以太网交换机结构和原理
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
《以太网交换基础》课件
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复杂性
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云计算
《以太网交换基础》PPT
课件
网络交换技术是现代计算机网络的核心，本课件将详细介绍以太网交换的基
础知识、原理和应用。
以太网交换基础介绍
了解计算机网络的基本概念和传输介质，掌握以太网交换的定义和作用。
以太网交换的原理和概念
1
MAC 地址
2
帧转发和过滤
3
无碰撞传输
了解 MAC 地址的作用和
掌握交换器利用 MAC 地
介绍交换器的管理接口，
讲解交换器的基本配置，
探索交换器的监控功能和
如控制台端口、Web 管理
如端口速度和双工模式。
故障排除方法，如端口监
界面和远程管理。
控和链路聚合的故障排查。
以太网交换的优缺点和应用
优点
缺点
应用场景
•
高速数据传输
•
网络安全性
•
企业局域网
•
低成本
•
广播风暴
•
数据中心
•
灵活性和可扩展性
10/100 交换机
高速交换机
软件定义网络（SDN）
回顾以太网交换器从最初的
介绍10GbE、40GbE和
展望SDN对以太网交换技术
10/100Mbps到后来的千兆交
100GbE等高速以太网交换技
的前景和变革。
换技术的演进。
术的发展。
以太网交换器的配置和管理
1
交换器管理接口
2
交换器配置
换器如何通
结构，理解以太网数据帧
址表进行帧转发和过滤的
过隔离链路和广播域实现
和帧头中的源 MAC 和目
过程。
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。
以太交换机工作原理
以太交换机工作原理以太交换机是一种网络设备，用于在局域网中传输数据包。
它的工作原理是基于以太网技术，能够实现数据包的快速转发和交换。
本文将详细介绍以太交换机的工作原理，包括数据包的转发过程、交换机的工作模式和数据包的过滤功能。
1. 数据包的转发过程以太交换机通过学习和转发数据包来实现局域网中不同设备之间的通信。
当一台设备发送数据包时，交换机会根据数据包中的目标MAC地址来确定数据包的转发路径。
如果交换机已经学习到了目标设备的MAC地址，它会直接将数据包转发到目标设备所在的端口；如果交换机还没有学习到目标设备的MAC地址，它会将数据包广播到所有端口，以便目标设备能够收到数据包并进行响应。
当目标设备响应后，交换机会学习到目标设备的MAC地址，并将其记录在转发表中，以便下次能够直接转发数据包。
2. 交换机的工作模式以太交换机有两种工作模式：存储转发模式和直通模式。
在存储转发模式下，交换机会先接收整个数据包，然后进行校验和处理，最后再将数据包转发出去。
这种模式可以确保数据包的完整性和正确性，但会增加延迟。
在直通模式下，交换机会在接收到数据包的同时进行转发，这样可以减少延迟，但无法进行校验和处理。
根据实际需求，用户可以根据需要选择不同的工作模式。
3. 数据包的过滤功能以太交换机还具有数据包的过滤功能，可以根据源MAC地址、目标MAC地址、源IP地址、目标IP地址等信息对数据包进行过滤和转发。
通过设置不同的过滤规则，用户可以实现对特定数据包的转发控制，从而提高网络的安全性和效率。
例如，用户可以设置只允许特定MAC地址的设备进行通信，或者禁止某些IP地址的设备进行通信。
总之，以太交换机是一种能够实现数据包快速转发和交换的网络设备，其工作原理基于以太网技术，包括数据包的转发过程、交换机的工作模式和数据包的过滤功能。
通过了解以太交换机的工作原理，用户可以更好地理解和使用这种网络设备，提高局域网的通信效率和安全性。
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。
以太网交换机技术原理
以太网交换机技术原理一、流控制：以太网交换机通过处理数据帧的速率来实现流控制，以防止网络拥塞。
当交换机接收到一个数据帧时，会首先检查目标MAC地址，并将其与一个流控制位进行匹配。
如果该位为控制帧，则会将该帧存储在内部的缓冲区中，等待转发。
二、地址学习：交换机会学习每个设备的MAC地址，并将其存储在一个转发表中。
当交换机接收到数据帧时，会从帧头中提取源MAC地址，并检查转发表中是否已经包含了该地址。
如果没有，则会将该地址添加到表中，并将其对应的端口更新为接收到数据帧的端口。
三、转发表：转发表用于指导交换机将数据帧转发到正确的目标设备。
其中，每一项由源MAC地址、VLAN号和对应的端口组成。
当交换机接收到一个数据帧时，会首先检查帧头中的目标MAC地址，并在转发表中查找是否有该地址的匹配项。
如果找到，则交换机会将数据帧转发到该地址对应的端口；如果没有找到，则交换机会将数据帧广播到所有端口（除了该数据帧的入端口）。
四、冲突处理：以太网采用了一种CSMA/CD的冲突检测机制来处理传输媒介上的冲突。
当多个设备同时尝试传输数据时，可能会发生冲突。
交换机会通过监测传输媒介上的信号来检测是否有冲突发生。
如果交换机检测到冲突，则会发送一个信号来通知其他设备停止当前的传输，并且会采用随机退避算法来决定何时重新尝试发送数据。
除了以上基本原理外，以太网交换机还可以支持一些高级功能，如虚拟局域网（VLAN）和链路聚合。
VLAN可以将一个局域网划分为多个虚拟局域网，从而实现更好的网络管理和安全性；链路聚合可以将多个物理链路绑定在一起，提供更大的带宽和冗余备份。
总而言之，以太网交换机可以实现局域网内设备之间的快速、准确的数据包转发和交换，提高网络的性能和可靠性。
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。
以太网交换机技术原理
以太网交换机技术原理以太网交换机的基本原理是通过多个以太网端口来接收和转发数据帧。
每个端口相当于一条通道，可以连接一个或多个计算机。
当一台计算机要发送数据时，它会将数据封装成数据帧，并将数据帧发送给交换机的一些端口。
交换机收到数据帧后，会读取其中的目标MAC地址，然后通过学习和转发的方式将数据帧发送给目标计算机。
交换机学习和转发数据帧的过程主要包括三个步骤：学习、过滤和转发。
