數(shù)據(jù)網(wǎng)基礎(chǔ)維護(hù)培訓(xùn)-交換機(jī)原理

交換機(jī)原理泉州挪動(dòng)分公司金鵬培訓(xùn)對(duì)象：擔(dān)任數(shù)據(jù)網(wǎng)維護(hù)人員初級(jí)培訓(xùn)目錄以太網(wǎng)技術(shù)沖突域和廣播域以太網(wǎng)分段交換方式VLAN二層、三層交換機(jī)任務(wù)原理交換機(jī)重要技術(shù)參數(shù)

目錄以太網(wǎng)技術(shù)沖突域和廣播域以太網(wǎng)分段交換方式VLAN二層、三層交換機(jī)任務(wù)原理交換機(jī)重要技術(shù)參數(shù)

以太網(wǎng)設(shè)計(jì)目的簡(jiǎn)單有效地運(yùn)用共享資源容易配置和維護(hù)兼容性強(qiáng)低本錢19721996Gigabitstandard(802.3z)VLANs(802.1Q)1000BaseT(802.3ab)1980EthernetV1DIX-V2in821983199010Base-T(802.3i)10BaseF(Fiber)1993802.3z研討小組使千兆以太網(wǎng)規(guī)范化19981985IBMshipsfirstTokenRingLANIEEE802.3Standard81-83FastEthernet(802.3u)19951997FullDuplex(802.3x)1973公認(rèn)發(fā)明者：RobertMetcalfe-并在1977獲得專利以太網(wǎng)演化IEEE802協(xié)議族體系IEEE802.3IEEE802.4IEEE802.5IEEE802.6PhysicalIEEE802.2InternetTransportUpperIEEE802.xLinkEthernet802.1Internetworking802.2LogicalLinkControl(LLC)802.3CSMA\CD802.4TokenBus802.5TokenRing802.6MetropolitanAreaNetworks802.7BroadbandTechAdvisoryGroup802.8FiberOpticTechAdvisoryGroup802.9IntegratedVoice&DataNetworks802.10NetworkSecurity802.11WirelessNetworks802.12DemandPriorityAccessLAN's以太網(wǎng)v2幀構(gòu)造前同步符號(hào)幀校驗(yàn)和(FCS)源MAC地址目的MAC地址類型(承載協(xié)議)Data46-1500最大幀長(zhǎng)度=1518字節(jié)最小幀長(zhǎng)度=64bytes以太網(wǎng)類型E-Type ValueNetWare 8XNS 0600,0807IP 0800IP(VINES) 0BAD,80C4ARP 0806RARP 8035DRP 6003LAT 6004LAVC 6007ARP(ATalk) 80F3TypeCode0800Hex=IPIEEE802.3幀-Novell以太網(wǎng)長(zhǎng)度(數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度)Data46-1500FFFF關(guān)鍵特征:IPX頭通常以FFFF開場(chǎng)前同步符號(hào)目的MAC地址源MAC地址幀校驗(yàn)和(FCS)最大幀長(zhǎng)度=1518字節(jié)最小幀長(zhǎng)度=64bytes帶有802.2邏輯鏈路控制〔LLC〕的IEEE802.3幀長(zhǎng)度Data43-1497DSAP目的效力訪問點(diǎn)SSAP源效力訪問點(diǎn)控制字段LLC前同步符號(hào)目的MAC地址源MAC地址幀校驗(yàn)和(FCS)最大幀長(zhǎng)度=1518字節(jié)最小幀長(zhǎng)度=64bytesIEEE802.3子網(wǎng)訪問協(xié)議〔以太網(wǎng)SNAP〕關(guān)鍵特征:DSAP和SSAP設(shè)為AA，表示一個(gè)SNAP幀頭FCSDSAPSSAP控制字段SNAPLLCData38-1493OUI類型AAAA最大幀長(zhǎng)度=1518字節(jié)最小幀長(zhǎng)度=64bytes前同步符號(hào)目的MAC地址源MAC地址長(zhǎng)度wData38-1493Data43-1497Data46-1500Data46-1500Ethernet2IEEE802.3NovellRawIEEE802.3StandardIEEE802.3SNAPTypeLengthLengthLengthFFFFAAAA如何判別以太網(wǎng)幀類型開場(chǎng)查看源地址后的兩個(gè)字節(jié)值假設(shè)值大于1500?(16進(jìn)制05DC)再查看下2個(gè)字節(jié)值能否為FFFF〔16進(jìn)制〕?值能否為AAAA〔16進(jìn)制〕?EthernetVersion2frame(DIX)IEEE802.3NovellRAWframeIEEE802.3SNAPframeIEEE802.3standardframe(withLLC)YesYesYesNoNoNo以太網(wǎng)命名規(guī)范基帶傳輸速度〔單位Mbps〕物理介質(zhì)×××Base×××10Mbps非屏蔽雙絞線(UTP)10BaseT100BaseTx100Mbit/s10BaseF光纖CAT5(UTP)以太網(wǎng)規(guī)范StandardMaximumCableLengthTypeofCableMACSublayerSpecificationDeviceconnectstoaHuborDirectlytoaBus10B5500m50Ohmthickcoaxialcable802.3Bus10B2185m50Ohmthincoaxialcable802.3Bus10BT100mUTP802.3Hub10BTL2000mFiber802.3Hub100BTx100mUTP/STP802.3Hub100BT4100mUTP,4pair802.3Hub100BFx400mFiber802.3Hub半雙工和全雙工以太網(wǎng)操作HubNICNICNICNIC2-PairCableReceivePairTransmitPairTransmitReceiveCollision?Loopback12234455510BTHalf-DuplexOperation網(wǎng)卡發(fā)送一個(gè)幀。網(wǎng)卡將幀回送到本人的接納對(duì)。Hub接納到幀。Hub在內(nèi)部總線上傳送幀。Hub將信號(hào)從每個(gè)設(shè)備的接納對(duì)送出。半雙工和全雙工以太網(wǎng)操作

