以太网交换机自学习算法及可视化

设计题目: 以太网交换机自学习算法及可视化学院：专业年级：学号：姓名：指导教师、职称：目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2课题研究的目的与意义 (1)1.3程序开发工具简介 (1)1.3.1 C#简介 (1)1.3.2 visual studio简介 (2)1.3.3 程序开发环境 (2)2相关原理简介 (3)2.1工作原理 (3)2.2自学习能力 (3)2.3过滤/转发 (3)2.4单播 (4)2.5广播 (4)2.6交换机的局限性 (4)2.6.1广播风暴 (4)2.6.2广播通信量的增长 (4)2.6.3有毒分组[10] (4)3 总体设计 (5)3.1设计思路 (5)3.2模块设计 (5)3.2.1信息选择模块 (5)3.2.2 转发表（监视）的操作模块 (6)3.2.3发送单播广播的操作模块 (7)3.2.4主机添加模块 (7)4 程序的实现与测试 (9)4.1程序调试/测试 (9)4.1.1程序调试................................................................................................. 错误!未定义书签。

4.1.2软件测试................................................................................................. 错误!未定义书签。

4.2自学习 (9)4.3多播、广播 (13)4.4主机添加 (15)结束语 (18)参考文献 (20)附录： (22)摘要交换机自学习的模拟程序设计，使交换机的工作进程模拟出来，同时让交换机的自学习、过滤、转发的理解更容易，更方便，更直观，同时此程序浏览起来简洁方便，给用户的学习理解带来了便捷。

本系统使用Visual Studio 2008 作为开发软件，使用C#为开发工具，实现了交换机的工作原理模拟，转发表的更新，转发表的查询以及单播、广播的信息发送。

本文从分析课题的题目背景、题目意义、题目要求等出发，分别从需求分析、总体设计、详细设计、测试等各个方面详细介绍了系统的设计与实现过程，最后对程序的完成情况进行了总结。

关键词：交换机；自学习；转发表；可视化；AbstractSwitches from the study of simulation program design can make the switch working process is simulated,and make self learning,filtering,and switches forward understanding more easily,more convenient,more intuitive.This program is concise and convenient to browse and brought convenient to users' learning to understand.The system Visual Studio 2008 as a software development,using c# asdevelo-pment tool,to achieve the working principle of simulation of switch,and forwarding update and forwarding form's query,as well as unicast, broadcast messages.Based on the analysis topic subject background, meaning, subject requirements.Respectively from the demand analysis,overall design,detailed design, testing various aspects,introducing the system design and implementation process.The last summary the completion of the program. Key words :The switch; Self learning; Turn published; Visualization;1引言1.1 课题背景随着经济的发展，社会的进步，互联网已经普及到千家万户，对于互联网的学习和了解已经越来越迫切。

此程序的开发，可以简洁方便的了解互联网的协议的交换机的模拟，通过操作的过程，可以深入的了解交换机的工作过程和原理，通过简单的界面操作把书本中的知识迅速的转化为自己的技能。

本程序可以最大限度的了解此协议，高效率的完成学习的目的。

在数据链路层扩展要以太网要使用交换机。

交换机工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤[1]。

以太网交换机实质上就是一个多接口网桥，和工作在物理层的转发器和集线器有很大的差别，此外，多接口交换机的每个接口都直接与一个单个主机或另一个集线器相连，并且一般都工作在全双工方式。

当主机需要通信时，交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞地传输数据。

其内部的帧转发表也是通过自学习算法逐渐建立起来的。

本课题便是基于交换机的自学习算法展开，依托于C#模拟交换机自学习过程以及模拟单播广播[2]。

1.2课题研究的目的与意义本设计主要是将书本上的理论通过编程展示出来，以便更好让读者了解交换机自学习算法的过程。

在计算机网络的学习中，两个主机之间的数据传输总是在一段一段的链路上传送，在两个相邻结点之间传送数据是直接传送的，这就需要使用专门的链路层的协议，在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上“透明”地传输帧中的数据。

这样的一个界面我们可以清楚地测试交换机的自学习以及转发帧的过程，还有转发表的形成，展现了数据链路层，当交换机收到一个帧，根据目的MAC地址，进行单播或者广播，即一对一通信，或者发送给本局域网上所有站点的帧。

