第四章 以太網(wǎng)交換技術(shù)

第四章以太網(wǎng)交換技術(shù)《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材主編：孫秀英沖突域與廣播域沖突沖突域廣播域理解沖突的概念，了解沖突域與廣播域的原理。學習目標沖突域與廣播域沖突在共享鏈路上，當兩個節(jié)點同時傳輸數(shù)據(jù)時，從兩個設備發(fā)出的幀在物理介質(zhì)上相遇，從而發(fā)生碰撞，彼此數(shù)據(jù)都被破壞，即稱為沖突。

沖突《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材沖突域與廣播域沖突域沖突域是指在共享鏈路上，同時發(fā)送數(shù)據(jù)會產(chǎn)生沖突的計算機所構(gòu)成的區(qū)域。集線器

沖突

沖突

沖突主機A主機B主機C主機D主機A主機B主機C主機D同時發(fā)送數(shù)據(jù)不會產(chǎn)生沖突交換機共享式的以太網(wǎng)中，所有結(jié)點構(gòu)成了一個沖突域。交換式以太網(wǎng)中，交換機的每個端口構(gòu)成了一個沖突域?！堵酚山粨Q技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材沖突域與廣播域廣播域在以太網(wǎng)中，如果一個結(jié)點發(fā)送廣播數(shù)據(jù)包，那么這個局域網(wǎng)網(wǎng)絡中的其它結(jié)點也將會收到這個廣播數(shù)據(jù)包。對于這種能夠接收同樣廣播消息的結(jié)點的集合就被稱為是一個廣播域。同一個共享式以太網(wǎng)中所有結(jié)點構(gòu)成了一個廣播域。同一個交換式以太網(wǎng)中的所有結(jié)點也構(gòu)成了一個廣播域。主機A主機B主機C主機DA發(fā)送廣播消息，B、C、D都將會收到交換機《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材共享以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)CSMA/CD的工作原理CSMA/CD的優(yōu)缺點共享以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)從通信介質(zhì)的使用方法上看，網(wǎng)絡可分為共享介質(zhì)型和非共享介質(zhì)型。以太網(wǎng)就是介質(zhì)共享型網(wǎng)絡。在這種方式下，設備之間使用同一個載波信道進行發(fā)送和接收。CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection），即載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測，是早期共享式以太網(wǎng)用于解決沖突的協(xié)議，即介質(zhì)訪問控制方式。集線器共享式以太網(wǎng)采用廣播式發(fā)送數(shù)據(jù)，一臺終端發(fā)送數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡中其它主機都將會收到這一數(shù)據(jù)。若有兩臺終端同時發(fā)送數(shù)據(jù)，會出現(xiàn)沖突?！堵酚山粨Q技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材共享以太網(wǎng)CSMA/CD的工作原理為解決共享式以太網(wǎng)沖突問題，引入了CSMA/CD工作方式CSMA/CD的工作原理：先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停發(fā)，隨機延遲后重發(fā)一次發(fā)送結(jié)束發(fā)送阻塞信號放棄發(fā)送另作處理站點要求發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送一幀信息判斷是否有載波？若無，則按序執(zhí)行，否則重新發(fā)送數(shù)據(jù)判斷是否有沖突？若有，則按序執(zhí)行，否則發(fā)送結(jié)束判斷沖突是否>16，若是，則按序執(zhí)行。否則延遲處理后，返回，重新發(fā)送數(shù)據(jù)《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材共享以太網(wǎng)CSMA/CD的優(yōu)缺點優(yōu)點CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法中，每個結(jié)點都處于平等的地位去競爭傳輸介質(zhì)，網(wǎng)絡維護方便，增刪結(jié)點容易。負載較少時，要發(fā)送信息的結(jié)點可以立即獲得訪問控制權(quán)限，效率較高。缺點當負載重時，容易出現(xiàn)沖突，使傳輸效率和有效帶寬大為降低。《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材交換式以太網(wǎng)交換式以太網(wǎng)核心就是交換機（Switch）。在這種方式下，網(wǎng)絡中的每個站直連交換機，由交換機負責轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。此方式下，發(fā)送端與接收端并不共享通信介質(zhì)，因此很多情況下采用全雙工通信方式。知識了解交換式以太網(wǎng)當一臺主機希望傳送一個以太網(wǎng)幀時，它向交換機送出一個標準幀，交換機收到這個幀后，會查看幀的目的地址，然后將這個幀直接發(fā)送到目的地。在這種一對一連接全雙工通信的方式下不會發(fā)生沖突，因此一般不需要CSMA/CD的機制就可以實現(xiàn)更高效的通信。雙絞線雙絞線100BASE-TX100BASE-TX1000BASE-LX光纖交換機交換機《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材MAC地址MAC地址概述局域網(wǎng)中MAC地址使用方式MAC地址結(jié)構(gòu)MAC地址傳輸方式MAC地址MAC地址概述數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路子層（LLC）和介質(zhì)訪問控制子層（MAC），其中MAC的一個重要功能就是完成局域網(wǎng)中的物理尋址。局域網(wǎng)中各節(jié)點之間的通信主要是通過MAC地址完成尋址的。MAC地址又稱為物理地址或硬件地址，在以太網(wǎng)中，MAC地址又稱以太網(wǎng)地址。網(wǎng)卡的MAC地址一般會被燒入到ROM中，因此，理論上講任何一個網(wǎng)卡的MAC地址都是唯一的，在全世界都不會有重復。《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材MAC地址局域網(wǎng)中MAC地址使用方式MAC地址：28-29-02-11-11-01主機AMAC地址：28-29-02-11-33-03主機CMAC地址：28-29-02-11-22-02主機BMAC地址：28-29-02-11-44-04主機D

