以太网交换机自学习算法及可视化
以太网原理通俗易懂图文说明PPT课件
含义
Length/T > 1500 代表了该帧的类型 Length/T <= 1500 代表了该帧的长度
第5页/共44页
以太网原理---CSMA/CD
以 太 网 原 理 ---CSMA/CD
• CS：载波侦听。 • 在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲突的机会。
• MA：多址访问。 • 每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。
由硬件asic实现转发路由算法最长匹配第一包路由以后做精确匹配包转发率低高命中或者更低没命中成本高低对路由变化的适应能力强弱二层交换不支持支持低端的路由器和l3的区别华为机密未经许可不得扩散文档密级
引入
• 我们知道局域网包含以太网,令牌环和令牌总线等等, 这些技术当中以太网技术以其简明高效的特点逐渐占 据了主导地位,所以以下课程单独讲以太网技术。
• 但VLAN技术也有缺点：
• 使用VLAN来划分网络后，网络的效率提高不少，可是本来不需要相互 访问的两个部门，现在又要少量的访问需求，该怎么办到呢？
我有个办法，你看行吗—— 让VLAN只限制 广播报文，不限制单播报文！
第28页/共44页
解决办法（一）
解 决办法 （一）
使用路由器连接不同的VLAN
第12页/共44页
由HUB组建以太网的实质
由 HUB组 建 以 太 网 的实质
• 实际上网络中由HUB组建以太网，仍然存在以下缺陷： • 冲突严重； • 广播泛滥； • 无任何安全性。
由HUB组建以太网，依然是一种共享式以太网。
第13页/共44页
L2工作模型
L2工 作 模 型
(BRIDGE/以太网交换机/L2) 设备工作模型：
• 为什么L3不增强对路由变化的适应能力？ • 答：必须使用更昂贵的CUP，成本增高。
以太网交换机技术要求_修订_简介_魏亮
不 需 要 专 门 制定 设 备 规 范
。
主 要 有 下 列 内容
为 防止 标准 范围 过窄
,
200 1
年发 布的千 兆 比 以太 网
得到修订
:
交 换 机 设 备 技 术 规 范 中 定 义 的千 兆 比 以 太 网 交 换 机 是 指
(l ) 将 标 准 名 称修 订 为 《以 太 网 交 换 机 技 术 要 求 》
。
口还
出 于 上 面原 因考 虑 I P 与 多 媒 体 动 作 组 决 定 将 《千 兆
,
通 常 用 在 运 营 商 内部 作 为 局 端 设 备 而 百 兆 和 十 兆
比 以 太 网 交 换 机 设 备 技 术 规 范 》 修 订 为 《以 太 网 交 换 机 技
接
口
的 以太 网 交 换 机 通 常 用 在 用 户 端
,
,
因此
专 门用 作 接 人 的以 太 网 交 换 机 还 应 符 合 Y D / T 124 0 一
2 00 2
பைடு நூலகம்
,
在多
V L AN
的复
《接 人 网 设 备 测 试 方 法
。
接 人 网设 备 》
—
。
基 于 以 太 网技 术 的 宽 带
实 现 多 生 成 树 算 法 的 以 太 网交 换 机 能 够 更 灵
,
因此 在 标 准 的 制
,
,
术要求》
5
。
定 讨 论 中 会 议 代 表认 为 在 电 信 行 业 标 准 中 只 需 要 制 定
千 兆 比 以 太 网交 换 机 就 可 以 满 足 电信 行 业 的 需 求
,
,
智能变电站以太网交换机讲解
变电站综合自动化
智能变电站以太网交换机
1、特点：
采用存储-转发机制， 消除冲突 MAC 地址学习、优先级和VLAN技术可以优化数据流 双绞线端口支持自动协商和自动交叉功能
即插即用，易于实现 采用RSTP支持各种拓扑结构 (总线, 星形, 环形, 网状)
Hub采用的CSMA/CD链路访问机制已经过时
2 2
