以太网交换机工作原理
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以太网交换机
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12－1
A
AA 端口3
B
端口3 BB
端口1
端口2
端口1
端口2
data
主机11给主机33发送一个数据帧： 目标地址：33 源地址： 11
A
端口1 端口2
端口1
B data
端口2
在这个过程中，交换机的 MAC地址表中已经学到了需 要的条目，交换机通过单播的 方式，转发了数据帧
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－11
交换机最终的MAC地址表
MAC地址
A
11
端口号
1
44
22 33
3
2 3
MAC地址
11
端口号
3
B
44
22 33
2
3 1
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－2
A
MAC地址 11
端口号 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 – 交换机A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12－3
AA 端口3 端口3
BB
A data 端口1 data
端口2
端口1
端口2
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－4
MAC地址 B
11 3
端口号
data
• 交换机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 22 – 交换机B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12－7
AA 端口3 端口3
BB
端口1
端口2
端口1
端口2
data 这时，主机44要给主机11发送一个数据 帧： 目标地址：11 22 33 源地址： 44
11
44
交换机数据转发原理12－8
端口号
3 2
MAC地址 B
11 44
• 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
• •
交换机软件版本升级就是对这三类文件的更新 方法就是用新的文件覆盖旧的文件。
引导文件
• 引导文件
– – – – – 是指引导交换机初始化等的文件，即我们通常说的ROM文件 在机架式交换机上通常为boot.rom一份文件 在盒式交换机上通常为boot.rom和config.rom两份文件。 ROM文件保存在FLASH中 文件名固定为boot.rom和config.rom。
冲突域
分割冲突域
为了提高传输效率，分割冲突域
冲突域1 冲突域2
......
冲突域3
交换机背板交换矩阵结构
交换机的每个端口访问 另一个端口时，都有一条 专有的线路，不会产生冲 突。
冲突域与广播域
广播域指接收同样广播消息的节点的集合，如：在该集合中的任 何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被 认为是该广播帧的一部分 交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换机的所有端口属 于同一个广播域
交换机数据转发原理12－9
端口号
1 3
MAC地址 A
11 44
• 交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： – 交换机A学习源MAC地址和端口号 – 交换机A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1 • 主机11，收到数据帧
交换机数据转发原理12－10
AA 端口3 端口3 BB
系统映像文件
•
– – –
系统映像文件
是指交换机硬件驱动和软件支持程序等的压缩文件 交换机系统映像文件保存在FLASH中 文件名缺省为nos.img。
厂商设备配置文件
• 厂商设备配置文件
– 交换机基本配置文件 – 在交换机系统映像文件启动时进行基本信息的动态显示与部分功 能模块的动态加载。 – 厂商设备配置信息一般包括厂商名称、厂商网址、web相关图片、 web语言、设备类型等基本显示信息 – 厂商设备配置文件保存在FLASH中，文件名固定为vendor.cfg。 – 提供给用户的文件名格式 – <厂商缩写>-<交换机型号>-<版本号>-vendor.cfg。
设备启动版本,不可更新删除，用于错误恢复等操作 3 NVRAM 1 BootROM 2 Flash
SDRAM
配置文件 Startup-config
动态表及其他运行信息 Running-config 等 软件版本 *.bin
交换机系统文件
•
– – –
交换机系统文件包括三类文件：
引导文件 系统映像文件 厂商配置文件
单工、半双工与全双工
• 单工 – 只有一个信道，传输方向只能是单向的
A 例如：寻呼机
• 半双工 – 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输
A • 全双工 – 双信道，同时可以有双向数据传输
B 例如：对讲机
例如：电话
B
A
B
wenku.baidu.com
冲突与冲突域
如果冲突过多，则传输效率就会降低
主机A
主机B
主机C
......
冲突域
冲突域
广播
....
