[互联网]交换型以太网与全双工以太网组网技术
【精品课件】交换型以太网与全双工以太网组网技术
各层特性
层次化结构的优点
1. 各层功能分工明确，便于设计、 实现和调试
2. 充分发挥不同规格交换器的功能 3. 层次结构使内部网的信息流与业
务流的流向、流量基本一致
以交换机为中心组网的拓扑结构
通过交换机与不同网络的连接
6.6 全双工以太网
6.6.1 全双工以太网技术的重要性
增加带宽、扩展网段长度
6.6.3 全双工以太网技术的应用
选择以太网交换器的要点：
1. 交换技术 存储转发、直通、自适应……
2. 吞吐量和背板速度 吞吐量指所有端口同时收发数据速 率的总和
3. 端口传输速率
4. 延迟时间 接收到数据直至目的端口开始发送
5. 端口MAC地址个数 MAC地址个数越多，每个端口可以
连接的主机就越多 6. 全双工能力 7. 虚拟网（VLAN）能力 8. 网络管理能力
发送与接收可同时进行，不会发 生冲突碰撞。所以不受CSMA/CD的约 束，扩展了网段长度。
6.6.2 全双工以太网技术特点
•由一对线连接，发送与接收同时进行 •点对点的通信
不可以用HUB •速率提高一倍 •扩展距离
实际上仅对100BASE FX有意义。 其余标准下因受电光信号本身的传输 损耗影响，在实际应用中并不能加长 距离。
Shanghai Jiaotong University
《计算机组网原理》
原理篇 第六章 交换型以太网与全双工以太网
组网技术
本章重点
以太网交换机是企业内部组网的中心设备
为什么要使用以太网交换机 交换机的基本工作原理 交换机的结构 几种不同的交换方式 交换机分类 基于交换机的组网方式 采用交换机构建全双工以太网 选择以太网交换机的要点
交换式以太网的全双工、半双工与CSMACD的关系
大家都知道，以太网工作模式有两种，一种是全双工工作模式，一种是半双工工作模式。
我们看分析一下这两个模式下到底是不是用CSMA/CD冲突检测机制。
一,在全双工工作模式下的以太网使用CSMA/CD检测机制来避免冲突吗？在这一工作模式下的以太网是不需要使用CSMA/CD冲突检测机制的。
我们知道，全双工工作模式下可以完成同时接收和发送数据。
我们想想，网卡可能会在同一时刻发送两个数据包吗？这是不可能的。
绝对不可能会出现在同一时刻网卡接收到两个或两个以上同时需要发送数据的请求，就连CPU也不可能同时做到在同一时刻处理两个或两个以上指令呀。
这个时候，如果我们假设网卡启用CSMA/CD机制来检测冲突，请问他检测哪一条冲突通道呢？我们可要知道，网卡在接收到需要发送的数据包后，就像排队一样一个一个往外发送，怎么可能会冲突呢？这个时候有人可能要问了，那接收呢？它可能会和接收的冲突呀？其实这么想就错了。
全双工工作模式下，我们将使用双绞线中的2对线进行工作。
一对用于发送，一对用于接收。
那么既然发送和接收是分开的2条链路，就不存在冲突的问题了。
就像在高速公路上，有一个车道是由东往西行驶车道，一个车道是由西往东行驶车道。
那么，你说两车对开，各行驶于各自的车道，有可能会冲撞吗？所以，全双工工作模式下是不需要使用CSMA/CD冲突检测机制的。
二在半双工工作模式下的以太网使用CSMA/CD检测机制来避免冲突吗？我想这个问题只要是网管或者是CCNA 的工程师们都应该知道，在这一工作模式下的以太网是需要使用CSMA/CD冲突检测机制的。
我们知道，半双工模式下虽然可以实现在同一链路上进行发送和接收，但不是在同一时间。
这就必须使用CSMA/CD冲突检测机制来避免冲突的发生。
半双工工作模式的典型接入设备就是集线器。
至于为什么，请大家认真复习一下CCNA中的这一节内容。
这里就不做详细的讨论了。
三.我们都说交换机中有智能设备，如CPU和缓存。
为什么工作在半双工模式下的交换机，还会使用CSMA/CD呢？这个问题问得特别好。
全双工以太网技术
全双工以太网技术2008-12-06 23:15:21 作者：admin来源：浏览次数：1142 网友评论 1 条全双工以太网技术全双工以太网技术所谓全双工(Full-Duplex)是指在一条网络链路上可以同时进行数据接收和发送。
广域网中的链路通常是全双工的，但局域网以前一直工作在半双工方式下。
因为在总线方式下采用的是CSMA/CD技术，虽然使用了两对双绞线与集线器进行连接，一对用于发送，另一对用于接收，但根据CSMA/CD技术规定，在发送时必须在接收电缆上“监听”冲突信号，而不能接收数据。
因此只能工作在半双工方式下，否则就会产生冲突。
由于半双工以太网受到了CSMA/ CD的约束，使得这些网段上的传输线路的长度（或者称为网段跨距）受到限制，进而影响了网络的覆盖范围，而且网络带宽越高，影响越大。
采用交换机来连接网络以后，交换机的每个端口只连接一个工作站。
交换机的端口和工作站都分别使用一对线路进行发送，而从另一对线路上接收，这样就不会再产生冲突，也就不需要在发送帧的同时用接收电缆监听冲突信号，因此就能够使用全双工方式进行通信。