◆多个出口数据队列，较高优先 级的数据可以先被发送
◆对实时数据（如声音/GOOSE）
减少抖动和网络延迟
◆与802.1Q VLAN共享标签字节
重庆电力高等专科学校
变电站综合自动化
智能变电站以太网交换机
4、组播处理
重要性
过程层通信(GOOSE和采样值)均依赖组播！
装置组播过滤方案
A B
●普通交换机把组播向所有端口转发（当广播处理） ●以太网卡硬件依靠Hash算法进行过滤 ●很可能误收！
智能变电站以太网交换机
6、组播运作步骤
-要接收某个组数 据的设备需发送 Declaration A B -组播数据发送 者、转发者需 Register
组播运 作步骤
-转发者重新 组织发送 Declaration
C
D
-长时间无 Declaration时会 终止组播的发送
重庆电力高等专科学校
变电站综合自动化
重庆电力高等专科学校
变电站综合自动化
智能变电站以太网交换机
2、IEC 61850交换机的网络管理功能
重要
不重 要
●IGMP Snooping ●链接聚合 (IEEE 802.3ad) ●三层交换
可选 ●网络状态显示, 统计, 故障分析 功能(SNMP) ●Rapid Spanning Tree (IEEE802.1w专科学校
04 以太网交换机基础及配置
4.1 以太网基础 以太网简介z 以太网由Xerox 公司PARC 研究中心于1973年5月22日首次提出x I c以太电缆分接器接口电缆收发器站点接口控制器终端器以太网系统的真正开端是在夏威夷岛上建造的用于无线电通信的ALOHA 系统。
对于采用广播信道的网络而言，最为关键的一个设计问题就是如何给各个站点分配信道的使用权。
ALOHA 是夏威夷大学的Norman Abramson 和他的伙伴们发明的一种全新的动态信道分配方法，其基本思想很简单：用户只要有数据要发送，就让他们发送。
由于广播的反馈性，发送方只要侦听信道就可以知道发出的数据是否被破坏，如果被破坏，发送方等待一段随机的时间再重发数据。
区别于传统的静态信道访问方法如TDM （Time Division Multiplexing ）、FDM（Frequency Division Multiplexing ），ALOHA 可以很好的处理数据通信的突发性，提高信道的利用率。
后来，为了尽量减少冲突的发生，在ALOHA 的基础上出现了很多的动态信道分配方法。
其中在ALOHA 基础上加入了载波监听的CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ）是最重要也是应用最为广泛的一种改进。
第一个CSMA/CD 系统是由Xerox PARC 建造的一个2.94Mb/s 的系统。
这也是第一个被称为以太网（Ethernet ）的系统。
1CSMA/CD 规定了一个想传输数据的节点必须执行如下步骤：1、监视信道直到其空闲。
2、传输数据，并监视信道看是否有冲突发生。
3、如果检测到冲突发生，停止传输，发出一个冲突产生信号，再等待一个随机的时间，再回到第一步。
这个随机的时间依如下规则选择：如果数据包冲突了n （n<16）次，则此节点以相同的可能性从0 ，1，..... ，2n - 1中随机选一个数K ，然后等待K * 512 比特时间（例如：在10Mbps 以太网中，1比特时间=10-7秒），如果n>15，则放弃发送。
交换机中交换表的自学功能实验总结
交换机中交换表的自学功能实验总结一、实验目的本实验旨在通过对交换机中交换表的自学功能进行实验，了解交换机的基本工作原理和数据转发过程，并掌握交换机中交换表的自学功能。
二、实验原理1. 交换机基本工作原理交换机是一种网络设备，用于连接多台计算机并进行数据转发。
它可以根据MAC地址来识别计算机，并将数据包转发到目标计算机。
当一台计算机发送数据包时，交换机会将其存储在缓存区中，并查找目标MAC地址所对应的端口。