学习：交换机收到数据帧后，会提取出数据帧中的源MAC地址，并将这个地址和收到这个数据帧的端口绑定在一起，形成一个表项。
这样，交换机就学会了源MAC地址所对应的端口。
如果收到的数据帧中的源MAC地址已经存在于之前的表项中，交换机会更新这个表项的时间戳。
学习的过程可以通过交换机的学习模块完成，该模块通常是一个CAM（Content-Addressable Memory）表。
过滤：交换机会检查数据帧的目标MAC地址，并与之前学习到的表项进行匹配。
如果目标MAC地址在表项中存在，则说明目标计算机直接连接在与该表项对应的端口上，交换机会直接转发数据帧到这个端口上。
如果目标MAC地址在表项中不存在，交换机会将数据帧广播到除了收到数据帧的端口之外的所有端口，这样可以确保数据帧能够传输到目标计算机。
转发：在进行广播之后，交换机会等待所有连接的计算机响应。
如果有计算机回应，交换机会将这个计算机的MAC地址和所在端口加入到学习表中，下一次发送该计算机的数据帧时可以直接转发到这个端口。
如果没有计算机回应，交换机会丢弃数据帧，避免网络拥堵。
除了学习和转发功能，以太网交换机还有一些其他的功能。
例如：虚拟局域网（VLAN）的实现，可以将交换机的端口划分为不同的虚拟局域网，实现隔离和安全性；链路聚合（Link Aggregation）的实现，可以将多个端口绑定在一起，提高带宽和冗余性；流控和管理功能，可以对流量进行限速和精细的管理等。
总结起来，以太网交换机的技术原理是通过学习和转发方式来实现计算机之间的数据交换，同时可以提供很多其他的功能来满足网络的需求。
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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自协商基本页信息
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Message Type Ethernet=00001 10BASE-T半双工 10BASE-T全双工 100BASE-TX半双工 100BASE-TX全双工 100BASE-T4 流控支持 远程故障指示 确认 下一页指示
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标准以太网
标准以太网（10Mbit/s）的网络定位
模型分类 接入层 汇聚层 核心层 网络定位
最终用户和接入层交换机之间的连接 通常不使用 通常不使用
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FL-004 以太网交换机结构及原理
客户技术服务部门
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汇报内容
交换机原理及硬件结构
概述
1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。其实，交换技术 是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技 术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器一样，交换机按每一个包中的 MAC地址相对简单地 决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交 换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。 交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶 颈问题。现在已有以太网、快速以太网、 FDDI和ATM技术的交换产品。 类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网 域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安 装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的 硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网 络变化的操作。 利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥 接器高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有 64个八进制数的数据包，可提供 14880bps的传输速率。这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太 网交换器必须提供89280bps 的总体吞吐率（6道信息流Ｘ14880bps/道信息流）。专用集成电 路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。
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以太网连接需求
以太网连接必须保证网络的性能
•网络带宽 •网络时延
以太网的性能需求主要取决于不同的应用
•电子邮件 •文件传输 •实时语音、视频
网络性能取决于许多不同的因素。其中一个重要因素就是用来 连接设备的线缆的类型。
与没有自协商机制的设备连接
不使用自协商机制会出现以下情况：
• • •
无法实现端口的10/100M速率自适应 无法确定双工工作模式 无法确定是否需要流量控制功能
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自协商优先级
优先级顺序
A
工作方式
100BASE-TX全双工 100BASE-T4 100BASE-TX 10BASE-T全双工 10BASE-T
万兆以太网传输距离
技术标准
10GBaseCX4 4对铜轴电缆
线缆类型
传输距离
15m
300m 10km 40km
10GBase-S 多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光 10GBase-L 单模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为1310nm的激光 10GBase-E 单模光纤，9um光纤，使用波长为1550nm的激光
