交换机的产生与工作原理PPT
交换网络产生的背景通过对于物理层的学习，物理层设备（中继器、集线器）有着使用方便，价格廉价等优点，但是所有的物理层设备连接的计算机整体构成一个冲突域，计算...
交换网络产生的背景通过对于物理层的学习，物理层设备（中继器、集线器）有着使用方便，价格廉价等优点，但是所有的物理层设备连接的计算机整体构成一个冲突域，计算机越多，冲突发生的可能性就越大，网络用于数据传输的效率就越低。共享式网络存在的问题如果所有的节点使用物理层设备进行互联，则所有节点处于同一个冲突域当中。 随着网络接入节点的增多，数据通信过程中的冲突随之增多，线路上数据有效传输性能严重下降 随着网络规模的不断扩大，通信流量本地化是降低数据冲突的有效手段。也就是本地两台计算机之间通信，不应该影响到其他计算机之间的通信 由于共享信道式通信采用的是广播方式进行数据传输，因此网络中传输的数据容易被窃听，安全性无法得到有效保障为了克服共享式网络中存在的这些问题，在1993年局域网内可以隔离冲突域的交换设备运用而生，传统的共享式网络也变成交换式网络。网桥的工作原理和广播域的概念网桥的由来为了改善共享式网络中的缺点，我们提出了隔离冲突域的方法，将一个大的冲突域隔离成多个小的冲突域从而减少计算机之间通信时冲突的发生，这就用到了网桥。如图所示由于网桥对于冲突信号可以进行丢弃，所以LAN1内的冲突不会影响到LAN2。网桥可以分为透明网桥和源路由网桥，透明网桥一般用于以太网中，而源路由网桥一般用于令牌环网中。网桥的工作原理网桥工作在OSI模型的数据链路层，处理的信息单元是数据链路层的数据帧。网桥对收到的帧根据其MAC帧的目的地址进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是根据此帧的目的MAC地址，查找网桥中的地址表，然后确定将该帧转发到那个接口，或者是把它丢弃（即过滤）。网桥工作的五个特性 学习当网桥接收到一个数据帧时，网桥将其源MAC地址与自身的桥接表进行比较，如果源MAC地址不在桥接表中，网桥会将该数据帧的源MAC地址加入到桥接表中，并将接受该数据帧的网桥端口号加入进去，如果源MAC地址在桥接表中，但桥接表中对应的端口和接受该数据帧的网桥端口不一致，则更新桥接表中该MAC地址对应的端口号为接受该数据帧的网桥端口号。这就是网桥的“学习源MAC地址”特性。 广泛广播帧当网桥接受到一个目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF（即该帧为广播帧）的数据帧，就是会立即将其转发到除接受端口以外的所有端口，这就是网桥的“广泛广播帧”特性。 泛洪未知目的帧网桥接收到一个数据帧后首先查询桥接表，如果表中没有该帧目的MAC地址所对应的端口，网桥就会将该帧转发到除接收端口以外的所有端口，这就是网桥的“泛洪未知目的帧”的特性。 过滤数据帧经过查询桥接表，如果发现数据帧中源MAC地址所对应的网桥端口和目的MAC地址所对应的网桥端口相同，就会对该帧做丢弃处理，这就是网桥的“过滤数据帧”的特性。 转发数据帧经过查询桥接表，如果发现数据帧中源MAC地址所对应的网桥端口和目的MAC地址所对应的网桥端口不相同，则网桥就会从相应的端口转发该数据帧，这就是网桥的“转发数据帧”特性。当网桥的桥接表信息完全收敛后，网桥将整个网络分为两个冲突域，这不但意味着LAN1中发生的冲突不会影响到LAN2，LAN2中发生的冲突而不会影响到LAN1，同时LAN1中主机1与主机2通信的时候，LAN2中的主机5与主机6也可以同时进行通信。广播域的概念网桥可以隔离冲突，但不能隔离广播域，如图所示LAN1为一个冲突域，LAN2为一个冲突域，网桥将两个冲突域隔离，但LAN1、LAN2还处于同一个广播域。