如果找到了目标端口，则将数据包转发到该端口；如果没有找到，则将其广播到所有端口。
2. 交换表的自学功能为了提高数据转发效率，交换机通常会使用一个称为“交换表”的数据结构来记录每个MAC地址所对应的端口号。
当一台计算机发送数据包时，交换机会查找该MAC地址所对应的端口号，并将数据包仅仅发送给该端口。
在初始状态下，交换表为空。
当一台计算机发送数据包时，如果该MAC地址不在交换表中，则会被添加进去；如果已经存在，则更新其对应的端口号。
这个过程就是“自学”功能。
三、实验步骤1. 连接设备将交换机和多台计算机连接起来，确保它们在同一局域网中。
2. 配置网络为每台计算机配置IP地址、子网掩码和网关，并确保它们能够相互通信。
3. 查看交换表使用命令行工具ping向其他计算机发送数据包，并在交换机上查看交换表。
可以使用命令show mac address-table来查看交换表的内容。
4. 修改MAC地址修改一台计算机的MAC地址，并再次发送数据包。
观察交换表是否更新。
5. 清空交换表使用命令clear mac address-table来清空交换表，并再次发送数据包。
观察交换表是否重新自学。
四、实验结果与分析通过实验，我们成功地了解了交换机的基本工作原理和数据转发过程，并掌握了交换表的自学功能。
在实验过程中，我们可以通过查看交换表来验证自学功能是否正常工作，以及修改MAC地址和清空交换表等操作对其的影响。
五、实验总结本实验是一项基础性的网络实验，通过对交换机中交换表的自学功能进行实验，使我们更加深入地了解了网络设备的工作原理和数据转发过程。
计算机网络实验2实验二： 交换机和VLAN工作原理
大学实验报告2019年4月15日课程名称：计算机网络实验名称：实验二: 交换机和VLAN工作原理班级及学号：姓名：同组人：签名：指导教师：指导教师评定：一、实验目的：1.理解交换机通过逆向自学习算法建立地址转发表的过程。
2.理解交换机转发数据帧的规则。
3.理解交换机的工作原理。
4.理解虚拟局域网VLAN的概念。
5.了解VLAN技术在交换式以太网中的使用。
6.了解VLAN技术在数据链路层隔离广播域的作用。
二、实验任务：1．任务一：观察交换机的工作原理；2．任务二：观察未划分VLAN前，交换机对广播包的处理；3．任务三：创建两个VLAN，并将端口划分到不同VLAN中；4．任务四：观察划分VLAN后，交换机对广播包的处理；5．任务五：观察802.1Q帧封装格式；6．实验完成，写出实验报告。
三、实验步骤：任务一1.准备工作：打开对应练习文件“2-4交换机工作原理.pka”。
2.查看并记录PC0和PC2的MAC地址：单击PC0，选择Config选项卡，选择FastEthernet0，查看并记录MAC地址。
同样地，查看并记录PC2的MAC 地址。
PC0的MAC地址PC2的MAC地址3.添加PC0到PC2的数据包：进入Simulation模式。
单击Add Simple PDU，在拓扑图中添加PC0向PC2发送的数据包。
4.分别查看三台交换机在发送数据前的地址转发表：选中Inspect工具，在拓扑工作区单击Switch0，再选择MAC Table菜单项，显示Switch0当前的地址转发表。
5.查看Switch0的学习和转发过程：单击Capture/Forward一次，查看Switch0的地址转发表，与步骤3的结果对比，观察并记录增加的地址转发表项。
再单击Capture/Forward一次，观察并记录Switch是如何处理该数据包的。
单击Capture/Forward按钮一次再单击Capture/Forward按钮一次再单击Capture/Forward按钮一次6.观察Switch1和Switch2的学习和转发过程：参照步骤4的操作方法，最后删除所有场景。
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。
以太网交换机常用技术和协议.