1.3程序开发工具简介1.3.1 C#简介我们所做的多接口交换机自学习算法是用C#语言编写。

所以，在这里我介绍一下C#语言。

C#是在之前的开发语言的基础上推出的一种最新的、面向对象的编程语言。

其具有强大完善的功能，能够方便编写各种基于Microsoft .NET平台的应用程序， 平台依靠其强大的服务工具给编程人员的开发带来便利[3]。

应该看到C#拥有众多的工具，简单便利的语言结构，使其成为众多面向对象工具的代表，在构建各类组件时，使用C#能够使程序员方便地将各类运用转化为XML网络服务，而不受语言与操作系统的兼容限制。

正是由于C#的这些特点，使它成为程序员构建各类程序主要组件的首要选择[4]。

1.3.2 visual studio简介Microsoft Visual Studio 2008是面向Windows Vista、Office 2007、Web 2.0的下一代开发工具,代号“Orcas”，是对Visual Studio 2005一次及时、全面的升级。

VS2008引入了250多个新特性，整合了对象、关系型数据、XML的访问方式,语言更加简洁。

使用Visual Studio 2008可以高效开发Windows应用。

设计器中可以实时反映变更,XAML中智能感知功能可以提高开发效率。

同时Visual Studio 2008支持项目模板、调试器和部署程序。

Visual Studio 2008可以高效开发Web应用，集成了 AJAX 1.0，包含 AJAX项目模板，它还可以高效开发Office应用和Mobile应用。

1.3.3 程序开发环境操作系统：Microsoft Windows 7开发工具：C＃开发平台：Microsoft Visual Studio 20082相关原理简介2.1工作原理交换机监听它连接的每个网段上的传输数据，它将每个数据帧的地址和自身软件的一个地址表进行比较。

当一个数据帧的目的地址和它的源地址是在不同的网段时，交换机将该帧转发到与目的网段相连的端口[5]。

由于只转发目的地址在其他网段的数据帧，交换机增加了整个网络吞吐率的有效性。

交换机并不查看帧的内容，只检查帧头中包含的自知并在需要的时候转发它们。

交换机具有有效性：可以过滤通信量，增大吞吐量。

交换机工作在链路层的MAC子层，可以是以太网各网段成为隔离开的碰撞域。

如果把交换机换成工作在物理层的转发器，那就没有这种过滤通信量的功能。

不同网段上的通信不会相互干扰。

同时交换机具有扩大了物理范围，因而也增加了整个以太网工作站的最大数目的作用[6]。

交换机具有可靠性，提高了可靠，当网络出现故障时，一般只影响个别网段。

并且交换机具有互联性，可互联不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。

2.2自学习能力若从某个站点A发出的帧从接口x进入了某网桥，那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到站点A.所以交换机只要每收到一个帧，就记下其源地址和进入交换机的接口，作为转发表中的一个项目。

应当注意的是转发表中并没有“源地址”这一栏，而只有“地址”这一栏。

在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面[7]。

当交换机接收到一个数据帧时，它将其源地址和自身的地址转发表进行比较。

若源地址不在转发表中，交换机会将它加入，同时加入的还有接收该数据帧的端口号。

由于交换机具有这样的自学习能力，交换机学习然后知道了网络中主机的地址，新的主机可以自动添加到网络中而不必花人工去配置每个交换机，最后交换机学习并知道所有连接其端口的MAC地址[8]。

2.3过滤/转发交换机将收到的每个帧的目的地址和自身的地址转发表进行对比。

如果目的地址和源地址在同一个网段，交换机就会将此帧过滤掉，即丢弃该帧[9]。

如果目的地址和源地址不在同一个网段上，交换机就会查出哪个端口将会接收该目的地址，并将该帧转发到相应的端口。

如果目的地址不在转发表中，交换机将此帧转发除接收端口以外的所有端口。

2.4单播单播即一对一通信，主机之间一对一的通讯模式，网络中的交换机和交换机对数据只进行转发不进行复制。

如果10个客户机需要相同的数据，则服务器需要逐一传送，重复10次相同的工作。

但由于其能够针对每个客户的及时响应，所以现在的网页浏览全部都是采用单播模式。