以太网交换机工作原理ppt课件

IEEE 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之 802系列标准中只制定了一种LLC子层标准，屏蔽不同MAC子层之 间的差异
局域网标准( ):IEEE802标准集 局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理 •IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务 •IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范 •IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus •IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring •IEEE802.6-------城域网 •IEEE802.7-------宽带局域网 •IEEE802.8-------光纤技术 FDDI •IEEE802.9-------综合数据话音网络 •IEEE802.10------网络安全与保密 •IEEE802.11------无线局域网 •IEEE802.12------需求优先 •IEEE802.13 ------(未使用) •IEEE802.14 ------电缆调制解调器 •IEEE802.15 ------无线个人网 •IEEE802.16 ------宽带无线接入 •IEEE802.17 ------可靠个人接入技术
交换机的工作原理 mac地址表的形成过程 mac地址表的形成过程 数据帧的转发/ 数据帧的转发/过滤
地址学习
MAC地址表 地址表 初始的MAC地 初始的MAC地 址表为空 E0: E1: E2: E3:
主机A： 主机 ： 00-D0-F8-00-11-11
E0
E1
主机B： 主机 ： 00-D0-F8-00-22-22

配置交换机
深入了解如何配置交换机以满足特定网络需求。
交换机的安全控制
了解如何保护交换机免受安全威胁。
交换机的应用
1 局域网互连
探索交换机在不同局域网之间提供连接的作用。
2 交换机在大规模网络中的应用
了解交换机在大型网络中扮演的关键角色。
3 可靠性和容错能力
探究交换机在确保网络可靠性和容错能力方面的重要作用。
总结
交换机的作用与优点
归纳交换机在网络中的关键作用和优点。
未来展望和趋势
展望交换机技术的未来发展和趋势。
潜在的问题和解决方法
讨论可能出现的问题并提供解决方法。
2 MAC地址表
探索交换机如何使用MAC 地址表进行数据转发。
3 排队与转发
了解交换机如何进行数据 排队和转发，以确保有效 的网络通信。
交换机的端口
作用
了解交换机端口在网络中的重 要作用。
分类和类型
探索交换机端口的不同分类和 类型。
端口速率
了解交换机端口的速率和带宽 特性。
交换机的工作模式
1
基于VLAN的交换机
2
探索基于VLAN的交换机的工作方式
探讨联通性交换机在多个网络之间提供 通信的重要性。
透明模式
了解透明模式交换机的工作原理和应用 场景。
堆栈式交换机
了解堆栈式交换机如何提供更高的扩展 性和性能。
交换机的配置与管理
维护交换机
探索如何维护并确保交换机的正常运行。
管理交换机端口
了解如何管理和配置交换机的端口以满足网络需求。
《交换机基本原理》PPT 课件
欢迎来到《交换机基本原理》的PPT课件！在本课程中，我们将深入探讨交换 机的工作原理、端口分类、工作模式、配置与管理，以及交换机的应用。

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基础知识
（2）全光缆媒体的使用 在以太网发展的初期，传输媒体采用铜轴
电缆，构成公共总线结构。当10BASET／F出 现后，构成了星型结构的以太网，采用了双绞 线和光缆作为传输媒体，以后发展的100BASE 和1000BASE均是如此。当10000BASE出现后， 构成了全光缆以太网，在万兆位以太网上不再 使用双绞线或其他铜缆。
28
基础知识
管理型冗余交换机
高级的管理型冗余交换机提供了
一些特殊的功能，特别是针对有稳定性、
安全性方面严格要求的冗余系统进行了
设计上的优化。构建冗余网络的主要方
式主要有以下几种，STP、RSTP；环网 冗余RapidRingTM以及Trunking。
29
基础知识
1STP及RSTP
STP(SpanningTreeProtocol，生成树算
STP
RSTP
Redundent Ring
Trunking
30~60s
1~2s
<300ms
<10ms
High
High
Medium
Low
IEEE 802.1D
IEEE 802.1w
Proprietary
Proprietary
Medium
Medium
Low
High
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基础知识
(5)交换技术发展历程 ①共享—交换—全双工交换—时分复用全双工交换：从以太网第 2层(L2)交换技术发展和演变历程来分析，目前已经出现了时分复 用全双工交换技术。当以太网技术自共享演变到交换后，半双工 传输媒体上仍旧会出现传输数据碰撞现象。直到出现了全双工交 换技术，此时以太网技术完全摆脱了传统以太网CSMA／CD约束， 全双工交换以太网上不再会发生传输数据碰撞。万兆位以太网上 只支持了全双工交换。全双工交换基础上，当每个站点所发送定 长帧按固定时隙媒体上传输时，这就发展成时分复用全双工交换 技术，这种技术使以太网具有良好实时性，高质量传输语音和视 频信号。 ②L2交换-L3交换-L4交换以及高层交换：以太网交换机，从面向 帧交换L2交换机发展到面向IP分组L3交换机，继而又出现了面向 数据流L4交换机，L4交换技术与网站上主服务器结合起来，可以 获访问主服务器高速缓冲效应。目前市场上还出现了面向应用高 层交换技术。 17