目录
以太网介绍 CSMA/CD原理 交换机转发原理 VLAN原理
QinQ原理
生成树原理 RRPP协议 PBB
15
2018/11/4
VLAN原理
Virtual Local Area Network 相同VLAN内主机可以任意通信 二层交换 不同VLAN内主机二层流量完全隔离 阻断广播包，减小广播域 提供了网络安全性 相同VLAN跨交换机通信 实现虚拟工作组 减少用户移动带来的管理工作量
5
2018/11/4
目录
以太网介绍 CSMA/CD原理 交换机转发原理 VLAN原理
QinQ原理
生成树原理 RRPP协议 PA/CD原理
以太网所使用的接入方法就是IEEE802.3标准定义的具有碰撞检测的
主机1：0001.0EA3.A1AA
主机2：0001.0EA3.A1BB
目的MAC地址 端口2 端口1 端口4 端口3 0001-0EA3-A1AA 0001-0EA3-A1BB 0001-0EA3-A1CC 0001-0EA3-A1DD
出端口号 端口1 端口2 端口3 端口4
主机4：0001.0EA3.A1DD 主机3：0001.0EA3.A1CC
VLAN隔离了二层广播域，也就严格地隔离了各个VLAN之间的任何流量，分属于不同 VLAN的用户不能互相通信。不同VLAN之间的流量不能直接跨越VLAN的边界，需要使 用路由，通过路由将报文从一个VLAN转发到另外一个VLAN。
VLAN的实现由IEEE802.1Q实现，规定向以太网帧中增加4字节的标记字段。
DA SA Type Data CRC
原始以太网帧 带有802.1Q标记的 以太网帧
交换机网络基础培训PPT课件
常见网络设备
• 常见网络设备
–集线器HUB –桥/交换机Bridge/Switch –路由器Router –防火墙Firewall
HUB SW RT FW
Lantech TM
Pioneering Industrial and IP Networks
常见网络设备
• 常见网络设备（续）
• 以太网发展（续）
–1990年，为了提高网络带宽，一种能同时提供多条传 输路径的以太网设备出现了，这就是以太网交换机， 它标志着以太网从共享时代进入了交换时代。以太网 交换机是一个多端口网络设备，不仅将竞争信道的端 口数减少到2个，还支持在几个端口同时传输数据
–尽管提供了更高的带宽，并减少了竞争，但还是参照 CSMA/CD为基本原理
–此时，以太网的组网设备基本采用HUB集线器 （10M/Half Duplex），它是一种共享式的设备
–所谓Half-Duplex半双工，即数据的收发使用相同 的信道，收发不能同时进行，效率较低
Lantech TM
Pioneering Industrial and IP Networks
以太网基础
优点 由于是带宽独享的设备，大大提高了数据交换效率， 从而是大型网络的组建成为可能；同时交换机的功能 也比较丰富
Lantech TM
Pioneering Industrial and IP Networks
常见网络设备
• 常见网络设备（续）
–路由器Router 路由，是指把三层数据包从一个地方传送到另一个地 方的动作；而路由器，正是执行这种动作的设备。 路由器的主要功能为： 网络互连：路由器支持各种局域网和广域网接口，用 于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信； 数据处理：提供包括分组过滤、分组转发、优先级、 复用、加密、压缩和防火墙等功能 路由器的核心功能是根据路由表进行数据转发。
计算机网络—交换机的自学习算法
计算机⽹络—交换机的⾃学习算法
1.交换机的转发原理
2.交换机的⾃学习算法
（1）A到B
帧由主机A出发到接⼝1，交换机在帧交换表中登记，之后查询⽬的MAC地址，找不到，于是从其他接⼝转发出去，最后通过3接⼝找到主机B。
其他的主机都不匹配。
（2）B到A
帧从主机B出发到接⼝3，交换机在帧交换表中登记，之后查询⽬的MAC地址，找到MAC地址为A，接⼝为1，于是从1接⼝转发出去到达主机A。
（3）E到A
帧从主机E出发到接⼝3，交换机2在帧交换表中登记，之后查询⽬的MAC地址，找到MAC地址为A，接⼝为2，于是从2出去，到交换机1的接⼝4，交换机1在帧交换表中登记，之后查询⽬的MAC地址，找到MAC地址为A，接⼝为1，于是从1接⼝转发出去到达主机A。
（4）G到A
帧从主机G出发到接⼝1，交换机在帧交换表中登记，之后查询⽬的MAC地址，找到MAC地址为A，接⼝为1，发现和进来的是同⼀个接⼝于是将帧丢弃。
（5）
（6）⼩结。
以太交换机基本技术
1. 交换机技术基础1.1.以太网简介以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组建于七十年代早期。
Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps的常用局域网（LAN）标准。