數(shù)據(jù)幀希望到主機C，目的MAC為28-29-02-11-33-03丟棄該幀丟棄該幀接收該幀注：在總線或環(huán)型網(wǎng)絡中，主機A發(fā)送數(shù)據(jù)給主機C，網(wǎng)絡中所有主機都將會收到數(shù)據(jù)，然后根據(jù)自己MAC與數(shù)據(jù)包中的目的MAC進行匹配，如果匹配上就接收，匹配不上就丟棄?！堵酚山粨Q技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材MAC地址MAC地址結(jié)構(gòu)MAC地址長度為48位，即6個字節(jié)，通常表示為12個16進制數(shù)。如：28-29-02-D1-2A-19，MAC地址格式：MM:MM:MM:SS:SS:SS或者MM-MM-MM-SS-SS-SS1324組織唯一標識符廠商對網(wǎng)卡的唯一編碼第1位：單播地址（0）/多播地址（1）第2位：全局地址（0）/本地地址（1）第3~24位：組織唯一標識符第25~48位：廠商對網(wǎng)卡的唯一編碼MAC地址共有3類：單播、多播

和

組播在單播地址中，第1位為0在多播地址中，第1位為1而廣播地址則是48個1《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材MAC地址MAC地址傳輸方式MAC地址在傳輸時是逐字節(jié)從左到右發(fā)送的，但是對于每一個字節(jié)來說，最先發(fā)送的是最低位，最后發(fā)送的是最高位。01:02:XX:XX:XX:XX傳輸方式十六進制MAC地址用二進制表示10000000000000010000000100000010……網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸時的比特序列《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材以太網(wǎng)幀以太網(wǎng)整體幀結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)幀字段的含義以太網(wǎng)幀以太網(wǎng)整體幀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)包被加上幀頭和幀尾，就構(gòu)成了可由數(shù)據(jù)鏈路層識別的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的長度變化范圍是64-1518字節(jié)?！堵酚山粨Q技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材以太網(wǎng)幀以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)常見的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)是EthernetⅡ的格式。以太網(wǎng)幀的前端是以太網(wǎng)的首部，它總共占14個字節(jié)。分別是6個字節(jié)的目標MAC地址、6個字節(jié)的源MAC地址以及2個字節(jié)的上層協(xié)議類型。目的MAC地址源MAC地址類型/長度數(shù)據(jù)FCS首部幀尾6字節(jié)6字節(jié)2字節(jié)46-1500字節(jié)之間4字節(jié)《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材以太網(wǎng)幀以太網(wǎng)幀字段的含義常見的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)是EthernetⅡ的格式。以太網(wǎng)幀的前端是以太網(wǎng)的首部，它總共占14個字節(jié)。分別是6個字節(jié)的目標MAC地址、6個字節(jié)的源MAC地址以及2個字節(jié)的上層協(xié)議類型。目的MAC地址源MAC地址類型/長度數(shù)據(jù)FCS首部幀尾目的MAC地址：接收端的MAC地址，長度為6字節(jié)。源MAC地址：發(fā)送端的MAC地址，長度為6字節(jié)。類型/長度：該字段長度為2字節(jié)，當字段值大于或等于0x0600時，表示上層數(shù)據(jù)使用的協(xié)議類型，當字段值小于0x0600時，表示以太網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)的長度。數(shù)據(jù)：上層封裝下來的數(shù)據(jù)，長度在46字節(jié)到1500字節(jié)之間。FCS：校驗碼，長度為4字節(jié)，主要用于錯誤校驗?！堵酚山粨Q技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材交換機工作原理小型交換網(wǎng)絡交換機初始狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀交換機的轉(zhuǎn)發(fā)行為學習MAC地址目標主機回復基本配置配置驗證交換機工作原理小型交換網(wǎng)絡交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。