第十一章 以太網交換機工作原理


一、共享式與交換式以太網

1.共享式以太網概述:

共享式以太網的典型代表是使用10Base2/10Base5的總線型網絡和以集線器(集線 器)為核心的星型網絡。在使用集線器的以太網中,集線器將很多以太網設備集中 到一台中心設備上,這些設備都連接到集線器中的同一物理總線結構中。從本質上講,以集線器為核心的以太網同原先的總線型以太網無根本區別。

 

2.共享式以太網工作特點

集線器多用於小規模的以太網,由於集線器一般使用外接電源(有源),對其接收 的信號有放大處理。在某些場合,集線器也被稱為“多端口中繼器”。

集線器同中繼器一樣都是工作在物理層的網絡設備。

 
3.共享式以太網存在的弊端
由於所有的節點都接在同一沖突域中,不管一個幀從哪 里來或到哪里去,所有的節點都能接受到這個幀。隨着節點的增加,大量的沖突將 導致網絡性能急劇下降。而且集線器同時只能傳輸一個數據幀,這意味着集線器所 有端口都要共享同一帶寬。
 
4.交換式以太網概述
交換式以太網是以交換式集線器(switching hub)或交換機(switch)為中心構成,是一種星型拓撲結構的網絡。簡稱為以交換機為核心設備而建立起來的一種高速網絡,這種網絡在近幾年來運用得非常廣泛。
 

 

 

5.交換式以太網的優點

  在交換式以太網中,交換機的每個端口處於獨立的沖突域中,終端主機獨占端口的帶寬。
  交換式以太網不需要改變網絡其它硬件,包括電纜和用戶的網卡,僅需要用交換式交換機改變共享式HUB,節省用戶網絡升級的費用。
  可在高速與低速網絡間轉換,實現不同網絡的協同。大多數交換式以太網都具有100MBPS的端口,通過與之相對應的100MBPS的網卡接入到服務器上,暫時解決了10MBPS的瓶頸,成為網絡局域網升級時首選的方案。
它同時提供多個通道,比傳統的共享式集線器提供更多的帶寬,傳統的共享式10MBPS/100MPS以太網采用廣播式通信方式,每次只能在一對用戶間進行通信,如果發生碰撞還得重試,而交換式以太網允許不同用戶間進行傳送,比如,一個16端口的以太網交換機允許16個站點在8條鏈路間通信。
  特別是在時間響應方面的優點,使得局域網交換機倍受青睞。它以比路由器低的成本卻提供了比路由器寬的帶寬、高的速度,除非有上廣域網(WAN)的要求,否則,交換機有替代路由器的趨勢。

二、交換機的MAC地址學習過程

1.交換機剛啟動時.MAC地址表內無表項

 

 

 2.PCA發出數據幀

交換機把PCA的幀中的源地址MAC_A與接收到此幀的端口E1/0/1關聯起來

交換機把PCA幀從所有其他端口發送出去(除了接收到幀的端口E1/0/1)

 

 

 3.PCB、PCC、PCD發出數據幀

交換機把接收到的幀中的源地址與相應的端口關聯起來

 

 

 

三、交換機對數據幀的過濾與轉發

1.單播幀的轉發

1)PCA發出目的到PCD的的單播數據幀

2)交換機根據幀中的目的地址,從相應的端口E1/0/4發送出去

3)交換機不在其他端口上轉發此單播數據幀

 

 

 2.廣播、組播和未知單播幀的轉發

交換機會把廣播、組播和未知單播幀從所有其他端口發送出去(除了接收到幀的端口)

 

 

 

四、廣播域

1.概述

  廣播是一種信息的傳播方式,指網絡中的某一設備同時向網絡中所有的其它設備發送數據,這個數據所能廣播到的范圍即為廣播域(Broadcast Domain)。
  簡單點說,廣播域就是指網絡中所有能接收到同樣廣播消息的設備的集合。

2.具體理解

  廣播域:網絡中能接收任一設備發出的廣播幀的所有設備的集合
  廣播域是基於第二層(鏈路層)
  廣播域就是說如果站點發出一個廣播信號后能接收到這個信號的范圍。通常來說一個局域網就是一個廣播域。
  上圖路由器或三層交換機的三層接口處於獨立的廣播域中,終端主機發出的廣播幀在三層接口被終止。
 

五、總結

1.共享以太網中所有終端共享總線帶寬。交換式以太網每個終端處於獨立的沖突域

2.交換機根據接收到的數據幀的源地址進行MAC地址表的學習

3.交換機根據MAC地址表對數據幀進行轉發

4.路由器或三層交換機的三層接口屬於獨立的廣播域

 


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