以太网和交换机工作原理
4.以太网及交换机的工作原理
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
以太网交换机原理动画演示
以太网交换机原理动画演示以太网交换机是计算机网络中非常重要的设备，它起到了连接各种网络设备的关键作用。
为了更好地理解以太网交换机的工作原理，下面我将通过动画演示的方式来详细介绍。
1. 动画开始进入动画演示，我们首先看到一个以太网交换机的示意图。
交换机由多个端口组成，每个端口都可以连接一个网络设备，如计算机、服务器等。
2. 帧的传输在动画中，我们可以看到有多个设备同时向交换机发送数据帧。
数据帧是网络通信中最基本的单位，它包含了源MAC地址、目的MAC 地址、数据等信息。
3. MAC地址和端口的映射交换机接收到一个数据帧后，会先读取其中的目的MAC地址。
它会查找自己的转发表，判断目的MAC地址所对应的端口。
如果表中有对应的记录，交换机会将数据帧直接转发到目标端口；如果表中没有对应的记录，交换机则会进行广播操作。
4. 广播和学习过程在动画中，当交换机发现没有对应的记录时，它会将数据帧广播到所有的端口上，这样所有连接在交换机上的设备都能收到该数据帧。
同时，交换机还会将源MAC地址和接收到该帧的端口记录在转发表中，这样下次如果有数据要发送给该MAC地址，交换机就能够根据表中的记录直接转发，而无需进行广播操作。
5. 学习和转发表的更新在动画的演示中，我们可以看到转发表会不断地更新。
当交换机接收到一个数据帧时，它会查找源MAC地址在转发表中的记录。
如果有对应的记录，则更新记录中的端口信息；如果没有对应的记录，则添加一条新的记录。
这样，交换机能够根据最新的转发表信息来决定如何转发数据帧。
6. 数据的转发根据转发表的信息，交换机会将数据帧直接转发到目标端口，而无需广播到所有的端口上。
这样，交换机提供了高效的数据转发，避免了数据在网络中的冲突和碰撞。
7. 动画结束通过动画演示，我们对以太网交换机的工作原理有了更深入的了解。
交换机的核心功能是通过学习和转发表的维护，实现了有效的数据转发。
它使得网络通信更加高效可靠，成为了现代计算机网络中不可或缺的设备。
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理
以太网交换机是一种用于局域网的网络设备，它可以实现局域网内部计算机之
间的数据交换和通信。
它的工作原理主要包括数据帧转发、地址学习、流量控制和碰撞域隔离等方面。
下面我们将详细介绍以太网交换机的工作原理。
首先，以太网交换机通过端口连接各个计算机，当一台计算机发送数据帧时，
交换机会接收到这个数据帧，并通过目的地址来确定应该将数据帧转发到哪个端口。
这样，交换机可以实现数据帧的精确转发，避免了广播风暴和网络拥堵的问题。
其次，以太网交换机还具有地址学习的功能。
当交换机接收到一个数据帧时，
它会学习源地址和端口的对应关系，并将这个信息存储在转发表中。
这样，在下次需要发送数据帧时，交换机就可以根据目的地址在转发表中查找对应的端口，从而实现数据帧的快速转发。
此外，以太网交换机还可以实现流量控制。
当交换机接收到大量的数据帧时，
它可以通过缓存和队列管理来控制数据的流量，避免网络拥堵和数据丢失的问题。
这样可以保证网络的稳定性和可靠性。
最后，以太网交换机还可以实现碰撞域隔离。
在以太网中，如果多台计算机同
时发送数据帧，就会产生碰撞，从而影响网络的正常运行。
而交换机可以通过端口隔离的方式，将不同的计算机划分到不同的碰撞域中，从而避免了碰撞的发生，提高了网络的传输效率。
综上所述，以太网交换机通过数据帧转发、地址学习、流量控制和碰撞域隔离
等功能，实现了局域网内部计算机之间的快速、稳定和可靠的数据交换和通信。
它在现代网络中起着非常重要的作用，是局域网中不可或缺的网络设备之一。
简述以太网的工作原理
简述以太网的工作原理
以太网是一种常用的局域网传输技术，其工作原理基于
CSMA/CD（载波侦听多路访问/碰撞检测）协议。
在以太网中，所有主机通过共享同一条物理传输介质（如电缆）进行通信。
每台主机都被配置为具有唯一的MAC地址（媒体
访问控制地址），用于在网络中识别和定位。
工作原理如下：
1. 媒体访问控制：主机在发送数据之前，首先在物理介质上侦听信道，如果信道闲置，则可以发送数据。
如果检测到信道上有信号，则主机延迟发送，等待信号消失。
这样确保每个主机都可以在不发生碰撞的情况下发送数据。
2. 碰撞检测：如果两台或更多台主机同时发送数据，就会发生碰撞。
主机会继续发送数据，同时侦听信道以检测碰撞。
如果检测到碰撞，则主机发送一个干扰信号以停止发送，并等待一段随机时间后重新发送。
3. 数据帧传输：数据在网络上以数据帧的形式传输。
数据帧由起始定界符、目的MAC地址、源MAC地址、类型/长度字段、有效载荷（数据）和校验字段组成。
每个主机通过读取目的MAC地址来检查接收数据帧的目标是自己还是其他主机。
4. 交换机：以太网中经常使用交换机来增加网络性能和带宽。
交换机具有多个端口，每个端口与一个主机相连。
交换机可以将由一个端口接收到的数据帧仅转发到目标主机的端口，而不
会广播到整个网络。
这样可以有效避免碰撞。
总的来说，以太网的工作原理是通过CSMA/CD协议实现的。
它允许主机在共享物理介质上传输数据，并通过碰撞检测和随机退避机制来处理碰撞。
交换机的使用还可以提高网络性能和可靠性。
以太网交换机介绍
交换机/路由器配置与管理
Cisco Catalyst 4006的接线面板
交换机/路由器配置与管理