在网络结构和连线不变的情况下，以全双工方式进行工作，使网络的带宽提高了一倍，如图3-4所示。
有些公司称自己的交换机能够支持20Mbps或200Mbps的网络传输，实际上就是10Mb ps或100Mbps网络采用全双工交换以太网的变相说法。
全双工以太网技术的使用不仅提高了网络速度，而且也可以拓宽以太网的覆盖范围，比如1 00Base-FX的半双工以太网网段的最长距离为412m，而100Base-FX的全双工以太网网段的最长距离可以达到2 000m。
在实际组网时，交换机与交换机之间、交换机与单个工作站之间一般都采用了全双工传输方式。
如果交换机的端口中连接的是集线器，在集线器中再连接了多个工作站，那么这些工作站还是只能工作在半双工传输方式下。
同时对于工作在全双工传输方式下的工作站必须使用支持全双工工作方式的网卡。
组网技术小结
组网技术小结组网技术是计算机网络领域的重要内容，主要用于实现不同设备之间的互联和通信。
随着计算机网络的发展和普及，组网技术也在不断更新和创新，在不同的应用场景中有着不同的实现方式和技术选型。
一、局域网组网技术局域网（Local Area Network，LAN）是在有限的范围内实现设备互联的网络。
常用的局域网组网技术有以太网、无线局域网和局域网交换机。
以太网是最常用的局域网组网技术，是一种基于CSMA/CD协议的传输技术。
通过网卡、以太网线和集线器连接设备，实现设备之间的通信。
无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）是利用无线传输技术实现设备之间的通信，常用的无线局域网组网技术有Wi-Fi技术。
Wi-Fi技术基于IEEE 802.11协议，使用2.4GHz或5GHz频段进行无线信号传输，具有覆盖范围广、灵活性高等优点。
局域网交换机是一种用于局域网内部的设备的互联和通信的网络设备。
通过使用交换机，可以提高局域网的性能和可靠性，实现设备之间的直接通信，减少冲突和碰撞。
二、广域网组网技术广域网（Wide Area Network，WAN）是连接不同地点的局域网或设备的网络。
常用的广域网组网技术有电话线路、光纤传输、无线传输和虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）。
电话线路是传统的广域网组网技术之一，利用电话线路进行数据传输。
缺点是传输速度慢、带宽狭窄。
光纤传输是一种高速、大容量的广域网组网技术。
利用光纤进行数据传输，具有传输速度快、带宽宽广等优点。
无线传输是利用无线通信技术进行广域网组网。
常见的无线传输技术有无线电、微波、卫星等。
虚拟专用网络是在公共网络上构建专用网络的技术。
通过加密和隧道技术，实现数据在公共网络上的安全传输，可用于远程办公、分支机构互联等场景。
三、数据中心网络组网技术数据中心是大规模计算和存储的集中地。
数据中心网络组网技术主要用于数据中心内部的设备互连和通信。
交换式以太网组网技术
从端口和外形上很难区分交换机和集线器
交换机的类型： 10Mb/s交换机、100Mb/s交换机和10Mbps/100Mbps 自适应交换机
2.网卡
10Mb/s、100Mb/s和10Mbps/100Mbps自适应以太网卡
整理版ppt课件
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交换式以太网中的电缆
1.计算机与交换机连接 直通电缆
2.交换机与交换机级联 上行端口（级联端口）与普通端口：直通电缆 普通端口与普通端口：交叉电缆
2.地址学习
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）
利用计时器维护表项的“新鲜”性
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通信过滤
1.目的：隔离本地信息，避免不必要的数据流动
2.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
如果地址表中不存在帧的目的地址，交换机则需要向
1.交换设备有多种类型
2.常见的交换设备
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
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以太网交换机组网
将一台计算机直接连到交换机端口
该计算机独享该端口提供的带宽
将一个网段连到交换机端口
该网段上的所有计算机共享该端口提供的带宽
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8
以太网交换机的工作过程
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9
数据转发方式
直接交换
测到目的地址字段，立即转发
