以太网交换机的工作原理

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( 2) 通过建立更小的冲突域为每个用户提供更多的带宽。以太网 交 换 机 基 于 2 层 MAC 地 址 将 数 据 报 文 定 向 到 适 当 的 一 个 或 多 个 端 口, 以实现对通信的过滤。通过建立更小的冲突域, 以太网交换机可以 保证每个用户拥有更多的带宽。
2.2 工作原理 以太网交换机属于数据链路层设备, 可以识别数 据包 中 的 MAC 地 址 信 息 , 然 后 根 据 MAC 地 址 进 行 转 发 , 并 将 这 些 MAC 地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。具体 的 工 作流程如下:
图2 当主机 C 响应主机 A 的时候, 交换机会把 C 的 MAC 地址当作源 地址, 从而学习到 MAC 地址 0100.7a60.2222 与 端 口 F0/2 对 应 , 同 样 , 这个记录就被记录到 MAC 地址表中, 如图 3 所示。
图3 现在假设主机 B 给主机 A 发送数据。同理, 交换机添加主机 B 的
因此, 它比同在二层利用软件进行转发的网桥速度快的多。 以太网交换机的主要功能是: ( 1) 隔离各网段内的通信。网段是指通过类似以太网交换机这样
的设备将网络划分成更小的单元, 每个网段都使用 CSMA/CD 访问方 法 来 实 现 网 段 内 多 个 用 户 之 间 的 通 信 流 。这 种 分 段 使 得 不 同 网 段 上 的 多个用户能同时发送信息, 而不会降低网络速度。
以广播传输为核心的以太网存在很多缺陷, 主要表现在: ( 1) 多台主机同时试图发送数据时, 会使网络冲突严重, 导致网络 利用率大大降低。 ( 2) 某台主机发送的广播报文, 会被网络中的所有主机接收; 在广 播报文较多的情况下, 网络性能受到严重的影响, 广播风暴更会使网 络瘫痪。 ( 3) 以太网所采用的 CSMA/CD 技术, 将通信因冲突而产生的浪费 缩减到最小, 但不能保证网络高负荷时的传输效率[1] 。 如何提高网络的速度, 减少由于广播带来的冲突而引起的网络速 度下降, 是必须解决的问题。因此交换式的网络应运而生。交换式的网 络采用了更加智能的交换式网络设备, 能基于目标 MAC 地址作出转 发决定。 交换式的网络会对它所接收到的所有帧进行检查, 读取帧的源 MAC 地址地段后, 便做出一个假定: 如果检测到一个来自某个端口 上 的帧, 那么发送这个帧的工作站就连接在这个端口上, 从而减少了网 络冲突, 扩展了网络带宽, 分割了冲突域, 使得网络冲突被限制在最小 范围内。目前在交换式网络中最广泛的设备就是以太网交换机。
了。
3.优势与劣势的相对性
语言是人们进行交际的工具, 可以揭示宇宙概念和传播知识, 只 要能达到有效的交流目的, 任何语言都有其生存发展的环境和理由, 都有自己的特别的优势。一种语言或方言在某方面有它的优势, 在另 一方面或许就有劣势。并不能一概而论说某种语言比另一种优越, 优 势与劣势都是相对的。
( 1) 当交换机从某个端口收到一个数据包, 它先读取包头中的源 MAC 地址, 这样它就知道源 MAC 地址的机器是连在哪个端口上的;
( 2) 再去读取包头中的目的 MAC 地址, 并在地址表中查找相应的 端口;
( 3) 如表中有与这目的 MAC 地址对应的端口, 把数据包直接复制 到这端口上;
( 4) 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上, 当 目的机器对源机器回应时, 交换机又可以学习目的 MAC 地址与哪个 端口对应, 在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。
汉 语 有 极 强 的 融 合 力 。它 可 以 把 外 来 语 转 换 成 符 合 汉 语 习 惯 的 词 汇, 例如“镭射”转成“激光”、“康拜因”转 成 “联 合 ”、“伊 妹 儿 ”转 成 “电 子邮件”等。不像日语总 是 用 音 译 来 引 进 外 国 词 汇 , 使 外 来 语 泛 滥 成 灾。但汉语也会从日语中引进音译词, 例如“电话”就是译自日语的“電 話 ”。