SWA主機A主機C主機BIP:10.1.1.1/24MAC:00-01-02-03-04-AAIP:10.1.1.2/24MAC:00-01-02-03-04-BBIP:10.1.1.3/24MAC:00-01-02-03-04-CCG0/0/1G0/0/2G0/0/3《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材交換機工作原理交換機的轉(zhuǎn)發(fā)行為泛洪（Flooding）轉(zhuǎn)發(fā)（Forwarding）丟棄（Discarding）《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材交換機工作原理交換機初始狀態(tài)初始狀態(tài)下，交換機MAC地址表為空SWA主機A主機C主機BIP:10.1.1.1/24MAC:00-01-02-03-04-AAIP:10.1.1.2/24MAC:00-01-02-03-04-BBIP:10.1.1.3/24MAC:00-01-02-03-04-CCG0/0/1G0/0/2G0/0/3MAC地址表MAC接口《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材交換機工作原理學習MAC地址交換機將收到的數(shù)據(jù)幀的源MAC地址和對應接口記錄到MAC地址表中SWA主機A主機C主機BIP:10.1.1.1/24MAC:00-01-02-03-04-AAIP:10.1.1.2/24MAC:00-01-02-03-04-BBIP:10.1.1.3/24MAC:00-01-02-03-04-CCG0/0/1G0/0/2G0/0/3MAC地址表MAC接口00-01-02-03-04-AAG0/0/100-01-02-03-04-AAFF-FF-FF-FF-FF-FFARPDec.MacSrc.Mac《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材交換機工作原理目標主機回復交換機根據(jù)MAC地址表將目標主機的回復信息單播轉(zhuǎn)發(fā)給源主機SWA主機A主機C主機BIP:10.1.1.1/24MAC:00-01-02-03-04-AAIP:10.1.1.2/24MAC:00-01-02-03-04-BBIP:10.1.1.3/24MAC:00-01-02-03-04-CCG0/0/1G0/0/2G0/0/3MAC地址表MAC接口00-01-02-03-04-AAG0/0/100-01-02-03-04-CCG0/0/300-01-02-03-04-AAARPDec.MacSrc.Mac00-01-02-03-04-CC《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材交換機工作原理基本配置<SWA>system-viewEntersystemview,returnuserviewwithCtrl+Z.[SWA]interfaceGigabitEthernet0/0/1[SWA-GigabitEthernet0/0/1]undonegotiationauto[SWA-GigabitEthernet0/0/1]speed100[SWA-GigabitEthernet0/0/1]duplexfullSWAG0/0/1主機A《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材交換機工作原理配置驗證[SWA]displayinterfaceGigabitEthernet0/0/1GigabitEthernet0/0/1currentstate:UPLineprotocolcurrentstate:UP……Speed:100,Loopback:NONEDuplex:FULL,Negotiation:DISABLESWAG0/0/1主機A《路由交換技術(shù)及應用》第4版“十四五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材交換機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式直通式轉(zhuǎn)發(fā)無碎片直通式轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式直通式轉(zhuǎn)發(fā)直通式（CutThrough）方式處理過程是在輸入端口檢測到一個數(shù)據(jù)包后，只檢查其包頭，取出目的地址，通過內(nèi)部的地址表確定相應的輸出端口，然后把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口。這樣就完成了交換。它的優(yōu)點是延遲小，交換速度快。但是不具備檢錯能力。交換機之所以同時進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，其中重要的一個方面是其具有很寬的總線帶寬，如果有N個端口，每個端口帶寬為M，則交換機總