存储转发交换
完整地接收整个数据，对数据进行差错检测
改进的直接交换
接收数据头部，判断头部字段是否正确
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全双工交换式以太网实时通信研究
２ ０ 年８ ８ ０ 月
西 北 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｒｈ ｓｅ ｎＰ ｌｔｅ ｎｅ ｌ ｎｖ ｒｉｙ ｏ ｒ ａ ｆＮｏｔ ｗｅ ｔｒ ｏ ｙｅ ｈ ｉａ ｉｅｓｔ Ｕ
Ａｕ ． ｇ
２０ ０８
第２卷第４ ６ 期
术 是 ＭＩ —ＴＤ １ ５ Ｂ总线［ 。 Ｌ Ｓ 一５３ １ 它是一 个 １ ｐ 】 Ｍｂ ｓ的
婪无 损失 整形 器并 与优 先权 管理 方法相结 合来 获得
实时 通信 。
命 令／ 响应 式多路 数据 总线 技术 ， 有 一个集 中控制 具 系统 。 如今 ， 随着航 空 系统越 来越 复杂 ， 令 ／ 命 响应式 体系 的局 限性也 日益 突 出 ， 切 需要 开 发 一种 新 的 迫
关 键 词 ： 双工 交换 式 以太 网， 全 实时性 ， 网络 演算 ， 流量整 形 ， 先权 优
中图分类号 ： Ｐ ９ ． １ Ｔ ３ ３ １ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０ ２ ５ （ ０ ８ ０ — ４ ６０ １ ０ — ７ ８ ２ ０ ） ４０ ７ — ５
几十 年来 ， 军事 航 空通 信 中广 泛应 用 的 总线 技
用 Ｃ ＭＡ／ Ｄ技术 ， 有 冲突发 生 。 是 ， Ｓ Ｃ 没 但 当所有 的
Ｉ
嚆‘
． １
ｔ ０ 厂 ｇ∈ Ｆ ＞ ，，
数据流试 图同时共 享网络元素时， 如果缓冲区超负
载， 就要发生拥 塞ｒ 。因此 ， 输 实 时分 组时 就不 能 传
保证 有 限延迟 ， 要 采取 其 它 的 技术 来 避 免信 息 丢 需 失从 而保证一 个低延 迟 的实 时通信 。
这 项 技术 最初 的设 计并 不 是 为 了实 时 通信 ， 但
以太网交换及二层协议培训
以太网交换及二层协议培训一、以太网交换概述以太网是一种常用的局域网技术，通过以太网交换可以构建高速、可靠的网络环境。
以太网交换是指在局域网中使用交换机将数据包从一个端口转发到另一个端口，并通过合适的算法来决定数据包的转发路径。
以太网交换可以提供快速的数据转发、广播域划分、数据冲突的避免等功能。
二、以太网交换的基本原理以太网交换的基本原理是通过学习和转发机制实现数据包的转发。
当交换机收到一个数据包时，交换机会根据数据包中的目的MAC地址来学习源MAC地址与端口的对应关系，同时建立转发表。
之后，当交换机收到数据包时，交换机会检查转发表，根据目的MAC地址找到对应的端口，并将数据包转发到对应的端口上。
如此反复，数据包可以在交换机之间快速、准确地转发。
三、以太网交换的优势相比传统的集线器，以太网交换具有以下优势：1.提供更高的带宽：以太网交换可以同时传输多个数据包，大大提高了局域网的带宽。
2.提供更快的转发速度：交换机使用专用的硬件进行转发，而不需要进行广播，因此具有更快的转发速度。
3.实现广播域划分：以太网交换可以将局域网划分为多个广播域，可以减少广播带来的网络拥塞。
4.避免冲突：通过学习和转发机制，以太网交换可以避免数据冲突，提高了数据传输的稳定性和可靠性。
四、二层协议的概念二层协议又称为数据链路层协议，主要用于控制物理链接和局域网内的数据传输。
二层协议是在物理层之上建立的，用于解决数据包的传输问题。
常见的二层协议有以太网协议、令牌环协议等。
五、以太网交换的二层协议以太网交换使用的主要二层协议是以太网协议，它定义了数据包的格式以及数据包的传输规则。
以太网协议在数据包中使用MAC地址来标识设备，通过MAC地址实现数据包的转发和定位。
以太网协议还包括了一些控制帧，用于实现数据链路的控制和管理。
六、以太网交换的改进和发展随着网络的发展，以太网交换也不断进行改进和发展。
其中一项重要的改进是VLAN（虚拟局域网）技术的应用。
交换式以太网组网技术
存储转发
交换机首先存储整个数据帧，然 后根据MAC地址表进行转发。这 种方式可以避免风暴，但交换速 度较慢。
碎片丢弃
交换机在接收到小于一定长度 （如64字节）的数据帧时，直接 丢弃该帧。这种方式可以有效减 少网络中的小包流量，提高网络 性能。
03 交换式以太网的组网技术
CHAPTER
星型拓扑结构
交换式以太网组网技术
目录
CONTENTS
• 引言 • 交换式以太网的基本原理 • 交换式以太网的组网技术 • 交换式以太网的性能优化 • 交换式以太网的应用场景 • 总结与展望
01 引言
CHAPTER
交换式以太网的发展历程
01
02
03
起源
以太网技术起源于20世纪 70年代，最初是为了实现 简单、经济的局域网连接。
网状拓扑结构
总结词