Catalyst 6500系列主要为企业和电信运营商网络提供高 度可用、安全的融合网络服务。这些交换机可满足骨干网、 分布层、布线室结构以及数据中心环境对高可用性、可扩 展性、高级服务和多层交换越来越高的要求。 该系列提供有3插槽、6插槽、9插槽和13插槽的机箱， 以及多种集成式服务模块，包括数千兆位的网络安全性、 内容交换、语音和网络分析模块，能提供48到576个 10/100/1000以太网端口，和支持192个1Gbps或32个10Gbps 骨干网端口，能作为每秒数亿个数据包处理能力的网络核 心交换机。
⑻ 支持流量控制 能够控制交换机的数据流量，HDX、FDX是通用的流量控 制标准，目前的交换机一般均支持。 ⑼ 易于扩展 对于核心层交换机，应注意其扩展性，通常应是模块化 的交换机，能在未来根据应用的需要，通过添加功能模块， 来增强交换机的功能和增加接口。
交换机产品简介 目前生产交换机的主流厂商主要有Cisco和华为 3COM公司，其生产的交换机是市场应用的主流。
交换机/路由器配置与管理
4．根据结构的不同，交换机可分为固定端口 交换机和模块化交换机。 固定端口交换机只能提供有限的端口和固定类 型的接口，从连接的用户数量和所使用的传输介 质上看，存在一定的局限性。这类交换机也有桌 面式和机架式之分，机架式便于安装和管理。 5．根据工作协议的层分类，交换机可分类第2层 交换机、第3层交换机和第4层交换机。 第2层交换机根据数据链路层的信息（MAC地址） 完成不同端口间的数据交换。接入层交换机一般 就采用第2层交换机。 第3层交换机具有路由功能，能识别网络层的IP信 息，并将IP地址用于网络路径的选择，并能够在不 同网段间实现数据的线速交换。
交换机及配置方法
项配置状态（如：端口配置、VLAN配置）等， 具体配置命令在实验中有详细介绍。
全局配置模式的提示符：交换机名（config)#
操作技巧：
•不管在任何模式，按esc键可返回上一级模式，
按Ctrl+z可返回特权用户模式
•按？键可以列出当前可输入的项目
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•按Tab键可补全当前单词
普通用户模式的提示符：交换机名>
（2）、特权用户模式：在普通用户模式下输入enable 命令即可进入特权用户模式，在该模式下我们可以查 看交换机的配置信息和调试信息，进入全局配置模 式模式，保存或删除配置文件等等。
特权用户模式的提示符：交换机名#
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（3）、全局配置模式：在特权用户模式下输入 configure terminal命令即可进入全局配置模式， 在该模式下主要完成全局参数的配置，如设置
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（2）基本操作命令 修改交换机名：
switch(config)#hostname SA SA(config)#
更改Enable密码：
SA(config)#enable password ******
保存当前配置文件
SA#write
删除配置文件
SA#erase startup-config
重新启动交换机
SA#reload
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（3）端口配置命令 端口配置的主要内容有：
配置端口交换速率（10M、100M、1000M和auto） 设置端口工作模式（分full、 half 、和auto） 设置端口描述
switch(config)#interface fa0/1 *进入端口1 switch(config-if)#speed 100 *设置端口速率为100M switch(config-if)#duplex full *设置为全双工工作模式 switch(config-if)#description port1 *端口描述为port1
以太网交换机工作原理
以太网交换机工作原理交换机是用来连接局域网的主要设备，交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据，因此交换机工作在数据链路层。
交换机分割冲突域，实现全双工通信。
交换机数据转发原理1：交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机A查找MAC地址表,查看是否有此MAC地址若没有，学习主机11的MAC地址交换机A向其他所有端口发送广播交换机数据转发原理2：换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机B查看MAC地址表，查看是否有此MAC地址若没有，学习源MAC地址和端口号交换机B向所有端口广播数据包主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包交换机数据转发原理3：主机33，接收到数据帧主机44，丢弃数据帧交换机数据转发原理4：交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机B学习源MAC地址和端口号交换机B查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目，单播转发数据到端口3交换机数据转发原理6：学习通过学习数据帧的源MAC地址来形成的MAC地址表广播若目标地址在MAC地址表中没有，交换机则向除接收到该数据帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧转发若目标地址在MAC地址表中存在，交换机根据MAC地址表单播转发数据帧更新交换机MAC地址表的老化时间是300秒，即MAC地址在MAC地址表中存在的时间。
