交换机工作原理(数据通信原理抓包展示)
交换机的工作原理
交换机的工作原理交换机是计算机网络中的核心设备之一，用于实现局域网内计算机之间的数据交换和通信。
它能够根据目的地址将数据包转发到正确的目标设备，提供高效的网络连接和通信服务。
下面将详细介绍交换机的工作原理。
一、交换机的基本原理1. 数据链路层交换机工作在OSI模型的第二层，即数据链路层。
它通过物理接口接收数据帧，解析帧头中的目的MAC地址，根据该地址进行转发决策。
2. MAC地址表交换机内部维护着一个MAC地址表，记录了连接到交换机的设备的MAC地址和对应的物理接口。
当交换机接收到一个数据帧时，它会检查帧头中的目的MAC地址，并在MAC地址表中查找该地址对应的接口。
如果找到匹配项，交换机会将数据帧转发到相应接口；如果找不到匹配项，交换机会将数据帧广播到所有接口（除了源接口）。
3. 学习过程当交换机接收到一个数据帧时，它会将源MAC地址和接收到该帧的接口添加到MAC地址表中。
这个过程称为学习。
通过学习过程，交换机逐渐建立起MAC地址表，提高了数据转发的效率。
4. 数据转发当交换机接收到一个数据帧时，它会根据目的MAC地址在MAC地址表中查找对应的接口。
如果找到匹配项，交换机会将数据帧仅转发到目标接口；如果找不到匹配项，交换机会将数据帧广播到所有接口（除了源接口）。
二、交换机的工作模式1. 存储转发存储转发是交换机最常见的工作模式。
在存储转发模式下，交换机会先接收完整的数据帧，并进行错误检测。
惟独当数据帧完整且无误时，交换机才会进行转发。
这种模式能够保证数据的完整性和可靠性，但延迟较高。
2. 直通转发直通转发是一种基于硬件的快速转发模式。
在直通转发模式下，交换机会在接收到数据帧的同时进行转发，无需等待整个数据帧接收完毕。
这种模式能够提供更低的延迟，适合于对实时性要求较高的应用场景。
三、交换机的性能指标1. 转发速率转发速率是衡量交换机性能的重要指标之一，通常以Mbps或者Gbps表示。
它表示交换机能够处理的最大数据量，越高越好。
交换机工作原理
交换机工作原理交换机是一种计算机网络设备，它用于在局域网中传输数据包。
它通过在不同设备之间建立连接并转发数据包，实现网络中不同设备之间的通信。
交换机工作原理主要包括帧转发、地址学习、广播和多播、虚拟局域网（VLAN）等方面。
1. 帧转发：交换机通过物理端口接收到数据帧后，会检查帧头中的目的MAC地址。
它会查询交换机的转发表，查找与目的MAC地址相关联的端口。
如果找到匹配项，交换机会将帧转发到相应的端口；如果没有找到匹配项，则交换机会将帧广播到所有端口（除了接收到该帧的端口）。
2. 地址学习：交换机会监视每一个物理端口接收到的帧，并提取帧头中的源MAC地址。
它会将源MAC地址与接收到该帧的端口相关联，并将这些信息添加到转发表中。
这样，在后续的数据传输中，交换机就能根据目的MAC地址查找到相应的端口。
3. 广播和多播：交换机会将广播帧转发到所有端口，以确保所有设备都能接收到广播消息。
而对于多播帧，交换机会根据多播组的信息，将其转发到相关联的端口。
4. 虚拟局域网（VLAN）：交换机支持虚拟局域网（VLAN）的功能，可以将局域网划分为多个逻辑上的子网。
每一个VLAN都有独立的广播域，可以实现不同VLAN之间的隔离。
交换机通过将端口与特定的VLAN关联，来实现数据的隔离和转发。
除了以上的基本工作原理，现代交换机还具备一些高级功能，如流量控制、链路聚合、安全策略等。
流量控制可以匡助交换机在网络拥塞时进行流量的管理和调整。
链路聚合允许多个物理链路组成一个逻辑链路，提高网络的可靠性和带宽。
安全策略可以匡助交换机实现访问控制、防止未经授权的访问等安全功能。
总结：交换机是计算机网络中重要的设备之一，它通过帧转发、地址学习、广播和多播、VLAN等工作原理，实现了局域网中不同设备之间的通信。
现代交换机还具备一些高级功能，如流量控制、链路聚合、安全策略等，以提高网络的性能和安全性。
简述交换机的工作原理
简述交换机的工作原理
交换机是一种网络设备，它在局域网中起着非常重要的作用。
它能够实现局域
