第7章 层2交换技术

交换机从来也不学习多播或广播地址. 交换机从来也不学习多播或广播地址
二、层2交换机功能 交换机功能
1、二层交换机功能概述 、
地址学习 转发/过滤帧 转发 过滤帧 防止环路
1.1 地址学习
• 交换机初始时的 交换机初始时的MAC地址表是空的 地址表是空的. 地址表是空的
1.1 地址学习（续） 地址学习（
2.2 重复帧（续） 重复帧（
服务器/主机 服务器 主机 X 单点帧 单点帧 路由器 Y 网段 1 单点帧 交换机 B
交换机 A
网段 2 路由器Y会收到同一帧的两个拷贝 路由器 会收到同一帧的两个拷贝. 会收到同一帧的两个拷贝 大多数协议被设计为不接收相同的帧,如果收到相同的帧 就认为是重传 大多数协议被设计为不接收相同的帧 如果收到相同的帧,就认为是重传 如果收到相同的帧 的帧,但实际并非如此 因此,会造成协议运算错误 另外， 但实际并非如此， 会造成协议运算错误。 的帧 但实际并非如此，因此 会造成协议运算错误。另外，有的协议会 交给上层协议处理,这样就有可能产生严重的后果 这样就有可能产生严重的后果。 交给上层协议处理 这样就有可能产生严重的后果。
工作站A向工作站 发送 工作站 向工作站C发送帧. 向工作站 交换机缓存工作站A的 地址到MAC地址表中 地址表中. 交换机缓存工作站 的MAC地址到 地址到 地址表中 由于在MAC地址表中没有工作站 的MAC地址 交换机向除 口之 地址表中没有工作站C的 地址,交换机向除E0口之 由于在 地址表中没有工作站 地址
第7章 层2交换技术 章 交换技术
学习目标
了解共享式以太网和交换式以太网的区别； 了解共享式以太网和交换式以太网的区别； 理解冲突域与广播域的含义； 理解冲突域与广播域的含义； 掌握二层交换机的功能。 掌握二层交换机的功能。
一、以太网交换机基础
1、什么是以太网 、
计算机网络分两类： 计算机网络分两类：采用点到点连接的网络和采用广 播信道的网络。以太网就是一种典型的广播网络。 播信道的网络。以太网就是一种典型的广播网络。 以太网由施乐公司PARC研究中心于1973年 以太网由施乐公司PARC研究中心于1973年5月22日首次 PARC研究中心于1973 22日首次 提出，经过不断的发展和创新， 提出，经过不断的发展和创新，已成为世界上最流行的 局域网技术。 局域网技术。
5、交换式以太网 、
广播域
LAN
LAN
冲突域
LAN
SWITCH
冲突域
LAN LAN
冲突域
冲突域
冲突域
二层交换机对所接收到的数据帧根据MAC地址进行二层转发，冲 突域被限制到了一个端口上，但是无法限制广播域的大小。
6、冲突域与广播域 、
6、冲突域与广播域（续） 、冲突域与广播域（
练一练
下图中，冲突域和广播域各有几个？ 下图中，冲突域和广播域各有几个？
机将丢弃这个帧. 机将丢弃这个帧
1.3 防止环路
产生环路的原因：冗余拓扑。 产生环路的原因：冗余拓扑。 选择冗余拓扑的原因：交换机的单点故障问题。 选择冗余拓扑的原因：交换机的单点故障问题。
2、冗余拓扑的利与弊 、
– 冗余消除了单点失效 实现了网络的弹性和高可用性 冗余消除了单点失效,实现了网络的弹性和高可用性 实现了网络的弹性和高可用性. – 冗余带来了广播风暴、相同帧的复制 (重复帧 、MAC地址表不稳定等诸多 重复帧)、 冗余带来了广播风暴、 重复帧 地址表不稳定等诸多 问题. 问题
2.2 重复帧
服务器/主机 服务器 主机 X 单点帧 路由器 Y 网段 1 交换机 A 交换机 B
网段 2
主机X发送一单点帧给路由器 主机 发送一单点帧给路由器Y 发送一单点帧给路由器 假设路由器Y的 地址还没有被交换机A和 学习到 学习到. 假设路由器 的MAC地址还没有被交换机 和B学习到 地址还没有被交换机
3、多重环路问题 、
广播
服务器/主机 服务器 主机
回路 回路
回路
工作站
更复杂的拓扑结构可能导致多重回路 在第2层没有能够防止这种回路的机制 在第 层没有能够防止这种回路的机制
4、环路的解决办法 、
生成树协议：Spanning -Tree Protocol 生成树协议： 逻辑上断开环路，这样： 逻辑上断开环路，这样：既通过冗余拓扑解决了交换机 的单点故障问题， 的单点故障问题，同时也消除了冗余拓扑带来的环路问 题。 当线路出现故障时，断开（逻辑上）的接口被激活， 当线路出现故障时，断开（逻辑上）的接口被激活，恢 复通信，因而也起到了备份线路的作用。 复通信，因而也起到了备份线路的作用。
4、三种常用的802.3连接方式 、三种常用的 连接方式
1）10Base-5：总线型结构，使用粗缆和收发器连接主 ） ：总线型结构， 机。 2）10Base-2：总线型结构，使用细缆和无源 ） ：总线型结构，使用细缆和无源BNC T型 型 接头连接主机。 接头连接主机。 3）10Base-T：总线型（或星型）结构，使用双绞线和 ） ：总线型（或星型）结构， 集线器连接主机。 集线器连接主机。
7、广播和多播数据帧 、
工作站D发送广播或多播 工作站 发送广播或多播帧. 二层交换机的接口处于不同的冲突域,但却处于相同的广播域 二层交换机的接口处于不同的冲突域 但却处于相同的广播域 交换机对于多播或广播没有抑制的能力，因此,将向除了 中。交换机对于多播或广播没有抑制的能力，因此 将向除了 接收端口之外的所有其他端口扩散这个帧.