交换机若发现一个帧的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交换机将MAC 地址重新学习到新的端口交换机的工作模式单工只有一个信道，传输方向只能是单向的半双工只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输全双工双信道，同时可以有双向数据传输交换机的三种交换方式：1.直通转发（Cut-through）2.存储转发（Store-and-forward ）3.碎片隔离（FragmentFree ）7字节 1字节 6字节 6字节 2字节 多达1500字节 4字节碎片隔离：检查前64字节的数据，没有增加显著的延迟7字节 1字节 6字节 6字节 2字节 多达1500字节 4字节存储转发：对所有的错误进行检查，延迟高。
ethernet switch工作原理
ethernet switch工作原理一、引言Ethernet switch（以太网交换机）是现代网络中常见的设备，它在局域网中起到连接多个设备的作用。
本文将介绍以太网交换机的工作原理，包括其基本功能、数据转发机制和工作模式。
二、基本功能以太网交换机是用来构建局域网（LAN）的关键设备之一。
它主要有两个基本功能：数据帧的转发和广播域的隔离。
1. 数据帧的转发当一个数据帧进入以太网交换机的端口时，交换机会读取帧中的目标MAC地址。
根据交换机的转发表，交换机会将该帧转发到相应的端口，以便达到目标设备。
这种转发方式被称为无碰撞、无冲突和无广播的点对点通信。
2. 广播域的隔离以太网交换机能够将局域网分割成多个互相隔离的广播域。
当一个设备发送广播帧时，交换机会将该广播帧发送到所有其他端口，以确保它能够被局域网中的所有设备接收到。
然而，交换机会阻止广播帧跨越不同的广播域，以避免广播风暴和网络拥塞。
三、数据转发机制以太网交换机的数据转发机制是其工作原理的核心。
它通过学习和转发机制来实现数据的高效转发。
1. 学习机制当一个数据帧进入交换机的端口时，交换机会将源MAC地址和其所在端口的映射关系记录在转发表中。
这个过程称为学习机制。
通过学习机制，交换机能够了解到哪个MAC地址位于哪个端口，从而在转发数据时能够快速定位目标端口。
2. 转发机制当交换机接收到一个数据帧时，它会通过目标MAC地址查找转发表，找到目标地址对应的端口。
如果转发表中存在该目标地址的记录，交换机会将数据帧转发到相应的端口。
如果转发表中不存在该目标地址的记录，交换机会将该数据帧广播到所有其他端口，以便学习到新的MAC地址。
四、工作模式以太网交换机有两种常见的工作模式：存储转发和剪辑转发。
1. 存储转发存储转发是一种保证数据帧完整性的转发模式。
当交换机接收到一个数据帧时，它会先将整个数据帧存储在缓冲区中，然后再进行校验和处理。
只有当数据帧没有错误时，交换机才会将该帧转发出去。
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理主要分为三个步骤，即学习MAC地址、建立转发表和数据转发。
首先，交换机会通过学习MAC地址来建立转发表。
当一个数
据帧到达交换机时，交换机会查看数据帧首部中的源MAC地址，并将其与一个特定的端口关联。
如果该地址之前没有在转发表中出现过，交换机会将该地址与到达的端口关联起来，并在转发表中添加一条新的记录。
如果该地址已经存在于转发表中，交换机会更新该地址的关联端口。
接下来，交换机会根据转发表中的信息建立转发表。
转发表记录了到达交换机不同端口的MAC地址。
当交换机收到数据帧时，它会查看该数据帧首部中的目的MAC地址，并在转发表
中查找该地址的关联端口。
如果找到了目的MAC地址的关联
端口，交换机会直接将数据帧转发到该端口，而不会在其他端口上进行广播。
如果找不到目的MAC地址的关联端口，则交
换机会在所有端口上进行广播，以确保所有端口都能接收到数据帧。
最后，交换机会进行数据转发。
当交换机接收到一个数据帧时，它会根据转发表中的信息将该数据帧转发到目的MAC地址的
关联端口上。
交换机会利用硬件的转发表进行快速的转发，以确保数据帧能够以最快的速度到达目的地。
通过以上的学习MAC地址、建立转发表和数据转发的过程，
以太网交换机可以实现对数据帧的快速、准确的转发，提高了局域网的传输效率和带宽利用率。
以太网交换机的工作原理及功能
以太网交换机是数据链路层的机器，是基于以太网传输数据的交换机，使用物理地址（MAC地址），48位，6字节。
其工作原理为：当接受到一个广播帧时，它会向除接受端口之外的所有端口转发。
当接受到一个单播帧时，检查其目的地址并对应自己的MAC地址表，如果存在目的地址，那么转发，如果不存在那么泛洪（广播），广播后如果没有主机的MAC地址与帧的目的MAC地址相同，那么丢弃，假设有主机相同，那么会将主机的MAC自动添加到其MAC地址表中。
交换机分割冲突域，每个端口独立成一个冲突域。
每个端口如果有大量数据发送, 那么端口会先将收到的等待发送的数据存储到寄存器中,在轮到发送时再发送出去。
以太网交换机的应用非常广泛，在大大小小的局域网中都可以见到它们的身影。
例如丰润达系列以太网交换机，性能稳定，档次齐全，价格优势，应用最为普遍。
另外以太网交换机端口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M、1000M的带宽、提供半双工、全双工、自适应的工作方式等。