网内部的数据交换和传输，是局域网中的核心设备之一。
那么，交换机的工作原理是怎样的呢？接下来，我们就来简要地介绍一下交换机的工作原理。
首先，交换机是一个多端口的设备，每个端口都可以连接一台计算机或其他网
络设备。
当数据从一个端口进入交换机时，交换机会根据数据包中的目的地址来决定将数据包转发到哪个端口。
这就是交换机的基本工作原理——根据目的地址进行数据包的转发。
在交换机内部，有一个地址表，用来记录每个端口所连接的设备的MAC地址。
当交换机接收到一个数据包时，它会查找地址表，找到目的地址对应的端口，然后将数据包转发到该端口。
如果地址表中没有目的地址的记录，交换机会将数据包广播到所有的端口上，以确保数据包能够到达目的地。
除了基本的数据转发功能，交换机还可以实现一些高级功能，比如虚拟局域网（VLAN）、链路聚合（LAG）等。
虚拟局域网可以将一个物理局域网划分成多个
逻辑上的局域网，不同的虚拟局域网之间相互隔离，提高了网络的安全性和灵活性。
链路聚合则可以将多个物理链路捆绑在一起，提高了网络的带宽和可靠性。
总的来说，交换机的工作原理是根据数据包中的目的地址来进行数据的转发和
处理，同时还可以实现一些高级的网络功能。
交换机作为局域网中的核心设备，起着至关重要的作用，它的性能和稳定性直接影响着整个局域网的运行效果。
因此，在设计和部署局域网时，需要根据实际需求选择合适的交换机，并合理地配置和管理交换机，以确保局域网的正常运行和高效传输。
交换机的工作原理
交换机的工作原理交换机是计算机网络中常见的网络设备，用于在局域网中传输数据包。
它的主要功能是根据目的MAC地址将数据包从一个端口转发到另一个端口，实现网络中不同设备之间的通信。
下面将详细介绍交换机的工作原理。
1. MAC地址表交换机内部维护着一个MAC地址表，记录了网络中每一个设备的MAC地址和对应的端口。
当交换机收到一个数据包时，会查找该数据包的目的MAC地址，然后根据MAC地址表确定将数据包转发到哪个端口。
如果MAC地址表中不存在目的MAC地址的记录，交换机会将数据包广播到所有的端口上，以便寻觅目的设备。
2. 学习过程交换机的学习过程是指当交换机收到一个数据包时，会将该数据包的源MAC 地址和对应的端口添加到MAC地址表中。
这样，交换机就可以根据MAC地址表来转发数据包，而不必每次都进行广播。
学习过程保证了交换机只将数据包转发到目标设备所在的端口，提高了网络的传输效率。
3. 转发过程当交换机收到一个数据包时，会首先检查数据包的目的MAC地址。
如果目的MAC地址在MAC地址表中存在，交换机会将数据包转发到对应的端口。
如果目的MAC地址在MAC地址表中不存在，交换机会将数据包广播到所有的端口上。
当目标设备收到广播的数据包后，会回应一个数据包，交换机会将该设备的MAC 地址和对应的端口添加到MAC地址表中，以后的通信就可以直接转发到该端口。
4. VLAN划分交换机还支持虚拟局域网（VLAN）的划分。
VLAN可以将一个物理局域网划分为多个逻辑上的局域网，不同的VLAN之间的通信需要通过路由器进行。
交换机可以根据数据包的VLAN标签来进行转发，从而实现不同VLAN之间的隔离和通信。
5. 速率控制交换机可以根据端口的速率进行流量控制。
当某个端口的输入流量超过了设定的阈值时，交换机会丢弃一部份数据包，以保证网络的稳定性和可靠性。
总结：交换机通过MAC地址表来转发数据包，学习过程可以自动更新MAC地址表，转发过程可以根据MAC地址表来确定转发的目标端口。
交换机的工作原理
交换机的工作原理交换机是一种计算机网络设备，用于在局域网（LAN）中传输数据。
它的主要功能是根据目的地MAC地址将数据包从一个端口转发到另一个端口，从而实现网络中不同设备之间的通信。
下面将详细介绍交换机的工作原理。
1. MAC地址和端口学习交换机通过学习每一个设备的MAC地址和对应的端口，建立一个MAC地址表。
当交换机收到一个数据包时，它会查找目的地MAC地址，并在MAC地址表中查找对应的端口。
如果表中有该MAC地址的记录，则交换机将数据包转发到相应的端口。
