数据链路层设备
二层交换机的工作原理
层交换技术是发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
具体的工作流程如下：（1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；（2）再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；（3）如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；（4）如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。
不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。
从二层交换机的工作原理可以推知以下三点：（1）由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过N×M，那么这交换机就可以实现线速交换；（2）学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小（一般两种表示方式：一为BEFFER RAM，一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量；（3）还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC （Application specific Integrated Circuit）芯片，因此转发速度可以做到非常快。
由于各个厂家采用ASIC 不同，直接影响产品性能。
以上三点也是评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数，这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。
（二）路由技术路由器工作在OSI模型的第三层---网络层操作，其工作模式与二层交换相似，但路由器工作在第三层，这个区别决定了路由和交换在传递包时使用不同的控制信息，实现功能的方式就不同。
二层交换机和三层交换机区别
一、bai指代不同
1、两层交换机：工作于OSI模型的第2层（du数据链路层），zhi 故而称为二层交换机。
dao
2、三层交换机：具有部分路由器功能的交换机，工作在OSI网络标准模型的第三层。
二、功能不同
1、两层交换机：属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
2、三层交换机：是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。
三、特点不同
1、两层交换机：二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交
换机总线带宽超过N×M，那么这交换机就可以实现线速交换。
2、三层交换机：对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。
二层交换机用于小型的局域网络。
这个就不用多言了，在小型局域网中，广播包影响不大
，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的
解决方案。
路由器的优点在于接口类型丰富，支持的三层功能强大，路由能力强大，适合用于大型的
网络间的路由，它的优势在于选择最佳路由，负荷分担，链路备份及和其他网络进行路由
信息的交换等等路由器所具有功能。
网络互连的层次和各层次连接使用的设备
网络互连的层次和各层次连接使用的设备网络互联是指：网络在物理上的连接,两个网络之间至少有一条在物理上连接的线路,它为两个网络的数据交换提供了物资基础和可能性,但并不能保证两个网络一定能够进行数据交换,这要取决于两个网络的通信协议是不是相互兼容。
网络互连的层次有：物理层、数据链路层、网络层、传输层及其以上高层。
网络互连的设备主要有：集线器，中继器，交换机，网桥，路由器等。
1.路由器（Router）：是用于连接多个逻辑上分开的网络，它能将不同网络之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。
逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网。
当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。
因此，路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。
路由器是属于网络应用层的一种互联设备，只接收源站或其他路由器的信息，提供网络间的分组转发功能，它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。
2．网关（Gateway）：是连接两个协议差别很大的计算机网络时使用的设备（通常由软件实现）。
它可以将具有不同体系结构的计算机网络连接在一起。
网关是网络连接设备的重要组成部分，它不仅具有路由的功能，而且能在两个不同的协议集之间进行转换，从而使不同的网络之间进行互联。
3.集线器（HUB）：属于数据通信系统中的基础设备，它和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。
它被广泛应用到各种场合。
集线器工作在局域网(LAN)环境，像网卡一样，应用于OSI参考模型第一层，因此又被称为物理层设备。
集线器内部采用了电器互联，当维护LAN的环境是逻辑总线或环型结构时，完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。
在这方面，集线器所起的作用相当于多端口的中继器。
其实，集线器实际上就是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。