以太网交换机的主要功能：
1、学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
2、转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧那么转发至所有端口）。
3、消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议防止回路的产生，同时允许存在后备路径。
以太网交换机工作原理
• 避免环路
通过阻塞某些冗余连接，可以避免网 络环路的产生，从而防止广播风暴。
• 自动发现
STP能够自动发现和配置网络中的冗 余连接。
• 灵活性
可以根据网络规模和拓扑结构调整 STP配置。
端口镜像技术
定义
端口镜像技术是一种将一个 或多个端口的数据流量复制 到一个监视端口，以便于分 析和故障排除的技术。
MAC地址表大小
MAC地址表大小是指交换机能够记录的MAC地址的数量 ，是衡量交换机扩展能力的重要指标。MAC地址表大小 越大，交换机的扩展能力越强。
03
以太网交换机的关键技术
VLAN技术
定义
VLAN（Virtual Local Area Network）技术是一种将局域网设备从 逻辑上划分成一个个独立的网段，从而实现虚拟工作组的技术。
以太网交换机工作原理
• 引言 • 以太网交换机的基本原理 • 以太网交换机的关键技术 • 以太网交换机的应用场景 • 以太网交换机的未来发展
01
引言
交换机的定义和作用
01
交换机是一种网络设备，用于连 接多个网络节点，实现数据交换 和传输。
02
交换机的作用是提供快速、可靠 的数据传输服务，提高网络性能 和稳定性。
• 数据监控
通过镜像技术，可以对网络 中的数据流量进行实时监控 和分析。
• 故障排除
当网络出现故障时，可以通 过镜像端口快速定位问题。
• 安全审计
可以用于安全审计和日志记 录等目的，提高网络安全性 和可追溯性。
04
以太网交换机的应用场景
企业网络中的应用
企业网络中，以太网交换机主要用于 连接各个终端设备，如计算机、打印 机、服务器等，实现快速、可靠的数 据传输。
以太网交换机工作原理
以太网交换机工作原理端口是交换机与其他网络设备连接的接口，可以是电缆插口或者无线信号接收器。
每个端口有一个唯一的物理地址，称为MAC地址。
交换矩阵是连接交换机各个端口的核心部件，它负责将数据包从一个端口转发到另一个端口。
交换矩阵可以通过多种技术实现，常见的有Shared Memory（共享内存）和Crossbar（交叉开关）。
MAC地址学习表是交换机用来记录端口与MAC地址之间的对应关系的表格。
当交换机接收到一份数据包时，会查看数据包中的源MAC地址，并将其与接收到数据包的端口对应起来，记录在学习表中。
这样在转发数据包时，交换机只需要查找目的MAC地址对应的端口即可。
转发表是交换机用来存储转发规则的表格。
转发表中记录了不同的目的MAC地址与相应的输出端口之间的对应关系。
当交换机接收到一份数据包时，会查询转发表，并根据目的MAC地址找到相应的输出端口，然后将数据包转发出去。
1.学习阶段：当交换机接收到一份数据包时，会查看数据包中的源MAC地址，并将其与接收到数据包的端口对应起来，记录在MAC地址学习表中。
如果学习表中已存在该MAC地址，则更新相应端口的记录。
2.转发阶段：当交换机接收到一份数据包时，会查询转发表，并根据目的MAC地址找到相应的输出端口，然后将数据包转发出去。
如果转发表中不存在目的MAC地址的记录，则进行广播操作，将数据包发送到所有其他端口上。
3.过滤阶段：交换机还可以对接收到的数据包进行过滤操作，根据设置的规则过滤掉无效的、不安全的或超出容量的数据包。
这可以提高网络的安全性和性能。
4.路由器连接：以太网交换机通常用于构建局域网，但如果需要连接到其他局域网或广域网，则需要通过路由器进行连接。
交换机和路由器之间的连接通常是通过一个特定的端口来实现的。
总结起来，以太网交换机通过学习和转发表格，实现数据包的转发和广播。
它可以提供高速、安全的网络连接，提高网络传输的可靠性和稳定性。
通过连接多个交换机和路由器，可以构建复杂的网络拓扑，满足不同规模和需求的网络通信。
以太网传输原理
以太网传输原理
以太网是一种常用的局域网技术，它基于CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）协议。
它的传输原理如下：
1. 以太网使用一种双绞线或光纤传输数据。
数据通过电信号或光脉冲的形式在物理媒介上进行传输。
2. 在物理层，数据被组织成帧。
每一帧包含了目的地址、源地址、数据等必要的信息。
通过帧的形式，数据可以在局域网中进行传输。
3. 当一台计算机要发送数据时，它首先监听网络上是否有其他计算机正在发送数据。
这是通过载波侦听来实现的。
4. 如果网络空闲，计算机就可以发送数据。
它会将数据作为一系列的比特传输到物理媒介上。
5. 其他计算机也在同时监听网络状态。
如果它们在同一时间内尝试发送数据，就会发生冲突。
这是通过冲突检测来发现的。
6. 当发生冲突时，所有冲突的计算机都会停止发送数据，并等待一个随机的时间间隔后再次尝试发送。
这被称为指数后退算法。
7. 将数据从一个计算机传输到另一个计算机需要经过多个中继设备（如交换机、集线器等）。
这些设备负责将数据帧从一个物理接口转发到另一个物理接口，以实现数据的传输。
总的来说，以太网利用CSMA/CD协议和帧的组织方式，通过物理媒介在局域网中传输数据。
