以太网和交换机工作原理
4.以太网及交换机的工作原理
局域网标准( ):IEEE802标准集 局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理 •IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务 •IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范 •IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus •IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring •IEEE802.6-------城域网 •IEEE802.7-------宽带局域网 •IEEE802.8-------光纤技术 FDDI •IEEE802.9-------综合数据话音网络 •IEEE802.10------网络安全与保密 •IEEE802.11------无线局域网 •IEEE802.12------需求优先 •IEEE802.13 ------(未使用) •IEEE802.14 ------电缆调制解调器 •IEEE802.15 ------无线个人网 •IEEE802.16 ------宽带无线接入 •IEEE802.17 ------可靠个人接入技术
交换机的工作原理 mac地址表的形成过程 mac地址表的形成过程 数据帧的转发/ 数据帧的转发/过滤
地址学习
MAC地址表 地址表 初始的MAC地 初始的MAC地 址表为空 E0: E1: E2: E3:
主机A： 主机 ： 00-D0-F8-00-11-11
E0
E1
主机B： 主机 ： 00-D0-F8-00-22-22
以太网交换机原理动画演示
以太网交换机原理动画演示以太网交换机是计算机网络中非常重要的设备，它起到了连接各种网络设备的关键作用。
为了更好地理解以太网交换机的工作原理，下面我将通过动画演示的方式来详细介绍。
1. 动画开始进入动画演示，我们首先看到一个以太网交换机的示意图。
交换机由多个端口组成，每个端口都可以连接一个网络设备，如计算机、服务器等。
2. 帧的传输在动画中，我们可以看到有多个设备同时向交换机发送数据帧。
数据帧是网络通信中最基本的单位，它包含了源MAC地址、目的MAC 地址、数据等信息。
3. MAC地址和端口的映射交换机接收到一个数据帧后，会先读取其中的目的MAC地址。
它会查找自己的转发表，判断目的MAC地址所对应的端口。
如果表中有对应的记录，交换机会将数据帧直接转发到目标端口；如果表中没有对应的记录，交换机则会进行广播操作。
4. 广播和学习过程在动画中，当交换机发现没有对应的记录时，它会将数据帧广播到所有的端口上，这样所有连接在交换机上的设备都能收到该数据帧。
同时，交换机还会将源MAC地址和接收到该帧的端口记录在转发表中，这样下次如果有数据要发送给该MAC地址，交换机就能够根据表中的记录直接转发，而无需进行广播操作。
5. 学习和转发表的更新在动画的演示中，我们可以看到转发表会不断地更新。
当交换机接收到一个数据帧时，它会查找源MAC地址在转发表中的记录。
如果有对应的记录，则更新记录中的端口信息；如果没有对应的记录，则添加一条新的记录。
这样，交换机能够根据最新的转发表信息来决定如何转发数据帧。
6. 数据的转发根据转发表的信息，交换机会将数据帧直接转发到目标端口，而无需广播到所有的端口上。
这样，交换机提供了高效的数据转发，避免了数据在网络中的冲突和碰撞。
7. 动画结束通过动画演示，我们对以太网交换机的工作原理有了更深入的了解。
交换机的核心功能是通过学习和转发表的维护，实现了有效的数据转发。
它使得网络通信更加高效可靠，成为了现代计算机网络中不可或缺的设备。
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理
以太网交换机是一种用于局域网的网络设备，它可以实现局域网内部计算机之
间的数据交换和通信。
它的工作原理主要包括数据帧转发、地址学习、流量控制和碰撞域隔离等方面。
下面我们将详细介绍以太网交换机的工作原理。
首先，以太网交换机通过端口连接各个计算机，当一台计算机发送数据帧时，
交换机会接收到这个数据帧，并通过目的地址来确定应该将数据帧转发到哪个端口。
这样，交换机可以实现数据帧的精确转发，避免了广播风暴和网络拥堵的问题。
其次，以太网交换机还具有地址学习的功能。
当交换机接收到一个数据帧时，
它会学习源地址和端口的对应关系，并将这个信息存储在转发表中。
这样，在下次需要发送数据帧时，交换机就可以根据目的地址在转发表中查找对应的端口，从而实现数据帧的快速转发。
此外，以太网交换机还可以实现流量控制。
当交换机接收到大量的数据帧时，
它可以通过缓存和队列管理来控制数据的流量，避免网络拥堵和数据丢失的问题。
这样可以保证网络的稳定性和可靠性。
最后，以太网交换机还可以实现碰撞域隔离。
在以太网中，如果多台计算机同
时发送数据帧，就会产生碰撞，从而影响网络的正常运行。
而交换机可以通过端口隔离的方式，将不同的计算机划分到不同的碰撞域中，从而避免了碰撞的发生，提高了网络的传输效率。
综上所述，以太网交换机通过数据帧转发、地址学习、流量控制和碰撞域隔离
等功能，实现了局域网内部计算机之间的快速、稳定和可靠的数据交换和通信。
它在现代网络中起着非常重要的作用，是局域网中不可或缺的网络设备之一。
