第二章交换机原理与试验.ppt

计算机网络工程;第2章交换机原理与实验;2.1交换机概述;2.1.1交换技术基础 交换是根据通信双方需要，用人工或自动的方法，把待传输的信息发送到符合要求的线路上的技术统称。 在计算机网络，交换概念的提出是对传统共享工作模式（Hub）的改进。 第二层交换过程通过使用MAC地址在低层实现通信寻址，即网络中的数据包最终是通过MAC地址找到目标的。采用ARP协议。 由于交换机在数据传递工程中不用检查第三层的包头信息，而是直接由第二层帧结构中的MAC地址来决定数据的转发目标。因此，数据的交换过程几乎没有软件的参与，从而大大提高了交换进程的速率。; 交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一个端口都可视为独立的网络，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。 当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两条传输线路都有着自己的虚拟连接，都享有网络的全部带宽。假使这里使用的是10Mb/s的以太网交换机，那么该交换机这是的总流通量就为20Mb/s，而使用10Mb/s的Hub，一个Hub的总流通量不会超出10Mb/s;1. MAC地址表的建立与路由过滤 在交换式网络中，各主机的MAC地址是存储在交换机的MAC地址表(也称MAC地址数据库)中的。交换机在工作过程中，会向MAC地址表不断写入新获得的MAC地址。一旦交换机重新启动后，其内部的MAC地址表会自动重新建立。 ;1) ?MAC地址表的建立 如图2.1所示，MAC地址表的建立过程如下： (1) 工作站1向目标主机(工作站3)发送查询(目标MAC)地址信息，此时，该信息会首先发送到本地交换机。 (2) 本地交换机在收到查询信息后，会先将信息帧内的源MAC地址记录在自己的MAC地址表中。然后，交换机再向其他所有端口发送查询信息。 ; (3) 目标主机接收到该信息后，会通过交换机直接对源地址主机进行响应。此时，交换机将工作站3的MAC地址也记录在MAC地址表里。 (4) 两台主机(工作站1和工作站3)进行点对点的连接通信。 (5) 如果两台主机在一定时间内未进行通信，交换机将会定时刷新地址表里的地址记录。 ;;2) ?MAC地址表的路由过滤 当交换机接收到一个数据帧时，它会首先检查数据帧里的MAC地址，如果该地址未缓存在MAC地址表里，交换机就向所有的其他端口发送查询信息；如果该地址已缓存在MAC地址表里，交换机就会按照表中的信息进行转发，而不会广播到其他端口，这样就可以减少对资源的占用，显著提高信息的交换速率。 以上过程称为交换机MAC地址表的缓存过滤或路由过滤。 ;2.1.2. 局域网的三种帧交换方式 局域网交换机在传送数据时，采用帧交换(Frame Switching)技术，该技术包括三种主要的交换方式，即存储转发(Store and Forward)、直通式(Cut Through)和碎片隔离(Fragment Free)。 ; 1) 存储转发 存储转发技术是最基本的交换技术之一。在转发数据帧前，该数据帧将被完全接收并存储在缓冲器中，数据帧从头到尾全部接收完毕才进行转发。其间，交换机需要解读数据帧的目的地址与源地址，并在MAC地址表中进行适当的过滤。 在存储转发过程中还要进行高级别的冗余错误检测(CRC，Cyclical Redundancy Check)工作，如果所接收到的数据帧存在错误、太短(小于64 B)或太长(大于1518 B)，最终都会被抛弃。 采用这种转发方式的交换机在接收数据帧时延迟较大，且越大的数据帧延迟时间越长。 ; 2) 直通式 直通式的以太网交换机可以理解为在各个端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的数据端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。 采用这种转发方式，数据帧在完全接收之前就已经转发了。这种方法减少了传输的延迟，同时也削减了对数据帧的错误检测能力。 ; 有些交换机可以把存储转发与直通式两种技术结合在一起使用。它们首先在交换机里设置一个错误检测的门限值。当错误发生率低于该值时，使用直通式的交换方法以减少数据的传输延迟；当错误发生率大于该门限值时，交换机将自动改为存储转发交换方式，从而保证了数据的正确性与准确性；在链路恢复正常后，当错误发生率低于该门限值时，系统将再次回到直通式工作。; 3) 碎片隔离 碎片隔离技术是在直通式的基础上改进而成的。碎片隔离技术是指当交换机接收数据