以太网交换机工作基本原理

数通 · 2022-09-08 · 34 人浏览
以太网交换机工作基本原理

共享式以太网

早期以太网,都是基于共享型网络
使用早期的集线器或者同轴电缆作为总线型
网络结构。
所有的终端设备都处于同一个冲突域中
所有的设备都共享一条总线的带宽
这就导致了通信时,冲突的发生,引入了CSMA/CD机制
来保证通信正常
共享式以太网

交换式以太网

是当今主流的网络
初期采用的是网桥(Bridge)来作为传输设备
再到现在的交换机,两者都遵循IEEE802.1D协议
又叫透明网桥协议
交换机与网桥的区别就在于交换机比网桥拥有更多的端口、更强的转发能力、特性更加的丰富
他们同样采用CSMA/CD来解决冲突问题,只不过这里的冲突
与前者不同,这里是单独针对每个端口进行检测
我们只需要记住下面这个口诀:
交换机的每个端口都是一个独立的冲突域
集线器的每个端口都处于同一个冲突域
交换式以太网

什么是交换机

交换机,一个工作在数据链路层的设备
通过识别MAC地址,来进行对数据的转发
他长这样:
数据中心级交换设备
基础和工业级交换设备

什么是MAC地址

在了解MAC地址表之前
我们先回顾一下什么是MAC地址
MAC地址是我们身边,每个需要接入网络的设备必有的一个全球唯一的物理地址,在设备出厂前,就已经写入硬件中
在PC中,我们可以通过ipconfig /all这个命令来查看我们的MAC地址
MAC地址
由16进制构成,48位的长度
前24位为我们的厂商标识(OUI),后24位为设备标识

MAC地址表

一个用来记录交换机端口所连接设备信息的表
和ARP表类似,里面包含了交换机上端口所连接设备对方的MAC地址
与其端口作为绑定
其中MAC地址表的老化时间为300秒
老化时间用来清理长久不用的MAC表项
一个交换机的MAC地址表空间是有限的
一个MAC地址只能对应一个接口
一个接口又可以对应多个MAC地址
MAC地址表
新华三设备上的MAC地址表

MAC地址获取流程

在交换机刚启动时候,自身的MAC地址表里面的关系是空的
最先通过对数据帧的源MAC地址,来获取端口和设备MAC地址的映射关系,来写入MAC地址表
接着检查数据帧的目的MAC地址,从MAC地址表中来判断数据帧是从哪个端口发出的,
对于那些目的MAC地址还没在MAC地址表内的数据帧,进行广播处理
如果交换机自身又收到了一个广播帧,那么继续广播处理
(这里的广播我们等一下要讲他的概念)
相互交换

数据传输模式

单播

单独两个设备之间的通信,采用单播帧通信
根据帧的目的地址,从相应端口转发出去,而不是从所有端口转发
++一般接收者为单独的一个设备++
单播通信

广播

广播帧,通常是在MAC地址表中找不到目的MAC地址的情况下产生(未知单播帧)
++一般接收者为除源端口以外的,交换机接口上所有的设备++
广播通信

组播

组播的概念和广播类似,但组播帧,是有特定的范围
而不是广播的全局转发
++一般接收者为一组设备++

交换机的工作流程

首先是MAC地址的学习,表内关系明确后
对于目的MAC地址已知的单播帧,交换机进行查表转发
对于目的MAC地址未知的单播帧,交换机进行广播处理
对于广播帧,交换机默认继续广播处理,直到达到目的

广播域的概念

在一个网络中所有能接收到同样广播消息的设备的一个集合
叫做广播域
在默认情况下,交换机的所有端口都属于同一个广播域
而三层交换或者路由器的每一个接口属于独立的广播域
广播域

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