以太网交换机原理动画演示
以太网交换机工作原理
....
广播
广播域
以太网的基础知识
6.以太网的典型设备-HUB
在局域网（LAN-Local Area Network）中，每个工作站都通过某种传输介质连接到网络 上。一般情况下，服务器不会有很多网络接口卡（NIC）。因此，不可能将所有的工作站都 连接到服务器上。因此，局域网中会使用HUB，这是网络中很常用的设备。 HUB是一种典型的采用以太网CSMA/CD机制的设备，其主要作用是： 1,被用作网络设备的集中点 2.放大信号 3.无路径检测或交换 从HUB的作用可以看出，HUB对所连接的LAN只做信号的中继，工作在网络的物理层， 连接在HUB上的所有物理设备相当于连接在同一根导线上，都处于同一个冲突域和广播域， 如下图。因此，在网络设备很多的情况下，设备之间的冲突将会很严重，并且导致广播泛 滥，严重影响网络的性能。
以太网的基础知识
3.以太网帧格式-1
常用以太网帧格式 前同步字符： 在每种格式的以太网帧的开始处都有64比特（8字节）的前同步字符，下图1所示 。其中，前7个字节称为前同步码（Preamble），内容是16进制数0xAA，最后1字节 为帧起始标志符0xAB，它标识着以太网帧的开始。前导字符的作用是使接收节点进行 同步并做好接收数据帧的准备。
以太网的基础知识
5.冲突域不广播域-1
冲突域:指的是会产生冲突的最小范围，在计算机和计算机通过设备互联时， 会建立一条通道，如果这条通道只允许瞬间一个数据报文通过，那么在同 时如果有两个或更多的数据报文想从这里通过时就会出现冲突了。
冲突域1
冲突域2
冲突域3
以太网的基础知识
5.冲突域不广播域-2
广播域:指接收同样广播消息的节点的集合,如果一个数据报文的目标地址是这个 网段的广播地址IP或者目标计算机的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，那么这个 数据报文就会被这个网段的所有计算机接收并响应，这就叫做广播。
以太网交换机通信过滤动画【计算机网络与应用】
1 C
E 2
E3 3
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
MAC地址表——端口和MAC地址的映射关系,
存储在内容关联存储器(CAM)里所形成一个端口 和MAC地址的对应表
MAC地址表
E0:2
E1:0260.8c01.3333
E3:0260.8c01.4444
A
B
E 0260.8c01.1110
E 10260.8c01.333
交换机通 讯过滤过 程动画
1.交换机的作用
• 连接较为相似的网络，能够将低速网络接入到高速网络上
2.工作原理
• 交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在 每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC地址表。 交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧 的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到 达目的地址。
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理主要分为三个步骤，即学习MAC地址、建立转发表和数据转发。
首先，交换机会通过学习MAC地址来建立转发表。
当一个数
据帧到达交换机时，交换机会查看数据帧首部中的源MAC地址，并将其与一个特定的端口关联。
如果该地址之前没有在转发表中出现过，交换机会将该地址与到达的端口关联起来，并在转发表中添加一条新的记录。
如果该地址已经存在于转发表中，交换机会更新该地址的关联端口。
接下来，交换机会根据转发表中的信息建立转发表。
转发表记录了到达交换机不同端口的MAC地址。
当交换机收到数据帧时，它会查看该数据帧首部中的目的MAC地址，并在转发表
中查找该地址的关联端口。
如果找到了目的MAC地址的关联
端口，交换机会直接将数据帧转发到该端口，而不会在其他端口上进行广播。
如果找不到目的MAC地址的关联端口，则交
换机会在所有端口上进行广播，以确保所有端口都能接收到数据帧。
最后，交换机会进行数据转发。
当交换机接收到一个数据帧时，它会根据转发表中的信息将该数据帧转发到目的MAC地址的
关联端口上。
交换机会利用硬件的转发表进行快速的转发，以确保数据帧能够以最快的速度到达目的地。
通过以上的学习MAC地址、建立转发表和数据转发的过程，
以太网交换机可以实现对数据帧的快速、准确的转发，提高了局域网的传输效率和带宽利用率。
计算机网络课件第十三讲 以太网高速
3. 快速以太网与普通以太网的共同点与区别是 什么？ 什么？ 答：快速以太网保留着传统以太网的所有 特征，包括相同的数据帧格式、 特征，包括相同的数据帧格式、介质访问控制 方法与组网方法。快速以太网将传输速率从普 方法与组网方法。 通以太网10Mbps提高到 提高到100Mbps，将每个比特 通以太网 提高到 ， 的发送时间由100ns降低到 降低到10ns。 的发送时间由 降低到 。