Full-DuplexNICFull-DuplexNICReceiveTransmitReceiveTransmit10BTFull-DuplexOperation不會(huì)發(fā)生碰撞；所以，時(shí)間不會(huì)浪費(fèi)在重傳幀上不用等其他機(jī)器發(fā)送。每個(gè)方向都有10M帶寬，添加了可用的帶寬?？焖僖蕴W(wǎng)StandardWhatItDefinesTypeofCableMaximumLengthtoHubMaximumDistancebetweenDevices802.3MACframingandCSMA/CDrulesN/AN/AN/A802.310BT10B210B5Cat3,4,5UDP(2pair)50Ohmthincoaxialcable50Ohmthickcoaxialcable100mN/AN/A500m500m185m802.3u100BTX100BFX100BT4autonegotiationCAT5UDP(2pair)MMFiber(2strands)CAT3,4,5UDP(4pair)100m100m100m412m412,2kmw/FDX412m802.3xFull-duplexoperationN/AN/AN/A目錄以太網(wǎng)技術(shù)沖突域和廣播域以太網(wǎng)分段交換方式VLAN二層、三層交換機(jī)任務(wù)原理交換機(jī)重要技術(shù)參數(shù)

CSMA/CDCS=CarrierSense載波偵聽沒有載波被偵聽到，延遲一段時(shí)間后發(fā)送數(shù)據(jù)。MA=MultipleAccess多路訪問廣播環(huán)境每個(gè)任務(wù)站可以聽到每個(gè)數(shù)據(jù)幀CD=CollisionDetection沖突檢測(cè)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，檢測(cè)沖突CSMA一切設(shè)備共享載波偵聽多路訪問目的找我的，查看信息不是找我，忽略9.6microseconds不是找我，忽略不是找我，忽略CD沖突檢測(cè)沖突發(fā)生等待，重發(fā)隨機(jī)隨機(jī)(數(shù)據(jù)被破壞)沖突域廣播廣播幀運(yùn)用FF:FF:FF:FF:FF:FF地址以太網(wǎng)天性就是廣播網(wǎng)絡(luò)廣播機(jī)制被頻繁運(yùn)用如ARP協(xié)議–AddressResolutionProtocol一個(gè)廣播域就是一切設(shè)備都會(huì)看到一個(gè)廣播幀沖突域和廣播域HUBLANSWITCHCD=沖突域CDBDCDBDCDBD網(wǎng)段A網(wǎng)段ALayer1deviceLayer2deviceLayer3deviceBD=廣播域網(wǎng)段A網(wǎng)段A網(wǎng)段B網(wǎng)段B目錄以太網(wǎng)技術(shù)沖突域和廣播域以太網(wǎng)分段交換方式VLAN二層、三層交換機(jī)任務(wù)原理交換機(jī)重要技術(shù)參數(shù)

