议 ， 提供命令行或Web管 提供命令行或 管 理界面。 理界面。
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6.2 TCP/IP协议
网际互连层(IP层 网际互连层 层) 完成在各种网络之 上构成一个虚拟网 络。
TCP/IP协议不指定 协议不指定 传输技术， 传输技术，可在任 何网络上运行。 何网络上运行。 10
计算机之间通信也像人类语言交 6.2.1 异构网络互联原理 流一样， 流一样，不同计算机网络使用不 同语言及协议， 同语言及协议，但核心表达相同 的语义。 的语义。
– 路由器接口有IP地址，间接交付时必须明确路由器； 以太网交换机端口没有MAC地址。 – 路由器从某接口i收到一IP数据报，可从接口i送出该 数据报；交换机决不将以太网帧转发到其进入端口。 – 路由器中若一IP数据报在路由表中无法查到下一站地 址则丢弃；以太网交换机则会将将该帧转发到除入口 外的每一个端口。
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交换式以太网
• 以太网交换机为了适应计算机连接端口变换问题， 规定转发表项寿命，删除到期表项，再通过学习 来重新置入。 • 以太网交换机可以按目的地址转发帧，也可以对 所有计算机转发广播帧，但保证任何时候都不会 将帧从入端口重发出去。 • 多台交换机互联可组成更大的以太网，此时交换 机执行“支撑树”算法，保证当前网络是一个没 有环的以太网，确保地址学习机制的正确性。
MCU RAM 以太网 交换芯片 EEPROM ... PHY PHY
PHY实现以太网物理 实现以太网物理 层功能， 层功能，EEPROM存 存 储协议程序和一些配 置数据。 置数据。
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第六章 交换式以太网 与IP路由技术
• 6.1 交换式以太网 • 6.2 TCP/IP协议 • 6.3 路由器实现技术
路由器第1步 路由器第 步，接 收报文，通过IP 收报文，通过 地址查找匹配表 得输出接口2 项，得输出接口 和下一站地址为 203.0.5.10。 。 第3步，接口模块通过地址解析完 步 成下一站IP地址到 地址到MAC地址映射， 地址映射， 成下一站 地址到 地址映射 数据报封装成适合网络2传送 原IP数据报封装成适合网络 传送 数据报封装成适合网络 的数据帧，排队等待传送。 的数据帧，排队等待传送。 第2步，将该数据报放入 号接 步 将该数据报放入2号接 口发送缓存区， 口发送缓存区，并将下一站的 IP地址交给网络接口模块。 地址交给网络接口模块。 地址交给网络接口模块
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地址解析过程
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路由器间接交付
• 路由器间接交付 路由器间接交付，路由器需通过目的地址查找路 由表项，不可能每IP地址一个表项，通常按子网 地址设置，还有多个子网经同一出口转发的问题。 • 压缩路由表项
– 路由聚合，将若干地址相邻、输出接口编号和下一站 路由器地址相同的表项合并，使用一更短的网络地址 和掩码代表这些网络。查表时若查到两个以上表项， 则选择掩码最长的表项。 – 默认路由项 默认路由项，将多个输出接口编号和下一站地址相同 的表项合为一项，并设置网络地址和掩码为0，当其 他项都不匹配时才选这一项，能得到和原来相同的查 找结果。
生存时间表示报文在网络 中最多可经历多少次转发， 中最多可经历多少次转发， 时丢弃报文。 为0时丢弃报文。常值为 时丢弃报文 64，最大 ，最大255。 。
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协议字段说明数 据部分使用什么 协议， 协议，如TCP、 、 UDP等。 等
6.2.2 IP协议
报头校验和检查报 头在传输过程中的 受损情况， 受损情况，若有错 则丢弃该报文。 则丢弃该报文。
问题1：如何通过子网对应的物理网络进行IP数据包传送； 问题2：路由器具体如何进行路由查找
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地址解析协议(ARP)
• IP数据报中的IP地址是一个虚地址，物理的 LAN或WAN不掌握IP地址与物理网络的关系， 在物理网络中传送数据报时，必须将IP地址转 换成物理网络地址。 • IP地址到MAC地址的转换过程称作地址解析 协议ARP。 • 地址解析过程是ARP请求消息将IP地址向网络 广播询问谁是该IP，对应该IP的机器回答并报 告其MAC地址，然后发送请求的主机则直接 与该MAC地址机器通信。
第六章 交换式以太网与IP路由器技术 交换式以太网与IP路由器技术
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第六章 交换式以太网 与IP路由技术
• 6.1 交换式以太网 • 6.2 TCP/IP协议 • 6.3 路由器实现技术
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6.1 交换式以太网
• 为了解决微机互连问题，20世纪70年代末 产生局域网技术，网络形式有以太网，令 牌环网，令牌总线网，现在局域网基本上 为以太网结构。 • 传统以太网使用广播式共享信道 广播式共享信道传输数据， 广播式共享信道 每台微机都有一个MAC地址，发送的帧头 部包含目的地址，同一网上各台微机都可 接收，但目的地址与本机不符时微机将不 理会该帧，相符合者才会接收该帧。
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6.2.1 异构网络互联原理
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6.2.2 IP协议
• IP协议采用无连接方式在虚拟网中进行分组转 发，不保证传输的可靠性和服务质量。 • IP数据报由报头和数据组成，报头包括20字节 固定段和任选变长段，报文总长不超过65 536字 节。 • IP层特点：
– (1) 提供无连接的数据报传输机制； – (2) 协议非常简单，不保证传输可靠性； – (3) IP协议是一个点到点通信协议。
源目的IP地址为源和目 源目的 地址为源和目 的主机地址， 的主机地址，路由器用 它们来选择最佳路径及 自学习更新存放安全保密、报 文经历、错误报告调试、 文经历、错误报告调试、 时戳等信息。 时戳等信息。填充域用来 17 补齐32bit。 补齐 。