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交换机基本原理和转发流程总结
10页1、交换机基本原理和转发流程总结关键词:以太网集线器 Ethernet HUB交换机 Switch虚拟局域网 VLAN路由器 Router路由表 Route Table地址解析协议 ARPARP 表 ARP TableMAC 表 FIB Table三层硬件转发表 IP fdb Table计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连连接而成。如果几个计算机网络只是在物 理上连接在一起,它们之间并不能进行通信,那么这种“互连”并没有什么实际意义。因此通 常在谈到“互连”时,就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进行通信的,也就是说,从功 能上和逻辑上看,这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络,或称为互联网络,也 可简称为互联网、互连网。下面将从互联网的渐进历程逐一阐述各种设备的工作原理: 1、Ethernet HUBEthernet HUB 的中文名称叫 做以太网集线器,其基本工作 原理是 广播技术 (broadcast ),也就是 HUB 从任何一个端口收到一个以太网数据帧后,它都将此以太 网数据帧广播到其它所有端口, HUB 不记忆哪一个 MAC 地址挂在哪一个端口这 里所说的广播是指 H
2、UB 将该以太网数据帧发送到所有其它端口,并不是指 HUB 将该 报文改变为广播报文。以太网数据帧中含有源 MAC 地址和目的 MAC 地址,对于与数据帧中目的 MAC 地址相同的计算机执行该报文中所要求的动作; 对于目的 MAC 地址不存在或没有响应 等情况,HUB既不知道也不处理,只负责转发。HUB工作原理: HUB 从某一端口 A 收到的报文将发送到所有端口; 报文为非广播报文时,仅与报文的目的 MAC 地址相同的端口响应用户 A ; 报文为广播报文时,所有用户都响应用户 A 。随着网络应用不断丰富,网络结构日渐复杂,导致传统的以太网连接设备 HUB 已 经越来越不能满足网络规划和系统集成的需要,它的缺陷主要表现在以下两个方面: 冲突严重 HUB 对所连接的局域网只作信号的中继, 所有物理设备构成了一 个冲突域; 广播泛滥。2、二层交换技术二层交换机的出现能够在一定程度上解决 HUB 存在的缺陷主要是冲突严重的 问题,其与 HUB 的区别从大的方面来看可以分为以下三点: 从 OSI 体系结构来看, HUB 属于 OSI 模型的第一层物理层设备,而交换机属 于 OSI 的第二层数据
3、链路层设备。也就意味着 HUB 只是对数据的传输起到同步、放大 和整形的作用,对数据传输中的短帧、碎片等无法进行有效的处理,不能保证数据传 输的完整性和正确性;而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形,而且 可以过滤短帧、碎片等。 从工作方式来看, HUB 是一种广播模式,当 HUB 的某个端口工作的时候,其 他所有端口都能够收听到信息,容易产生广播风暴,当网络较大时网络性能会受到很 大的影响;而当交换机工作的时候,只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而 不影响其他端口,因此交换机就能够隔离冲突域,并在一定程度上抑制广播风暴。 从带宽来看, HUB 不管有多少个端口,所有端口都是共享一条带宽,在同一时 刻只能有二个端口传送数据,其他端口只能等待,同时 HUB 只能工作在半双工模式下 (半双工模式在通道中同时只能沿着一个方向传输数据);而对于交换机而言, 每个端口都有一条独占的带宽,当二个端口工作时并不影响其他端口的工作,同时交 换机不但可以工作在半双工模式下而且可以工作在全双工模式下(全双工模式在 通道中同时双向数据传输的能力)。二层交换技术的工作原理: 由于二层交换技术是
4、在 OSI 七层网络模型中的第二层, 即数据链路层进行操作的,因此交换机对数据报文的转发是建立在 MAC(Media Access Control )地址 -物理地址基础之上的,对于 IP 网络协议来说,它是透明的,即交换 机在转发数据报文时, 无须知道信源机和信宿机的 IP 地址,只需知其物理地址( MAC 地址)即可。交换机在工作过程当中会不断的检测报文的源和目的 MAC 地址来建立 MAC 地址表, 这个表说明了某个 MAC 地址是在哪个端口上被发现的 。这样当交换机 收到一个报文时,它便会看一下该数据报文的目的 MAC 地址,核对一下自己的 MAC 地址表以确认应该从哪个端口把数据报文发出去;但若交换机收到的报文在目的 MAC 地址不能在地址表中找到时, 交换机会把 IP 报文广播出去这正是二层交换机的弱 点所在。二层交换机的报文转发涉及到两个关键的线程:学习线程: 交换机接收网段上的所有数据帧,利用接收数据帧的源 MAC地址建立MAC地 址表; 端口移动机制:交换机如果发现一个报文的入端口和报文中源 MAC地址的所在 端口不同,就产生端口移动,将 MAC 地址学习到新的端口;
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