交换机基础知识教学课件.ppt
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- 交换机 基础知识 教学 课件
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1、第2章 交换机基础知识第二章交换机基础第二章交换机基础 交换机概述 交换机的分类与性能指标 交换机的接口与连接方式 虚拟局域网与多层交换 交换机产品简介 交换机,英文名称为Switch,也称为交换式集线器,它是一种基于MAC地址(网卡的硬件地址)识别,能够在通信系统中完成信息交换功能的设备。 交换机的工作特点:拥有一条很高带宽的背板总线和内部交换矩阵所有的端口都挂接在这条背板总线上控制电路收到数据包以后,处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC地址的网卡(NIC)挂接在哪个端口上,通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口目的MAC若不存在才广播到所有的端口,接收端口回应后交换机会“学
2、习”新的地址,并把它添加入内部MAC地址表中。概念: 交换机将数据从一个端口转发至到另一个端口的处理方式称为交换模式。 类型:类型:存储转发存储转发(Store and Forward )直通交换直通交换(CutThrough )碎片丢弃碎片丢弃(Fragmentfree)存储转发(Store and Forward)特点:交换机接收到数据包后,首先将数据包存储到缓冲器中,进行CRC循环冗余校验,如果这个数据包有CRC错误,则该包将被丢弃;如果数据包完整,交换机查询地址映射表将其转发至相应的端口。优点:没有残缺数据包转发,可减少潜在的不必要的数据转发缺点:转发速率比直接转发方式慢。适用环境:存
3、储转发技术适用于普通链路质量或质量较为恶劣的网络环境,这种方式要对数据包进行处理,所以,延迟和帧的大小有关。直通交换(CutThrough)特点:交换机只读出数据帧的前6个字节,即通过地址映射表中查找目标地址,将数据帧传送到相应的端口上。直通交换能够实现较少的延迟,因为在数据帧的目的地址被读出,确定了转发端口后马上开始转发这个数据帧。优点:转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率缺点:会给整个交换网络带来许多垃圾通信包适用环境:网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境,延迟时间跟帧的大小无关。碎片丢弃(Fragmentfree)特点:这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64
4、个字节,如果小于64字节,说明是假包,则丢弃该包;如果大于等于64字节,则发送该包。 优点:数据处理速度比存储转发方式快缺点:比直通式慢适用环境:一般的通讯链路(1)延迟小。交换机通过硬件实现,而网桥通过软件实现。网桥是通过运行于计算机系统上的桥接协议实现;交换机使用了专用集成电路(Application-Specific-Integrated Circuit,ASIC),大大提高了网络转发速度。(2)端口多。交换机得端口密度远大于网桥。(3)功能强大。交换机除了转发/过滤的功能,还有诸多管理功能,如网络管理协议的支持、虚拟局域网的划分等。(1)在OSI/RM网络体系结构中的工作层次不同 集线
5、器工作在物理层,而交换机工作在数据链路层。更高级的交换机可以工作在第三层(网络层)、第四层(传输层)或更高层。(2)数据传输方式不同 集线器的数据传输方式是广播(broadcast)方式,即所有端口处在一个冲突域中;而交换机的数据传输一般只发生在源端口和目的端口之间,即交换机的每个端口处在不同的冲突域。(3)带宽占用方式不同 集线器所有端口共享集线器的总带宽,而交换机的每个端口都具有自己独立的带宽。(4)传输模式不同 集线器采用半双工方式进行数据传输;交换机采用全双工方式来传输数据。总结:总结: 交换机与集线器有着本质的不同,无论在工交换机与集线器有着本质的不同,无论在工作层次、通讯方式、传输
6、速度和可管理性上,都作层次、通讯方式、传输速度和可管理性上,都都存在明显的差别,交换机与集线器相比具有无都存在明显的差别,交换机与集线器相比具有无与伦比的优势。目前,交换机已经成为组网中的与伦比的优势。目前,交换机已经成为组网中的普遍使用的网络连接设备,而集线器已经逐渐在普遍使用的网络连接设备,而集线器已经逐渐在退出历史舞台。退出历史舞台。 描述二层交换机和透明桥是如何转发分组描述二层交换机和透明桥是如何转发分组的的. . 描述描述LANLAN交换机如何学习和使用交换机如何学习和使用MACMAC地址地址的的. .Mac地址有4 8位,但它通常被表示为12位的点分十六进制数。Mac地址全球唯一,