在以太网中，所有计算机被连接一条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应多处访问（CSMA/CD）方法，采用竞争机制和总线拓朴结构。
基本上，以太网由共享传输媒体，如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。
在星型或总线型配置结构中，集线器/交换机/网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。
以太网系统由三个基本单元组成：●物理介质，用于传输计算机之间的以太网信号；●介质访问控制规则，嵌入在每个以太网接口处，从而使得计算机可以公平的使用共享以太网信道；●以太帧，由一组标准比特位构成，用于传输数据。
Ethernet 基本网络组成：●共享媒体和电缆：10BaseT（双绞线），10Base-2（同轴细缆），10Base-5（同轴粗缆）。
●转发器或集线器●网桥●交换机以太网协议：IEEE 802.3标准中提供了以太帧结构。
当前以太网支持光纤和双绞线媒体支持下的四种传输速率：●10 Mbps – 10Base-T Ethernet（802.3）●100 Mbps – Fast Ethernet（802.3u）●1000 Mbps – Gigabit Ethernet（802.3z)）●10 Gigabit Ethernet – IEEE 802.3ae1.2.以太网交换机简介以太网交换机，也称为交换式集线器，是简化（典型）的网桥，一般用于互连相同类型的LAN（例如：以太网/以太网的互连）。
工作在 OSI 网络参考模型的第二层上.以太网交换机，也称为交换式集线器，一般用于互连相同类型的LAN（例如：以太网/以太网的互连）。
作为局域网的主要连接设备，以太网交换机成为应用普及最快的网络设备之一。
随着交换技术的不断发展，以太网交换机的价格急剧下降，交换到桌面已是大势所趋。
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。
以太网交换技术
主要内容：
●
●
● ●
以太网基础知识 以太网端口极其配置 二层转发原理 VLAN技术原理
以太网工作机制
CSMA/CD：载波侦听与冲突检测-carrier sense multiple access/collision detection
CS：载波侦听-发送之前的侦听，确保线路空闲，减少冲突机会。 MA：多址访问-每个站点发送的数据，可以被多个站点接收。 CD：冲突检测-边发送边检测，发现冲突后进行回退（引入冲突 域）。 回退：检测到冲突后的处理：发现冲突就停止发送，然后延迟一 个随机时间之后继续发送。
端口的链路类型（续）
Hybrid链路
与Trunk链路基本相同 主要区别在于，Trunk链路对于VLAN等于 PVID的报文，送出时将去掉tag，而Hybrid 可灵活配置去掉或者保留。
支持VLAN的交换机MAC学习方式
IVL流程 根据帧的VLAN ID查找MAC地址表，确定查找范围 根据目的MAC查找出端口 如果在MAC地址表中查找不到该目的MAC，则该报 文将通过广播的方式在该VLAN内所有端口转发 同时该以太网的源MAC将被学习到接收到报文的端 口上 MAC地址表通过老化机制更新 在转发的过程中不会对帧的内容进行修改
二层交换机的局限性
二层交换机将网段上的冲突域限制到了 端口级、但是无法限制广播域的大小。 端口间已经不存在冲突。但是广播域仍 然为整个LAN。 解决办法：
引入VLAN。
VALN的基本作用
相同VLAN内主机可以任意通信
二层交换 阻断广播包，减小广播域 提供了网络安全性 实现虚拟工作组 减少用户移动带来的管理工作量
交换机的自学原理
交换机的自学原理
交换机的自学原理是指交换机通过学习网络中的MAC地址，自动构建MAC地址表，实现数据的转发和过滤。
具体来说，交换机在接收到数据帧时，会查看数据帧中的源MAC地址，并将其与已知的MAC地址表进行比对。
如果该MAC 地址已经存在于MAC地址表中，则交换机会直接将数据帧转发到对应的端口；如果该MAC地址不在MAC地址表中，则交换机会将该数据帧广播到所有端口，以便学习该MAC地址所在的端口。
当交换机学习到该MAC地址所在的端口后，就会将该MAC地址和对应的端口信息添加到MAC地址表中，以便下次转发数据时直接转发到对应的端口。
交换机的自学原理具有以下特点：
1. 自动学习：交换机能够自动学习网络中的MAC地址，并将其添加到MAC地址表中，实现自动构建和更新MAC地址表。
2. 动态更新：当网络中的设备发生变化时，交换机能够动态更新MAC地址表，保证数据的正确转发和过滤。
3. 快速转发：交换机能够快速转发数据，因为它能够直接将数据帧转发到目标端口，而不需要广播到所有端口。
4. 安全过滤：交换机能够根据MAC地址表进行安全过滤，只将数据转发到目标设备，避免了数据的泄露和攻击。
总之，交换机的自学原理是网络通信中的重要机制，能够提高网络的性能和安全性。