以太網(wǎng)分段局域網(wǎng)分段的益處透明橋運(yùn)用路由器分段運(yùn)用交換機(jī)分段局域網(wǎng)分段的益處超越間隔限制經(jīng)過減少或消除碰撞加快反響速度和添加吞吐量經(jīng)過降低廣播風(fēng)暴和組播的影響加快反響速度和添加吞吐量添加每個(gè)用戶的可用帶寬限制到不同局域網(wǎng)段的流量透明橋透明橋的三個(gè)關(guān)鍵功能經(jīng)過檢查接納到的幀的源MAC地址學(xué)習(xí)MAC地址。根據(jù)MAC地址決議何時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)幀，何時(shí)過濾掉一個(gè)幀。和其他橋一同經(jīng)過生成樹協(xié)議創(chuàng)建一個(gè)沒有環(huán)路的環(huán)境。透明橋——單個(gè)以太網(wǎng)段0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(DNS)2DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222ARP3DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111DNSRequest4DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222DNSReply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP7DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111ConnecttoWeb透明橋0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(DNS)0200.1111.1111E0E0E1AddressTableAfterStep12DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222ARP0200.1111.1111E00200.2222.2222E1AddressTableAfterStep23DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111DNSRequest0200.1111.1111E00200.2222.2222E1AddressTableAfterStep34DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222DNSReply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP0200.1111.1111E00200.2222.2222E10200.3333.3333E1AddressTableAfterStep27DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111ConnecttoWeb透明橋透明橋的一些功能廣播和組播可以被橋轉(zhuǎn)發(fā)透明橋根據(jù)第二層的頭和邏輯地址轉(zhuǎn)發(fā)和第三層無關(guān)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)〔Store-and-Forward〕是透明橋的典型操作透明橋必需對(duì)幀進(jìn)展處置，所以也添加了時(shí)延透明橋透明橋可以提供的益處由于每段都能到達(dá)以太網(wǎng)的最大長(zhǎng)度，所以超越以太網(wǎng)的間隔限制經(jīng)過橋?qū)倪^濾減少了碰撞橋不能降低廣播/組播的影響每一段分別運(yùn)轉(zhuǎn)在10或100Mbps替代了整個(gè)段運(yùn)轉(zhuǎn)在10或100Mbps，添加了可用帶寬可以在橋上對(duì)幀進(jìn)展限制和過濾運(yùn)用路由器分段0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Router-E0)E0E1Notes:Addressesofframeonleft-sideEthernet2DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.4444.4444ARP3DMAC=0200.4444.4444SMAC=0200.1111.1111DNSRequest4DNSReply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP7DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111ConnecttoWeb0200.4444.44440200.5555.5555DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.4444.4444運(yùn)用路由器分段運(yùn)用路由器分段的功能廣播和組播幀不被路由器轉(zhuǎn)發(fā)〔默許〕路由器運(yùn)用第三層頭和邏輯地址交換包，是第三層協(xié)議相關(guān)的路由器通常運(yùn)用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)，同樣添加時(shí)延路由器轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)包前要進(jìn)展很多處置，這些也要添加時(shí)延運(yùn)用路由器分段運(yùn)用路由器分段的益處超越了間隔限制同一段的流量不被轉(zhuǎn)發(fā)，減少了碰撞路由器不轉(zhuǎn)發(fā)廣播/組播〔默許〕降低了廣播/組播的影響路由器提供了更好的可管理性，路由器可以提供對(duì)于包更詳細(xì)的內(nèi)容路由器提供比透明橋更多的功能，比如包的分片和重組，插入包的生存時(shí)間控制額外的處置同樣比透明橋引入了更多的時(shí)延運(yùn)用交換機(jī)分段0200.3333.3333WebServerNameServer0200.2222.22220200.1111.11111DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(DNS)0200.1111.1111E0E0E1AddressTableAfterStep12DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222ARP0200.1111.1111E00200.2222.2222E2AddressTableAfterStep23DMAC=0200.2222.2222SMAC=0200.1111.1111DNSRequest0200.1111.1111E00200.2222.2222E24DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.2222.2222DNSReply5DMAC=FFFF.FFFF.FFFFSMAC=0200.1111.1111ARP(Web)6DMAC=0200.1111.1111SMAC=0200.3333.3333ARP0200.1111.1111E00200.2222.2222E20200.3333.3333E1AddressTableAfterStep27DMAC=0200.3333.3333SMAC=0200.1111.1111ConnecttoWebE2運(yùn)用交換機(jī)分段在交換機(jī)中同時(shí)傳送幀abcd運(yùn)用交換機(jī)分段Full-Duplexabc運(yùn)用交換機(jī)分段運(yùn)用交換機(jī)分段的功能廣播和組播可以被交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)運(yùn)用第二層頭和邏輯地址，與第三層無關(guān)。存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)和cut-through是交換機(jī)典型的處置方式。cut-through時(shí)延較小，但是添加了轉(zhuǎn)發(fā)出錯(cuò)包的風(fēng)險(xiǎn)交換機(jī)必需對(duì)幀進(jìn)展處置，引入了時(shí)延運(yùn)用交換機(jī)分段運(yùn)用交換機(jī)分段的益處超越了間隔限制減少了碰撞，由于幀只在特定口發(fā)送交換機(jī)不能降低組播影響。但是可以經(jīng)過組播協(xié)議降低組播影響由于每段分別運(yùn)轉(zhuǎn)在10或100Mbps添加了可用帶寬可以限制用戶流量可以同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)多個(gè)幀交換機(jī)通常在硬件上進(jìn)展了優(yōu)化，同透明橋相比，時(shí)延較小目錄以太網(wǎng)技術(shù)沖突域和廣播域以太網(wǎng)分段交換方式VLAN二層、三層交換機(jī)任務(wù)原理交換機(jī)重要技術(shù)參數(shù)