7、由 I E E E对这些地址进行管理和分配。每个地址由两部分组成,分别是供应商代码和序列号。其中前2 4位二进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。如果48位全是1,则表明该地址是广播地址。如果第8位是1,则表示该地址是组播地址。00e0.fc39.8034 能学习终端设备的能学习终端设备的MACMAC地址地址 能根据能根据MACMAC地址表做分组转发过滤地址表做分组转发过滤 能通过能通过STP(STP(生成树协议生成树协议) )实施环路避免实施环路避免 交换机初始时的交换机初始时的 MAC地址表是空的地址表是空的. 工作站工作站A向工作站向工作站C发送发送帧帧. 交换机缓存工作站交
8、换机缓存工作站A的的MAC地址到地址到MAC地址表中地址表中. 由于在由于在MAC地址表中没有地址表中没有C的的MAC地址地址,交换机交换机向除了向除了E0接口之外的接口之外的所有其他接口扩散所有其他接口扩散(flooding)这个数据帧这个数据帧. 在在MAC地址表中的地址表中的MAC地址缺省存留地址缺省存留5分钟分钟. 工作站工作站D向工作站向工作站C发送数据发送数据帧帧. 交换机缓存工作站交换机缓存工作站D的的MAC地址到端口地址到端口E3中中; 交换机将向除了交换机将向除了E3之外的所有接口扩散这个数据之外的所有接口扩散这个数据帧帧,因为在因为在MAC地址表中地址表中没有工作站没有工作
9、站C的的MAC地址地址. 如果工作站如果工作站C有回应有回应,则交换机将缓存工作站则交换机将缓存工作站C的的MAC地址到地址到MAC地址表中地址表中. 工作站工作站A向工作站向工作站C发送数据发送数据帧帧. 由于目的由于目的MAC地址已经获得地址已经获得;因此因此,将按照将按照MAC表中所指示的表中所指示的接口转发数据接口转发数据帧帧,不会扩散帧不会扩散帧. 重新刷新工作站重新刷新工作站C的的MAC地址超时时间地址超时时间. 工作站工作站A向工作站向工作站B发送数据发送数据帧帧. 由于工作站由于工作站B的的MAC地址和接收的数据地址和接收的数据帧处于相同的接口帧处于相同的接口,交换交换机将丢弃
10、这个帧机将丢弃这个帧.二层交换机对所接收到的数据帧根据MAC地址进行二层转发,冲突域被限制到了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。SWITCHLANLANLANLANLAN 冲突域广播域 冲突域 冲突域 冲突域 冲突域 工作站工作站D发送广播或多播发送广播或多播帧帧. 二层交换机的接口处于不同的冲突域二层交换机的接口处于不同的冲突域,但却处于相同的广播域但却处于相同的广播域中中,交换机对于多播或广播没有抑制的能力交换机对于多播或广播没有抑制的能力;因此因此,将向除了接收将向除了接收端口之外的所有其他端口扩散这个端口之外的所有其他端口扩散这个帧帧. 交换机从来也不学习多播或广播地址交换机从来也
11、不学习多播或广播地址. 冗余消除了单点失效,实现了网络的弹性和高可用性. 冗余带来了广播风暴、相同帧的复制 、MAC地址表不稳定等诸多问题,下面带领大家进行相应的分析. 以太网交换机的每个端口处于不同的冲突域中;因此消除了冲突,每个端口处于全带宽方式,极大的提升了网络性能. 交换机使用下列三种方式中的一种转发数据帧:存储转发,直通,无碎片转发;目前以存储转发方式居多。 交换机通过维护MAC地址表来确定地址-端口的映射关系. 当一个帧到达交换机时,如果在 MAC地址表中存在目的MAC和端口的映射则直接转发,无须扩散.2 2.3 .3 交换机的分类与性能指标交换机的分类与性能指标从应用区域划分:广
12、域网交换机和局域网交换机 广域网交换机: 主要应用于电信领域,提供通信基础平台。局域网交换机则: 应用于局域网络,用于连接终端设备,如PC机及网络打印机等。 注意:注意:我们重点学习的是局域网交换机。我们重点学习的是局域网交换机。按组建园区网的网络拓扑结构层次,可划分为:接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。核心层交换机: 一般采用机箱式模块化设计,机箱中可承载管理模块、光端口模块、高速电口模块、电源等,具有很高的背板容量;汇聚层交换机: 可以是机箱式模块化交换机,也可以是固定配置的交换机,具有较高的接入能力和带宽,一般会包含光端口、高速电口等端口;接入层交换机: 一般是固定配置的交换机,
13、端口密度较大,具有较高的接入能力,以10/100M端口为主,以固定端口或扩展槽方式提供1000Mbps的上联端口。 根据传输介质、传输速度以及发展历史上看,局域网交换机有这样一些类型: 以太网交换机 快速以太网交换机 千兆以太网交换机 万兆以太网交换机 FDDI交换机 ATM交换机 令牌环交换机 根据架构特点,人们还将局域网交换机分为机架式 如CISCO 4500 6500系列带扩展槽固定配置式不带扩展槽固定配置式 按照OSI的七层网络模型,交换机又可以分为: 第二层交换机 第三层交换机 第四层交换机 第七层交换机 基于MAC地址工作的第二层交换机最为普遍,用于网络接入层和汇聚层。基于IP地址
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