E系列教育网以太网交换机
E系列教育网以太网交换机前言在中国，教育网络是发展最快的网络之一，同时也是面临问题最多的网络。
教育网的迅猛发展为网络教学和科研提供了极佳的平台，同时也为FTP、视讯、BBS、网上直播等业务的开展创造了条件。
网络应用的蓬勃发展要求我们所提供的设备不仅能够对发展业务有良好支撑更应有一定的控制手段，从而保证更好的网络发展。
与此同时，小到一个学校的园区网，大到一个省的骨干网，我们的教育网络还面临着严重的安全问题。
黑客攻击，用户帐号、IP的盗用，带宽的非法侵占等危害成为阻碍教育网发展的绊脚石。
面对这种情况，我们需要针对够对网络的安全提供全面的解决方案，从技术的角度，基于产品的特性，同时配合一定的管理制度来保证教育网络的安全。
综上所述，教育网的发展需要新的技术，新的设备来推动。
现在，华为3Com公司基于多年的数据通讯开发经验和网络建设经验，为中国教育界量身定做了Quidway® E系列教育网交换机，为中国教育信息化作出一份贡献。
产品概述Quidway® E系列教育网以太网交换机是华为3Com公司针对教育行业需求自主开发的L2层线速以太网交换产品，是为要求具备高性能、较大端口密度且易于安装的网络环境而设计的智能型可网管交换机。
为教育行业特色业务如基于网络的远程教学、多媒体教学、科学研究以及Internet高速接入提供强有力的支持，是三网合一的教育网重要支撑产品。
Quidway® E系列教育网以太网交换机目前包含型号：E026-SI、E026、E050。
Quidway® E026-SI以太网交换机为1U高的盒式设备，支持19英寸机架安装，可不依赖于其他设备独立运行。
系统提供固定的24个10/100Base-TX的自适应端口、1个Console口及2个扩展槽位，可支持千兆、百兆和堆叠扩展模块，提供灵活的上行端口配置。
该交换机为基础版本，满足教育网络对设备QoS能力的基本要求。
计算机网络-3-5-以太网MAC层及交换机
计算机⽹络-3-5-以太⽹MAC层及交换机MAC层的硬件地址在局域⽹中，硬件地址⼜称为物理地址或者MAC地址（因为这种地址⽤在MAC帧中）IEEE 802标准为局域⽹规定了⼀种48位(6字节)的全球地址，固化在适配器的ROM中。
如果计算机中或者路由器有多个适配器，那么这样的主机或者路由器就有多个“地址”，更准确的说，这种48位“地址”应当是某个接⼝的标识符。
IEEE的注册管理结构RA是局域⽹全球地址的法定管理机构，它负责分配地址字段6个字节中的前三个字节。
世界上凡是要⽣产局域⽹适配器的⼚家都必须向IEEE注册管理结构购买由这三个字节构成的号(地址块)，这个号的正式名称为组织唯⼀标识符OUI，通常也叫公司标标识符。
以太⽹适配器还可以设置为⼀种特殊的⼯作⽅式，即混杂模式，⼯作在混杂模式的适配器只要“听到”有帧在以太⽹上就可以悄悄传输接收下来，⽽不管帧发送到哪⾥。
MAC帧格式常⽤的以太⽹MAC帧格式有两种，⼀种是DIX Ethernet V2标准(以太⽹V2标准)，另⼀种是IEEE的802.3标准。
这⾥介绍使⽤最多的以太⽹V2的MAC帧格式(图3-22)。
图中假定⽹络层使⽤的是IP协议。
image以太⽹V2的MAC帧⽐较简单，由5个字段组成。
前两个字段分别为6字节长的⽬的地址和源地址字段。
第三个字段为2字节的类型字段，⽤来标识上⼀层(例如⽹络层)使⽤的是什么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交给上⼀层的这个协议。
例如，当协议字段为0x0800代表上层⽹络层使⽤的是IP数据报；若类型为0x8137表⽰的是上层是从Novell IPX发过来的。
第四个字段是数据字段，其长度为46-1500字节之间(最⼩长度64字节减去⾸部和尾部以及类型的长度18)。
第五个字段为4字节的帧检验序列FCS(使⽤CRC校验)。
MAC层怎么知道从从接收到的以太⽹帧取出多少字节交付给上⼀次层呢？这时候我们需要说⼀下曼彻斯特编码，曼彻斯特编码的重要⼀个特点是：在曼彻斯特编码的每⼀个码元的正中间⼀定有⼀次电压转换(由⾼到低或者由低到⾼)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
设计题目: 以太网交换机自学习算法及可视化学院：专业年级：学号：姓名：指导教师、职称：目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2课题研究的目的与意义 (1)1.3程序开发工具简介 (1)1.3.1 C#简介 (1)1.3.2 visual studio简介 (2)1.3.3 程序开发环境 (2)2相关原理简介 (3)2.1工作原理 (3)2.2自学习能力 (3)2.3过滤/转发 (3)2.4单播 (4)2.5广播 (4)2.6交换机的局限性 (4)2.6.1广播风暴 (4)2.6.2广播通信量的增长 (4)2.6.3有毒分组[10] (4)3 总体设计 (5)3.1设计思路 (5)3.2模块设计 (5)3.2.1信息选择模块 (5)3.2.2 转发表（监视）的操作模块 (6)3.2.3发送单播广播的操作模块 (7)3.2.4主机添加模块 (7)4 程序的实现与测试 (9)4.1程序调试/测试 (9)4.1.1程序调试................................................................................................. 错误!未定义书签。