当发生冲突时，采用指数后退算法来解决，以保证数据的正常传输。
以太网交换机工作原理
以太网交换机工作原理
以太网交换机是一种用于局域网中的网络设备，它通过将网络数据包从源地址转发到目标地址，实现了网络中各个设备之间的通信。
以太网交换机的工作原理可以简述为帧转发、自学习和广播控制。
首先，以太网交换机实现帧转发。
当一个数据包到达以太网交换机的某个端口时，交换机会检查这个数据包的目标MAC地址。
如果该目标地址已存在于交换机的MAC地址表中，交换机将会通过对应的端口转发该数据包。
如果目标地址不存在于MAC地址表中，交换机会通过广播方式将数据包发送到所有其他端口，然后继续观察数据包的源MAC地址，并将该地址与接收到的数据包绑定到MAC 地址表中。
其次，以太网交换机通过自学习机制来完善MAC地址表。
当数据包从某个端口经过交换机时，交换机会观察源MAC地址和端口的对应关系，并将这个关系记录到MAC地址表中。
当再次接收到目标MAC地址与已知源MAC地址的数据帧时，交换机会快速找到目标MAC地址对应的端口，并只将该数据包转发到该端口，这样可以减少网络中不必要的数据发送，提高了网络的传输效率。
最后，以太网交换机通过广播控制机制来实现网络中广播数据的控制和管理。
即当一个数据包传输到以太网交换机的端口时，交换机会判断该数据包是否为广播数据包。
如果是广播数据包，交换机会将该数据包广播到所有其他端口上。
这样确保了局域网中广播数据的传播，同时也保证了网络中的广播数据的控制和管理。
总的来说，以太网交换机工作原理是基于三个关键机制：帧转发、自学习和广播控制。
通过这些机制，以太网交换机实现了对数据的高效转发和管理，提高了网络中设备之间的通信效率，同时也保证了网络的安全性和稳定性。
以太网交换机结构和原理
以太网交换机结构和原理1.物理结构:交换机的内部由多个交换模块组成，通常包括端口管理模块、转发引擎和交换矩阵。
端口管理模块负责管理每个端口的状态，包括连接状态、速度和双工模式等。
转发引擎用来处理数据包的转发和接收，以及生成和更新MAC地址表。
交换矩阵是交换机的核心部分，负责实现快速、准确的数据包转发。
2.数据转发和交换算法:以太网交换机的关键任务是根据数据包的目的MAC地址转发数据包。
当交换机接收到数据包时，它会通过查找MAC地址表来确定数据包的目的地址所对应的端口。
如果交换机的MAC地址表中没有对应的地址，它会广播数据包到所有连接的端口上。
交换机使用不同的交换算法来确定数据包的转发路径。
其中，最常用的算法是学习算法和转发算法。
学习算法用来学习和记录设备之间的MAC 地址和端口的对应关系，以建立和更新MAC地址表。
转发算法用来确定数据包的转发路径，以保证数据包能够快速、准确地到达目的地。
3.网络流量控制:流量控制的主要方法包括速率限制、拥塞控制和碰撞检测。
速率限制用来限制每个端口进出的数据包速率，以避免网络拥堵。
拥塞控制主要针对网络中的拥塞情况，通过调整转发速率，避免数据包堆积和丢失。
碰撞检测用来检测并解决网络中的碰撞问题，以确保数据的可靠传输。
此外，以太网交换机还支持虚拟局域网（VLAN）的功能。
VLAN可以通过将不同的设备划分到不同的虚拟网络中，以实现安全隔离和更好的网络性能。
总结起来，以太网交换机通过物理结构、数据转发和交换算法以及网络流量控制来实现多个设备之间的数据传输。
它的设计和实现使得局域网中的数据传输更加高效、可靠，并且支持多种功能，如VLAN等。
随着技术的发展，以太网交换机的性能和功能还将不断提升，以适应不断变化和发展的网络需求。
以太网交换机结构和原理
以太网交换机结构和原理以太网交换机是一种基于以太网技术的网络设备，主要用于实现局域网的数据交换。
它的主要作用是根据目的MAC地址和端口的对应关系，将数据包从一个端口复制并转发给目标端口，从而实现数据的快速传输和转发。
下面将从交换机的结构和原理两方面进行详细介绍。
一、交换机的结构1.交换机的外部结构交换机通常具有多个接口，用于连接多台终端设备，如计算机、服务器、打印机等。
每个接口都有一个端口号，用于标识不同的接口。
交换机能够通过不同的端口号将数据发送到相应的接口。
2.交换机的内部结构交换机内部通常包含以下几个主要部分：（1）端口：交换机的每个端口都与一个终端设备相连，可以通过端口来接收和发送数据。
（2）转发引擎：转发引擎是交换机的核心部分，主要负责实现数据包的转发和处理。
转发引擎通常由ASIC芯片（专用集成电路）组成，能够对数据包进行快速处理和转发。
（3）存储器：交换机通常具有一定的存储器容量，用于存储MAC地址表、数据包缓存等。
（4）控制板：控制板通常由CPU、操作系统和管理功能组成，用于控制和管理交换机的运行。
二、交换机的工作原理交换机的工作原理主要有两种模式：存储转发模式和直通模式。
1.存储转发模式（1）数据接收：当交换机接收到一个数据包时，首先会通过物理层和数据链路层的处理将数据包的帧头提取出来，并将源MAC地址记录到MAC地址表中。
（2）MAC地址表：MAC地址表存储了每个端口对应的MAC地址，以及MAC地址和接口的对应关系。
当交换机接收到一个新的数据包时，会根据源MAC地址在MAC地址表中查找对应的接口。
（3）根据MAC地址转发：如果在MAC地址表中找到了源MAC地址对应的接口，则将数据包发送到相应的接口，并更新源MAC地址的端口信息。
如果没有找到源MAC地址对应的接口，则将数据包广播到所有的端口上。
（4）根据目的MAC地址转发：当交换机接收到一个数据包时，会根据目的MAC地址在MAC地址表中查找对应的接口。
以太网交换机工作原理
以太网交换机工作原理