408考研计算机网络——第三章 数据链路层
408考研计算机网络——第三章数据链路层第3章数据链路层结点：主机、路由器链路：网络中两个结点之间的物理通道，传输介质有双绞线、光纤和微波。
分为有线、无线链路数据链路：网络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报功能：为网络层提供服务、链路管理、组帧、流量控制、差错控制3.1 数据链路层的功能数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。
其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路·为网络层提供服务无确认无连接服务有确认无连接服务有确认面向连接服务·链路管理即连接的建立、维持、释放（用于面向连接的服务)·组帧（帧定界、帧同步、透明传输）封装成帧：在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。
接收端在收到物理层上交的比特流后，根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束首部和尾部包含许多的控制信息，他们的一个重要作用：帧定界（确定帧的界限）帧同步：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止。
最大传送单元MTU：帧的数据部分的长度上限透明传输：当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。
保证数据链路层的传输是透明的组帧的四种方法：字符计数法、字符（节）填充法、零比特填充法、违规编码法·流量控制限制发送方的数据流量，使其发送速率不超过接收方的接受能力✳对于数据链路层：控制的是相邻两结点之间数据链路上的流量对于传输层：控制源端到目的端之间的流量·差错控制位错：循环冗余校验CRC差错控制：自动重传请求ARQ帧错：定时器、编号机制*三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测3.2 组帧·字符计数法帧首部使用一个计数字段（第一个字节，八位）来标明帧内字符数。
51CTO下载-华为400题
B. 网络地址
C. 广播地址
D. 以上都不对
Answer: B
12. IP 地址132.119.100.200 的子网掩码是255.255.255.240，哪么它所在子网的广播地址是______。
A. 132.119.100.207
B. 132.119.100.255
C. 132.119.100.193
1 200.76.28.11 12289 100.0.0.1 1024 200.76.29.4 1024
VPN: 0, status: NOPAT, TTL: 00:01:00, Left: 00:00:59
1 200.76.28.11 12288 100.0.0.2 512 200.76.29.4 512
E. 修改接口GE0/0 的Cost 不影响OSPF 邻接关系的建立
Answer: BDE
21. 客户路由器的接口GigabitEthernet0/0 下连接了局域网主机HostA，其IP 地址为192.168.0.2/24；接口
Serial6/0 接口连接远端，目前运行正常。现增加ACL 配置如下：
_______端口应该被置为Blocking 状态。（选择一项或多项）
A. SWC 的P1
B. SWC 的P2
C. SWD 的P1
D. SWD 的P2
E. 信息不足，无法判断
Answer: BD
10. 配置交换机SWA 的桥优先级为0 的命令为______。
A. [SWA] stp priority 0
下配置：
那么关于上述配置描述正确的是_____。（选择一项或多项）
站控层交换机 原理
站控层交换机原理
站控层交换机属于数据链路层设备，主要传输数据帧，其封装的是MAC头部，主要包括源MAC和目的MAC地址，并具有差错检验功能。
具体来说，站控层交换机的工作原理如下：
1. MAC地址学习：交换机在初次启动时，会学习接收到数据帧的MAC地址，并将其与相应的接口编号存储在内部的MAC地址表中。
2. 广播未知数据帧：当交换机首次接收到一个目的MAC地址不在MAC地址表中的数据帧时，它会以广播的方式将此数据帧发送到所有接口，以便找到目的设备。
3. 接收方回应信息：当目的设备接收到广播数据帧后，会通过特定的回应机制告诉发送设备，使发送设备知道如何正确地发送数据帧。
4. 交换机实现单播通信：一旦交换机知道如何正确地发送数据帧，它就会使用单播方式进行通信，以减少对其他设备的干扰。
站控层交换机的MAC地址表中的条目并不会永远保存在MAC地址表中，
其默认的老化时间是300秒。
当某个MAC地址在300秒内没有被使用时，该条目将从MAC地址表中自动删除。
以上内容仅供参考，建议查阅站控层交换机相关书籍或咨询专业人士获取更全面和准确的信息。
数据链路层PPT课件
3.2 点对点协议 PPP—4帧格式
先发送
首部
FAC 7E FF 03
字节 1 1 1
协议 2
IP 数据报
信息部分 不超过 1500 字节 PPP 帧
尾部
FCS
F 7E
2
1
3.2 点对点协议 PPP—4帧格式
当 PPP 用在同步传输链路时 ，采用比特填充。
在发送端，只要发现有 5 个 连续 1，则立即填入一个 0 。接收端对帧中的比特流进 行扫描。每当发现 5 个连续 1时，就把这 5 个连续 1 后 的一个 0 删除，
1. 进行串行/并行转换 2. 对数据进行缓存 3. 在计算机的操作系统安装设备驱动程序 4. 实现以太网协议
40
3.3 使用广播信道的数据链路层—概述
IP 地址
计算机
硬件地址
CPU 和 存储器
并行 通信
适配器 （网卡）
至局域网 串行通信
生成发送的数据 把帧发送到局域网 处理收到的数据 从局域网接收帧
(1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制 (4)最大传送单元 (5)网络层地址协商