4.1.2软件测试................................................................................................. 错误!未定义书签。
4.2自学习 (9)4.3多播、广播 (13)4.4主机添加 (15)结束语 (18)参考文献 (20)附录： (22)摘要交换机自学习的模拟程序设计，使交换机的工作进程模拟出来，同时让交换机的自学习、过滤、转发的理解更容易，更方便，更直观，同时此程序浏览起来简洁方便，给用户的学习理解带来了便捷。
本系统使用Visual Studio 2008 作为开发软件，使用C#为开发工具，实现了交换机的工作原理模拟，转发表的更新，转发表的查询以及单播、广播的信息发送。
本文从分析课题的题目背景、题目意义、题目要求等出发，分别从需求分析、总体设计、详细设计、测试等各个方面详细介绍了系统的设计与实现过程，最后对程序的完成情况进行了总结。
关键词：交换机；自学习；转发表；可视化；AbstractSwitches from the study of simulation program design can make the switch working process is simulated,and make self learning,filtering,and switches forward understanding more easily,more convenient,more intuitive.This program is concise and convenient to browse and brought convenient to users' learning to understand.The system Visual Studio 2008 as a software development,using c# asdevelo-pment tool,to achieve the working principle of simulation of switch,and forwarding update and forwarding form's query,as well as unicast, broadcast messages.Based on the analysis topic subject background, meaning, subject requirements.Respectively from the demand analysis,overall design,detailed design, testing various aspects,introducing the system design and implementation process.The last summary the completion of the program. Key words :The switch; Self learning; Turn published; Visualization;1引言1.1 课题背景随着经济的发展，社会的进步，互联网已经普及到千家万户，对于互联网的学习和了解已经越来越迫切。
此程序的开发，可以简洁方便的了解互联网的协议的交换机的模拟，通过操作的过程，可以深入的了解交换机的工作过程和原理，通过简单的界面操作把书本中的知识迅速的转化为自己的技能。
本程序可以最大限度的了解此协议，高效率的完成学习的目的。
在数据链路层扩展要以太网要使用交换机。
交换机工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤[1]。
以太网交换机实质上就是一个多接口网桥，和工作在物理层的转发器和集线器有很大的差别，此外，多接口交换机的每个接口都直接与一个单个主机或另一个集线器相连，并且一般都工作在全双工方式。
当主机需要通信时，交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞地传输数据。
其内部的帧转发表也是通过自学习算法逐渐建立起来的。
本课题便是基于交换机的自学习算法展开，依托于C#模拟交换机自学习过程以及模拟单播广播[2]。
1.2课题研究的目的与意义本设计主要是将书本上的理论通过编程展示出来，以便更好让读者了解交换机自学习算法的过程。