广播域
广播域
交换机内部交换方式3－1
• 存储转发
发送
缓存
交换机
FCS 校验
接收
交换机内部交换方式3－2
• 快速转发
发送
直接发送
交换机
接收
交换机内部交换方式3－3
• 分段过滤（Fragment Free ）
发送
收到64字 节后发送
冲突 检测
交换机
接收
网络设备的基本存储组件
交换机数据转发原理12－12
• 转发 – 交换机根据MAC地址表单播转发数据帧 • 学习 – MAC地址表是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成 的 • 广播 – 如果目标地址在MAC地址表中没有，交换机就向除接收到该数据 帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧 • 更新 – 交换机MAC地址表的老化时间是300秒 – 交换机如果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
交换机数据转发原理12－5
AA 端口3 端口3 BB
A
端口1 端口2
B 端口1data data
端口2
data
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－6
data 在这个过程中，交换机的 33 MAC地址表中没有需要的条 目，交换机通过广播的方式， 转发了数据帧
data
44
• 主机33，接收到数据帧 • 主机44，丢弃数据帧
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12－1
A
AA 端口3
B
端口3 BB
端口1
端口2
端口1
端口2
data
主机11给主机33发送一个数据帧： 目标地址：33 源地址： 11
A
端口1 端口2
端口1
B data
端口2
在这个过程中，交换机的 MAC地址表中已经学到了需 要的条目，交换机通过单播的 方式，转发了数据帧
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－11
交换机最终的MAC地址表
MAC地址
A
11
端口号
1
44
22 33
3
2 3
MAC地址
11
端口号
3
B
44
22 33
2
3 1
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－2
A
MAC地址 11
端口号 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 – 交换机A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12－3
AA 端口3 端口3
BB
A data 端口1 data
端口2
端口1
端口2
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－4
MAC地址 B
11 3
端口号
data
• 交换机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 22 – 交换机B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12－7
AA 端口3 端口3
BB
端口1
端口2
端口1
端口2
data 这时，主机44要给主机11发送一个数据 帧： 目标地址：11 22 33 源地址： 44
11
44
交换机数据转发原理12－8
端口号
3 2
MAC地址 B
11 44
• 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
• •
交换机软件版本升级就是对这三类文件的更新 方法就是用新的文件覆盖旧的文件。
引导文件
• 引导文件
– – – – – 是指引导交换机初始化等的文件，即我们通常说的ROM文件 在机架式交换机上通常为boot.rom一份文件 在盒式交换机上通常为boot.rom和config.rom两份文件。 ROM文件保存在FLASH中 文件名固定为boot.rom和config.rom。
冲突域
分割冲突域
为了提高传输效率，分割冲突域
冲突域1 冲突域2
......
冲突域3
交换机背板交换矩阵结构
交换机的每个端口访问 另一个端口时，都有一条 专有的线路，不会产生冲 突。
冲突域与广播域
广播域指接收同样广播消息的节点的集合，如：在该集合中的任 何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被 认为是该广播帧的一部分 交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换机的所有端口属 于同一个广播域
交换机数据转发原理12－9
端口号
1 3
MAC地址 A
11 44
• 交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： – 交换机A学习源MAC地址和端口号 – 交换机A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1 • 主机11，收到数据帧
交换机数据转发原理12－10
AA 端口3 端口3 BB
系统映像文件
•
– – –
系统映像文件
是指交换机硬件驱动和软件支持程序等的压缩文件 交换机系统映像文件保存在FLASH中 文件名缺省为nos.img。
厂商设备配置文件
• 厂商设备配置文件
– 交换机基本配置文件 – 在交换机系统映像文件启动时进行基本信息的动态显示与部分功 能模块的动态加载。 – 厂商设备配置信息一般包括厂商名称、厂商网址、web相关图片、 web语言、设备类型等基本显示信息 – 厂商设备配置文件保存在FLASH中，文件名固定为vendor.cfg。 – 提供给用户的文件名格式 – <厂商缩写>-<交换机型号>-<版本号>-vendor.cfg。
设备启动版本,不可更新删除，用于错误恢复等操作 3 NVRAM 1 BootROM 2 Flash
SDRAM
配置文件 Startup-config
动态表及其他运行信息 Running-config 等 软件版本 *.bin
交换机系统文件
•
– – –
交换机系统文件包括三类文件：
引导文件 系统映像文件 厂商配置文件
单工、半双工与全双工
• 单工 – 只有一个信道，传输方向只能是单向的
A 例如：寻呼机
• 半双工 – 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输
A • 全双工 – 双信道，同时可以有双向数据传输
B 例如：对讲机
例如：电话
B
A
B
wenku.baidu.com
冲突与冲突域
如果冲突过多，则传输效率就会降低
主机A
主机B
主机C
......
冲突域
冲突域
广播
....
广播域
广播域
交换机内部交换方式3－1
• 存储转发
发送
缓存
交换机
FCS 校验
接收
交换机内部交换方式3－2
• 快速转发
发送
直接发送
交换机
接收
交换机内部交换方式3－3
• 分段过滤（Fragment Free ）
发送
收到64字 节后发送
冲突 检测
交换机
接收
网络设备的基本存储组件
交换机数据转发原理12－12
• 转发 – 交换机根据MAC地址表单播转发数据帧 • 学习 – MAC地址表是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成 的 • 广播 – 如果目标地址在MAC地址表中没有，交换机就向除接收到该数据 帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧 • 更新 – 交换机MAC地址表的老化时间是300秒 – 交换机如果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
交换机数据转发原理12－5
AA 端口3 端口3 BB
A
端口1 端口2
B 端口1data data
端口2
data
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－6
data 在这个过程中，交换机的 33 MAC地址表中没有需要的条 目，交换机通过广播的方式， 转发了数据帧
data
44
• 主机33，接收到数据帧 • 主机44，丢弃数据帧