1. PPP 协议不需满足的需求 (1) 纠错
(2) 流量控制
3.2 点对点协议 PPP—3组成部分
PPP 协议有三个组成部分 1. 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法 2. 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol) 3. 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)
3.2 点对点协议 PPP—1应用范围
现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对 点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。
第二层交换机与路由器区别
第二层交换机与路由器区别
传统的交换机已经不能满足网吧网络的需求，现在都是第二层交换机，属于OSI第二层即数据链路层设备。
AD：传统的交换机已经不能满足网吧网络的需求，现在都是第二层交换机，属于OSI第二层即数据链路层设备。
作为网吧热点，小编主要说到的是网吧第二层交换机和路由器的区别是什么。
1.子网划分：交换机只能识别MAC地址。
MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC地址来划分子网。
而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。
2.回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。
一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。
而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。
3.广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。
整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。
而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。
4.负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。
而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。
网吧第二层交换机和路由器的区别主要就是以上的这些，网吧使用交换机是必须的，交换机最大的好处是快速，便于ASIC实现，因此转发速度极高，路由器也是必备的。
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端口的状态
100BaseT
Port 0 Switch X Default Priority 32768 MAC 0c0011111111
Designated Port (F)
Port 0
Root Port (F)
Switch Y Default Priority 32768 MAC 0c0022222222
Port 1
100BaseT
– 谁是根设备? – 谁是指示端口，非指示端口和根端口? – 哪个端口可以续传数据，哪个端口堵塞数据？
生成树举例
Switch Z MAC 0c0011110000 Default Priority 32768 Port 0
Designated port (F)
100BaseT
MAC地址表的不稳定性
Server/Host X Unicast Port 0 Router Y Segment 1 Unicast Port 0 Switch B Port 1 Segment 2
Switch A
Port 1
• • • • •
主机X发送一个数据帧给路由器Y 所有的交换机尚未学习到路由器Y的 MAC地址 交换机 A和 B 从端口0学习了主机X的MAC地址 数据帧被转发 交换机 A和 B 又错误地从端口1学习了主机X的MAC地址
0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444
B
E0 E2
E1 E3
0260.8c01.3333
C
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
• D 发送了一个广播数据帧 • 广播帧会向除了源端口外的所有端口转发
交换机工作原理
0260.8c01.4444
• 初始的MAC地址表是空的
地址学习
MAC Address Table E0: 0260.8c01.1111
A B
0260.8c01.1111
E0
E1
0260.8c01.3333
C
E2
E3
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
• 从A发送数据帧给C • 交换机从数据帧的源地址中学习A的MAC地址在E0端口
多环路问题
Broadcast Server/Host
Loop Loop
Loop
Workstations
• 复杂的拓扑结构造成了多环路问题
• 数据链路层没有一种机制能阻止这种循环
生成树协议(STP)
x
Block
• 物理上允许冗余循环连接，逻辑上通过对设 备端口的设置禁止循环连接
主要操作
• 选举“根”设备 • 在每一个不是根的设备选取一个对应根的端口 root port， 根端口可以传送数据 • 选取指示端口designated port ，每一个局域网网段只能有 一个指示端口；指示端口可以传送数据 • 其它端口不可以传送数据 100BaseT
802.3 ·× Ö é « ä é Ê ´ Ê ½ Ö
802.4 ·× Ö é « ä é Ê ´ Ê ½ Ö
数据链路层互联设备
交换机（Switch）
