4.以太网及交换机的工作原理

IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之 间的差异
局域网标准( ):IEEE802标准集 局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理 •IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务 •IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范 •IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus •IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring •IEEE802.6-------城域网 •IEEE802.7-------宽带局域网 •IEEE802.8-------光纤技术 FDDI •IEEE802.9-------综合数据话音网络 •IEEE802.10------网络安全与保密 •IEEE802.11------无线局域网 •IEEE802.12------需求优先 •IEEE802.13 ------(未使用) •IEEE802.14 ------电缆调制解调器 •IEEE802.15 ------无线个人网 •IEEE802.16 ------宽带无线接入 •IEEE802.17 ------可靠个人接入技术
交换机的工作原理 mac地址表的形成过程 mac地址表的形成过程 数据帧的转发/ 数据帧的转发/过滤
地址学习
MAC地址表 地址表 初始的MAC地 初始的MAC地 址表为空 E0: E1: E2: E3:
主机A： 主机 ： 00-D0-F8-00-11-11
E0
E1
主机B： 主机 ： 00-D0-F8-00-22-22
帧转发方式
存储转发式：接收完整的帧，交换机的控制器先缓存数据包， 存储转发式：接收完整的帧，交换机的控制器先缓存数据包，然后 进行CRC校验，滤掉不正确的帧，确认包正确后，取出目的地址， 进行CRC校验，滤掉不正确的帧，确认包正确后，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 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。 端口。
交换式以太网
100Base-TX（使用5 UTP的快速以太网802. 1995） 100Base-TX（使用5类UTP的快速以太网802.3u:1995） 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802. 100Base-FX（使用光纤的快速以太网802.3u:1995 ） 100Base100Base-T4（使用4对3类UTP的快速以太网802.3u:1995 ） 使用4 UTP的快速以太网802. 1000Base- 使用光纤的千兆以太网：802. 1998) 1000Base-X (使用光纤的千兆以太网：802.3z:1998) 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802. ab:1999) 1000Base-T/TX(使用双绞线的千兆以太网：802.3ab:1999) 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802.3ae：2002) 10GBase-X/R/W（使用光纤的万兆以太网802. ae：2002) 10GBase-T(使用6a类双绞线的万兆以太网：802.3an:2006) 10GBase-T(使用6 类双绞线的万兆以太网：802. an:2006)
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局域网交换机分类
以太网交换机； 令牌环交换机； FDDI交换机； FDDI交换机； ATM交换机； ATM交换机； 快速以太网交换机等
交换机性能参数
背板带宽 包转发率 线速交换 MAC地址表大小 MAC地址表大小
交换机互连方式
级联：
把交换机的普通端口通过普通的双绞线简单联接起 把交换机的普通端口通过普通的双绞线简单联接起 来
课程议题
以太网
以太网概述
20世纪70年代产生于施乐公司 20世纪70年代产生于施乐公司 最初的以太网使用粗同轴电缆为传输介质，为共享式以太网，会产生冲突 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题 利用CSMA/CD算法解决共享信道内的信道争用问题 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网 现在以太网（Ethernet）泛指所有采用CSMA／CD协议的局域网 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的 1978年，DEC公司、Intel公司和Xerox拟定了一个针对10Mbps以太网的 标准，成为DIX标准 标准，成为DIX标准 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准 1983年，DIX标准演变成IEEE 802.3标准 随着以太网技术的发展，百兆、千兆、万兆的标准相继出台
直通式的缺点主要有三个方面：
①不具有错误检测和处理能力 ②由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入／输出端口直接接通，而 且容易丢包。 ③当以太网交换机的端口增加时，交换矩阵变得越来越复杂，实现起来 就越困难。
综上所述，直通式交换机比较适合用于小型网络。 综上所述，直通式交换机比较适合用于小型网络。
MAC地址表 地址表 E0: E0: E1: E2: E3: 00-D0-F8-00-11-11 00-D0-F8-00-55-55 00-D0-F8-00-22-22 00-D0-F8-00-33-33 00-D0-F8-00-44-44
E0 E1
主机A： 主机 ： 00-D0-F8-00-11-11
媒体访问控制子层
制定如何使用传输媒体的通信协议 ，主要功能有：
数据帧的封装和解封装，包括寻址和错误检测 介质的管理，包含介质分配（避免碰撞）和竞争裁决（碰撞处理）
设置网络设备的硬件地址，用以识别物理设备 IEEE 802标准中为MAC地址 802标准中为MAC地址
逻辑链路控制子层
控制信号交换和数据流量，解释上层通信协议传来的命令并且产生 响应 克服数据在传送的过程中可能发生的种种问题 对上层可以提供面向连接或者无连接的服务
