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HCSE交换部分 知识点（各章要点）第一章：局域网概述1.2局域网定义 1.定义：局域网（LAN）是一种互联各种设备的通信网络，并在设备间提供信息交换的途径。 包括工作站、个人计算机、打印机及其它设备，提供了资源共享的设备访问。2.LAN与WAN、MAN的区别： 1)覆盖范围： 通常的范围是一座/一组大楼，或是一个园区 2)所有权和控制权： 通常局域网由互联设备的组织所拥有; 3)速率和成本的差别 局域网内部数据速率通常高于WAN/MAN 局域网用户使用数据速率的成本低于WAN/MAN1.3以太网的演进一.传统以太网 重点：以太网最初基于同轴电缆 采用共享介质（网络中所有主机的收发都依赖于同一物理介质） 同一时刻只有一台主机在发送1)以太网最初基于同轴电缆1972年发明，1979年Xeroxinter和DEC提出DIX版 2） 1983年，IEEE802.3标准提出. 3)以太网各标准l 1973年，以太网之父Dr. Robert Metcalfe在Xerox发明了以太网；l 1985年，IEEE正式推出标准以太网802.3 10Base-5的标准；l 1988年，IEEE正式推出标准以太网802.3a 10Base-2的标准；l 1990年，IEEE正式推出标准以太网802.3i 10Base-T的标准；l 1993年，IEEE正式推出标准以太网802.3j 10Base-F的标准；l 1995年，IEEE正式推出快速以太网802.3u 100Base-T的标准；l 1998年，IEEE正式推出千兆以太网802.3z 1000Bas-X的标准；l 1999年，IEEE正式推出千兆以太网802.3ab 1000Base-T的标准；l 2002年，IEEE正式推出万兆以太网802.3ae标准，包含了 10GBase-R，10GBase-W和10GBase-X。 4)CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测，在共享介质条件下多点通讯 多路：只要见到有路，就转发一分 超过16次冲突后，会提示网络不可用5)CSMA/CD通讯过程，传输监听干扰随机等待传输。 传输：若介质空闲，传输，否则转到监听 监听：若介质忙，一直监听到介质空闲，然后传输 干扰：若在传输中检测到冲突，则发出一个干扰信号（Jamming），使所有站点都知道发生了冲突并停止传输。 随机等待：发完干扰信号后，等待一随机时间，如再次传输，则重新开始。二.传统以太网的缺陷 传统以太网用网桥来分割主机，用路由器连接网段。网桥通常也成为网络传输的瓶颈路由器由于性能和成本的原因也成为网络传输的瓶颈总述：1.网络中单个主机故障，会影响所有主机2.多台主机同时发送时，会使网络冲突严重，则网络利用率低3.CSMA/CD技术保证了将信道因冲突产生的浪费减小，但不能保证网络高负荷时的传输效率4会产生广播风暴，严重影响网络性能5.ARP请求、NETBIOS的名字请求广播报文是有用和必需的 1) 传统以太网用网桥来分割主机，形成多个冲突域，单播报文就会被限制在自已的冲突域中，可减少冲突的发生。 2)网桥不能解决网络广播报文的泛滥广播报文可以跨越冲突域传播到另一个冲突域，使广播报文能在整个局域网中扩散。我们把广播报文能传播的范围称为广播域 三.交换式以太网 1.产生原因1)用户希望独享更高的带宽2)要找到解决冲突和广播泛滥的方法 2.特点 1)平时网络中所有的主机都不连通，当主机需要通信时，通过交换设备连接对端主机，完成后断开。 2)交换设备包括：交换式集线器和交换机 3) 交换式以太网物理上和逻辑上均为星型结构 3.优势 1) 扩展了网络的带宽 2)分割冲突域，将网络冲突限制到最小范围。 3)交换机能提供更多的功能：优先级、虚拟网、远程检测 4.交换式集线器和交换机的区别 1)两者之间的区别不是其工作原理，而是其功能上的区别 2)共性：都能给终端用户独占的带宽，能自动建立、维护地址表，并根据地址表的内容在输入、输出端口间建立交换通道。 3)区别：交换机能提供更多的功能： 如：信息优先级、服务分类、VLAN、RMON、流量控制和网管等。 将局域网由单纯的数据传输网络提升到适合多媒体应用、话音/数据/图像融合四、交换式以太网的技术发展 1.VLAN（虚拟局域网）：1)定义：将一个交换网络逻辑划分成若干子网，每个子网是一个广播域，逻辑划分的子网在功能上和物理上相同，2)划分的根据：交换机的端口、MAC地址、IP地址。