如果表中没有该MAC地址的记录，则交换机会将数据包广播到所有端口，以便让目的设备响应并将其MAC地址添加到MAC地址表中。
2. 广播和单播交换机根据数据包的目的MAC地址来决定是广播还是单播。
广播是将数据包发送到所有端口，而单播是将数据包发送到特定的端口。
当交换机收到一个广播数据包时，它会将其转发到所有端口，以便让所有设备都能接收到该数据包。
而当交换机收到一个单播数据包时，它会根据MAC地址表将其转发到目的设备所在的端口。
3. 碰撞域和广播域交换机可以将网络划分为多个碰撞域和广播域。
碰撞域是指当两个设备同时发送数据包时可能发生碰撞的范围。
由于交换机在不同端口之间进行数据转发，每一个端口都有自己的碰撞域，因此可以避免碰撞的发生。
而广播域是指广播数据包能够传播的范围。
交换机通过将广播数据包仅转发到需要接收该数据包的端口，有效地控制了广播域的范围。
4. VLAN虚拟局域网（VLAN）是一种将物理网络划分为多个逻辑网络的技术。
交换机可以支持VLAN功能，将不同的端口划分到不同的VLAN中，从而实现逻辑上的隔离。
VLAN可以提高网络的安全性和性能，并且可以根据需要进行灵便的网络配置。
5. QoS服务质量（QoS）是一种网络管理技术，用于提供不同优先级的数据传输。
交换机可以支持QoS功能，根据数据包的优先级进行排队和调度，以确保高优先级的数据能够得到及时传输，从而提高网络的性能和可靠性。
交换机的工作原理
交换机的工作原理交换机是计算机网络中的重要设备，用于实现局域网内计算机之间的数据交换和通信。
它通过接收和转发数据包来实现计算机之间的通信，并且能够根据目的地址将数据包转发到相应的目标设备。
交换机的工作原理可以分为以下几个方面：1. 数据链路层的处理：交换机工作在OSI模型的第二层，即数据链路层。
它通过物理接口接收到达的数据包，并根据帧头中的目的MAC地址来判断数据包的目标设备。
交换机会维护一个MAC地址表，记录着每个接口对应的MAC地址，以便进行目的地址的匹配。
2. 学习与转发：当交换机接收到一个数据包时，它会首先检查数据包的源MAC地址，并将该地址与接收到数据包的接口绑定，更新MAC地址表。
如果目的MAC地址在MAC地址表中存在，则交换机会将数据包转发到相应的接口；如果目的MAC地址不在MAC地址表中，则交换机会将数据包广播到所有接口，以便学习到目的MAC地址所在的接口。
3. 交换与过滤：交换机会根据目的MAC地址将数据包转发到相应的接口，而不是广播到所有接口。
这种交换方式称为单播。
同时，交换机还可以根据需要进行多播和组播的转发。
此外，交换机还可以根据网络管理员的配置，对某些特定的源MAC地址或目的MAC地址进行过滤，以实现网络安全策略。
4. 冲突域的划分：交换机能够将局域网划分为多个冲突域。
在传统的集线器（Hub）网络中，所有设备共享同一个冲突域，当多个设备同时发送数据时，会产生冲突，导致网络性能下降。
而交换机通过为每个接口创建独立的冲突域，可以避免冲突的发生，提高网络的传输效率。
5. VLAN的支持：交换机还可以支持虚拟局域网（VLAN）的划分。
VLAN将一个物理局域网划分为多个逻辑上的虚拟局域网，不同的VLAN之间的通信需要通过交换机进行路由。
VLAN的划分可以提高网络的安全性和管理性，同时也可以优化网络的性能。
总结起来，交换机的工作原理包括数据链路层的处理、学习与转发、交换与过滤、冲突域的划分以及VLAN的支持。
交换机的工作原理
交换机的工作原理交换机是计算机网络中常用的设备，用于在局域网中传输数据包。
它的工作原理是通过学习和转发数据帧来实现数据的传输和转发。
1. MAC地址表的建立和学习：交换机通过学习数据包中的源MAC地址来建立和更新MAC地址表。
当一个数据包到达交换机时，交换机会检查数据包中的源MAC地址，并将该地址与接收到数据包的接口相关联。
如果MAC地址表中已经存在该地址，则交换机会更新该地址对应的接口信息；如果MAC地址表中不存在该地址，则交换机会将该地址和接收到数据包的接口信息添加到MAC地址表中。
2. 数据帧的转发：当交换机收到一个数据帧时，它会查找目标MAC地址在MAC地址表中的对应接口信息。
