交换机技术和应用共49页

2Gbps。
2、共享存储器结构
共享存储器结构是总线结构的变形，使用大量的高速 RAM来存储输入数据。 各路输入数据经过输入处理部件进入存储器，输出处理 部件从存储器中取出数据，形成各路输出信号。 存储器相当于数据缓冲池。
共享存储 器结构的 特点
3、矩阵结构
N×N交换矩阵
矩阵结构的特点
数据帧在交换机内的交换过程
数据帧在交换机内的交换过程
►①当主机D发送广播帧时，交换机从E3端口接 收到目的地址为ffff.ffff.ffff （广播地址) 的数据帧， 则向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧 ►②当主机D与主机E通信时，交换机从E3端口接 收到目的地址为0260.8c01.5555的数据帧，查 找MAC地址表后发现0260.8c01.5555并不在表 中，则交换机把地址0260.8c01.5555加入MAC 地址表，并向E0、E1、E2和E4端口转发该数据 帧。
数据帧在交换机内的交换过程
►③当主机D与主机F通信时，交换机从E3端口接 收到目的地址为0260.8ec01.6666的数据帧，查 找MAC地址表后发现0260.8c01.6666也位于E3 端口，即与源地址处于同一网桥端口，交换机不 转发该数据帧，而是直接丢弃。 ►④当主机D与主机A通信时，交换机从E3端口接 收到目的地址为0260.8c01.1111的数据，查找 MAC地址表后发现0260. 8c01.1111位于E0端口， 所以交换机将数据帧转发至E0端口，这样主机A 即可收到该数据帧。
数据帧在交换机内的交换过程
►⑤如果在主机D与主机A通信的同时，主机B也 正在向主机C发送数据，交换机同样会把主机B 发送的数据帧转发到连接主机C的E2端口。这时 E1和E2之间，以及E3和E0之间，通过交换机内 部的硬件交换电路，建立了两条链路，这两条链 路上的数据通信互不影响，因此网络也不会产生 冲突。所以，主机D和主机A之间的通信独享一 条链路，主机C与主机B之间也独享一条链路。 而这样的链路仅在通信双方有需求时才会建立， 一旦数据传输完毕，相应的链路也随之拆除。

桥接技术的应用场景和优势
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桥接技术的分类和特点
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桥接技术的实现方式和示例
VLAN技术
VLAN定义：VLAN是虚拟局域网， 通过将物理网络划分为逻辑网络， 实现隔离和互访控制
VLAN优点：提高安全性、简化网 络管理、提高网络性能
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VLAN划分方式：基于端口、基于 MAC地址、基于IP地址
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保存配置：write memory 或 copy running-config startup-config
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进入全局配置模式：configure terminal
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退出配置模式：end
交换机的管理命令
进入交换机的命令行界面 查看交换机的配置信息 配置交换机的参数 管理交换机的端口和VLAN
交换机的定义和作用
交换机是一种网络设备 单击此处输入你的正文，请阐述观点
实现数据传输和通信 交换机的功能 交换机的功能
过滤数据：交换机可以过滤掉不需要转发的数据 包 单击此处输入你的正文，请阐述观点
安全管理：交换机可以提供一定的安全保 护，如MAC地址过滤、VLAN隔离等 单击此处输入你的正文，请阐述观点
测试方法：通过发送大量数据帧并计算平均时延来测试交换机的性能指标
丢包率
定义：丢包率是指 在传输过程中，数 据包丢失的比例
影响因素：网络拥 堵、设备故障、传 输距离等
测试方法：通过发 送大量数据包并统 计丢失的数量来计 算丢包率
性能影响：丢包率 过高会影响网络传 输的稳定性和效率 ，可能导致数据传 输失败或延迟增加
用于连接多个网络设备 单击此处输入你的正文，请阐述观点