在网络中任意一台计算机发送一个广播帧，整个广播域中的所有计算机都会接收到该广播帧，网桥的每个端口都是一个冲突域，而网桥的所有端口共同构成了一个广播域。如图所示，只有路由器、三层交换机等三层设备可以隔离广播域。交换机的工作原理交换机是在网桥的基础上发展出来的，冠以的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。交换机的工作原理主要是指交换机对于从传输介质进入其端口的帧进行转发的过程。每台交换机中都有一个MAC地址表，它存放了MAC地址与交换机端口编号之间的映射关系，MAC地址表存在于交换机的工作内存中，交换机刚上电时，MAC地址表没有任何内容，是一个空表。随着交换机不断转发数据并进行地址学习，MAC地址表会不断丰富起来，当交换机下电或者重启时，MAC地址表的内容会完全丢失。交换机的基本工作原理（转发原理）如果从传输介质进入交换机的某个端口的帧是一个单播帧，则交换机会去MAC地址表中查找该帧的目的MAC地址1） 如果查不到这个MAC地址，则交换机将对该帧执行泛洪操作。2） 如果查到了这个MAC地址，则比较这个MAC地址在MAC地址表中对应的端口编号是不是这个帧从传输介质进入交换机的那个端口的端口编号。a） 如果不是，则交换机将对该帧执行转发操作b） 如果是，则交换机将对该帧执行丢弃操作。如果从传输介质进入交换机的某个端口的帧是一个广播帧，则交换机不会去查MAC地址表，而是直接对该帧执行泛洪操作如果从传输介质进入交换机的某个端口的帧是一个组播帧，则交换机的处理行为比较复杂另外，交换机还具有MAC地址学习能力。当一个帧（无论是单播帧、组播帧、还是广播帧）从传输介质进入交换机后，交换机会检查这个帧的源MAC地址，并将该源MAC地址与这个帧进入的那个端口的端口编号进行映射，然后将这个映射关系存放进MAC地址。交换机、网桥、中继器和集线器的区别设备名称英文名称OSI参考模型层次处理信息单元设备目的备注中继器Repeater物理层比特流延长网络布线距离集线器Hub物理层比特流延长网络布线距离，适合星型结构布线多端口中继器网桥Bridge数据链路层数据帧隔离冲突域，隔离数据流量交换机Switch数据链路层数据帧隔离冲突域，隔离数据流量，适合星型结构布线多端口网桥交换机和集线器的区别工作层次集线器工作在物理层，属于1层设备，每发送一个数据，所有的端口均可以收到，采用了广播的方式，因此网络性能受到很大的限制。交换机工作在数据链路层，属于2层设备，每个端口形成一张MAC地址表，根据数据包的MAC地址转发数据，而不是广播形式。宽带占用方式集线器所有端口是共享集线器的总宽带，而交换机的每个端口都有自己的宽带。传输模式集线器只能采用半双工方式进行传输，因为集线器是共享传输介质的，这样集线器上同一时刻一次只能传输一个任务，要么接受数据，要么发送数据。而交换机采用全双工方式来传送数据。交换机与网桥的区别（1） 交换机的功能体现是多个网桥的集合，即网桥一般分为两个端口，而交换机具有高密度的端口。（2） 分段能力的区别，交换机支持多个端口，因此可以把网络系统划分为更多的物理网段，而网桥只有两个端口，能够划分的物理网段十分有限。（3） 传输速率的不同，交换机与网桥数据信息的传输速率相比，交换机要快于网桥。（4） 数据帧转发方式的区别，网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整的数据帧并完成帧校验检测后才开始转发这个数据帧，而交换机根据不同的交换方式，如存储转发、直通转发、碎片隔离等不同方式，可做帧校验，也可不做帧校验。
