SJYF-CT0103-C1 交换机工作原理课件

1、交换机工作原理V1.0数据用服部学习目标了解以太网基础知识熟悉以太网交换机结构及原理掌握以太网交换机工作流程课程内容第一章 以太网基础知识第二章 VLAN基础知识第三章 以太网交换机原理及结构课程内容第一章 以太网基础知识 第一节 以太网的发展历史与现状 第二节 以太网的基本概念 第三节 以太网的标准以太网发展历史20世纪60年代末：Norman Abramson提出使用共享的公共传输信道思想，成为以太网中的关键概念之一。1972-1977：在Norman Abramson理论基础上Xerox PARC创建首台以太网，在1km长的电缆上互连了超过100台计算机。1979-1983：DEC、 I

2、nteI和 Xerox将以太网标准化， 即以太网或以太网DIX（Digital，Intel和Xerox）， 带宽为10Mb/s的以太网。1980-1982：制定IEEE802.3标准，与以太网标准类似，在此期间 3Com将以太网产品化，继而实现了产业化。课程内容第一章 以太网基础知识 第一节 以太网的发展历史与现状 第二节 以太网的基本概念 第三节 以太网的标准传统以太网工作机制特点：站点独立工作、广播、共享物理信道冲突问题：以太网上由于多台计算机争用传输介质，两台或以上计算机发出的信号在同一段介质上叠加，而引起的信号错误。解决冲突的机制CSMA/CD载波侦听（先听后发）： 站点监听媒体, 只

3、有媒体空闲才可以发送数据. 降低冲突概率多址访问 ：一个源节点发出的信息可同时到达多个站点以太网帧发送顺序类型MAC地址发送顺序Unicast00-d0-d0-fc-00-010000,0000-0000,1011-Multicast01-00-33-22-11-aa1000,0000-0000,0000-Broadcastff-ff-ff-ff-ff-ff1111,1111-1111,1111-发送顺序：高字节在前，低字节在后，字节中低位在前，高位在后；发出的第一个比特为0是单播，否则为组播或广播字段。课程内容第一章 以太网基础知识 第一节 以太网的发展历史与现状 第二节 以太网的基本概念

4、第三节 以太网的标准以太网相关标准IEEE制定了一系列局域网方面的标准，802.3协议簇制定了以太网的标准。IEEE 802.2： LLC（逻辑链路控制）标准IEEE 802.3： 10M以太网标准IEEE 802.3u： 100M以太网标准IEEE 802.3z： 1000M以太网标准IEEE 802.3ab： 1000M以太网运行在双绞线上的标准 共享网段的终端之间收到彼此发出广播报文，该共享网段即为一个广播域。广播域的大小影响以太网的工作效率，解决方法就是是减小广播域，于是诞生VLAN （Virtual Local Area Network）技术。VLAN即虚拟局域网，它是一种将一个物理

5、网络划分成多个逻辑（虚拟）的局域网的技术。一个VLAN在逻辑上等价于一个广播域。VLAN的产生VLAN的优点便于管理限制广播包 安全性 802.1Q以太网帧（带TAG的以太网帧）NAMEVLUETPID8100PRI优先级CFI0说明是规范格式，1为非规范格式 VIDVLAN ID VLAN端口类型Access端口 不能识别带TAG的帧，连接终端。Trunk端口 交换机之间互连链路，传输的帧携带TAG信息，如果在该链路上接收到不包含VLAN信息的帧,则丢弃。Hybrid端口 既能接收TAG帧,也能接收UNTAG帧，有一个默认VLAN用于接收UNTAG帧。课程内容第二章 VLAN基础知识 第一节

6、 VLAN基本原理 第二节 VLAN数据转发VLAN数据转发入端口侧的处理当收到一个非TAG帧时，根据入端口的PVID来决定在哪个VLAN中转发；当收到一个TAG帧时，分为两种情况：当TAG中携带的VID包含在入端口所属的VLAN集合中时，转发到该VLAN中；当TAG中携带的VID不包含在入端口所属的VLAN集合中时，作丢弃处理。出端口侧的处理由出端口在该VLAN中是否打TAG来决定，配置了打TAG则打TAG出去，否则不打。交换机内部转发不管接收到的帧是TAG或UNTAG帧，交换机内部交换时，都是打上TAG进行交换。课程内容第三章 以太网交换机原理与结构 第一节 以太网交换机基本功能 第二节

7、以太网交换机二层工作过程 第三节 以太网交换机三层工作过程 第四节 以太网交换机结构以太网交换机的基本功能是对收到的数据帧进行转发。转发数据帧的过程称为透明桥接。透明桥接的基本要求就是对其转发的帧结构不做任何改动与处理（VLAN的trunk线路除外）。基本功能获取（学习过程）转发和过滤消除循环（避免环路）以太网交换机的二层工作过程以太网交换机收到数据流的第一个数据帧，剥取源MAC地址，建立MAC地址表，即MAC地址学习。交换机维护MAC地址表，MAC地址表是MAC、vlan ID、port ID对应表，MAC地址表决定交换机的数据转发过程。多播情况下MAC表项的建立不是通过学习得到的，而是通过

8、CPU配置得到的。学习MAC出口0011.ABCD.0001PC10022.ABCD.0002PC20033.ADCB.0003PC3课程内容第三章 以太网交换机原理与结构 第一节 以太网交换机基本功能 第二节 以太网交换机二层工作过程 第三节 以太网交换机三层工作过程 第四节 以太网交换机结构交换机可以完成VLAN间通信。此时，它需要实现两个软件模块：路由处理模块（RP）数据转发模块（DF）RP的功能是用来控制DF，建立VLAN间转发数据表； DF的功能是转发VLAN间通信数据包。如果VLAN间路由信息变化，则RP发控制信息给DF，DF重新建立转发路径。三层工作过程(1)建立不完全转发表项：

9、 DF接收到一个数据包之后，检查目的MAC是不是RP，如果是，则建立不完全转发项（S_MAC，S_IP，D_IP，NULL）；建立完全转发表项： DF从RP上接收到另一个数据包，该数据包跟（S_IP，D_IP）匹配，则把不完全转发表项补充完全（S_MAC，S_IP，D_IP，I_OUT），以后按照该转发项转发。第一个数据包总是发往RP处理，如果多层转发项建立成功，则后续数据包按照多层转发项处理。三层工作过程(2)如果RP上关于VLAN间的路由表发生变化，则通知DF，DF把相应的多层转发项删除。三层工作过程(3)三层交换和三层路由的区别性能差别： 传统的路由器基于微处理器转发报文，靠软件处理，而三层交换机通过ASIC硬件来进行报文转发，性能差别很大；接口类型差别： 三层交换机的接口基本都是以太网接口，没有路由器接口类型丰富；功能差别： 三层交换机可以工作在二层模式，对某些不需路由的包文直接交换，而路由器不具有二层的功