如果目标MAC地址在MAC地址表中存在，则交换机会将数据帧转发到相应的接口；如果目标MAC地址在MAC地址表中不存在，则交换机会将数据帧广播到所有的接口（除了接收到该数据帧的接口）。
当目标主机响应该广播时，交换机会学习到目标主机的MAC地址，并将该地址与接收到数据帧的接口相关联。
3. 交换机的端口分类：交换机的端口可以分为两种类型：访问端口和特权端口。
访问端口用于连接主机或其他网络设备，它们只属于一个VLAN（虚拟局域网），并且只能传输属于该VLAN的数据帧。
特权端口用于连接其他交换机或网络设备，它们可以传输所有VLAN的数据帧。
4. 交换机的转发方式：交换机的转发方式可以分为两种：存储转发和直通转发。
存储转发是指交换机在转发数据帧之前会先接收并存储整个数据帧，然后再进行转发；直通转发是指交换机在接收到数据帧的同时进行转发，不需要先存储整个数据帧。
存储转发方式可以保证数据的完整性和可靠性，但会增加延迟；直通转发方式可以提高转发速度，但不能保证数据的完整性和可靠性。
5. 交换机的冲突域和广播域：交换机能够将局域网划分为多个冲突域，每个冲突域内的设备可以同时进行数据通信，而不会发生冲突。
交换机还能够减少广播域的范围，每个交换机端口都是一个广播域的边界，这样可以减少广播消息的传播范围，提高网络性能。
计算机网络__交换机工作原理
计算机网络交换机工作原理在前面了解到根据交换机在OSI参考模型中工作的协议层不同，将交换机分为二层交换机、三层交换机、四层交换机。
交换机工作的协议层不同，其工作原理也不相同。
下面我们将介绍各层交换机的工作原理。
1．二层交换机工作原理二层交换机能够识别数据包中的MAC地址信息，然后根据MAC地址进行数据包的转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在内部的地址列表中。
二层交换机的工作原理如下：当交换机从端口收到数据包后，首先分析数据包头中的源MAC地址和目的MAC地址，并找出源MAC地址对应的交换机端口。
然后，从MAC地址表中查找目的MAC地址对应的交换机端口。
如果MAC地址表中存在目的MAC地址的对应端口，则将数据包直接发送到该对应端口。
如果MAC地址表中没有与目的MAC地址的对应端口，则将数据包广播到交换机所有端口，待目的计算机对源计算机回应时，交换机学习目的MAC地址与端口的对应关系，并将该对应关系添加至MAC地址表中。
这样，当下次再向该MAC地址传送数据时，就不需要向所有端口广播数据。
并且，通过不断重复上面的过程，交换机能够学习到网络内的MAC地址信息，建立并维护自己内部的MAC地址表。
如图6-10所示，为二层交换机工作原理示意图。
图6-10 二层交换机工作原理2．三层交换机工作原理三层交换机是在二层交换机的基础上增加了三层路由模块，能够工作于OSI参考模型的网络层，实现多个网段之间的数据传输。
三层交换机既可以完成数据交换功能，又可以完成数据路由功能。
其工作原理如下：当三层交换机接收到某个信息源的第一个数据包时，交换机将对该数据包进行分析，并判断数据包中的目的IP地址与源IP地址是否在同一网段内。
如果两个IP地址属于同一网段，三层交换机会通过二层交换模块直接对数据包进行转发；如果两个IP地址分属不同网段，三层交换机会将该数据包交给三层路由模块进行路由。
当三层路由模块接收到数据包后，首先在其内部路由表中查看该数据包的目的IP地址与目的MAC地址是否存在对应关系。
交换机的工作原理
交换机的工作原理交换机的工作原理交换机的工作原理1一、交换机的工作原理1、交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。
2、交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。
3、如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。
这一过程称为泛洪(flood)。
4、广播帧和组播帧向所有的端口转发。