（2）通过HTTP管理交换机的方 法
① 通过带外管理方式给交换机设置IP地址，开 启Web Server，设置授权Web用户。
② 执行Windows的HTTP协议。
③ 输入正确的登录名和口令，进入交换机的 Web配置主界面，按界面操作即可
2.交换机的命令配置简介
1）命令模式 （1）一般用户配置模式（简称用户模式） （2）特权用户配置模式（简称特权模式） （3）全局配置模式 （4）接口配置模式 （5）VLAN配置模式 （6）线路配置模式
转发/过滤遵循的规则
如果数据帧的目的MAC地址是广播地址或者 组播地址，则向交换机所有端口转发（数据帧 来的端口除外）；
如果数据帧的目的地址是单播地址，但这个地 址并不在MAC地址表中，那么也向所有的端 口转发（数据帧来的端口除外）；
如果数据帧的目的地址在MAC地址表中，那 么就根据地址表转发到相应的端口；
4.交换机的基本功能
1）地址学习(Address Learning) 交换机通过监听所有流入的数据帧，对其
源MAC地址进行检验，形成一个MAC地址 到其相应端口号的映射，并且将这一映射 关系存储到其MAC地址表中。 2）转发/过滤决定( forward/filter decisions) 交换机根据数据帧的MAC地址进行数据帧 的转发操作，同时能够过滤（即丢弃）非 法侵入的数据帧。
64字节，说明是假帧，则丢弃该帧；如果大于64 字节，则发送该帧。 这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度 比存储转发方式快，但比直通式慢。 采用这种方式，所有的正常帧和超常帧都可以通 过，而残帧将被隔离。
6.交换机的分类
1）按网络覆盖范围划分 广域网交换机和局域网交换机。 2）按传输介质和传输速度划分 以太网交换机、快速以太网交换机、千兆（G

由这种划分的机制可以看出，这种VLAN的划分方法的最大优点就是当用户物理位置移动时，即从一个交换机换到其他的交换机时 ，VLAN不用重新配置，因为它是基于用户，而不是基于交换机的端口。这种方法的缺点是初始化时，所有的用户都必须进行配置 ，如果有几百个甚至上千个用户的话，配置是非常累的，所以这种划分方法通常适用于小型局域网。而且这种划分的方法也导致 了交换机执行效率的降低，因为在每一个交换机的端口都可能存在很多个VLAN组的成员，保存了许多用户的MAC地址，查询起 来相当不容易。另外，对于使用笔记本电脑的用户来说，他们的网卡可能经常更换，这样VLAN就必须经常配置。
网络交换机，是一个扩大网络的器材，能为子网络中提供更多的连接端口，以便连接更多的计算机。随着通信业的发展以及国民 经济信息化的推进，网络交换机市场呈稳步上升态势。它具有性价比高、高度灵活、相对简单和易于实现等特点。以太网技术已 成为当今最重要的一种局域网组网技术，网络交换机也就成为了最普及的交换机。
交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈 问题。已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。
交换机的世界
交换机的发展历史
类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的 带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和 工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变 化的操作。
交换机的世界
在做弱电工程的时候经常用到划分Vlan，什么是Vlan呢？如何划分呢？
二、VLAN的划分方法

3. 碎片隔离（Fragment free） 碎片隔离是一种介于前两者之间的解决方案。它检查数据帧的长度 是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假帧，则丢弃该帧；如果大 于64字节，则发送该帧。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速 度比存储转发方式快，但比直通式慢。采用这种方式，所有的正常帧和 超常帧都可以通过，而残帧将被隔离。
第2章 交换机应用
4. 交换机的基本功能
1. 地址学习（Address Learning） 计 算 机 网 络 工 程 实 用 教 程 2. 转发/过滤决定( forward/filter decisions) 交换机在进行转发/过滤操作时，遵循以下规则： ①如果数据帧的目的MAC地址是广播地址或者组播地址，则向交换 机所有端口转发（数据帧来的端口除外）； ②如果数据帧的目的地址是单播地址，但这个地址并不在MAC地址 表中，那么也向所有的端口转发（数据帧来的端口除外）； ③如果数据帧的目的地址在MAC地址表中，那么就根据地址表转发 到相应的端口； ④如果数据帧的目的地址与数据帧的源地址在同一个物理网段上， 它就会丢弃这个数据帧，不会发生交换。 3. 避免环环路（(loop avoidance) 交换机通过使用生成树协议，避免环路。
第2章 交换机应用
2.交换机的体系结构
计 算 机 网 络 工 程 实 用 教 程 1. 总线结构 总线交换结构的特点是：各个模块共享同一背板总线结构，每个输 入端通过输入处理部件（输入逻辑）连接到总线上，每个输出端通过输 出处理部件（输出逻辑）连接到总线上。如下图所示，数据利用时分多 工传输（TDM）方式在总线上传输。各路输入交换数据经过输入处理部 件，再经过总线由输出处理部件取出，形成各路输出信号。总线采用时 分方式划分时隙分配给每个输入部件。