以太网交换机是一种网络设备，用于在局域网（LAN）中转
发以太网帧。
它的工作原理如下：
1. MAC地址学习：当交换机收到一个以太网帧时，它会提取
帧中的目标MAC地址，并将该地址与输入端口关联起来，以
此学习哪个MAC地址位于哪个端口。
交换机将这些信息记录
在一个地址表中。
2. MAC地址转发：一旦交换机学习到某个MAC地址位于特
定的端口上，它将只向该端口转发帧，而不是向所有端口广播。
这种方式可以提高网络的效率和安全性。
3. 广播和未知目标处理：当交换机收到一个广播帧时，它会将该帧发送到所有的端口上，以便其他设备能够接收到。
对于目标MAC地址未知的帧，交换机将其发送到除接收端口外的所
有端口上。
4. 数据转发速度：以太网交换机通常具有高速转发能力。
它能够以硬件方式进行帧的交换和转发，这使得数据能够以线速进行传输，减少了网络延迟。
5. VLAN支持：一些以太网交换机支持虚拟局域网（VLAN）
功能。
VLAN可以将一个物理局域网划分为多个逻辑上的局域网，实现隔离和安全性。
总的来说，以太网交换机通过学习和转发MAC地址来提高网
络效率和安全性。
它有效地减少了网络拥塞和冲突，提供了快速而可靠的数据传输。
以太网交换机结构和原理
以太网交换机结构和原理首先是端口模块，它负责外部设备和交换机之间的物理连接。
每个端口模块通常包括一个物理接口和一个逻辑接口。
物理接口是接入线缆的接口，常见的有RJ-45接口、光纤接口等。
逻辑接口则负责管理该端口的数据流动，对接入的数据进行分析和处理。
交换矩阵是以太网交换机的核心组件，它负责处理数据包的转发和交换。
交换矩阵通过运用复用技术，将多个数据包同时传输到不同的端口的输出队列中，然后根据目的地址进行匹配，找到正确的输出端口并将数据包转发至目标设备。
常见的交换矩阵有共享总线、矩阵式、共享内存等。
共享总线矩阵是一种较为简单的交换机结构，它通过共享一个总线来实现数据包的转发。
当一个数据包到达时，交换机首先会将其存储在内存中，然后通过共享总线依次将数据包发送至目标端口。
这种结构的特点是成本较低，但是容易因总线带宽约束而造成阻塞。
矩阵式交换矩阵采用了矩阵交换技术，能够同时处理多个数据包的转发。
它通过交换矩阵将每个输入端口连接到每个输出端口，并根据目的地址将数据包传输至目标端口，实现了快速的数据转发。
共享内存交换矩阵利用了内存的并行读写能力，能够同时处理多个数据包的转发。
数据包在输入端口接收后暂时存储在共享内存中，然后由交换矩阵根据目的地址将其转发至目标端口。
这种结构的优点是速度快、容量大，但成本较高。
控制模块是以太网交换机的管理中心，它负责控制端口模块和交换矩阵的运行。
控制模块通过解析数据包的目的地址，确定数据包的传输路径，并向交换矩阵下发相应的控制指令。
此外，控制模块还负责维护交换表，记录数据包的源地址、目的地址和对应的输出端口，以便下次转发时快速匹配。
1.当数据包到达交换机时，交换机首先会通过端口模块接收和解析数据包的源地址和目的地址。
2.交换机会检查交换表，查询目的地址对应的输出端口。
如果找到了匹配项，则直接将数据包转发至相应端口；如果未找到匹配项，则将数据包发送至所有的输出端口。
3.接收到数据包的目标设备将会返回一个应答信号，交换机会将该信号交给控制模块进行处理，更新交换表中的源地址和目的地址的映射关系。
以太网交换机
面临问题
面临问题
以太网交换机作为一种数据传输设备，是局域网中重要的设备之一，内部结构端口均为同主机连接，可以在 连接多个端口的同时，实现数据传输，也不会产生冲突。除此之外，以太网交换机成本较低，可以满足不同层次 的实际需求，在大数据时代背景下，以太网交换机技术不断发展，扩展形成了很多复杂的业务。在这个过程中， 以太网交换机也面临着较为严重的安全问题，主要包括以下几个方面：第一，广播恶意攻击；第二，网络攻击； 第三，MAC地址攻击；第四，MAC恶意欺骗；第五，环路攻击。以广播恶意攻击为例，网络是一个开放的平台，交 换机在接受大流量广播数据时，就会通过广播的形式转发这些数据，如果数据的传输控制功能不够完善，那么网 络宽带就会被这些垃圾数据充满，交换机需要具备面对众多数据的传输控制功能。
应用
应用
以太网交换机应用最为普遍，价格也较便宜，档次齐全。因此，应用领域非常广泛，在大大小小的局域网都 可以见到它们的踪影。以太网交换机通常都有几个到几十个端口，实质上就是一个多端口的网桥。另外，它的端 口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M的带宽、提供半双工、全双工、自适应的工作方 式等。
以太网交换机
交换机
01 概念
03 应用
目录
02 关键技术 04 特点
05 工作原理
07 转发方式
目录
06 面临问题
基本信息
以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网。以太网交换 机的结构是每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对端口，使每一 对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无冲突地传输数据。
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烟草培训专用
本章目标
能够正确接入交换机，并掌握 能够正确接入交换机，并掌握Cisco交换机的基 交换机的基 本操作
了解数据链路层的功能 了解以太网帧格式 了解交换机的数据转发原理 熟悉Cisco交换机的几种操作模式 熟悉 交换机的几种操作模式