交換方式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式(StoreandForward)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式交換機(jī)是指在交換機(jī)接納到數(shù)據(jù)幀時(shí)，先存儲(chǔ)在一個(gè)共享緩沖區(qū)中，然后進(jìn)展過濾〔濾掉不健全的幀和有沖突的幀〕和過失校驗(yàn)處置，最后再將數(shù)據(jù)按目的地址發(fā)送到指定的端口。直接轉(zhuǎn)發(fā)(CutThrough)直通式交換機(jī)只對(duì)接納到的數(shù)據(jù)幀的目的地址信息進(jìn)展檢查，然后立刻按指定的地址轉(zhuǎn)發(fā)出去，而不做過失和過濾處置。無碎片直通(FragmentFreeCutThrough)“碎片〞是指當(dāng)信息發(fā)送中忽然發(fā)生沖突時(shí)，由于雙方立刻停頓發(fā)送數(shù)據(jù)幀而在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的殘缺不健全的幀。碎片是無用的信息，必需將其濾除。無碎片直通方式首先存儲(chǔ)接納到的數(shù)據(jù)幀的部分字節(jié)〔前64個(gè)字節(jié)〕，然后進(jìn)展過失檢驗(yàn)，假設(shè)有錯(cuò)，立刻濾除，并要求對(duì)方重發(fā)此幀，否那么以為該幀健全，并馬上轉(zhuǎn)發(fā)出去。直接轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)開場(chǎng)點(diǎn)幀校驗(yàn)和(FCS)源MAC地址目的MAC地址類型(承載協(xié)議)Data46-1500幀開場(chǎng)轉(zhuǎn)發(fā)3種交換方式比較在三種交換方式中，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式具有最高的交換質(zhì)量，但速度最慢，適用于網(wǎng)絡(luò)主干的銜接。直通方式是三種交換方式中最快的一種，但因?qū)θ魏螏疾蛔鲞^濾處置，所以誤碼率較高，適用于交換式網(wǎng)絡(luò)的外圍銜接。無碎片直通方式是前兩種方式的折衷。目錄以太網(wǎng)技術(shù)沖突域和廣播域以太網(wǎng)分段交換方式VLAN二層、三層交換機(jī)任務(wù)原理交換機(jī)重要技術(shù)參數(shù)