简述以太网的工作原理
简述以太网的工作原理
以太网是一种常用的局域网传输技术，其工作原理基于
CSMA/CD（载波侦听多路访问/碰撞检测）协议。
在以太网中，所有主机通过共享同一条物理传输介质（如电缆）进行通信。
每台主机都被配置为具有唯一的MAC地址（媒体
访问控制地址），用于在网络中识别和定位。
工作原理如下：
1. 媒体访问控制：主机在发送数据之前，首先在物理介质上侦听信道，如果信道闲置，则可以发送数据。
如果检测到信道上有信号，则主机延迟发送，等待信号消失。
这样确保每个主机都可以在不发生碰撞的情况下发送数据。
2. 碰撞检测：如果两台或更多台主机同时发送数据，就会发生碰撞。
主机会继续发送数据，同时侦听信道以检测碰撞。
如果检测到碰撞，则主机发送一个干扰信号以停止发送，并等待一段随机时间后重新发送。
3. 数据帧传输：数据在网络上以数据帧的形式传输。
数据帧由起始定界符、目的MAC地址、源MAC地址、类型/长度字段、有效载荷（数据）和校验字段组成。
每个主机通过读取目的MAC地址来检查接收数据帧的目标是自己还是其他主机。
4. 交换机：以太网中经常使用交换机来增加网络性能和带宽。
交换机具有多个端口，每个端口与一个主机相连。
交换机可以将由一个端口接收到的数据帧仅转发到目标主机的端口，而不
会广播到整个网络。
这样可以有效避免碰撞。
总的来说，以太网的工作原理是通过CSMA/CD协议实现的。
它允许主机在共享物理介质上传输数据，并通过碰撞检测和随机退避机制来处理碰撞。
交换机的使用还可以提高网络性能和可靠性。
以太网交换机介绍
交换机/路由器配置与管理
Cisco Catalyst 4006的接线面板
交换机/路由器配置与管理
Catalyst 6500系列主要为企业和电信运营商网络提供高 度可用、安全的融合网络服务。这些交换机可满足骨干网、 分布层、布线室结构以及数据中心环境对高可用性、可扩 展性、高级服务和多层交换越来越高的要求。 该系列提供有3插槽、6插槽、9插槽和13插槽的机箱， 以及多种集成式服务模块，包括数千兆位的网络安全性、 内容交换、语音和网络分析模块，能提供48到576个 10/100/1000以太网端口，和支持192个1Gbps或32个10Gbps 骨干网端口，能作为每秒数亿个数据包处理能力的网络核 心交换机。
⑻ 支持流量控制 能够控制交换机的数据流量，HDX、FDX是通用的流量控 制标准，目前的交换机一般均支持。 ⑼ 易于扩展 对于核心层交换机，应注意其扩展性，通常应是模块化 的交换机，能在未来根据应用的需要，通过添加功能模块， 来增强交换机的功能和增加接口。
交换机产品简介 目前生产交换机的主流厂商主要有Cisco和华为 3COM公司，其生产的交换机是市场应用的主流。
交换机/路由器配置与管理
4．根据结构的不同，交换机可分为固定端口 交换机和模块化交换机。 固定端口交换机只能提供有限的端口和固定类 型的接口，从连接的用户数量和所使用的传输介 质上看，存在一定的局限性。这类交换机也有桌 面式和机架式之分，机架式便于安装和管理。 5．根据工作协议的层分类，交换机可分类第2层 交换机、第3层交换机和第4层交换机。 第2层交换机根据数据链路层的信息（MAC地址） 完成不同端口间的数据交换。接入层交换机一般 就采用第2层交换机。 第3层交换机具有路由功能，能识别网络层的IP信 息，并将IP地址用于网络路径的选择，并能够在不 同网段间实现数据的线速交换。
交换机及配置方法
项配置状态（如：端口配置、VLAN配置）等， 具体配置命令在实验中有详细介绍。
全局配置模式的提示符：交换机名（config)#
操作技巧：
•不管在任何模式，按esc键可返回上一级模式，
按Ctrl+z可返回特权用户模式
•按？键可以列出当前可输入的项目
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•按Tab键可补全当前单词
普通用户模式的提示符：交换机名>
（2）、特权用户模式：在普通用户模式下输入enable 命令即可进入特权用户模式，在该模式下我们可以查 看交换机的配置信息和调试信息，进入全局配置模 式模式，保存或删除配置文件等等。
特权用户模式的提示符：交换机名#
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（3）、全局配置模式：在特权用户模式下输入 configure terminal命令即可进入全局配置模式， 在该模式下主要完成全局参数的配置，如设置
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（2）基本操作命令 修改交换机名：
switch(config)#hostname SA SA(config)#
更改Enable密码：
SA(config)#enable password ******
保存当前配置文件
SA#write
删除配置文件
SA#erase startup-config
重新启动交换机
SA#reload
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（3）端口配置命令 端口配置的主要内容有：
配置端口交换速率（10M、100M、1000M和auto） 设置端口工作模式（分full、 half 、和auto） 设置端口描述
