以太网交换机技术原理

以太网交换机技术原理

接入网产品部网络组

目录

第一章以太网交换技术概述 (1)

1.1交换式以太网的发展 (1)

1.2以太网的基本概念 (1)

1.3交换机工作原理 (2)

第二章物理端口和介质 (4)

2.1以太网命名方法 (4)

2.2 RJ－45的相关知识 (5)

第三章以太网交换机管理的概念 (6)

3.1带外管理 (6)

3.2带内管理 (6)

第四章以太网交换机重要功能 (8)

4.1 VLAN (8)

4.2 IGMP S NOOPING (11)

4.3生成树协议（S PANNING T REE P ROTOCOL） (12)

4.4链路聚合（T RUNKING） (14)

4.5端口工作状态 (15)

4.6流量控制 (16)

4.7数据帧过滤 (16)

4.8端口镜像 (16)

4.9端口锁定 (17)

4.10以太网交换机的Q O S (17)

第五章产品及应用 (19)

5.1交换机产品系列 (19)

5.2主要特点 (19)

5.3典型应用 (19)

5.4组网示意图 (20)

第一章以太网交换技术概述

1.1交换式以太网的发展

“以太网”是Ethernet的中译名，是在二十世纪七十年代由施乐（Xerox）公司

的Palo Alto研究中心（PARC）开发的，是一种局域网技术。让我们首先回顾一

下以太网的发展过程。

1982年12月,IEEE802.3标准的出现标志着以太网技术的起步，同时也标志

着符合国际标准、具有高度互通性的以太网产品的面世。

1990年，出现了第一台以太网交换机。

1993年，全双工以太网的出现改变了以太网半双工的工作模式，彻底解决了

多个端口的信道竞争。

1995年3月，IEEE802.3u规范的通过，标志着100Mbps快速以太网时代的

到来。

1998年6月，通过了IEEE802.3z规范，以太网速度达到了1000Mbps(即

1Gbps)，以太网进入高速网络的行列。

1.2以太网的基本概念

CSMA/CD

以太网的访问是竞争式的，这种技术称为CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多

路访问）

“载波侦听”表示希望发送的站点先要侦听线路，如果其他站点正在发送，则等

待到线路空闲为止。

“多路访问”是指多个站点共享媒体。

冲突检测”是指站点在发送时要监测媒体，从而知道是否有冲突发生—即有其

他站点同时在发送。

IEEE802.3帧结构

8 6 6 2 可变 4

前同步码 目的地址 源地址 长度 数据 FCS

这是IEEE802.3帧格式。这和传统的以太网帧略有差别，但IEEE802.3是一个

标准，多数厂商推出的都是兼容IEEE802.3的硬件和软件，当我们提到一个以

太网帧的时候，我们指的就是IEEE802.3帧结构。

广播

网段上的某一计算机发送的数据，会以广播方式发送出去，同一网段上的其它

所有计算机都会接收到，但只有目的计算机才会处理这个数据。

1.3交换机工作原理

网桥与交换机

局域网交换技术的发展要追溯到两端口网桥。桥是一种存储转发设备，用来连

接相似的局域网。从互联网络的结构看，桥是属于DCE级的端到端的连接；从

协议层次看，桥是在逻辑链路层对数据帧进行存储转发；与中继器在第一层、

路由器在第三层的功能相似。两端口网桥几乎是和以太网同时发展的。

以太网交换技术（SWITCH）是在多端口网桥的基础上与九十年代初发展起来的，

实现OSI模型的下两层协议，与网桥有着千丝万缕的关系，甚至被业界人士称

为"许多联系在一起的网桥"，因此现在的交换式技术并不是什么新的标准，而

是现有技术的新应用而已，是一种改进了的局域网桥，与传统的网桥相比，它

能提供更多的端口（4-88）、更好的性能、更强的管理功能以及更便宜的价格。

现在某些局域网交换机也实现了OSI参考模型的第三层协议，实现简单的路由

选择功能，目前很热的第三层交换就是指此。以太网交换机又与电话交换机相

似，除了提供存储转发（STORE&FORWORD）方式外还提供了其它的桥接技术，

如：直通方式（CUT THROUGH）。

二层交换机的工作原理

检测从以太网端口来的数据包的源和目的地的MAC（介质访问层）地址，然后

与系统内部的动态查找表进行比较，若数据包的MAC层地址不在查找表中，则

将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应的目的端口。

地址转发表（FDB）

交换机在工作过程中会不断地学习。建立和维护它本身的一个地址转发表（Forwarding Database），这个地址表标明了节点的MAC地址和交换机端口的对应关系。当交换机收到一个数据包，它便会去查看自身的地址表以验明数据包中的目的MAC地址究竟对应于哪个端口。一旦验证完毕，就将发送节点与该端口建立一个专用连接，发送方的数据仅发送到目的MAC 地址所对应的交换机端口。但是交换机地这种学习不是无止境的，交换机有一个重要的指标：MAC地址表深度，标称交换机支持学习MAC地址的数目。当更多的带有新地址的数据包通过交换机进行转发时，交换机就不能够正确的转发，而是将它广播出去。MAC地址表深度是交换机的一个很重要的性能指标。

交换机的工作特点