网络工程 第十六课：二层交换机的工作原理

第十六课二层交换机的工作原理学习目标通过这门课让学生了解二层交换的工作原理以及透明桥接的五种状态

CAM表的查找透明桥接的五种状态交换机上查找CAM表原理课程内容1.透明桥接的五种状态2.交换机是如何工作的，如何查找交换机的CAM表透明桥接的五种状态，二层交换机的工作原理3.什么是CAM表，如何查找CAM表二层帧转发数据交换模式根据交换机的不同功能,对于2层帧的处理方式有所不同.Catalyst系列交换机支持3种交换模式直通(Cut-Through)交换直通交换仅检查整个帧的前6个字节,也就是说只检查目标MAC.这样将提供最低的转发延迟,但容易传送以太网碰撞产生的碎片,残帧(runt)或受损帧二层帧转发2.碎片割离(Fragment-Free)交换这种模式在某些Catalyst文档中称为”快速转发”模式,仅检查前64字节.在一个良好设计的以太网中,碰撞碎片必须在前64字节中检测出来.二层转发3.储存转发(Store-and-forwad)交换如果交换机工作在储存转发模式,它的转发错误率将会最低.由于采用速度更快的处理器和ASIC,交换机不必支持直通交换和快速转发.所以新型号的Catalyst都采用储存转发模式交换二层数据帧处理方式透明桥接透明桥接透明桥接(transparentbridging)是由IEEE802.1d定义的.它描述了对帧处理的5个过程,如下:1.学习(learning)2.洪泛(flooding)3.过滤(filtering)4.转发(forwarding)5.老化(aging)透明桥接透明桥接的状态学习Learning网桥会记录发送源的源MAC地址和源端口,这个过程就是学习过程.网桥只学习单播源地址.当网桥初次加电启动后,记录MAC地址和源端口的桥接地址表是不含任何条目的空的桥接地址表.假如4个网桥都在同一时间启动,这时候它们的桥接地址表都是空的.假设工作站1传输单播帧到工作站2,由于处于同一个冲突域,这个网段上的所有工作站包括网桥A,都会收到这个帧,网桥A的端口A1收到这个帧并查看帧的源MAC地址,然后把这个地址和端口A1放进桥接地址表里透明桥接的状态泛洪Flooding当工作站1发送帧的时候,网桥A会查看帧的目标MAC地址并看自己的桥接地址表里有没有该条目.但是此时间网桥A只知道工作站1的MAC地址,网桥A收到工作站1发来的单播帧(目标MAC地址标记为单一的帧),桥接地址表里没有目标MAC地址的条目.因此此时网桥A收到的是未知单播帧(unknownunicastframe).并且网桥A会把这个未知单播帧从它的所有端口(除了源端口A1)向外发送.这个过程就叫洪泛.透明桥接的状态过滤Filtering假如说工作站2对工作站1作出响应,会发生什么情况?这个网段上的所有工作站包括网桥A,将收到工作站2响应工作站1的帧.这个时候网桥A的A1端口上就学习到工作站2的MAC地址.网桥A发现工作站1和2位于它的同一端口之下,网桥A断定没必要把这个帧发送到别的网段上去.因此,网桥A对这个帧进行过滤.过滤是发生在当源MAC地址和目标MAC地址位于网桥的同一端口之下.这么做的结果是不会造成其他网段带宽的浪费透明桥接的状态转发Forwarding当工作站2发送帧给工作站6,由于网桥都还没有工作站6的MAC地址,网桥会洪泛这个帧.当工作站6响应工作站2的时候,网桥D检查自己的桥接地址表发现为了能够使帧到达工作站2,它必须把帧从端口D1转发出去.当网桥的桥接地址表里存在单播帧的目标MAC地址之后,并且源MAC地址和目标MAC地址位于网桥不同的接口的时候,网桥就会采取转发动作.透明桥接的状态老化Aging当网桥学习到某个源MAC地址之后,它会给这个条目打上时间戳.每当网桥收到来自这个源MAC地址的帧之后,这个时间戳会被更新.当老化计时器(agingtimer)超时之后还没有收到来自该源MAC地址的帧,那么这个条目就会从桥接地址表里移除.老化计时器的默认时间为5分钟,可以人工对其进行修改..什么是CAM表内容可寻址存储器(CAM)如图所示，CAM表实质就是一个2层转发表，所有的Catalyst系列交换机都是用一个CAM表进行2层交换。交换机通常有一个很大的CAM表，但空间还是有限的，所以每个CAM的条目都设置了老化时间，默认为300s。当CAM表满后，新的条目无法加入CAM表，将会导致交换机进行广播CAM查找原理为什么要移除这个老化的条目?那是因为网桥的内存是有限的.比如一些低端的网桥可以记录的MAC地址条目为6096条,而一些高端的可以达到16000条.网桥还使用老化来适应工作站的迁移.网桥记住了工作站1,2和6的位置.假如工作站6迁移到其他位置C2附近.工作站1传输帧到工作站6.网桥A把帧转发给网桥