网状拓扑结构是一种复杂的以太网组网 方式，其中节点之间有多条通信路径。
VS
详细描述
在网状拓扑结构中，节点之间有多条通信 路径，每个节点都可以直接或间接地与其 他节点通信。这种结构提供了高可用性和 灵活性，但需要复杂的配置和管理，同时 成本也较高。
04 交换式以太网的性能优化
CHAPTER
交换机通过学习源MAC地址，自动建立和维护MAC地址表。当 MAC地址发生变化时，地址表会自动更新。
去抖动处理
对于网络中的重复帧，交换机进行去抖动处理，确保只转发一次有 效帧。
交换式以太网的交换方式
直通交换
交换机在接收到数据帧时，立即 从相应的端口转发出去，不需要 存储整个数据帧。这种方式交换 速度快，但无法处理风暴。
前导码
用于同步，由7个字节的10101010和1个 字节的101010101组成。
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机框式优点： 1. 维修方便 2. 高可靠性 3. 系统集成和配置灵活
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补充：按交换机工作的协议层次分
工作在数据链路层
相当于多端口网桥
工作在网络层
同时具有路由功能，功能强，用于主 干网。
工作在传输层
能识别端口号
工作在应用层
能区分不同的应用
隔离网段的碰撞域 6.2.2 透明网桥
根据端口——地址表寻找输出端口
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操作流程
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发送站经交换机发送报文的过程：
交换机检测发送站与接收站位于同一个 端口，则不转发该报文，报文在同一个 网段内传送。如该网段为以太网，则网 段内按CSMA/CD方式工作。
如发送站与接收站属不同端口，则查找 端口-地址表，将报文发往目的端口。
如在端口-地址表内查不到目的端口，则 发广播报文。
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6.3 以太网交换机结构
6.3.1 软件执行交换结构
工作速度慢，很少使用。
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6.3.2 矩阵交换结构
交换速度快，延迟时间短，但端
口扩展困难，矩阵存在阻塞，不易实 现广播传送。
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各层特性
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层次化结构的优点
1. 各层功能分工明确，便于设计、 实现和调试
2. 充分发挥不同规格交换器的功能 3. 层次构使内部网的信息流与业
务流的流向、流量基本一致
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以交换机为中心组网的拓扑结构
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通过交换机与不同网络的连接
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6.6 全双工以太网
6.6.1 全双工以太网技术的重要性
增加带宽、扩展网段长度
发送与接收可同时进行，不会发
生冲突碰撞。所以不受CSMA/CD的约
13.12束.202，0 扩展了网段长度。
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6.6.2 全双工以太网技术特点
•由一对线连接，发送与接收同时进行 •点对点的通信
3. 自适应
一般情况下交换器工作在直通方式， 工作速度很快。当检测到出错率高 （如丢包个数增加）或帧碎片太多时， 交换器自动切换到存储转发方式工作。 该类型综合了前面两种方式的优点。
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4. 碎片丢弃
是一种折衷方案。 当报文小于512位时（以太网最 短帧），交换器不转发，大于512位时 接直通方式工作。 优点：过滤了小于512位的碎片， 工作速度介于 第1、2种方式之间。 缺点：可靠性较第1种方式差。
2. 吞吐量和背板速度 吞吐量指所有端口同时收发数据速 率的总和
3. 端口传输速率
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4. 延迟时间 接收到数据直至目的端口开始发送
5. 端口MAC地址个数 MAC地址个数越多，每个端口可以
连接的主机就越多
6. 全双工能力 7. 虚拟网（VLAN）能力 8. 网络管理能力
提供完善的管理软件