二、交换机的三个主要功能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。
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)。
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。
三、交换机的工作特性1、交换机的每一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域。
2、交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内，也就是说，交换机不隔绝广播(惟一的例外是在配有VLAN的环境中)。
3、交换机依据帧头的信息进行转发，因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备(此处所述交换机仅指传统的二层交换设备)。
四、交换机的分类依照交换机处理帧时不同的操作模式，主要可分为两类：存储转发：交换机在转发之前必须接收整个帧，并进行错误校检，如无错误再将这一帧发往目的地址。
帧通过交换机的转发时延随帧长度的不同而变化。
直通式：交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧，而无需等待帧全部的被接收，也不进行错误校验。
由于以太网帧头的长度总是固定的，因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。
五、二、三、四层交换机多种理解的说法：二层交换(也称为桥接)是基于硬件的桥接。
基于每个末端站点的唯一MAC地址转发数据包。
二层交换的高性能可以产生增加各子网主机数量的网络设计。
交换机工作原理(数据通信原理抓包展示)
实验报告实验拓扑：实验环境：Cisco Packet Tracer实时模式中建立拓扑，仿真模式中进行演示实验目标：了解交换机的工作原理了解交换机的工作流程了解数据链路层的功能Switch工作原理：转发，根据MAC表转发数据；学习：查看源目标地址，没有就学习，同时记录端口；广播：再查目标MAC地址，如果没有查到，就进行广播，查到了就、进行单播；更新：MAC老化时间为300秒。
Switch的作用：分割冲突域。
交换方式：存储转发、直接转发和分段转发。
OSI：交换机属于OSI七层模型里的第二层。
仿真ARP：进行仿真之前，先ping一下网络通与否如下，点击PC，desktop（桌面），run command prompt（运行命令提示）ping一下各PC的IP地址，看网络是否畅通（网络畅通显示如下）之后进入仿真模式，在edit filter（编辑筛选器）中选择ARP,ICMP.再次“ping”PC-0,到目标地址192.168.1.5首先，查看“信封”里的信息，白“信封”：OSI模型3层里包括了源地址、目标地址，和ICMP信息类型。
“Outbound PDU Details”中是数据包的详细内容。
如图所示：之后将数据发出，首先由switch0的端口1接收了这个帧，这时，可以看到OSI中的信息，包括源MAC地址，源IP地址和目标IP地址，接收端口为fastEthernet0/1，数据将要传输的路径端口为fastEthernet0/2和fastEthernet0/24,。
在“Inbound PDU Details”中，能看到源MAC，但看不到目标MAC，这说明switch0通过学习功能，学习到了源MAC，但没有学习到目标MAC。
在这个过程中，数据链路层也发挥了其作用——封帧。
如图所示：在没有目标MAC的情况下，switch0将进行广播，同时从fastEthernet0/2和fastEthernet0/24端口发出数据帧。
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实验报告实验拓扑：
实验环境：
Cisco Packet Tracer
实时模式中建立拓扑，仿真模式中进行演示
实验目标：了解交换机的工作原理
了解交换机的工作流程
了解数据链路层的功能