同传统的网桥一样，交换机也是一种在数据链 路层实现互连的存储转发设备。交换机按每一个包 中的MAC地址相对简单地决策信息转发。 交换机——硬件设备 网桥——软件实现 交换机的优点：交换机转发延迟较小，拥有更 多的端口。
Root bridge Port 1
Port 1
Designated Port (F)
10BaseT
x
Nondesignated Port (B)
确定根端口和指示端口
•根端口：在每一个不是根的设备选取根端口
– 从设备到根的最小路径所经过的端口
•指示端
– 根设备的所有端口都是指示端 – 每个网段上的指示端是网段上到根设备路径最短的端口 ；如果有多个端口有相同的最短路径，选择具有最小的 Bridge ID 设备上的端口 – 在每个网段上都有且只有一个负责在那个网段上续传帧 的指示端
B
0260.8c01.1111
E0
C
E2
X X
E1
0260.8c01.3333
D
E3
0260.8c01.4444
0260.8c01.2222
• 从A发送数据帧给C • 已知目的地址所在端口，数据帧不会向其它端口转发
广播帧
MAC Address Table
A
0260.8c01.1111
E0: E2: E1: E3:
Broadcast
Switch B
Segment 2
• 交换机不断地传播广播
同一个帧多个拷贝
Server/Host X
Unicast
Router Y
Segment 1
Switch A
Switch B
Segment 2
• 主机X发送一个数据帧给路由器Y • 所有的交换机尚未学习到路由器Y的 MAC地址
BPDU
Switch Y Default Priority 32768 (8000 hex) MAC 0c0022222222
• 交换网桥数据协议单元(BPDU)（默认每两秒发送一次） • 8字节的Bridge ID用来确定根：Bridge ID= piority+MAC地址 设备默认的priority 是32768 • 拥有最小Bridge ID的设备为根 • 如果一个以上的设备有相同的priority值，MAC地址最小的设备将为根
Ethernet Token Ring ... ø Å Í Ç ÷ú Ö » A ÷ú Ö » A ø ç ã Í Â ² LLC× ² Ó ã MAC× ² Ó ã ï í ã Î À ² Ö é ·× Ö é ·× 802.3 ·× Ö é 802.3 ·× Ö é 802.3 ·× Ö é 802.3 ·× Ö é ø Å Í Ç Ö é ·× 802.4 ·× Ö é 802.4 ·× Ö é ÷ú Ö » B Ö é ·× Ö é ·× 802.4 ·× Ö é 802.4 ·× Ö é á ã ½ µ B
Port 1
100BaseT
x
Nondesignated port (BLK)
• 最下面网段中，交换机X和Y到根设备具有同样的路径权值， 但交换机X的bridge ID较小，所以该网段的指示端口在交换机 X的Port 1端口
生成树端口的状态
•Blocking 锁定状态
20秒
•不会续传帧；侦听BPDU •当交换机打开时，所有的端口都处于锁定的状态 •侦听BPDU以确保在传输数据帧之前没有循环发生
Hub Bridge Switch
冲突域
1
广播域
4
4
1
1
1
数据链路层互联设备
冲突域
数据链路层互联设备
广播域
交换机的三个功能
• 地址学习 • 传送/过滤 • 避免回路
地址学习
MAC Address Table
A
B
0260.8c01.1111
E0 E2
E1 E3
0260.8c01.3333
C
D
0260.8c01.2222
Designated Port (F) Root Port (F)
Root Bridge
SW X SW Y Designated Port (F) Nondesignated Port (B)
Nonroot Bridge
x
10BaseT
选举“根”设备
Switch X Default Priority 32768 (8000 hex) MAC 0c0011111111
数据链路层互联设备
集线器与交换机性能之比较
–集线器的每个端口中连接的所有主机均属于同 一个冲突域
–交换机的每个端口中连接的所有主机属于各自 独立的冲突域
举例：一个10M的Hub，所有的端口共享这10M的 带宽，而一个10M的交换机，则是每个端口单独拥有 10M的带宽
数据链路层互联设备
网桥
交换机
数据链路层互联设备
网桥（Bridge）的基本特征
–网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、 不同传输介质与不同传输速率的网络；
–网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实 现互连的网络之间的通信；
–网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相 同的协议； –网桥有利于改善互连网络的性能与安全性。
数据链路层互联设备
生成树举例
Switch Z MAC 0c0011110000 Default Priority 32768 Port 0
100BaseT
Port 0 Switch X MAC 0c0011111111 Default Priority 32768 Port 1 Port 0 Switch Y MAC 0c0022222222 Default Priority 32768
Switch A
Switch B
Segment 2
主机X发送广播
广播风暴
Server/Host X Router Y Segment 1 Broadcast
Switch A
Switch B
Segment 2
主机X发送广播
广播风暴
Server/Host X
Router Y
Segment 1
Switch A
Port 0 Switch X MAC 0c0011111111 Default Priority 32768 Port 1
Root port (F)
Port 0