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本章结构
功能 数据链路层 以太网 CSMA/CD 帧格式 MAC地址 地址 数据链路层与 交换机 工作原理 数据转发原理 全双工工作原理 内部交换方式 链路层设备 －交换机 产品概述－ 产品概述－Cisco Catalyst 2900系列 系列 访问方法 基本配置
单工、半双工与全双工 单工、
单工
只有一个信道， 只有一个信道，传输方向只能是单向的
A 例如： 例如：寻呼机
半双工
例如：对讲机 ： 例如B
只有一个信道，在同一时刻， 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输
全双工
A
例如： 例如：电话
B
双信道， 双信道，同时可以有双向数据传输
A
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B
冲突与冲突域
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MAC子层与 子层与LLC子层 －2 子层2－ 子层与 子层
逻辑链路控制（ 逻辑链路控制（LLC）子层（802.2） ）子层（ ）
建立和释放数据链路层的逻辑连接； 建立和释放数据链路层的逻辑连接； 提供与上层的接口； 提供与上层的接口； 给帧加上序号。 给帧加上序号。
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启动信息 配置模式
数据链路层的功能2－1 数据链路层的功能 －
数据链路层
位于网络层与物理层之间
网络层
数据链路层协议
网络层 数据链路层 物理层
主机B 主机
包(Packet） ） 帧 （Frame） ） 比特（ ） 比特（Bit） 数据单元
数据链路层 物理层
主机A 主机
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交换机数据转发原理12－3 交换机数据转发原理 －
AA 端口3 端口 端口3 端口 BB
A data 端口1 端口 data
B
端口2 端口 端口1 端口 端口2 端口
11
22
33
44
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交换机数据转发原理12－4 交换机数据转发原理 －
MAC地址 地址
11
端口号
数据链路层的功能2－2 数据链路层的功能 －
数据链路层的功能
数据链路的建立、 数据链路的建立、维护与拆除 帧包装、帧传输、 帧包装、帧传输、帧同步 帧的差错恢复 流量控制
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以太网
以太网工作在数据链路层
网络层协议
网络层
数据链路层协议 2 1 层
网络层 数据链路层
物理层协议
包 帧 比特 数据单元
以太网命名方法
N－信号－物理介质 －信号－
N：以兆位为单位的数据速率，如10、100、1000 ：以兆位为单位的数据速率， 、 、 信号： 信号：基带还是宽带 物理介质： 物理介质：标识介质类型
例如： 例如：100BASE-TX
或 数据速率为100M UTP或STP 数据速率为 即物理介质为 基带， 基带， 以太网专用
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以太网采用CSMA/CD 以太网采用
CSMA/CD—带冲突检测的载波监听多路访问 带冲突检测的载波监听多路访问 以太网采用CSMA/CD避免信号的冲突 以太网采用 避免信号的冲突 工作原理
发送前先监听信道是否空闲， 发送前先监听信道是否空闲， 若空闲则立即发送数据。 若空闲则立即发送数据。 在发送时，边发边继续监听 在发送时， 若监听到冲突， 若监听到冲突，则立即停止 发送 等待一段随机时间（ 等待一段随机时间（称为退 以后， 避）以后，再重新尝试
11
22
33
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交换机数据转发原理12－11 交换机数据转发原理 －
交换机最终的MAC地址表 地址表 交换机最终的 MAC地址 地址
11
端口号
1 3 2 3
A
44 22 33
MAC地址 地址
11 44 22 33
端口号
3 2 3 1
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B
交换机数据转发原理12－12 交换机数据转发原理 －
数据链路层 物理层
主机A 主机
以太网
物理层
主机B 主机
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什么是以太网
我们平常使用的局域网就是以太网
①如果中间的线路是共享 的，这条链路在同一时间 如果主机A ②③ 主机之间发送的数据 如果主机A发出一个 主机之间发送的数据， 由谁来使用呢？ 由谁来使用呢？如何来保 ， 数据包给主机B 数据包给主机B，如何标 需要保证双方互相都能 证这些主机能有序的使用 识主机A和主机B呢？这 识主机，那么它们发送的 读懂， 读懂 A和主机B 共享线路， 共享线路，不发生数据的 就是主机的地址问题。 就是主机的地址问题。 数据的格式， 数据的格式，是不是需 冲突？ 冲突？ 要有一个统一的规范呢？ 要有一个统一的规范呢？
类 型 / 长 度 2 字 节
前导码
目的地址
源地址
数据
帧校验 序列