所在端口不同，交换机将MAC 地址重新学习到新的端口
• 主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包
交换机数据转发原理12－5
AA 端口3
A
端口1
端口2
data
BB 端口3
B 端口d1adtaata 端口2
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－6
data 在这个过程中33，交换机的 MAC地址表中没有需要的条 目，交换机通过广播的方式， 转发了数据帧
端口3 端口1
BB
dBata 端口2
在这个过程中，交换机的 MAC地址表中已经学到了需 要的条目，交换机通过单播的 方式，转发了数据帧
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－11
交换机最终的MAC地址表 MAC地址
11
44
A
22
33
MAC地址
11 44 22 33
端口号
3 2 3 1
端口号
1 3 2 3
• 主机33，接收到数据帧 • 主机44，丢弃数据帧
data
44
交换机数据转发原理12－7
端口1
AA
BB
这时，主端机口434要给主机1端1发口3送一个数据
A
帧： 目标端地口2址：11
源地址： 44
B
端口1
端口2
data
11
22
33
44
交换机数据转发原理12－8
MAC地址
端口号
11
3
B
44
2
• 交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作： • 交换机B学习源MAC地址和端口号 • 交换机B查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目， 单播转发数据到端口3

《交换机原理》PPT课件
打开通往网络世界的大门！本课件将带你深入了解交换机的原理、功能和应 用。
交换机的定义和作用
介绍交换机的定义、基本作用以及在计算机网络中的重要性，是现代网络通信的核心设备之一。
交换机的分类
传统交换机
介绍传统交换机的工作原理 和应用场景，包括广播交换 机和存储转发交换机。
多层交换机
价格昂贵，维护困难
交换机的管理和配置
讲解交换机管理和配置的方法，包括基本配置、远程管理和安全设置等内容。
3 转发
详细描述交换机如何根据 目的MAC地址将数据包转 发到正确的端口上。
交换机的端口类型
以太网端口
介绍常见的RJ-45以太网端口，用 于连接计算机和其他网络设备。
光纤端口
USB端口
解释光纤端口的工作原理和优点， 用于高速长距离数据传输。
讨论交换机上的USB接口，可用 于连接USB存储设备和其他外部 设备。
讲解多层交换机的优点和功 能，如VLAN隔离、ACL过滤 与QoS限流等功能。
光纤交换机
介绍光纤交换机的特点和应 用，源自括光纤接口类型、光 纤距离和光纤模块类型等。
交换机的基本功能
1 学习
解释交换机如何学习和维 护MAC地址表，实现数据 包的转发。
2 过滤
说明交换机如何过滤和限 制流量，提高网络的安全 性和性能。
根据目的MAC地址在MAC地址表中查找对应的输出端口。
3
3. 数据包转发
将数据包转发到正确的输出端口上，实现网络通信。
常见交换机的优缺点比较
交换机类型 传统交换机 多层交换机
光纤交换机
优点 成本低，适用于小型网络 支持VLAN和QoS，具有高级功 能 高速传输，远距离通信