2.3 MAC地址表不稳定 MAC地址表不稳定
服务器/主机A 端口1 端口 路由器 Y 网段 1 单播帧 端口0 端口 交换机 B 端口1 端口 网段 2
主机X发送一单播帧给路由器 ； 主机 发送一单播帧给路由器Y； 发送一单播帧给路由器 假设路由器Y的 地址还没有被交换机A和 学习到 学习到； 假设路由器 的MAC地址还没有被交换机 和B学习到； 地址还没有被交换机 交换机A和 都学习到主机 都学习到主机X的 地址对应端口0. 交换机 和B都学习到主机 的MAC地址对应端口 地址对应端口
2、共享式以太网与CSMA/CD 、共享式以太网与
CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Acess with Collision （ Detection）即载波监听多路访问／冲突检测，它是广播式以太网共 ）即载波监听多路访问／冲突检测， 享传输介质的理论基础。 享传输介质的理论基础。 CSMA/CD规定一个想传输数据的节点必须执行以下步骤： 规定一个想传输数据的节点必须执行以下步骤： 规定一个想传输数据的节点必须执行以下步骤 1）监视信道直到其空闲； ）监视信道直到其空闲； 2）传输数据，并监视信道是否有冲突发生； ）传输数据，并监视信道是否有冲突发生； 3）如果检测到冲突发生，则停止传输并发出一个冲突信号到网络上， ）如果检测到冲突发生，则停止传输并发出一个冲突信号到网络上， 以便其它节点知道网络上有冲突，再等待一个随机的时间，然后 以便其它节点知道网络上有冲突，再等待一个随机的时间， 随机的时间 回到第一步。 回到第一步。 说明：随机时间依如下规则选定：如果数据包冲突了 次 说明：随机时间依如下规则选定：如果数据包冲突了n次（n<=15） ） 中随机选一个数K， ，则此节点以等概率从0，1，2，…2n-1中随机选一个数 ，然后等 则此节点以等概率从 ， ， ， 中随机选一个数 比特时间（ 以太网中1比特时间 ），如果 待K*512比特时间（在10Mbps以太网中 比特时间＝10-7秒），如果 比特时间 以太网中 比特时间＝ n>15,则放弃发送。 则放弃发送。 则放弃发送
1.2 转发 过滤数据帧 转发/过滤数据帧
如果工作站A向工作站 发送数据 如果工作站 向工作站C发送数据帧. 向工作站 由于目的MAC地址已经获得，因此,将按照 地址已经获得，因此 将按照 将按照MAC地址表中所指 由于目的 地址已经获得 地址表中所指 不会扩散帧. 示的接口转发数据帧,不会扩散帧 不会扩散帧
2.3 MAC地址表不稳定（续） MAC地址表不稳定 地址表不稳定（
服务器/主机 服务器 主机 X Unicast 单点帧 端口 0 交换机 A 端口1 端口 路由器 Y 网段 1 单点帧 端口0 端口 交换机 B 端口1 端口 网段 2 发送给路由器Y的数据帧在交换机 和 上会被泛洪处理 上会被泛洪处理； 发送给路由器 的数据帧在交换机A和B上会被泛洪处理； 的数据帧在交换机 交换机A和 都从端口 不正确地学习到了主机X的 都从端口1不正确地学习到了主机 地址， 交换机 和B都从端口 不正确地学习到了主机 的MAC地址，伴随着 地址 就是MAC地址的不断翻动，使数据帧不能正确传递。 地址的不断翻动， 就是 地址的不断翻动 使数据帧不能正确传递。
没有工作站B的 地址. 没有工作站 的MAC地址 地址
1.1 地址学习 (续) 续
如果工作站C有回应 则交换机将缓存工作站 地址到MAC地址表中 地址表中. 如果工作站 有回应,则交换机将缓存工作站 的MAC地址到 有回应 则交换机将缓存工作站C的 地址到 地址表中 如果工作站B有回应 则交换机将缓存工作站 地址到MAC地址表中 地址表中. 如果工作站 有回应,则交换机将缓存工作站 的MAC地址到 有回应 则交换机将缓存工作站B的 地址到 地址表中
交换机B收到广播信息后也进行泛洪 交换机 收到广播信息后也进行泛洪
2.1 广播风暴（续） 广播风暴（
服务器/主机 服务器 主机 X 路由器 Y 网段 1
交换机 A
广播
交换机 B 网段 2
两台交换机持续地周而复始地泛洪广播流量,最终导致网络瘫痪 两台交换机持续地周而复始地泛洪广播流量 最终导致网络瘫痪. 最终导致网络瘫痪 透明桥和交换机不是路由器,它不会对分组做任何修改 它不会对分组做任何修改,也不会记录到 透明桥和交换机不是路由器 它不会对分组做任何修改 也不会记录到 底经过了多少个交换机,如果网络中存在环路 如果网络中存在环路,分组有可能在环路中不 底经过了多少个交换机 如果网络中存在环路 分组有可能在环路中不 断循环和增生,造成网络拥塞 导致网络中”路径回环 问题的产生. 断循环和增生 造成网络拥塞,导致网络中 路径回环”问题的产生 造成网络拥塞 导致网络中 路径回环 问题的产生