第11章 以太网交换机工作原理
以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理
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。
什么是以太网交换机？以太网交换机的工作原理详解！
什么是以太网交换机？以太网交换机的工作原理详解！以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网。
以太网交换机的结构是每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。
交换机能同时连通许多对端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无冲突地传输数据。
那么，以太网交换机的工作原理有哪些呢？以太网交换机工作原理以太网交换机工作于OSI网络参考模型的第二层（即数据链路层），是一种基于MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址识别、完成以太网数据帧转发的网络设备。
交换机上用于链接计算机或其他设备的插口称作端口。
计算机借助网卡通过网线连接到交换机的端口上。
网卡、交换机和路由器的每个端口都具有一个MAC地址，由设备生产厂商固化在设备的EPROM 中。
MAC由IEEE负责分配，每个MAC地址都是全球唯一的。
MAC 地址是长度为48位的二进制，前24位由设备生产厂商标识符，后24位由生产厂商自行分配的序列号。
交换机在端口上接受计算机发送过来的数据帧，根据帧头的目的MAC地址查找MAC地址表然后将该数据帧从对应端口上转发出去，从而实现数据交换。
交换机的工作过程可以概括为“学习、记忆、接收、查表、转发”等几个方面：通过“学习”可以了解到每个端口上所连接设备的MAC 地址；将MAC地址与端口编号的对应关系“记忆”在内存中，生产MAC地址表；从一个端口“接收”到数据帧后，在MAC地址表中“查找”与帧头中目的MAC地址相对应的端口编号，然后，将数据帧从查到的端口上“转发”出去。
交换机分割冲突域，每个端口独立成一个冲突域。
每个端口如果有大量数据发送，则端口会先将收到的等待发送的数据存储到寄存器中，在轮到发送时再发送出去。
好了，以上内容就是飞畅科技关于什么是以太网交换机？以太网交换机工作原理这个问题的相关详细介绍，希望能对大家有所帮助！。
第十一章以太网交换机工作原理
第⼗⼀章以太⽹交换机⼯作原理⼀、共享式与交换式以太⽹1.共享式以太⽹概述：共享式以太⽹的典型代表是使⽤10Base2/10Base5的总线型⽹络和以集线器（集线器）为核⼼的星型⽹络。
在使⽤集线器的以太⽹中，集线器将很多以太⽹设备集中到⼀台中⼼设备上，这些设备都连接到集线器中的同⼀物理总线结构中。
从本质上讲，以集线器为核⼼的以太⽹同原先的总线型以太⽹⽆根本区别。
2.共享式以太⽹⼯作特点集线器多⽤于⼩规模的以太⽹，由于集线器⼀般使⽤外接电源（有源），对其接收的信号有放⼤处理。
在某些场合，集线器也被称为“多端⼝中继器”。
集线器同中继器⼀样都是⼯作在物理层的⽹络设备。
3.共享式以太⽹存在的弊端由于所有的节点都接在同⼀冲突域中，不管⼀个帧从哪⾥来或到哪⾥去，所有的节点都能接受到这个帧。
随着节点的增加，⼤量的冲突将导致⽹络性能急剧下降。
⽽且集线器同时只能传输⼀个数据帧，这意味着集线器所有端⼝都要共享同⼀带宽。
4.交换式以太⽹概述交换式以太⽹是以交换式集线器（switching hub）或交换机（switch）为中⼼构成，是⼀种星型拓扑结构的⽹络。
简称为以交换机为核⼼设备⽽建⽴起来的⼀种⾼速⽹络，这种⽹络在近⼏年来运⽤得⾮常⼴泛。
5.交换式以太⽹的优点 在交换式以太⽹中，交换机的每个端⼝处于独⽴的冲突域中，终端主机独占端⼝的带宽。
交换式以太⽹不需要改变⽹络其它硬件，包括电缆和⽤户的⽹卡，仅需要⽤交换式交换机改变共享式HUB，节省⽤户⽹络升级的费⽤。
可在⾼速与低速⽹络间转换，实现不同⽹络的协同。
⼤多数交换式以太⽹都具有100MBPS的端⼝，通过与之相对应的100MBPS的⽹卡接⼊到服务器上，暂时解决了10MBPS的瓶颈，成为⽹络局域⽹升级时⾸选的⽅案。
它同时提供多个通道，⽐传统的共享式集线器提供更多的带宽，传统的共享式10MBPS/100MPS以太⽹采⽤⼴播式通信⽅式，每次只能在⼀对⽤户间进⾏通信，如果发⽣碰撞还得重试，⽽交换式以太⽹允许不同⽤户间进⾏传送，⽐如，⼀个16端⼝的以太⽹交换机允许16个站点在8条链路间通信。
以太交换机工作原理
以太交换机工作原理以太交换机是一种网络设备，用于在局域网中传输数据包。
它的工作原理是基于以太网技术，能够实现数据包的快速转发和交换。