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○机械与电子○
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2007 年 第 17 期
MAC 地址到地址表中, 不过, 此时, 交换机并不转发该数据帧, 因为 交 换机知道主机 A 的位置, 所以交换机只向端口 F0/1 发送数据。
经过不断循环这样一个学习的过程, 直到连接 到 交 换 机 的 MAC 地址表最终建立完毕, 如图 4 所示。此时如果有数据帧到来, 交换机就 会根据 MAC 地址表中相应的条目进行转发。
4.结束语
伴随着信息技术的不断进步和人们需求的不断增加, 以太网交换 机 市 场 也 迎 来 了 强 劲 的 发 展 势 头 。相 信 随 着 以 太 网 交 换 机 新 技 术 的 发 展, 以太网交换机必将在更深层次上推动整个社会的信息化变革, 在 整 个 网 络 中 获 得 越 来 越 重 要 的 地 位 。科
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2007 年 第 17 期
以太网交换机的工作原理
冯 彬 1 李芳芳 2 ( 1.滨州职业学院校产办 山东 滨州 256603; 2.山东省北镇中学 山东 滨州 256600)
摘要: 以太网交换机是当前采用星型拓扑结构的以太局域网的标准技术。交换机为所连接的两台联网设备提供了一条独享的点到点的虚 电路, 避免了冲突, 从而为提高接入网络传输的速度打下坚实的基础。本文主要探讨以太网交换技术机的基本工作原理。
错 误 。 这 种 方 式 适 用 于 需 要 对 转 发 的 帧 进 行 线 速 速 率 匹 配 、协 议 转 换 或差错检查的情况。如果在差错检测的过程中, 发现数据帧出错, 则将 这个错误的数据帧丢弃。
3.以太网交换机发展趋势
近几年来, 随着学校、企业、数据通信业务以及相关的融合业务的 迅猛发展, 以太网交换机在数量上获得了极大的提高, 在质量、性能等 方面也在不断完善。其中最突出的改进是虚拟网络( vlan) 和三层交换。 虚拟网: 通过划分子网可以缩小广播域, 减少广播风暴对网络的影响。 路由器每一接口连接一个子网, 广播报文不能经过路由器广播出去, 连接在路由器不同接口的子网属于不同子网, 子网范围由路由器物理 划分。对以太网交换机而言, 每一个端口对应一个网段, 由于子网由若 干网段构成, 通过对交换机端口的组合, 可以逻辑划分子网。广播报文 只能在子网内广播, 不能扩散到别的子网内, 通过合理划分逻辑子网, 达到控制广播的目的。由于逻辑子网由交换机端口任意组合, 没有物 理上的相关性, 因此称为虚拟子网, 或叫虚拟网。虚拟网技术不用路由 器就解决了广播报文的隔离问题, 且虚拟网内网段与其物理位置无 关, 即相邻网段可以属于不同虚拟网, 而相隔甚远的两个网段可能属 于不同虚拟网, 而相隔甚远的两个网段可能属于同一个虚拟网。不同 虚拟网内的终端之间不能相互通信, 增强了对网络内数据的访问控 制。现在几乎所有的以太网交换机都支持虚拟网( vlan) 的划分。
图4
从以太网交换机的工作原理可以总结出来: ( 1) 由于交换机对多数端口的数据进行同时交换, 这就要求具有 很宽的交换总线带宽, 如果交换机有 N 个端口, 每个端口的带宽是 M, 交换机总线带宽超过 N*M, 那么该 交 换 机 就 可 以 实 现 线 速 交 换 。 举 例 : 一 个 带 有 2 个 1000M 输 入 输 出 接 口 的 24 口 百 兆 交 换 机 , 背 板 带 宽: 24×100×2( 全双工) +1000×2×2( 全 双 工 ) =8.8G, 所 以 这 台 交 换 机 只 要背板带宽超过 8.8G 那么就能够实现端口百兆线速交换。 ( 2) 学习端口连接的机器的 MAC 地址信息, 写入地址表。地址表 的大小会影响交换机的接入容量。 2.3 以太网转发帧的模式 以太网交换机使用两种模式进行帧的 转发, 即直通( cut- throngh) 式和存储转发( store- and- forward) 式。 ( 1) 直通方式。交换机在执行直通交换时, 当它接收到帧时, 只读 取目的地址, 然后, 在整个帧到达之前, 帧就被转发了出去。这种模式 减少了传输延时, 但也减弱了错误检测。 ( 2) 存储转发方式。当交换机执行存储转发交换时, 在转发之前必 须接收到整个帧。然后, 交换机读取目的或源地址, 并且在帧发送之前 进行过滤。在交换机接收帧的过程中, 会发生延迟。帧越大, 延迟越长, 因为需要更长的时间来读出整个帧。采用这种方式时, 错误可以检测 出来, 因为交换机在等待整个帧接收完成的过程中, 它有时间来检查