3)好处：降低移动与变更的管理成本，性价比更佳的广播控制，高效的组播控制，便于网络监督和管理，减少对路由器的依赖4)标准：IEEE802.1Q 2.信息流优先级： 1)作用：使交换机优先转发优先级别较高的数据流，保证多媒体数据在局域网中以最小的延迟和足够的带宽进行传输。 2)实现：可以由交换机完成对数据流的识别和优先级分配、转发 也可以由网络终端对数据帧分配优先级，网络中的优先级按照此优先级标志进转发。 3)标准：802.1p定义了在以太网帧首部添加优先级信息的规则; IPV4的TOS域定义了标识IP数据流优先级的标准; 3.组播： 1)定义：为了解决点到多点通信而发展的一种报文转发技术，发送的报文只需发送一次，路由器和交换机自动将报文复制给每一个真正需要接收报文的终端 2)实现：三层组播路由和组播管理协议 交换机通过侦听IGMP报文或二层组播属性注册协议GMRP来识别组播成员，从而保证组播报文的正确、有效的传送。4.三层交换技术5.远程监测（RMON） RMON共有9组，最常用的是端口统计、历史、告警、事件4组。6.生成树协议7.千兆以太网技术 标准：1996年802.3z 802.3ab为千兆以太网在双绞线上的标准8.万兆以太网 标准：802.3ae1.4 局域网的数据流量 1局域网数据流量的区分： 1)按组织的行政构成划分 2)按主机类型划分 3)按主机物理分布划分 4)按应用类型划分 2.80/20规则指：用户数据流量的80%在本地传播，只有20%的数据流量通过路由器或网桥传播到其它区域。20/80规则与80/20相反。1.5交换和路由 1.二层交换的不足1)交换以太网采取VLAN划分网络，提高网络效率。2）VLAN间通信使用路由器完成。3)路由器价格昂贵，速率较低 路由器整机64字节包转发能力通常小于100000pps 交换机单个100M端口64字节包转发能力14881pps，线速交换。2.三层交换技术 1)三层交换是通过硬件实现路由转发，转发路由表也是由软件通过路由协议建立的。 2)三层交换过程：首先 交换机判断数据帧是应该进行三层还是进行二层转发，判断依据是数据帧的目的MAC地址是否本交换机三层接口的MAC地址，如果一致，则表明以太网帧需要三层转发，否则进行二层转发。对于三层转发的报文，根据报文的IP地址信息查找三层转发表，找到数据报文的出接口和下一跳，并把三层报文重新封装后发送给下一跳。 名词：ARP地址解析协议 ARP 可以协态地发现对应于一个指定IP地址的MAC地址。三层交换机利用ARP协议完成下一跳IP 地址到下一跳MAC地址的映射，并维护一张IP-MAC 地址映射表。在交换过程中，IP报头中的IP源地址与目的地址始终不变，但对于二层，帧的源MAC地址和目的MAC地址会根据IP-MAC地址映射表重新封装。3.路由与三层交换 1)概述l 在逻辑上，三层交换和路由是等同的，三层交换的过程就是IP报文选路的过程。l 三层交换机与路由器在转发操作上的主要区别在于其实现的方式： 三层交换机通过硬件实现查找和转发 传统路由器通过微处理器上运行的软件实现查找和转发 三层交换机的软件路由表与路由器一样，需要软件通过路由协议来建立和维护 三层交换机相对于路由器来说在硬件中多了一个硬件路由表，该硬件路由表来源于软件路由表。l 在以太局域网中引入三层交换 能够更加经济的替代传统路由器 能够更大程度的满足20/80规则对于局域网主干带宽的需求 2)三层交换机与路由器具有相同的功能：根据IP地址确定转发路径运行三层的校验和，保证报文的正确性使用生存时间（TTL）防止报文永无休止的传播对特殊报文做特殊处理和响应，分析报文用MIB(Management information Base)更新SNMP管理提供网络安全3)三层交换机优点:基于硬件的报文转发、低时延、低花费、高带宽、 快速转发4.四层交换 1）四层交换基于数据流，实现一次路由，多次交换。考虑端口号和协议字段。 2）概念l 四层交换技术的实质就是基于硬件的、考虑了第四层参数的三层路由A在传输层协议TCP/UDP中，应用类型被作为端口号标识在数据段/报文的头部中。B四层交换技术通过检查端口号，识别不同报文的应用类型，从而根据应用类型对数据流进行分类。C根据数据流的应用类型，可以方便地提供QoS以及流量统计。网络中传输的数据可以看做是由一些在特定时间内、特定源和目的之间的数据报文组（也称为数据流）组成的。D四层交换识别数据流的信息，并根据这些信息对数据报文进行交换。E四层交换技术仍然采用硬件实现，降低了对CPU处理能力的需求，提高了交换速度。3）优点:网管可根椐数据流的应用类型定义不同的优先级，对不同的用户定义不同的QoS.4)四层交换的路由寻径： 源MAC地址