VLAN一個(gè)VLAN是由一個(gè)或多個(gè)交換機(jī)創(chuàng)建的廣播域。VLAN可以經(jīng)過交換機(jī)的配置實(shí)現(xiàn)，也可以是經(jīng)過外部的效力器同交換機(jī)通訊配置。通?？梢苑譃榛诙丝诘腣LAN，基于協(xié)議的VLAN，基于MAC的VLAN等。經(jīng)過VLAN劃分廣播域基于端口的VLAN基于協(xié)議的VLAN基于子網(wǎng)的VLAN幀Trunking/Tagging協(xié)議TaggingMethodMediaInter-SwitchLink(ISL)FastEthernet802.1qFastEthernet802.10FDDILANEmulation(LANE)ATM802.1Q協(xié)議幀構(gòu)造幀在網(wǎng)絡(luò)通訊中的變化TRUNK和VLANVLAN地址表E1E8E10E11SW1SW2AddressTableVlan10200.1111.0001E10200.1111.0002E1002000.1111.0001Vlan1Vlan2Vlan2Vlan102000.2222.000102000.1111.000202000.2222.0002AddressTableVlan10200.2222.0001E110200.2222.0002E1E1E8TrunkingportVLAN VLAN的益處運(yùn)用VLAN，添加了網(wǎng)絡(luò)的靈敏性。方便添加，挪動(dòng)設(shè)備。強(qiáng)迫VLAN間進(jìn)展第三層路由，加強(qiáng)了系統(tǒng)管理。分成多個(gè)廣播域，降低了廣播占用的帶寬降低了聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的CPU利用率，由于減少了廣播數(shù)量目錄以太網(wǎng)技術(shù)沖突域和廣播域以太網(wǎng)分段交換方式VLAN二層、三層交換機(jī)任務(wù)原理交換機(jī)重要技術(shù)參數(shù)

二層交換機(jī)任務(wù)原理二層交換技術(shù)是開展比較成熟，二層交換機(jī)屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識(shí)別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進(jìn)展轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對(duì)應(yīng)的端口記錄在本人內(nèi)部的一個(gè)地

址表中。詳細(xì)的任務(wù)流程如下：從幀頭查看目的以太網(wǎng)地址從交換機(jī)端口收到一個(gè)以太幀在內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)表中查到對(duì)用目的地址轉(zhuǎn)發(fā)的端口1.2.3.4.LANSWITCHEthernetEthernet轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)幀EthernetEthernet二層交換機(jī)任務(wù)原理當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機(jī)器是連在哪個(gè)端口上的；再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口如表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上如表中找不到相應(yīng)的端口那么把數(shù)據(jù)包廣播到一切端口上，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需求對(duì)一切端口進(jìn)展廣播了。二層交換機(jī)主要性能參數(shù)由于交換機(jī)對(duì)多數(shù)端口的數(shù)據(jù)進(jìn)展同時(shí)交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬，假設(shè)二層交換機(jī)有N個(gè)端口，每個(gè)端口的帶寬是M，交換機(jī)總線帶寬超越N×M，那么這交換

機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)線速交換；學(xué)習(xí)端口銜接的機(jī)器的MAC地址，寫入地址表，地址表的大小〔普通兩種表示方式：一為BEFFERRAM，一為MAC表項(xiàng)數(shù)值〕，地址表大小影響交換機(jī)的接入容量；還有一個(gè)就是二層交換機(jī)普通都含有專門用于處置數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC〔ApplicationspecificIntegratedCircuit〕芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非?？?。由于各個(gè)廠家采用ASIC不同，直接影響產(chǎn)品性能。三層交換機(jī)任務(wù)原理比如A要給B發(fā)送數(shù)據(jù)，知目的IP，那么A就用子網(wǎng)掩碼獲得網(wǎng)絡(luò)地址，判別目的IP能否與本人在同一網(wǎng)段。假設(shè)在同一網(wǎng)段，但不知道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的MAC地址，A就發(fā)送一個(gè)ARP懇求，B前往其MAC地址，A用此MAC封裝數(shù)據(jù)包并發(fā)送給交換機(jī)，交換機(jī)起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將

數(shù)據(jù)