switch(config)#interface fa0/1 *进入端口1 switch(config-if)#speed 100 *设置端口速率为100M switch(config-if)#duplex full *设置为全双工工作模式 switch(config-if)#description port1 *端口描述为port1
以太网交换机工作原理
以太网交换机工作原理交换机是用来连接局域网的主要设备，交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据，因此交换机工作在数据链路层。
交换机分割冲突域，实现全双工通信。
交换机数据转发原理1：交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机A查找MAC地址表,查看是否有此MAC地址若没有，学习主机11的MAC地址交换机A向其他所有端口发送广播交换机数据转发原理2：换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机B查看MAC地址表，查看是否有此MAC地址若没有，学习源MAC地址和端口号交换机B向所有端口广播数据包主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包交换机数据转发原理3：主机33，接收到数据帧主机44，丢弃数据帧交换机数据转发原理4：交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机B学习源MAC地址和端口号交换机B查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目，单播转发数据到端口3交换机数据转发原理6：学习通过学习数据帧的源MAC地址来形成的MAC地址表广播若目标地址在MAC地址表中没有，交换机则向除接收到该数据帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧转发若目标地址在MAC地址表中存在，交换机根据MAC地址表单播转发数据帧更新交换机MAC地址表的老化时间是300秒，即MAC地址在MAC地址表中存在的时间。
交换机若发现一个帧的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交换机将MAC 地址重新学习到新的端口交换机的工作模式单工只有一个信道，传输方向只能是单向的半双工只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输全双工双信道，同时可以有双向数据传输交换机的三种交换方式：1.直通转发（Cut-through）2.存储转发（Store-and-forward ）3.碎片隔离（FragmentFree ）7字节 1字节 6字节 6字节 2字节 多达1500字节 4字节碎片隔离：检查前64字节的数据，没有增加显著的延迟7字节 1字节 6字节 6字节 2字节 多达1500字节 4字节存储转发：对所有的错误进行检查，延迟高。
ethernet switch工作原理
ethernet switch工作原理一、引言Ethernet switch（以太网交换机）是现代网络中常见的设备，它在局域网中起到连接多个设备的作用。
本文将介绍以太网交换机的工作原理，包括其基本功能、数据转发机制和工作模式。
二、基本功能以太网交换机是用来构建局域网（LAN）的关键设备之一。
它主要有两个基本功能：数据帧的转发和广播域的隔离。
1. 数据帧的转发当一个数据帧进入以太网交换机的端口时，交换机会读取帧中的目标MAC地址。
根据交换机的转发表，交换机会将该帧转发到相应的端口，以便达到目标设备。
这种转发方式被称为无碰撞、无冲突和无广播的点对点通信。
2. 广播域的隔离以太网交换机能够将局域网分割成多个互相隔离的广播域。
当一个设备发送广播帧时，交换机会将该广播帧发送到所有其他端口，以确保它能够被局域网中的所有设备接收到。
然而，交换机会阻止广播帧跨越不同的广播域，以避免广播风暴和网络拥塞。
三、数据转发机制以太网交换机的数据转发机制是其工作原理的核心。
它通过学习和转发机制来实现数据的高效转发。
1. 学习机制当一个数据帧进入交换机的端口时，交换机会将源MAC地址和其所在端口的映射关系记录在转发表中。
这个过程称为学习机制。
通过学习机制，交换机能够了解到哪个MAC地址位于哪个端口，从而在转发数据时能够快速定位目标端口。
2. 转发机制当交换机接收到一个数据帧时，它会通过目标MAC地址查找转发表，找到目标地址对应的端口。
如果转发表中存在该目标地址的记录，交换机会将数据帧转发到相应的端口。
如果转发表中不存在该目标地址的记录，交换机会将该数据帧广播到所有其他端口，以便学习到新的MAC地址。
四、工作模式以太网交换机有两种常见的工作模式：存储转发和剪辑转发。
1. 存储转发存储转发是一种保证数据帧完整性的转发模式。
当交换机接收到一个数据帧时，它会先将整个数据帧存储在缓冲区中，然后再进行校验和处理。
只有当数据帧没有错误时，交换机才会将该帧转发出去。
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烟草培训专用
本章目标
能够正确接入交换机，并掌握 能够正确接入交换机，并掌握Cisco交换机的基 交换机的基 本操作
了解数据链路层的功能 了解以太网帧格式 了解交换机的数据转发原理 熟悉Cisco交换机的几种操作模式 熟悉 交换机的几种操作模式