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6.5 以太网交换机的分类和应用
6.5.1 按带宽分类 10Mbps、100Mbps、
1000Mbps…… 往往一个交换器上有不同速率的
端口，称为不对称式交换器。
6.5.2 按端口上支持的媒体分类
双绞线、光缆
一个交换器可支持多种传输介质
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6.5.3 按架构分类
不可以用HUB •速率提高一倍 •扩展距离
实际上仅对100BASE FX有意义。 其余标准下因受电光信号本身的传输 损耗影响，在实际应用中并不能加长 距离。
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6.6.3 全双工以太网技术的应用
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选择以太网交换器的要点：
1. 交换技术 存储转发、直通、自适应……
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组网方法的发展：从以路由器为中心到以交换机为中心
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6.5.4 按应用分类与相应的典型组网方式
层次化的体系结构
SW
……
SW
……
SW
SW … SW
SW … SW
主干级 部门级 组级
HUB
…
HUB
PC … PC PC … PC
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传输速率
100Mbps~1000Mbps 10Mbps~100Mbps 10Mbps
交换型以太网与全双工以太网 组网技术
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本章重点
以太网交换机是企业内部组网的中心设备
为什么要使用以太网交换机
交换机的基本工作原理
交换机的结构
几种不同的交换方式
交换机分类
基于交换机的组网方式
采用交换机构建全双工以太网
选择以太网交换机的要点
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第六章 交换型以太网与全双工以太 网组网技术
6.1 从共享型以太网发展到交换型以太网 6.1.1 共享型以太网系统存在的问题
因在网段中存在碰撞，大大减少了每个 站所获得的带宽。（共享带宽）
HUB
等价于
总线
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6.1.2 交换型以太网系统的特点
每个端口独享带宽 端口之间交换互不冲突
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6.3.3 总线交换结构
便于扩展；易于管理；容易实现广播传送；
容易实现多对一方式工作。
要求背板速度高，几个Gbps~几十个Gbps。
现在产品的背板速度已达到256Gbps。
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6.4 以太网交换机的交换方式
6.4.1 静态交换方式 人工配置
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6.4.2 动态交换方式
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交换型以太网的优点
1. 每个端口的网 段独享带宽
2. 最大带宽=端口
带宽 端口数
3. 端口之间可交 换数据，且互 不冲突
4. 端口网段广播 信息互相隔离
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6.1.3 以太网交换机工作的逻辑机理
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6.2 网桥与交换机工作机理
最简单的交换机就是多端口网桥 6.2.1 以太网上网桥的作用
•存储转发 （Store Forward） •直通 （Cut Through） •自适应 （Adaptation） •碎片丢弃 （Fragment Free）
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1. 存储转发
优点：可靠性好 缺点：处理延迟时间长
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2. 直通
输入端收到报文的目的地址字段后， 经查表，直接转到输出端口。 优点：处理延迟时间短。 缺点：可靠性差。