源节点 高速缓存 数据帧
交换机
端口－ 端口－地址表
高速缓存
目标节点
特点：误码率低，数据传输时延大。 特点：误码率低，数据传输时延大。
b. 直通交换方式 直通交换方式(Cuthrough)
源节点
交换机
端口－ 端口－地址表
目标节点
特点：误码率高，数据传输时延小。 特点：误码率高，数据传输时延小。 c. 无碎片直通交换方式(Modified Cutthrough) 无碎片直通交换方式
交换机
交换机
总线
5.4.2 局域网交换机 1. 局域网交换机工作原理 交换机检测从端口接收的数据帧中的源地址和目 标地址，根据“端口号/MAC地址映射表” 标地址，根据“端口号/MAC地址映射表”找出对应帧 /MAC地址映射表 的输出端口，从而实现端口之间数据直接传输，并可 的输出端口，从而实现端口之间数据直接传输， 在交换机多个端口之间进行并发数据传输。 在交换机多个端口之间进行并发数据传输。
（2）环型拓扑结构中的结点通过网卡，使用点 点线路连 ）环型拓扑结构中的结点通过网卡，使用点-点线路连 接构成闭合的环型。 接构成闭合的环型。环中数据沿着一个方向绕环逐站 传输。环型拓扑中的多个结点共享一条环通路， 传输。环型拓扑中的多个结点共享一条环通路，要确 定环中结点何时可以插入传送数据帧， 定环中结点何时可以插入传送数据帧，同样需要解决 介质访问控制的问题。 介质访问控制的问题。 （3）星型结构往往包含了逻辑结构和物理结构，逻辑结 ）星型结构往往包含了逻辑结构和物理结构， 构是指局域网的结点间相互关系， 构是指局域网的结点间相互关系，而物理结构是指局 域网的外部连接形式。逻辑结构属于总线型与环型的 域网的外部连接形式。 局域网，在物理结构上可以看成星型的， 局域网，在物理结构上可以看成星型的，最典型的是 总线型的以太网和环型的令牌环网。 总线型的以太网和环型的令牌环网。
以太网交换机工作原理讲义
? 交换机软件版本升级就是对这三类文件的更新 ? 方法就是用新的文件覆盖旧的文件。
引导文件
? 引导文件
– 是指引导交换机初始化等的文件，即我们通常说的ROM文件 – 在机架式交换机上通常为boot.rom一份文件 – 在盒式交换机上通常为boot.rom和config.rom两份文件。 – ROM文件保存在FLASH中 – 文件名固定为boot.rom和config.rom。
交换机数据转发
1
44
3
? 交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： – 交换机A学习源MAC地址和端口号
– 交换机A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1
? 主机11，收到数据帧
交换机数据转发原理 12－10
AA 端口3
A
端口1
端口2
分割冲突域
?为了提高传输效率，分割冲突域
冲突域1
冲突域2
......
冲突域3
交换机背板交换矩阵结构
?交换机的每个端口访问 另一个端口时，都有一条 专有的线路，不会产生冲 突。
冲突域与广播域
?广播域指接收同样广播消息的节点的集合，如：在该集合中的任 何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被 认为是该广播帧的一部分
单工、半双工与全双工
? 单工 – 只有一个信道，传输方向只能是单向的
例如：寻呼机
? 半双工
A
例如B：对讲机
– 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输
? 全双工
A
例如：电话 B
– 双信道，同时可以有双向数据传输
A
B
冲突与冲突域
以太网交换机工作原理
• 避免环路
通过阻塞某些冗余连接，可以避免网 络环路的产生，从而防止广播风暴。
• 自动发现
STP能够自动发现和配置网络中的冗 余连接。
• 灵活性
可以根据网络规模和拓扑结构调整 STP配置。
端口镜像技术
定义
端口镜像技术是一种将一个 或多个端口的数据流量复制 到一个监视端口，以便于分 析和故障排除的技术。
MAC地址表大小
MAC地址表大小是指交换机能够记录的MAC地址的数量 ，是衡量交换机扩展能力的重要指标。MAC地址表大小 越大，交换机的扩展能力越强。
03
以太网交换机的关键技术
VLAN技术
定义
VLAN（Virtual Local Area Network）技术是一种将局域网设备从 逻辑上划分成一个个独立的网段，从而实现虚拟工作组的技术。
以太网交换机工作原理
• 引言 • 以太网交换机的基本原理 • 以太网交换机的关键技术 • 以太网交换机的应用场景 • 以太网交换机的未来发展
01
引言
交换机的定义和作用
01
交换机是一种网络设备，用于连 接多个网络节点，实现数据交换 和传输。
02
交换机的作用是提供快速、可靠 的数据传输服务，提高网络性能 和稳定性。
• 数据监控
通过镜像技术，可以对网络 中的数据流量进行实时监控 和分析。