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本章结构
功能 数据链路层 以太网 CSMA/CD 帧格式 MAC地址 地址 数据链路层与 交换机 工作原理 数据转发原理 全双工工作原理 内部交换方式 链路层设备 －交换机 产品概述－ 产品概述－Cisco Catalyst 2900系列 系列 访问方法 基本配置
单工、半双工与全双工 单工、
单工
只有一个信道， 只有一个信道，传输方向只能是单向的
A 例如： 例如：寻呼机
半双工
例如：对讲机 ： 例如B
只有一个信道，在同一时刻， 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输
全双工
A
例如： 例如：电话
B
双信道， 双信道，同时可以有双向数据传输
A
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B
冲突与冲突域
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MAC子层与 子层与LLC子层 －2 子层2－ 子层与 子层
逻辑链路控制（ 逻辑链路控制（LLC）子层（802.2） ）子层（ ）
建立和释放数据链路层的逻辑连接； 建立和释放数据链路层的逻辑连接； 提供与上层的接口； 提供与上层的接口； 给帧加上序号。 给帧加上序号。
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启动信息 配置模式
数据链路层的功能2－1 数据链路层的功能 －
数据链路层
位于网络层与物理层之间
网络层
数据链路层协议
网络层 数据链路层 物理层
主机B 主机
包(Packet） ） 帧 （Frame） ） 比特（ ） 比特（Bit） 数据单元
数据链路层 物理层
主机A 主机
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交换机数据转发原理12－3 交换机数据转发原理 －
AA 端口3 端口 端口3 端口 BB
A data 端口1 端口 data
B
端口2 端口 端口1 端口 端口2 端口
11
22
33
44
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交换机数据转发原理12－4 交换机数据转发原理 －
MAC地址 地址
11
端口号
数据链路层的功能2－2 数据链路层的功能 －
数据链路层的功能
数据链路的建立、 数据链路的建立、维护与拆除 帧包装、帧传输、 帧包装、帧传输、帧同步 帧的差错恢复 流量控制
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以太网
以太网工作在数据链路层
网络层协议
网络层
数据链路层协议 2 1 层
网络层 数据链路层
物理层协议
包 帧 比特 数据单元
以太网命名方法
N－信号－物理介质 －信号－
N：以兆位为单位的数据速率，如10、100、1000 ：以兆位为单位的数据速率， 、 、 信号： 信号：基带还是宽带 物理介质： 物理介质：标识介质类型
例如： 例如：100BASE-TX
或 数据速率为100M UTP或STP 数据速率为 即物理介质为 基带， 基带， 以太网专用
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以太网采用CSMA/CD 以太网采用
CSMA/CD—带冲突检测的载波监听多路访问 带冲突检测的载波监听多路访问 以太网采用CSMA/CD避免信号的冲突 以太网采用 避免信号的冲突 工作原理
发送前先监听信道是否空闲， 发送前先监听信道是否空闲， 若空闲则立即发送数据。 若空闲则立即发送数据。 在发送时，边发边继续监听 在发送时， 若监听到冲突， 若监听到冲突，则立即停止 发送 等待一段随机时间（ 等待一段随机时间（称为退 以后， 避）以后，再重新尝试
11
22
33
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交换机数据转发原理12－11 交换机数据转发原理 －
交换机最终的MAC地址表 地址表 交换机最终的 MAC地址 地址
11
端口号
1 3 2 3
A
44 22 33
MAC地址 地址
11 44 22 33
端口号
3 2 3 1
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B
交换机数据转发原理12－12 交换机数据转发原理 －
数据链路层 物理层
主机A 主机
以太网
物理层
主机B 主机
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什么是以太网
我们平常使用的局域网就是以太网
①如果中间的线路是共享 的，这条链路在同一时间 如果主机A ②③ 主机之间发送的数据 如果主机A发出一个 主机之间发送的数据， 由谁来使用呢？ 由谁来使用呢？如何来保 ， 数据包给主机B 数据包给主机B，如何标 需要保证双方互相都能 证这些主机能有序的使用 识主机A和主机B呢？这 识主机，那么它们发送的 读懂， 读懂 A和主机B 共享线路， 共享线路，不发生数据的 就是主机的地址问题。 就是主机的地址问题。 数据的格式， 数据的格式，是不是需 冲突？ 冲突？ 要有一个统一的规范呢？ 要有一个统一的规范呢？
类 型 / 长 度 2 字 节