PC D 的 MAC 地址 交换机查找MAC地址表 交换机将该帧做 “洪泛”
转发。
PC B回应一个帧给PC D 交换机从端口 E1 学习到
PC B的 MAC 地址
端口号 E0 E2 E3 E1
MAC地址 00d0-d001-1111 00d0-d001-2222 00d0-d001-4444 00d0-d001-3333
1
3
2
MAC1 MAC2
MAC3 MAC4
端口号
1 2 3 3
MAC地址
MAC1 MAC2 MAC3 MAC4
交换机工作原理
（1）地址学习 初始MAC地址表是空表
端ห้องสมุดไป่ตู้号
MAC地址
交换机工作原理
（1）地址学习 PC A 发送一个帧给 PC C 交换机从端口 E0 学习到
PC A 的 MAC 地址 交换机查找MAC地址表 交换机将该帧做 “洪泛”
一个特例，它标识了所有的网卡。
MAC地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备
以太网MAC地址
3.MAC地址的表示方法
单播MAC地址
组播MAC地址
广播MAC地址
第一种：每两位十六进制数1组（即1个字节)，一共6组，中间使用中划线连接。 第二种：每四位十六进制数1组（即2个字节)，一共3组，中间使用中划线连接。
70年代
80年代
90年代
92年
96年
2002年
共享式以太网工作原理
A
B
C
D
E
①如果中间的线路是共享的， 这条链路在同一时间由谁来 使用呢？如何来保证这些主 机能有序的使用共享线路， 不发生数据的冲突？
CSMA/CD机制

4.交换机的基本功能
1）地址学习(Address Learning) 交换机通过监听所有流入的数据帧，对其
源MAC地址进行检验，形成一个MAC地址 到其相应端口号的映射，并且将这一映射 关系存储到其MAC地址表中。 2）转发/过滤决定( forward/filter decisions) 交换机根据数据帧的MAC地址进行数据帧 的转发操作，同时能够过滤（即丢弃）非 法侵入的数据帧。
无法检查所传送的数据帧是否有误，不能提供错
误检测能力。
不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通
，而且容易丢帧。
2）存储转发 (Store & forward)
交换机将收到的一个完整的数据帧先放入缓存， 然后进行CRC（循环冗余码校验）检查，在对错 误帧处理后才取出数据帧的目的MAC地址，通过 MAC地址表转换成输出端口送出帧。
（2）通过HTTP管理交换机的方 法
① 通过带外管理方式给交换机设置IP地址，开 启Web Server，设置授权Web用户。
② 执行Windows的HTTP协议。
③ 输入正确的登录名和口令，进入交换机的 Web配置主界面，按界面操作即可
2.交换机的命令配置简介
1）命令模式 （1）一般用户配置模式（简称用户模式） （2）特权用户配置模式（简称特权模式） （3）全局配置模式 （4）接口配置模式 （5）VLAN配置模式 （6）线路配置模式
由于高速集成电路的发展，这种结构易 于构建高速的交换模块；
结构的可扩展性与其实现方法有关，己 知背板交换容量可以扩展到100Gbps；
成本和复杂性高是这种交换机容量增加 的主要限制因素。
3.交换机的工作原理
交换是指将数据帧（报文）从接入端口转 发到目的端口的过程;

交换机技术与应用
交换机技术与应用
内容提要
交换机概述 交换机的接口与连接线缆 交换机配置基础 交换机的互连技术 交换机的VLAN技术 交换机的生成树技术
一、交换机概述
1.交换机的定义
交换机(Switch)，是一种基于MAC地址识 别、能够完成数据帧封装与转发功能的网 络设备。
64字节，说明是假帧，则丢弃该帧；如果大于64 字节，则发送该帧。 这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度 比存储转发方式快，但比直通式慢。 采用这种方式，所有的正常帧和超常帧都可以通 过，而残帧将被隔离。
6.交换机的分类
1）按网络覆盖范围划分 广域网交换机和局域网交换机。 2）按传输介质和传输速度划分 以太网交换机、快速以太网交换机、千兆（G
比特）以太网交换机、10千兆(10G比特或万 兆)以太网交换机和ATM交换机等。 3）按交换机工作的协议层次划分 分为第二层交换机、第三层交换机、第四层交 换机和第七层交换机。
4）按交换机的结构划分 固定端口交换机、模块化交换机。 5）按网络互连三层模型划分 核心层交换机、汇聚层交换机、接入层交换机。 6）按外观进行划分 机箱式、机架式、桌面型。
三层堆叠 交换机
二层堆叠 交换机
2.交换机的体系结构
1）总线结构
总线交换结构的特点
各个模块共享同一背板总线结构 每个输入端通过输入处理部件（输入逻辑）连接
到总线上，每个输出端通过输出处理部件（输出 逻辑）连接到总线上。 数据利用时分多工传输（TDM）方式在总线上传 输。总线采用时分方式划分时隙分配给每个输入 部件。 各路输入交换数据经过输入处理部件，再经过总 线由输出处理部件取出，形成各路输出信号。 基于总线结构的交换机背板最高容量平均为 2Gbps。

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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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交换机技术与应用
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。