本文将详细介绍以太交换机的工作原理，包括数据包的转发过程、交换机的工作模式和数据包的过滤功能。
1. 数据包的转发过程以太交换机通过学习和转发数据包来实现局域网中不同设备之间的通信。
当一台设备发送数据包时，交换机会根据数据包中的目标MAC地址来确定数据包的转发路径。
如果交换机已经学习到了目标设备的MAC地址，它会直接将数据包转发到目标设备所在的端口；如果交换机还没有学习到目标设备的MAC地址，它会将数据包广播到所有端口，以便目标设备能够收到数据包并进行响应。
当目标设备响应后，交换机会学习到目标设备的MAC地址，并将其记录在转发表中，以便下次能够直接转发数据包。
2. 交换机的工作模式以太交换机有两种工作模式：存储转发模式和直通模式。
在存储转发模式下，交换机会先接收整个数据包，然后进行校验和处理，最后再将数据包转发出去。
这种模式可以确保数据包的完整性和正确性，但会增加延迟。
在直通模式下，交换机会在接收到数据包的同时进行转发，这样可以减少延迟，但无法进行校验和处理。
根据实际需求，用户可以根据需要选择不同的工作模式。
3. 数据包的过滤功能以太交换机还具有数据包的过滤功能，可以根据源MAC地址、目标MAC地址、源IP地址、目标IP地址等信息对数据包进行过滤和转发。
通过设置不同的过滤规则，用户可以实现对特定数据包的转发控制，从而提高网络的安全性和效率。
例如，用户可以设置只允许特定MAC地址的设备进行通信，或者禁止某些IP地址的设备进行通信。
总之，以太交换机是一种能够实现数据包快速转发和交换的网络设备，其工作原理基于以太网技术，包括数据包的转发过程、交换机的工作模式和数据包的过滤功能。
通过了解以太交换机的工作原理，用户可以更好地理解和使用这种网络设备，提高局域网的通信效率和安全性。
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。
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。
X00030001 第11章 以太网交换机工作原理
杭州华三通信技术有限公司
MAC Address Table MAC Address MAC_A Port E1/0/1
PCA E1/0/1 E1/0/2 PCB E1/0/3 E1/0/4
PCC
PCD
PCA发出数据帧 发出数据帧 交换机把PCA的帧中的源地址 的帧中的源地址MAC_A与接收到此帧的端口 交换机把 的帧中的源地址 与接收到此帧的端口 E1/0/1关联起来 关联起来 交换机把PCA的帧从所有其他端口发送出去（除了接收到帧的 的帧从所有其他端口发送出去（ 交换机把 的帧从所有其他端口发送出去 端口E1/0/1） 端口 ）
PCC
PCD
PCB、PCC、PCD发出数据帧 、 、 发出数据帧 交换机把接收到的帧中的源地址与相应的端口关联起来
目录
共享式与交换式以太网 交换机的MAC地址表学习过程 地址表学习过程 交换机的 交换机对数据帧的转发和过滤 广播域
单播帧的转发
MAC Address Table MAC Address MAC_A MAC_B MAC_C MAC_D Port E1/0/1 E1/0广播域
Hub
二层交 换机
广播域
PCA
PCB
PCC
PCD
路由器或三层交换机的三层接口处于独立的广播域中， 路由器或三层交换机的三层接口处于独立的广播域中，终 端主机发出的广播帧在三层接口被终止。 端主机发出的广播帧在三层接口被终止。
本章总结
共享式以太网中所有终端共享总线带宽， 共享式以太网中所有终端共享总线带宽，交换式以 太网中每个终端处于独立的冲突域 交换机根据接收到的数据帧的源地址进行MAC地 地 交换机根据接收到的数据帧的源地址进行 址表的学习 交换机根据MAC地址表对数据帧进行转发 地址表对数据帧进行转发 交换机根据 路由器或三层交换机的三层接口属于独立的广播域
以太网交换机的工作原理及功能
以太网交换机是数据链路层的机器，是基于以太网传输数据的交换机，使用物理
地址(MAC地址)，48位，6字节。
其工作原理为：当接受到一个广播帧时，它会向除接受端口之外的所有端口转发。
当接受到一个单播帧时，检查其目的地址并对应自己的MAC地址表，如果存在目的地址，则转发，如果不存在则泛洪(广播)，广播后如果没有主机的MAC地址与帧的目的MAC地址相同，则丢弃，若有主机相同，则会将主机的MAC自动添加到其MAC地址
表中。
交换机分割冲突域，每个端口独立成一个冲突域。
每个端口如果有大量数据发送，则端口会先将收到的等待发送的数据存储到寄存器中，在轮到发送时再发送出去。
以太网交换机的应用非常广泛，在大大小小的局域网中都可以见到它们的身影。