不断的循环这个过程, 对于全网的 MAC 地址信息都可以学习到, 二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表[2] 。
我们用下面的例子来说明这个过程: 当交换机被初始化时, 其 MAC 地址表是空的, 如图 1 所示。此时 如果有数据帧到来, 交换机就向除了源端口之外的所有端口转发。
图1 假设主机 A 给主机 C 发送数据。交换机从 F0/1 端口接到了这个 数据帧之后, 就来查找其 MAC 地址表。由于 MAC 地址表为空, 则向除 了 F0/1 口以外的所有端口转发该帧。同时, 交换机就会学习到 主 机 MAC 地址 0010.7a60.1111 与端口 F0/1 相对应, 于是这个记录就被记 录到 MAC 地址表中, 如图 2 所示。
2.以太网交换机的工作原理 2.1 主要功能 以太网交换机工作在 OSI 模型中的第二层, 类似 于 一 台 专 用 的 特 殊 计 算 机 , 主 要 包 括 中 央 处 理 器 ( CPU) 、随 机 存 储 器 ( RAM) 和操作系统。它利用专门设计的芯片 ASIC(Application Specific Integrated Circuits)使交换机以线路 速 率 在 所 有 的 端 口 并 行 进 行 转 发 ,
汉 语 相 对 稳 定 而 英 语 则 是 动 态 的 。 如 果 你 掌 握 3000 至 5000 汉 字, 那么你就可以工作, 写文章, 甚至写诗。但是如果你不掌握 7000 英 语单词的话, 写一篇好文章是很困难的。有些人看到在微机上用五笔 输入汉字的速度比输入英语的速度要快, 就认为汉语比英语好; 而另 一些人认为在美国一个文盲就能很容易地输入英语, 而在中国一个文 盲很难输入汉字的。这只是关于优势与劣势的一小部分讨论, 但我们 可以从中看到语言本身是没有绝对优势的, 每一种语言都有其优点和 缺点。
关键词: 以太网; 以太网交换机; 工作原理
1.引言 早期的以太网是以 CSMA/CD 广播竞争传输为机制的, 多个工作
站都连在一条总线上, 所有的工作站都不断监听总线上的信号。但在 同一时刻, 只能有一个工作站的信号在总线上传输, 而其他工作站必 须 等 待 其 传 输 结 束 后 再 开 始 自 己 的 传 输 。冲 突 检 测 的 方 法 保 证 了 一 个 时 刻 只 能 有 一 个 工 作 站 再 线 缆 上 传 输 。虽 然 后 来 的 快 速 以 太 网 引 入 星 型网络结构, 但其仍然遵守 CSMA/CD 广播竞争传输机制。
三 层 交 换 : 以 太 网 交 换 机 是 工 作 在 OSI 第 二 层 的 , 可 以 理 解 为 一 个多端口网桥, 因此传统上称为第二层交换; 目前, 交换技术已经延伸 到 OSI 第三层的部分功能, 即所谓三层交换技术。三层交换可以不将 广播封包扩散, 直接利用动态建立的 MAC 地址表来通信, 它可以操作 在网络协议的第三层, 如 IP 地址、ARP 等, 如果没有上广域网的需要, 在建网方案中一般不再应用路由器, 而采用三层以太网交换机。

参考文献 [ 1] 安 淑 梅 , 武 志 刚 编 著.网 络 设 备 与 管 理 [ M] .北 京 : 北 京 希 望 电 子 出 版社, 2006. [ 2] 锐 捷 网 络 编 . 网 络 互 联 与 实 现 [ M] . 北 京 : 北 京 希 望 电 子 出 版 社 , 2005.

( 上接第 144 页) 变成“どさ”; “ぉ風呂にはりに行く”( 去洗澡) 只说“ゅさ”就行了。 简短的话语可以使人们减少在外面受冻的时间, 因为天气太寒冷
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