在计算机网络的学习中，两个主机之间的数据传输总是在一段一段的链路上传送，在两个相邻结点之间传送数据是直接传送的，这就需要使用专门的链路层的协议，在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上“透明”地传输帧中的数据。
这样的一个界面我们可以清楚地测试交换机的自学习以及转发帧的过程，还有转发表的形成，展现了数据链路层，当交换机收到一个帧，根据目的MAC地址，进行单播或者广播，即一对一通信，或者发送给本局域网上所有站点的帧。
1.3程序开发工具简介1.3.1 C#简介我们所做的多接口交换机自学习算法是用C#语言编写。
所以，在这里我介绍一下C#语言。
C#是在之前的开发语言的基础上推出的一种最新的、面向对象的编程语言。
其具有强大完善的功能，能够方便编写各种基于Microsoft .NET平台的应用程序， 平台依靠其强大的服务工具给编程人员的开发带来便利[3]。
应该看到C#拥有众多的工具，简单便利的语言结构，使其成为众多面向对象工具的代表，在构建各类组件时，使用C#能够使程序员方便地将各类运用转化为XML网络服务，而不受语言与操作系统的兼容限制。
正是由于C#的这些特点，使它成为程序员构建各类程序主要组件的首要选择[4]。
1.3.2 visual studio简介Microsoft Visual Studio 2008是面向Windows Vista、Office 2007、Web 2.0的下一代开发工具,代号“Orcas”，是对Visual Studio 2005一次及时、全面的升级。
VS2008引入了250多个新特性，整合了对象、关系型数据、XML的访问方式,语言更加简洁。
使用Visual Studio 2008可以高效开发Windows应用。
设计器中可以实时反映变更,XAML中智能感知功能可以提高开发效率。
同时Visual Studio 2008支持项目模板、调试器和部署程序。
Visual Studio 2008可以高效开发Web应用，集成了 AJAX 1.0，包含 AJAX项目模板，它还可以高效开发Office应用和Mobile应用。
1.3.3 程序开发环境操作系统：Microsoft Windows 7开发工具：C＃开发平台：Microsoft Visual Studio 20082相关原理简介2.1工作原理交换机监听它连接的每个网段上的传输数据，它将每个数据帧的地址和自身软件的一个地址表进行比较。
当一个数据帧的目的地址和它的源地址是在不同的网段时，交换机将该帧转发到与目的网段相连的端口[5]。
由于只转发目的地址在其他网段的数据帧，交换机增加了整个网络吞吐率的有效性。
交换机并不查看帧的内容，只检查帧头中包含的自知并在需要的时候转发它们。
交换机具有有效性：可以过滤通信量，增大吞吐量。
交换机工作在链路层的MAC子层，可以是以太网各网段成为隔离开的碰撞域。
如果把交换机换成工作在物理层的转发器，那就没有这种过滤通信量的功能。
不同网段上的通信不会相互干扰。
同时交换机具有扩大了物理范围，因而也增加了整个以太网工作站的最大数目的作用[6]。
交换机具有可靠性，提高了可靠，当网络出现故障时，一般只影响个别网段。
并且交换机具有互联性，可互联不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。
2.2自学习能力若从某个站点A发出的帧从接口x进入了某网桥，那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到站点A.所以交换机只要每收到一个帧，就记下其源地址和进入交换机的接口，作为转发表中的一个项目。
应当注意的是转发表中并没有“源地址”这一栏，而只有“地址”这一栏。
在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面[7]。
当交换机接收到一个数据帧时，它将其源地址和自身的地址转发表进行比较。
若源地址不在转发表中，交换机会将它加入，同时加入的还有接收该数据帧的端口号。
由于交换机具有这样的自学习能力，交换机学习然后知道了网络中主机的地址，新的主机可以自动添加到网络中而不必花人工去配置每个交换机，最后交换机学习并知道所有连接其端口的MAC地址[8]。
2.3过滤/转发交换机将收到的每个帧的目的地址和自身的地址转发表进行对比。
如果目的地址和源地址在同一个网段，交换机就会将此帧过滤掉，即丢弃该帧[9]。
如果目的地址和源地址不在同一个网段上，交换机就会查出哪个端口将会接收该目的地址，并将该帧转发到相应的端口。
如果目的地址不在转发表中，交换机将此帧转发除接收端口以外的所有端口。
2.4单播单播即一对一通信，主机之间一对一的通讯模式，网络中的交换机和交换机对数据只进行转发不进行复制。
如果10个客户机需要相同的数据，则服务器需要逐一传送，重复10次相同的工作。
但由于其能够针对每个客户的及时响应，所以现在的网页浏览全部都是采用单播模式。