交换机与虚拟局域网

5.2
以太网交换机的工作过程
地址学习
5.2.3
以太网交换机利用“端口-MAC地址映射表”进行信息的交换。因此，地址映 射表的建立和维护显得相当重要。一旦地址映射表出现问题，就可能造成信息转 发错误导或导致通信中断、网络瘫痪。 以太网交换机从一个端口收到数据帧后，查看帧的源MAC地址并记住该帧进 入的端口号（也就是知道了哪一台计算机连接在哪一个端口上），交换机将检查 地址映射表中是否已经存在该对应关系。如果不存在，交换机就将该对应信息添 加到地址映射表；如果已经存在，交换机将更新该表项。因此，在以太网交换机 中，地址是动态学习的。只要这个主机发送信息，交换机就能捕获到它的MAC地 址与所在端口的对应关系。 在每次添加或更新地址映射表的表项时，添加或更改的表项被赋予一个计时 器。这使得该端口与MAC地址的对应关系能够维持一段时间。如果在计时器计时 结束之前没有再次捕获到该端口与MAC地址的对应关系，该表项将被删除。通过 删除过时的表项（或定时更新），交换机维护了一个精确而有效的地址映射表。 这样做的目的是保证在网络变化时，地址映射表能随变化更新。
教学目标与教学要求
教学目标:
本章的主要介绍了交换式以太网的基本组网方法及虚拟局域网的基本划分方 法。通过本章学习，应理解交换式网络的特性，理解交换机的基本工作原理和工 作过程，理解虚拟局域网的作用，最后通过组网实训，应掌握虚拟局域网的基本 划分方法。
教学要求:
知识要点
交换技术 交换机 VLAN 组网实训 能力要求 相关知识 共享式网络及网络分 段 端口-MAC地址映射表 VLAN划分方法 交换机常用命令
5.1
交换技术
交换技术
5.1.2
共享式以太网的问题的根源来自于主机“共享介质”所引发的“冲 突”，导致任意时刻只有一台主机能发送信息。如果所有主机都能同时 发送信息，则可以大大提高网络的性能。 交换式局域网可从根本上改变共享介质的方式，可通过交换机支持 端口主机之间的多个并发连接，实现多主机之间数据的并发传输，因此 可以增加局域网带宽，改善局域网性能和服务质量。 以太网交换机实质上就是一个多端口的网桥，与工作在物理层的中 继器和集线器有很大的差别。因为普通交换机工作在数据链路层（第二 层），也称之为第二层交换机。
5.2
以太网交换机的工作过程
数据转发方式
5.2.2
3. 改进的直接交换 改进的直接交换方式是介于直通交换方式和存储转发交换方式之间 的一种解决方案。它检查数据帧的长度是否达到64Byte，如果小于 64Bytes，说明该帧是碎片（即在数据发送过程中由于冲突而产生的残缺 不全的帧），则丢弃该帧；如果大于64Bytes，则转发该帧。特点是对于 短帧，交换延迟时间与直接交换方式相同；对于长帧，交换延迟时间减 少。总的来说比存储转发交换方式快，但比直通交换式慢。
5.2
以太网交换机的工作过程
数据转发方式
5.2.2
2. 存储转发交换(Store-and-Forward) 在存储转发交换方式下．交换机的先将收到的数据帧放入缓冲存储 器，然后进行CRC校验，滤掉不正确的帧（一旦发现错误就通知源主机重 新发送帧），确认数据帧正确后，取出目的地址，通过地址映射表找到 相应的输出端口，然后把数据帧转发出去。 这种交换方式的优点是具有帧差错检测能力，并且能够支持不同速 率端口之间的数据帧转发；缺点是交换的时间延迟长（因为要接收并校 验整个数据帧后才能转发出去）。
5.2
以太网交换机的工作过程
5.2
以太网交换机的工作过程
数据转发方式
5.2.2
1. 直接交换(Cut-Through) 在直接交换方式中，不用接收完整个数据帧，只要收到数据帧帧头 的源MAC地址和目的MAC的地址，就根据数据帧目的MAC地址查找地址映射 表，找到对应端口马上将该据帧转发出去，而不管这一数据帧是否有错 。 这种交换方式的优点是速率高、延时小；缺点是在转发帧时不进行 错误校验，可靠性相对降低，不能对不同速率的端口转发。如从100Mbps 到10Mbps的端口不能直接转发。
理解交换技术如何提升网络性能
理解交换机工作原理和工作过程 理解虚拟局域网的作用并能按要求进行划分 掌握VLAN的划分方法
5.1
交换技术
共享式以太网的缺点
5.1.1
随着网络的应用越来越广泛，对以太网的性能要求也越来越高，传 统的以太网也越来越暴露出许多缺点，变得越来越拥塞和不堪重负。 为了提高局域网的效率和性能，必须采用交换技术来解决这个问题 。共享式以太网的缺点主要有： 1. 共享带宽 2. 不能支持多种速率 3. 不支持高级的网络功能
5.2
以太网交换机的工作过程
通信过滤
5.2.4
交换机建立了地址映射表之后，它就可以就可以实现信息过滤了。 假设主机B向主机C发送数据，因为主机B连接到交换机的端口4，所 以，交换机将从端口4接收数据帧，通过查询地址映射表，交换机发现主 机B和主机C都连接到端口4，即发送地址与目的地地址处于同一端口。遇 到这种情况，交换机不再转发，简单地将帧抛弃，帧被限制在本免了网络上不必要的数据流 动。这是交换机通信的主要优点，也是它与集线器截然不同的地方。集 线器会无条件地向其他所有端口转发信息，每个与集线器相连的主机都 会收到该网段上的所有信息。而交换机所连的网段只会收到发给它们的 信息，无关的信息都会被“挡”在外面，减少了局域网上总的通信负载 ，因此提供了更多的带宽。
5.2
以太网交换机的工作过程
以太网交换机的工作过程
5.2.1
交换机组网与集线器组网的带宽分配：
5.2
以太网交换机的工作过程
以太网交换机的工作过程
5.2.1
交换机对数据的转发是以主机网卡的MAC地址为基础的。交换机监测 发送到每个端口的数据帧，通过数据帧中的源主机MAC地址信息，就会得 到与每个端口所连接的主机MAC地址（一般情况下一个MAC地址就代表一 台计算机），并在交换机的内部建立一个“端口-MAC地址映射表”。建 立地址映射表后，当某个端口接收到数据帧后，交换机会查看该帧中的 目的主机MAC地址，并通过查找地址映射表，将数据帧转发到相应的端口 。
5.1
交换技术
交换技术
5.1.2
由集线器组成的共享式：
5.1
交换技术
交换技术
5.1.2
交换机对共享式以太网分段：
5.2
以太网交换机的工作过程
以太网交换机的工作过程
5.2.1
以太网交换机可以通过交换机端口之间的多个并发连接，实现多个 主机之间数据的并发传输。这种并发数据传输方式与共享式以太网在某 一时刻只允许一个主机占用共享信道的方式相比，效率要高得多。 交换式以太网建立在传统以太网基础之上。利用以太网交换机组网 ，交换机的端口可以连接计算机，也可以连接其他交换机或集线器。无 论连接什么设备，交换机的每个端口都提供同样的带宽。