前导码
目的地址
源地址
数据
帧校验 序列
7字节 字节
6字节 字节
6字节 字节
46～1500 ～ 字节
4字节 字节
数据链路层封装 物理层封装
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以太网标准
逻辑链路控 制子层 （LLC) 介质访问控 制子层 （MAC)
数据链 路层
IEEE802.2 以 太 网 IEEE802.3
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以太网MAC地址 地址 以太网
以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的 设备或一组设备
24比特 比特 供应商标识 标识） （供应商标识） 24比特 比特 供应商对网卡的唯一编号） （供应商对网卡的唯一编号）
对于目的地址： 对于目的地址 0–物理地址（单播地址） 物理地址（ 物理地址 单播地址） 1–逻辑地址（组播地址） 逻辑地址（ 逻辑地址 组播地址）
data
11
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交换机数据转发原理12－8 交换机数据转发原理 －
MAC地址 地址
11
端口号
3 2
B
44
交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机 在接收到数据帧后，执行以下操作： 在接收到数据帧后 交换机B学习源 学习源MAC地址和端口号 交换机 学习源 地址和端口号 交换机B查看 查看MAC地址表，根据 地址表， 地址表中的条目， 交换机 查看 地址表 根据MAC地址表中的条目， 地址表中的条目 单播转发数据到端口3 单播转发数据到端口
物理层
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MAC子层与 子层与LLC子层 －1 子层2－ 子层与 子层
介质访问控制（ 介质访问控制（MAC）子层（802.3） ）子层（ ）
将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行相 将上层交下来的数据封装成帧进行发送 接收时进行相 反的过程，将帧拆卸)； 反的过程，将帧拆卸 ； 实现和维护介质访访问控制协议，例如CSMA/CD； 实现和维护介质访访问控制协议，例如 ； 比特差错检测； 比特差错检测； MAC帧的寻址，即MAC帧由哪个站（源站）发出，被 帧的寻址， 帧由哪个站（ 帧的寻址 帧由哪个站 源站）发出， 哪个站／哪些站接收（目的站）。 哪个站／哪些站接收（目的站）。
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交换机数据转发原理12－5 交换机数据转发原理 －
AA 端口3 端口 端口3 端口 BB
A
端口1 端口 端口2 端口
B 端口1 端口 data data
端口2 端口
data
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交换机数据转发原理12－6 交换机数据转发原理 －
data 在这个过程中， 在这个过程中，交换机的 33 MAC地址表中没有需要的条 地址表中没有需要的条 交换机通过广播的方式， 目，交换机通过广播的方式， 转发了数据帧
更新
交换机MAC地址表的老化时间是 地址表的老化时间是300秒 交换机 地址表的老化时间是 秒 交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中源 地址表中源MAC地址的所 交换机如果发现一个帧的入端口和 地址表中源 地址的所 在端口不同，交换机将MAC 地址重新学习到新的端口 在端口不同，交换机将
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3
B
data
交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机 在接收到数据帧后，执行以下操作： 在接收到数据帧后 交换机B查看 查看MAC地址表 交换机 查看 地址表 22 交换机B学习源 学习源MAC地址和端口号 交换机 学习源 地址和端口号 交换机B向所有端口广播数据包 交换机 向所有端口广播数据包 主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包 地址不是自己， 主机 ，查看数据包的目标 地址不是自己
MAC地址 地址
11
端口号
1
A
交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机 在接收到数据帧后，执行以下操作： 在接收到数据帧后 交换机A查找 查找MAC地址表 交换机 查找 地址表 交换机A学习主机 学习主机11的 交换机 学习主机 的MAC地址 地址 交换机A向其他所有端口发送广播 交换机 向其他所有端口发送广播
例如： － － － － － 例如：00－06－1b－e3－93－6c
IBM
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00－0d－28－be－b6－42 － － － － －
CISCO
以太网帧格式
802.3 以太网帧格式
帧 启 始 定 界 符 1 字 节