• 故障排除
当网络出现故障时，可以通 过镜像端口快速定位问题。
• 安全审计
可以用于安全审计和日志记 录等目的，提高网络安全性 和可追溯性。
04
以太网交换机的应用场景
企业网络中的应用
企业网络中，以太网交换机主要用于 连接各个终端设备，如计算机、打印 机、服务器等，实现快速、可靠的数 据传输。
以太网交换机工作原理
以太网交换机工作原理端口是交换机与其他网络设备连接的接口，可以是电缆插口或者无线信号接收器。
每个端口有一个唯一的物理地址，称为MAC地址。
交换矩阵是连接交换机各个端口的核心部件，它负责将数据包从一个端口转发到另一个端口。
交换矩阵可以通过多种技术实现，常见的有Shared Memory（共享内存）和Crossbar（交叉开关）。
MAC地址学习表是交换机用来记录端口与MAC地址之间的对应关系的表格。
当交换机接收到一份数据包时，会查看数据包中的源MAC地址，并将其与接收到数据包的端口对应起来，记录在学习表中。
这样在转发数据包时，交换机只需要查找目的MAC地址对应的端口即可。
转发表是交换机用来存储转发规则的表格。
转发表中记录了不同的目的MAC地址与相应的输出端口之间的对应关系。
当交换机接收到一份数据包时，会查询转发表，并根据目的MAC地址找到相应的输出端口，然后将数据包转发出去。
1.学习阶段：当交换机接收到一份数据包时，会查看数据包中的源MAC地址，并将其与接收到数据包的端口对应起来，记录在MAC地址学习表中。
如果学习表中已存在该MAC地址，则更新相应端口的记录。
2.转发阶段：当交换机接收到一份数据包时，会查询转发表，并根据目的MAC地址找到相应的输出端口，然后将数据包转发出去。
如果转发表中不存在目的MAC地址的记录，则进行广播操作，将数据包发送到所有其他端口上。
3.过滤阶段：交换机还可以对接收到的数据包进行过滤操作，根据设置的规则过滤掉无效的、不安全的或超出容量的数据包。
这可以提高网络的安全性和性能。
4.路由器连接：以太网交换机通常用于构建局域网，但如果需要连接到其他局域网或广域网，则需要通过路由器进行连接。
交换机和路由器之间的连接通常是通过一个特定的端口来实现的。
总结起来，以太网交换机通过学习和转发表格，实现数据包的转发和广播。
它可以提供高速、安全的网络连接，提高网络传输的可靠性和稳定性。
通过连接多个交换机和路由器，可以构建复杂的网络拓扑，满足不同规模和需求的网络通信。
以太网技术原理PPT课件
剩下的24位由厂商自己分配。
3.如果48位全是1，则表明该地址是广播地址。
4.如果第8位是1，则表示该地址是组播地址。
你知道为什么IP地址不像MAC 地址一样做成固定的？
2021/3/9
授课：XXX
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以太网帧结构
DMAC SMAC Length/T DATA/PAD
FCS
Ethernet_II 802.3
第二章 HUB和L2交换机出现 第三章 VLAN和L3交换机出现 第四章 GE/10GE以太网出现
2021/3/9
授课：XXX
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从同轴电缆到双绞线
• 80年代末期，非屏蔽双绞线（UTP）出 现，并迅速得到广泛的应用。UTP的巨 大优势在于：
– 价格低廉；
– 制作简单；
– 收发使用不同的线缆； 星– 形逻的辑物拓理拓扑扑依是旧如何是实总现线的？的—，—但物理拓扑变为
HUB设备工作原理：
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IN
2
OUT
3
OUT
4
OUT
5
OUT
HUB仅仅改变了以太网的物理拓扑
2021/3/9
授课：XXX
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冲突域
LAN
LAN
LAN
HUB
LAN
LAN
HUB对所连接的LAN只做信号的中继，所有的物理设备构成了一个冲突域。
2021/3/9
授课：XXX
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由HUB组建以太网的实质
• 实际上网络中由HUB组建以太网，仍然 存在以下缺陷：
2021/3/9
Length/Type值
含义
Length/T > 1500 代表了该帧的类型 Length/T <= 1500 代表了该帧的长度
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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。
通过这个动画演示，我们清晰地看到了以太网交换机是如何接收、
处理和转发数据帧的。
它利用转发表与广播操作的结合，实现了快速、精确的数据传输。
交换机在局域网中起到了关键的作用，提升了网络
的性能和可靠性。
希望这个动画演示能够帮助您更好地理解以太网交换机的原理。