– 引导文件 – 系统映像文件 – 厂商配置文件
? 交换机软件版本升级就是对这三类文件的更新 ? 方法就是用新的文件覆盖旧的文件。
引导文件
? 引导文件
– 是指引导交换机初始化等的文件，即我们通常说的ROM文件 – 在机架式交换机上通常为boot.rom一份文件 – 在盒式交换机上通常为boot.rom和config.rom两份文件。 – ROM文件保存在FLASH中 – 文件名固定为boot.rom和config.rom。
交换机数据转发
1
44
3
? 交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： – 交换机A学习源MAC地址和端口号
– 交换机A查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目， 单播转发数据到端口1
? 主机11，收到数据帧
交换机数据转发原理 12－10
AA 端口3
A
端口1
端口2
分割冲突域
?为了提高传输效率，分割冲突域
冲突域1
冲突域2
......
冲突域3
交换机背板交换矩阵结构
?交换机的每个端口访问 另一个端口时，都有一条 专有的线路，不会产生冲 突。
冲突域与广播域
?广播域指接收同样广播消息的节点的集合，如：在该集合中的任 何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被 认为是该广播帧的一部分
单工、半双工与全双工
? 单工 – 只有一个信道，传输方向只能是单向的
例如：寻呼机
? 半双工
A
例如B：对讲机
– 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输
? 全双工
A
例如：电话 B
– 双信道，同时可以有双向数据传输
A
B
冲突与冲突域

• 避免环路
通过阻塞某些冗余连接，可以避免网 络环路的产生，从而防止广播风暴。
• 自动发现
STP能够自动发现和配置网络中的冗 余连接。
• 灵活性
可以根据网络规模和拓扑结构调整 STP配置。
端口镜像技术
定义
端口镜像技术是一种将一个 或多个端口的数据流量复制 到一个监视端口，以便于分 析和故障排除的技术。
MAC地址表大小
MAC地址表大小是指交换机能够记录的MAC地址的数量 ，是衡量交换机扩展能力的重要指标。MAC地址表大小 越大，交换机的扩展能力越强。
03
以太网交换机的关键技术
VLAN技术
定义
VLAN（Virtual Local Area Network）技术是一种将局域网设备从 逻辑上划分成一个个独立的网段，从而实现虚拟工作组的技术。
以太网交换机工作原理
• 引言 • 以太网交换机的基本原理 • 以太网交换机的关键技术 • 以太网交换机的应用场景 • 以太网交换机的未来发展
01
引言
交换机的定义和作用
01
交换机是一种网络设备，用于连 接多个网络节点，实现数据交换 和传输。
02
交换机的作用是提供快速、可靠 的数据传输服务，提高网络性能 和稳定性。
• 数据监控
通过镜像技术，可以对网络 中的数据流量进行实时监控 和分析。
• 故障排除
当网络出现故障时，可以通 过镜像端口快速定位问题。
• 安全审计
可以用于安全审计和日志记 录等目的，提高网络安全性 和可追溯性。
04
以太网交换机的应用场景
企业网络中的应用
企业网络中，以太网交换机主要用于 连接各个终端设备，如计算机、打印 机、服务器等，实现快速、可靠的数 据传输。

经DEC, Intel and Xerox公司改进为10M标准 (DIX 标准) 。
2021/7/28
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•1983年IEEE802委员会公布的局域网络协议（ CSMA/CD），基本上和Ethernet技术规范一致 ，于是，Ethernet技术规范成为世界上第一个局 域网的工业标准。
•1985年定名为，数据率从1M到10M (现已发展 到1000M)，支持多种传输媒体。 • Ethernet是指基带总线LAN。 • Ethernet和的帧格式不同。
NIC
网络总带宽=（n/2～n）*10Mbps，每个连接的带宽为10Mbps
； 为何要使用网络交换机？
BNC端子
Ethernet和的帧格式不同。
Ethernet是指基带总线LAN。
BNC T型接头连接 （5）高性能工作站的升级
最大段长度 500米
1、100Mbps 快速以太网简述 每段最多站点数
集线器（双绞线或光纤接口）
100
收发器
AUI 电缆
10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长2 km 每段最多站点数 100 （3）快速以太网骨干网的升级 交换机的两种用法(以10Mbps网络交换机为例)：
两站点间最小距离 米
2021/7/28
网络最大跨度 公里
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2)、10Base2
• 细同轴电缆， • 可靠性稍差 • BNC T型接头连接 • 总线型拓扑 • 用于办公室LAN
第四章 以太网及其交换技术 一、传统以太网
1．以太网产生与
以太网（Ethernet）是由
Xerox公司和
Stanford大学联合开发并于1975年提出的，
目的是为了把办公室工作站与昂贵的计算机资

以太网交换机工作原理
以太网交换机是一种网络设备，用于在局域网（LAN）中转
发以太网帧。

它的工作原理如下：
1. MAC地址学习：当交换机收到一个以太网帧时，它会提取
帧中的目标MAC地址，并将该地址与输入端口关联起来，以
此学习哪个MAC地址位于哪个端口。