例如丰润达系列以太网交换机，性能稳定，档次齐全，价格优势，应用最为普遍。
另
外以太网交换机端口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M、1000M的带宽、提供半双工、全双工、自适应的工作方式等。
以太网交换机的主要功能：
1、学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的
端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
2、转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口(如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)。
3、消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。
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交换机刚启动时，MAC地址表内无表项
MAC地址表学习过程（1）
MAC Address Table MAC Address MAC_A Port E1/0/1
PCA E1/0/1 E1/0/2 PCB
PCC E1/0/3 E1/0/4 PCD
PCA发出数据帧 交换机把PCA的帧中的源地址MAC_A与接收到此帧的端口 E1/0/1关联起来 交换机把PCA的帧从所有其他端口发送出去（除了接收到帧的 端口E1/0/1）
PCA E1/0/1 E1/0/2 PCB E1/0/3 E1/0/4
PCC
PCD
交换机会把广播、组播和未知单播帧从所有其他端 口发送出去（除了接收到帧的端口）
目录
共享式与交换式以太网 交换机的MAC地址表学习过程 交换机对数据帧的过滤与转发 广播域
广播域
目录
共享式与交换式以太网 交换机的MAC地址表学习过程 交换机对数据帧的过滤与转发 广播域
MAC地址表初始化
MAC Address Table MAC Address Port
PCA E1/0/1 E1/0/2 PCB E1/0/3 E1/0/4
PCC
PCD
三层交换机
广播域
广播域
Hub
二层交 换机
广播域
PCA
PCB
PCC
PCD
路由器或三层交换机的三层接口处于独立的广播域中，终 端主机发出的广播帧在三层接口被终止。
本章总结
共享式以太网中所有终端共享总线带宽，交换式以 太网中每个终端处于独立的冲突域 交换机根据接收到的数据帧的源地址进行MAC地 址表的学习 交换机根据MAC地址表对数据帧进行转发 路由器或三层交换机的三层接口属于独立的广播域
PCA E1/0/1 E1/0/2 PCB E1/0/3 E1/0/4
PCC
PCD
PCA发出目的到PCD的单播数据帧 交换机根据帧中的目的地址，从相应的端口E1/0/4发送出 去 交换机不在其他端口上转发此单播数据帧
广播、组播和未知单播帧的转发
MAC Address Table MAC Address MAC_A MAC_B MAC_C MAC_D Port E1/0/1 E1/0/2 E1/0/3 E1/0/4
以太网交换机工作原理
ISSUE 1.0
日期： 杭州华三通信技术有限公司 版权所有，未经授权不得使用与传播
课程目标
学习完本课程，您应该能够：
了解共享式以太网和交换式以太网的区别 掌握交换机中MAC地址表的学习过程 掌握交换机的过滤、转发原理 掌握广播域的概念
目录
共享式与交换式以太网 交换机的MAC地址表学习过程 交换机对数据帧的过滤与转发 广播域
MAC地址表学习过程（2）
MAC Address Table MAC Address MAC_A MAC_B MAC_C MAC_D Port E1/0/1 E1/0/2 E1/0/3 E1/0/4
PCA E1/0/1 E1/0/2 PCB E1/0/3 E1/0/4
PCC
PCD
共享式以太网
同轴电缆 Hub
冲突域
冲突域
共享式以太网中，所有的终端主机都处于同一个冲突域 中，局域网中的所有接入终端共享总线的带宽。
交换式以太网
冲突突域
冲突域 冲突域
冲突域
在交换式以太网中，交换机的每个端口处于独立的冲突 域中，终端主机独占端口的带宽。
PCB、PCC、PCD发出数据帧 交换机把接收到的帧中的源地址与相应的端口关联起来
目录
共享式与交换式以太网 交换机的MAC地址表学习过程 交换机对数据帧的转发和过滤 广播域
单播帧的转发
MAC Address Table MAC Address MAC_A MAC_B MAC_C MAC_D Port E1/0/1 E1/0/2 E1/0/3 E1/0/4
杭州华三通信技术有限公司