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解决以太网连接带宽问题
为用户增加带宽的几种方法： 增加网络的总体带宽
• •
组建交换式以太网，带宽独享 增加链路速率，10M-100M-1000M-10000M
减少在同一共享介质线缆段上的设备数量
减少用户
RAM（随机访问存储器）:IOS将随机访问存储器分成共享和主存， 主要用来存储运行中的交换机配置；
FLASH (闪存)：用来存储IOS软件映像文件，闪存是可以擦除内 存，它能够用IOS的新版本覆写. NVRAM（非易失性随机访问存储器）：用来存储系统的配置文 件。 交换机的IOS升级主要是闪存中的IOS映像文件进行更换。
交换架构的演进
分布式CrossBar架构
核心交换机的交换容量现已发展到了几百个Gbps，同时支持多个万兆接口并规 模应用在城域网骨干和园区网核心。分布式的CrossBar架构很好地解决了在新 的应用环境下核心交换机所面临的高性能和灵活性的挑战。
也就是说，除了交换网板采用了CrossBar架构之外，在每个业务板上也采用了 CrossBar+交换芯片的架构。在业务板上加交换芯片可以很好地解决了本地交换 的问题，而在业务板交换芯片和交换网板之间的CrossBar芯片解决了把业务板 的业务数据信元化问题，从而提高了交换效率，并且使得业务板的数据类型和交 换网板的信元成为两个平面，也就是说可以有非常丰富的业务板，比如可以把防 火墙、IDS系统、路由器、内容交换、IPv6等等类型的业务整合到核心交换平台 上，从而大大提高了核心交换机的业务扩充能力。 同时，这个CrossBar有相应的高速接口，分别连接到两个主控板或者交换网板， 从而大大提高了双主控主备切换的速度。
快速以太网传输距离
技术标准
100BaseTX 100BaseT4
线缆类型
EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞2对 EIA/TIA3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对 多模光纤（MMF）线缆
传输距离
100m 100m 550m-2km 2km-15km
100BaseFX 单模光纤（SMF）线缆
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自协商
100Mb/s自协商 100Mb/s全双工
端口2自动协商 端口3自动协商
10Mb/s自协商
端口1自动协商
端口4自动协商 端口5自动协商
10Mb/s全双工 10Mb/s半双工
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Reserved
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自协商信号
约100ns 时 钟 约62.5μs
数 据 位 0
数 时 据 钟 位 1
……
约2ms
数 据 位 13
数 时 据 钟 位 14
时 钟
整个报文按16ms间隔重复，直到自协商完成
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千兆以太网传输距离
技术标准
1000BaseT
线缆类型
铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对
传输距离
100m
25m 550m/275m 2km-15km
1000BaseCX 铜质屏蔽双绞线 1000BaseSX 多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光 1000BaseLX 单模光纤，9um光纤，使用波长为1310nm的激光
快速以太网
快速以太网（100Mbit/s）的网络定位
模型分类 接入层
网络定位
为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入 提供接入层和汇聚层的连接，提供汇聚层到核心层 的连接，提供高速服务器的连接 提供交换设备间的连接
汇聚层
核心层
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基于总线结构的交换机一般分为共享总线和共享内存型总线两大类。
共享内存结构的交换机使用大量的高速RAM来存储输入数据，同时依赖中心交换 引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。这类 交换机设计上比较容易实现，但在交换容量扩展到一定程度时，内存操作会产生 延迟；另外，在这种设计中，由于总线互连的问题增加冗余交换，引擎相对比较 复杂。所以这种交换机如果提供双引擎的话，要做到非常稳定相对比较困难。所 以我们可以看到，早期在市场上推出的核心交换机往往都是单引擎，尤其是随着 交换机端口的增加，由于需要内存容量更大，速度也更快，中央内存的价格变得 很高。交换引擎会成为性能实现的瓶颈。
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交换架构的演进
CrossBar+共享内存架构 CrossBar（即CrossPoint）被称为交叉开关矩阵或纵横式交换矩阵。它能很好的弥补 共享内存模式的一些不足。 首先，CrossBar实现相对简单。共享交换架构中的线路卡到交换结构的物理连接简化为 点到点连接，实现起来更加方便，从而更容易保证大容量交换机的稳定性； 其次，CrossBar内部无阻塞。只要同时闭合多个交叉节点（crosspoint），多个不同的 端口就可以同时传输数据。从这个意义上，我们认为所有的 CrossBar在内部是无阻塞的， 因为它可以支持所有端口同时线速交换数据。
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千兆以太网
千兆（1000Mbit/s）以太网网络定位
模型分类 接入层 汇聚层 核心层
一般不使用 提供接入层和汇聚层设备间的高速连接 提供汇聚层和高速服务器的高速连接，提供核心 设备间的高速互联