交换机将这些信息记录
在一个地址表中。

2. MAC地址转发：一旦交换机学习到某个MAC地址位于特
定的端口上，它将只向该端口转发帧，而不是向所有端口广播。

这种方式可以提高网络的效率和安全性。

3. 广播和未知目标处理：当交换机收到一个广播帧时，它会将该帧发送到所有的端口上，以便其他设备能够接收到。

对于目标MAC地址未知的帧，交换机将其发送到除接收端口外的所
有端口上。

4. 数据转发速度：以太网交换机通常具有高速转发能力。

它能够以硬件方式进行帧的交换和转发，这使得数据能够以线速进行传输，减少了网络延迟。

5. VLAN支持：一些以太网交换机支持虚拟局域网（VLAN）
功能。

VLAN可以将一个物理局域网划分为多个逻辑上的局域网，实现隔离和安全性。

总的来说，以太网交换机通过学习和转发MAC地址来提高网
络效率和安全性。

它有效地减少了网络拥塞和冲突，提供了快速而可靠的数据传输。

A3
C3 B3
VLAN2 B2
VLAN3 C2
以太网 交换机
以太网 交换机
C1
A2
B1
A1
三个虚拟局域网 VLAN1, VLAN2 和 VLAN3 的构成
以太网 交换机
以太网 交换机
A4 VLAN1
A3
C3 B3
VLAN2 B2
VLAN3 C2
以太网 交换机
C1
A2
B1
A1
存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式，它把输入端口的数据 包先存储起来，然后进行CRC检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的 地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据 处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误 检测，尤其重要的是它可以支持不同速度的输入输出端口间的转换，保持高 速端口与低速端口间的协同工作。
➢ 任何一对工作站之间的中继器不能超过 四个
➢ 中继器会将一个网段的冲突和干扰传送 到另一个网段
计算机网络
网桥 (1)
第十章 局域网扩展
网桥的连接 ：网桥也是连接两个网段的设 备，使用和计算机相同的接口。
网桥的工作原理 ： ➢ 网桥工作在数据链路层
➢ 网桥能处理一个完整的帧，检查帧的完 整性和正确性
虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与 物理位置无关的逻辑组。
这些网段具有某些共同的需求。 每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这
个帧的工作站是属于哪一个 VLAN。
虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服 务，而并不是一种新型局域网。
以太网 交换机
以太网 交换机
A4 VLAN1
2）如果交换机收到的报文中源MAC 地址和 目的MAC 地址所在的端口相同，则丢弃该报 文；

交换机分割冲突域，每个端口独立成一个冲突域。每个端口如果有大量数据发送，则端口会先将收到的等待 发送的数据存储到寄存器中，在轮到发送时再发送出去。
面临问题
面临问题
以太网交换机作为一种数据传输设备，是局域网中重要的设备之一，内部结构端口均为同主机连接，可以在 连接多个端口的同时，实现数据传输，也不会产生冲突。除此之外，以太网交换机成本较低，可以满足不同层次 的实际需求，在大数据时代背景下，以太网交换机技术不断发展，扩展形成了很多复杂的业务。在这个过程中， 以太网交换机也面临着较为严重的安全问题，主要包括以下几个方面：第一，广播恶意攻击；第二，网络攻击； 第三，MAC地址攻击；第四，MAC恶意欺骗；第五，环路攻击。以广播恶意攻击为例，网络是一个开放的平台，交 换机在接受大流量广播数据时，就会通过广播的形式转发这些数据，如果数据的传输控制功能不够完善，那么网 络宽带就会被这些垃圾数据充满，交换机需要具备面对众多数据的传输控制功能。
应用
应用
以太网交换机应用最为普遍，价格也较便宜，档次齐全。因此，应用领域非常广泛，在大大小小的局域网都 可以见到它们的踪影。以太网交换机通常都有几个到几十个端口，实质上就是一个多端口的网桥。另外，它的端 口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M的带宽、提供半双工、全双工、自适应的工作方 式等。
以太网交换机
交换机
01 概念
03 应用
目录
02 关键技术 04 特点
05 工作原理
07 转发方式
目录
06 面临问题
基本信息
以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网。以太网交换 机的结构是每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对端口，使每一 对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无冲突地传输数据。