Switch工作原理：转发，根据MAC表转发数据；
学习：查看源目标地址，没有就学习，同时记录端口；
广播：再查目标MAC地址，如果没有查到，就进行广播，查到了就、
进行单播；
更新：MAC老化时间为300秒。
Switch的作用：分割冲突域。
交换方式：存储转发、直接转发和分段转发。
OSI：交换机属于OSI七层模型里的第二层。
仿真ARP：进行仿真之前，先ping一下网络通与否如下，
点击PC，desktop（桌面），run command prompt（运行命令提示）
ping一下各PC的IP地址，看网络是否畅通（网络畅通显示如下）
之后进入仿真模式，在edit filter（编辑筛选器）中选择ARP,ICMP.再次“ping”PC-0,到目标地址192.168.1.5
首先，查看“信封”里的信息，白“信封”：OSI模型3层里包括了源地址、目标地址，和ICMP信息类型。
“Outbound PDU Details”中是数据包的详细内容。
如图所示：
之后将数据发出，首先由switch0的端口1接收了这个帧，这时，可以看到OSI中的信息，包括源MAC地址，源IP地址和目标IP地址，接收端口为fastEthernet0/1，数据将要传输的路径端口为fastEthernet0/2和fastEthernet0/24,。
在“Inbound PDU Details”中，能看到源MAC，但看不到目标MAC，这说明switch0通过学习功能，学习到了源MAC，但没有学习到目标MAC。
在这个过程中，数据链路层也发挥了其作用——封帧。
如图所示：
在没有目标MAC的情况下，switch0将进行广播，同时从fastEthernet0/2和fastEthernet0/24端口发出数据帧。
如图所示：
由于PC1的IP地址是192.168.1.3，它不是目标地址从而被拒绝。
Switch1接到数据帧后，同switch0一样，通过学习知道了源MAC，但还不知道目标MAC，所以也要进行广播。
如图所示：
广播从switch1的fastEthernet0/1和fastEthernet0/2将数据帧传出，由于PC2的IP地址为192.168.1.4，不是目标地址而被拒绝（与PC1一样）。
所以收到数据的只有PC3，IP地址为
192.168.1.5
此时，便可查看目标MAC了，（目标MAC：0010.113C.2451），在“in layers”中，192.168.1.2作为源地址，192.168.1.5作为目标地址，而在“out layers”（传出数据）中，192.168.1.5是作为源地址，192.168.1.2作为目标地址（由于ping是双向的，因此PC0 ping PC3时，PC3收到包后要返回数据进行回应，整个过程才算完整。
通常情况下如果在PC0端看到ping包超时是由于发出数据后对方无回应；另一种情况，如果提示目标不可达是PC0端数据无法发出，可能就是配置或链路问题了）。
如图所示：
PC3传出数据包，目标地址为192.168.1.2
switch1接到数据，通过学习，也知道了源MAC(之前的目标MAC)：
0010.113C.2451，此时，知道了两个MAC地址，就不再进行广播，只进行单播。
如图所示：
进行单播：因为通过学习功能，switch1已经知道了双方的MAC地址，所以在进行单播的过程中数据帧就不经过switch1 fastEthernet0/1端口。
如图所示：
Switch0此时开始学习，也知道了MAC地址0010.113C.2451，同时，switch0还知道另外一个MAC地址00D0.583C.B20B（因为之前传输数据帧的时候就已经学习了）。
如图所示：
之后数据帧就不经过switch0 fastEthernet0/2端口，如图所示
从图中可以看到MAC0010.113C.2451>>00D0.583C.B20B，是由MAC地址为
C0010.113C.2451的主机将数据传给了MAC地址为00D0.583C.B20B的主机。
此后的传输就只进行单播了（仅限于PC0 to PC3，其他的先广播再单播，与上同理）。
如图所示：
广播演示：。