7字节 字节
6字节 字节
6字节 字节
46～1500 ～ 字节
4字节 字节
数据链路层封装 物理层封装
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以太网标准
逻辑链路控 制子层 （LLC) 介质访问控 制子层 （MAC)
数据链 路层
IEEE802.2 以 太 网 IEEE802.3
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以太网MAC地址 地址 以太网
以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的 设备或一组设备
24比特 比特 供应商标识 标识） （供应商标识） 24比特 比特 供应商对网卡的唯一编号） （供应商对网卡的唯一编号）
对于目的地址： 对于目的地址 0–物理地址（单播地址） 物理地址（ 物理地址 单播地址） 1–逻辑地址（组播地址） 逻辑地址（ 逻辑地址 组播地址）
data
11
22
33
44
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交换机数据转发原理12－8 交换机数据转发原理 －
MAC地址 地址
11
端口号
3 2
B
44
交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机 在接收到数据帧后，执行以下操作： 在接收到数据帧后 交换机B学习源 学习源MAC地址和端口号 交换机 学习源 地址和端口号 交换机B查看 查看MAC地址表，根据 地址表， 地址表中的条目， 交换机 查看 地址表 根据MAC地址表中的条目， 地址表中的条目 单播转发数据到端口3 单播转发数据到端口
物理层
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MAC子层与 子层与LLC子层 －1 子层2－ 子层与 子层
介质访问控制（ 介质访问控制（MAC）子层（802.3） ）子层（ ）
将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行相 将上层交下来的数据封装成帧进行发送 接收时进行相 反的过程，将帧拆卸)； 反的过程，将帧拆卸 ； 实现和维护介质访访问控制协议，例如CSMA/CD； 实现和维护介质访访问控制协议，例如 ； 比特差错检测； 比特差错检测； MAC帧的寻址，即MAC帧由哪个站（源站）发出，被 帧的寻址， 帧由哪个站（ 帧的寻址 帧由哪个站 源站）发出， 哪个站／哪些站接收（目的站）。 哪个站／哪些站接收（目的站）。
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交换机数据转发原理12－5 交换机数据转发原理 －
AA 端口3 端口 端口3 端口 BB
A
端口1 端口 端口2 端口
B 端口1 端口 data data
端口2 端口
data
11
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33
44
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交换机数据转发原理12－6 交换机数据转发原理 －
data 在这个过程中， 在这个过程中，交换机的 33 MAC地址表中没有需要的条 地址表中没有需要的条 交换机通过广播的方式， 目，交换机通过广播的方式， 转发了数据帧
更新
交换机MAC地址表的老化时间是 地址表的老化时间是300秒 交换机 地址表的老化时间是 秒 交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中源 地址表中源MAC地址的所 交换机如果发现一个帧的入端口和 地址表中源 地址的所 在端口不同，交换机将MAC 地址重新学习到新的端口 在端口不同，交换机将
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3
B
data
交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机 在接收到数据帧后，执行以下操作： 在接收到数据帧后 交换机B查看 查看MAC地址表 交换机 查看 地址表 22 交换机B学习源 学习源MAC地址和端口号 交换机 学习源 地址和端口号 交换机B向所有端口广播数据包 交换机 向所有端口广播数据包 主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包 地址不是自己， 主机 ，查看数据包的目标 地址不是自己
MAC地址 地址
11
端口号
1
A
交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机 在接收到数据帧后，执行以下操作： 在接收到数据帧后 交换机A查找 查找MAC地址表 交换机 查找 地址表 交换机A学习主机 学习主机11的 交换机 学习主机 的MAC地址 地址 交换机A向其他所有端口发送广播 交换机 向其他所有端口发送广播
例如： － － － － － 例如：00－06－1b－e3－93－6c
IBM
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00－0d－28－be－b6－42 － － － － －
CISCO
以太网帧格式
802.3 以太网帧格式
帧 启 始 定 界 符 1 字 节