交换与虚拟局域网

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1、第4章 交换与虚拟局域网4.1交换式以太网的提出4.1.1共享以太网（10BASE-T和100BASE-TX）存在的问题1、组网设备：双绞线、集线器、网卡2、共享以太网特点：（1）拓扑结构：物理上是星型，逻辑上总线型（2）传输介质：双绞线（3）介质访问控制方式：CSMA/CD3、缺点共享局域网：采用广播方式、模越大，冲突越多、速度越快（1）覆盖的地理范围有限CSMA/CD以太网覆盖的地理范围随网络速度的增加而减小，（2）网络总带宽容量固定以太网的固定带宽被网络中的所有节点共同拥有节点增加，冲突概率增大，带宽浪费也越严重（3）不能支持多种速率以太网的传输介质是共享的，所有设备

2、保持相同的速率。4.1.2交换的提出1、共享以太网存在的问题的解决方法：人们通常采取将一个大型的以太网分割成两个或多个小型的以太网，每个段（分割后的每个以太网）使用CSMA/CD介质访问控制方法维持段内用户的通信；段与段之间通过一种“交换”设备进行沟通的方式。这种交换设备可以将在一端接收到的信息，经过简单的处理转发给另一段。2、网桥：网桥是一种存储转发设备，用来连接相似的局域网。过滤作用，将以太网分割成一些独立的网段（广播域），减少了网络广播。在数据链路层，对数据帧进行存储转发，延长了通信距离（注意和中继器的区别）。分类：两端口网桥：连接两个局域网，和以太网同时发展的。多端

3、口网桥：连接多个局域网，交换机的前身。以太网交换技术（SWITCH）是在多端口网桥的基础上与九十年代初发展起来的，甚至被业界人士称为"许多联系在一起的网桥"，是一种改进了的局域网桥。3、交换设备• 局域网交换机：工作于数据链路层，连接较为相似的网络。• 路由器：工作于互联层，实现异型网络互联。4.2以太网交换机的工作原理4.2.1以太网交换机的工作过程 1、端口/MAC地址映射表（1）二维表包含：端口、MAC、计时。（2）如何建立、更新端口/MAC地址映射表：“地址学习”法，动态更新，读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口（节点只要发送信息，交换机就能建立该表项），利用计时

4、器维护表项的“新鲜”性。考虑：端口和MAC地址是否是一一对应的关系？（3）如何建立、更新端口/MAC地址映射表？新建或更新的表项被赋予一个计时器，计时器超时，表项被删除。（4）如何过滤信息• 目的：隔离本地信息，避免不必要的数据流动。• 方法：利用端口/MAC地址映射表和帧的目的地址决定是否转发或转发到何处。注意：如果地址表中不存在帧的目的地址，交换机则需要向除接收端口以外的所有端口转发。考虑：CSMA/CD对交换机是否适用？对用交换机组建的以太网是否适用？4.2.2交换机的工作方式—数据如何交换1、直接交换过程：在端口/MAC地址映射表中查找信息帧的目的地址，找到立即转发

5、。优点：时间延迟小。缺点：不支持不同输入/输出速率的端口之间的数据转发。2、存储转发方式过程：完整地接收整个数据-->监测—〉查目的地址—〉转发优点：可靠性高。缺点：时间延迟大。3、改进的直接交换—混合方式过程：接收到数据的前64个字节后，判断头部字段是否正确，正确则转发。优点：可靠性、时间延迟小。4.2.3地址学习以太网交换机是利用“地址学习”法来动态建立和维护端口/MAC地址映射表的。而以太网交换机的地址学习是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口进行的。当得到MAC地址与端口的对应关系后，交换机将检查地址映射表中是否已经存在该对应关系。如果不存在，交换机就将该对应

6、关系添加到地址映射表；如果以存在，交换机就将更新该表项。因此，在以太网交换机中，地址是动态学习的。只要某个节点发送了信息，交换机就能捕获到它的MAC地址与其所在的端口之间的对应关系。在每次添加或更新地址映射表的表项时，添加或更改的表项都不得被赋予一个计时器，使得该端口与MAC地址的对应关系能够存储一段时间。如果在计时器溢出之前内没有再次捕获到该端口与MAC地址的对应关系，该表项将被交换机删除。这样，通过移走过时的或老的表项，交换机维护了一个精确且有用的地址映射表。4.2.4通信过滤端口/MAC地址映射表建立之后，交换机起就可以利用它对通过的信息进行过滤了。以太网交换机在地址

7、学习的同时还检查每个帧，并基于帧的目的地址作出是否转发或转发到何处的决定。图4.4显示了两个以太网和两台计算机通过以太网交换机相互连接的示意图。通过一段时间的地址学习，交换机形成了图4.4所示的端口/MAC地址映射表。  图4.4交换机通信过滤假设站点A要向站点F发送数据，因为站点A通过集线器连接到交换机的端口1，所以，交换机从端口1读入数据，并通过地址映射表决定将该数据转发到哪个端口。在图3.27所示的地址映射表中，站点F与端口4相连。于是，交换机将信息转发到端口4，不再向端口1、端口2和端口3转发。假设站点A需