主机A： 主机 ： 00-D0-F8-00-11-11
E0
E1
主机B： 主机 ： 00-D0-F8-00-22-22
E2
E3
主机C： 主机 ： 00-D0-F8-00-33-33
主机D： 主机 ： 00-D0-F8-00-44-44
地址学习
主机D回复后，它的MAC 主机D回复后，它的MAC 地址和端口E3的映射关系 地址和端口E3的映射关系 也将被写入MAC地址表 也将被写入MAC地址表 MAC地址表 地址表 E0: 00-D0-F8-00-11-11 E1: E2: E3: 00-D0-F8-00-44-44
主机A： 主机 ： 00-D0-F8-00-11-11
E0
E1
主机B： 主机 ： 00-D0-F8-00-22-22
E2
E3
主机C： 主机 ： 00-D0-F8-00-33-33
单播帧依据 MAC地址表进 MAC地址表进 行转发/ 行转发/过滤
主机D： 主机 ： 00-D0-F8-00-44-44
转发/ 转发/过滤
IEEE802局域网模型 IEEE802局域网模型
IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层 IEEE802标准定义了ISO/OSI的物理层和数据链路层 为了降低局域网的数据链路层的复杂度，将其分成两个子层：
逻辑链路控制（ LLC ）子层 媒体访问控制（ MAC）子层 MAC）子层
存储转发式的优点： ①可以对进入交换机的数据包进行错误检测， ②支持不同速率的输入／输出端口间的转换，保持高速端口和低速端口 间协同工作。 综上所述，存储转发适合于大型网络，有多种传输速率的环境。 综上所述，存储转发适合于大型网络，有多种传输速率的环境。
帧转发方式
无碎片直通式：介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案，它 无碎片直通式：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， 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 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。该方式的 的帧），则丢弃该包，如果大于64 Bytes，则发送该包。该方式的 数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。
主机A： 主机 ： 00-D0-F8-00-11-11
E0
E1
主机B： 主机 ： 00-D0-F8-00-22-22
E2
E3
主机C： 主机 ： 00-D0-F8-00-33-33
主机D： 主机 ： 00-D0-F8-00-44-44
转发/ 转发/过滤
MAC地址表 地址表 E0: E1: E2: E3: 00-D0-F8-00-11-11 00-D0-F8-00-22-22 00-D0-F8-00-33-33 00-D0-F8-00-44-44
主机B： 主机 ： 00-D0-F8-00-22-22
主机E： 主机 ： 00-D0-F8-00-55-55
E2
E3
如果一个端口上 连接多台主机， 依然能够进行过 滤 主ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱC： 主机 ： 00-D0-F8-00-33-33
主机D： 主机 ： 00-D0-F8-00-44-44
帧转发方式
直通式：交换机收到一个数据包后，只检查数据包头部，取出目的 直通式：交换机收到一个数据包后，只检查数据包头部，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．这样就完成了交换。因为它只检查数据包的头部（通 到输出端口．这样就完成了交换。因为它只检查数据包的头部（通 常只检查14个字节）。 常只检查14个字节）。
以太网技术的发展
共享式以太网
10Base-5（粗缆以太网802.3: 1985） 10Base粗缆以太网802. 1985） 10Base-2（细缆以太网802.3a: 1985） 10Base细缆以太网802. 1985） 10Base-T（双绞线以太网802.3i:1990） 10Base双绞线以太网802. 1990） 10Base-F（光纤以太网802.3j:1993） 10Base光纤以太网802. 1993）
第四讲 交换技术
学习目标
通过本讲的学习，希望您能够：
掌握交换机的工作原理及数据帧的转发 方式 熟悉交换机的性能参数及连接方式 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层 理解数据链路层的MAC子层和LLC子层 掌握以太网的工作原理和发展 熟悉以太网的帧格式
课程议题
交换机的工作原理
交换机工作原理
MAC地址表：存储MAC地址到端口的映射关系的数据库 MAC地址表：存储MAC地址到端口的映射关系的数据库
E2
E3
主机C： 主机 ： 00-D0-F8-00-33-33
主机D： 主机 ： 00-D0-F8-00-44-44
地址学习
主机A发给主机D 主机A发给主机D的数据 帧将被泛洪，同时MAC地 帧将被泛洪，同时MAC地 址表中增加主机A 址表中增加主机A和端口 E0的映射关系 E0的映射关系 MAC地址表 地址表 E0: 00-D0-F8-00-11-11 E1: E2: E3:
堆叠: 堆叠:
通过堆叠线缆将交换机的背板连接起来，扩大级联 带宽
堆叠－菊花链
链路带宽1G 链路带宽1G
堆叠堆叠-主从式
M2031
图1 堆叠模块M2031前面板
链路带宽2.66G 链路带宽2.66G
课程议题
局域网数据链路层的 MAC子层和 MAC子层和LLC子层 子层和LLC子层
局域网
局域网特点 局域网是限定区域的网络 局域网的线路是专用的 局域网具有较高的数据通信速率 局域网具有较高的数据通信速率 局域网具有较低的误码率 局域网具有较低的误码率 局域网具有开放性 目前，很难对局域网作出明确定义，这是因为局域 网正处于飞速发展的过程中，在网络产品、技术等 方面还存在着许多不确定因素。
主机A： 主机 ： 00-D0-F8-00-11-11
E0
E1
主机B： 主机 ： 00-D0-F8-00-22-22
E2
E3
主机C： 主机 ： 00-D0-F8-00-33-33
主机D： 主机 ： 00-D0-F8-00-44-44
地址学习
随着这个过程不断重复， 最终建立起完整的MAC地 最终建立起完整的MAC地 址表 MAC地址表 地址表 E0: E1: E2: E3: 00-D0-F8-00-11-11 00-D0-F8-00-22-22 00-D0-F8-00-33-33 00-D0-F8-00-44-44