以太网交换机工作原理讲义
4.以太网及交换机的工作原理
局域网标准( ):IEEE802标准集 局域网标准( 续):IEEE802标准集
•IEEE802.1------局域网体系结构、寻址、网络互连与网络管理 •IEEE802.2-------逻辑链路控制(LLC)子层的功能与服务 •IEEE802.3-------以太网 CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范 •IEEE802.4-------令牌总线网 Token-Bus •IEEE802.5-------令牌环网 Token-Ring •IEEE802.6-------城域网 •IEEE802.7-------宽带局域网 •IEEE802.8-------光纤技术 FDDI •IEEE802.9-------综合数据话音网络 •IEEE802.10------网络安全与保密 •IEEE802.11------无线局域网 •IEEE802.12------需求优先 •IEEE802.13 ------(未使用) •IEEE802.14 ------电缆调制解调器 •IEEE802.15 ------无线个人网 •IEEE802.16 ------宽带无线接入 •IEEE802.17 ------可靠个人接入技术
交换机的工作原理 mac地址表的形成过程 mac地址表的形成过程 数据帧的转发/ 数据帧的转发/过滤
地址学习
MAC地址表 地址表 初始的MAC地 初始的MAC地 址表为空 E0: E1: E2: E3:
主机A： 主机 ： 00-D0-F8-00-11-11
E0
E1
主机B： 主机 ： 00-D0-F8-00-22-22
《交换机工作原理》课件
不同的应用场景需要不同数量和类型的端口配置。例如，大型数据中心可能需要大量的高速端口来支 持大规模的数据交换，而一般的办公室环境可能只需要少量的低速端口。
交换机的冗余设计
总结词
交换机的冗余设计是指交换机内部硬件 组件的备份和冗余，以确保交换机在部 分组件故障时仍能正常运行。
VS
详细描述
冗余设计可以提高交换机的稳定性和可靠 性。例如，某些高端交换机可能配备有电 源冗余、风扇冗余、控制引擎冗余等设计 ，以保障设备的持续运行。
02
交换机的工作原理
交换机的基本工作原理
交换机是一种基于MAC地址识别和完成数据交换的设备，它能够根据数据帧中的MAC地址，将数据从 一个端口转发到另一个端口。
交换机内部通常包含一个或多个交换芯片，这些芯片负责高速交换数据，确保数据能够快速地在交换机 内部传输。
交换机的转发方式通常采用存储转发或直通转发，其中存储转发方式能够检测数据帧中的错误，提高数 据传输的可靠性。
交换机的分类
总结词
交换机的分类
详细描述
根据不同的分类标准，交换机可以分为多种类型。按工作层次可分为二层交换机、三层交换机和多层交换机；按 传输速率可分为快速以太网交换机、千兆以太网交换机和万兆以太网交换机；按可管理性可分为可网管交换机和 非网管交换机；按端口类型可分为固定配置交换机和模块化交换机。
区的网络覆盖。
交换机支持多种协议和技术，如 VLAN、STP等，能够实现跨建 筑物的数据传输和网络安全控制
。
园区网中的交换机具备高带宽和 低延迟的特点，满足园区内各个
应用的需求。
数据中心中的应用
数据中心中，交换机主要用于 连接服务器和存储设备，提供 高速、可靠的数据传输服务。
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！。
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。
以太网交换机工作原理(与“交换机”有关文档共16张)
© 199第9, 1C页isc，o共Sy1s6t页em。s, Inc.
2-1
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
© 1999, Cisco Systems, Inc.
© 1999, Cisco Systems, Inc.
第13页，共16页。
ICND—2-13
广播域
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。
© 1999, Cisco Systems, Inc.
PCC
PCD
ICND—2-7
MAC地址表学习过程（1）
PCA
PCC
E1/0/1
E1/0/3
E1/0/2
E1/0/4
PCB
PCD
lPCA发出数据帧 l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
l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）
lPCA发出目的到PCD的单播数据帧 l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 l交换机不在其他端口上转发此单播数据帧
PCC PCD
© 1999, Cisco Systems, Inc.
第11页，共16页。
ICND—2-11
广播、组播和未知单播帧的转发
PCA
E1/0/1
ethernet switch工作原理
ethernet switch工作原理一、引言Ethernet switch（以太网交换机）是现代网络中常见的设备，它在局域网中起到连接多个设备的作用。
本文将介绍以太网交换机的工作原理，包括其基本功能、数据转发机制和工作模式。
二、基本功能以太网交换机是用来构建局域网（LAN）的关键设备之一。
它主要有两个基本功能：数据帧的转发和广播域的隔离。
1. 数据帧的转发当一个数据帧进入以太网交换机的端口时，交换机会读取帧中的目标MAC地址。
根据交换机的转发表，交换机会将该帧转发到相应的端口，以便达到目标设备。
这种转发方式被称为无碰撞、无冲突和无广播的点对点通信。
2. 广播域的隔离以太网交换机能够将局域网分割成多个互相隔离的广播域。
当一个设备发送广播帧时，交换机会将该广播帧发送到所有其他端口，以确保它能够被局域网中的所有设备接收到。
然而，交换机会阻止广播帧跨越不同的广播域，以避免广播风暴和网络拥塞。
三、数据转发机制以太网交换机的数据转发机制是其工作原理的核心。
它通过学习和转发机制来实现数据的高效转发。
1. 学习机制当一个数据帧进入交换机的端口时，交换机会将源MAC地址和其所在端口的映射关系记录在转发表中。
这个过程称为学习机制。
通过学习机制，交换机能够了解到哪个MAC地址位于哪个端口，从而在转发数据时能够快速定位目标端口。
2. 转发机制当交换机接收到一个数据帧时，它会通过目标MAC地址查找转发表，找到目标地址对应的端口。
如果转发表中存在该目标地址的记录，交换机会将数据帧转发到相应的端口。
如果转发表中不存在该目标地址的记录，交换机会将该数据帧广播到所有其他端口，以便学习到新的MAC地址。
四、工作模式以太网交换机有两种常见的工作模式：存储转发和剪辑转发。
1. 存储转发存储转发是一种保证数据帧完整性的转发模式。
当交换机接收到一个数据帧时，它会先将整个数据帧存储在缓冲区中，然后再进行校验和处理。
只有当数据帧没有错误时，交换机才会将该帧转发出去。
以太网交换机工作原理
以太网交换机工作原理
以太网交换机是一种网络设备，用于在局域网中传输数据。
它的工作原理是通过学习MAC地址和转发数据包来实现网络通信。
下面将详细介绍以太网交换机的工作原理。
首先，以太网交换机通过学习MAC地址来实现数据包的转发。
当一台计算机发送数据包到交换机时，交换机会学习该数据包中源MAC地址所对应的端口，然后将该地址和端口的对应关系存储在转发表中。
这样，当交换机收到目标MAC地址对应的数据包时，就能够根据转发表中的信息，直接将数据包发送到目标端口，而不是广播到所有端口。
其次，以太网交换机通过转发数据包来实现网络通信。
当交换机收到一个数据包时，它会首先检查数据包中的目标MAC地址。
如果目标MAC地址在转发表中有对应的端口信息，交换机就会将数据包直接转发到目标端口。
如果目标MAC地址不在转发表中，交换机就会将数据包广播到所有端口，以便获取目标MAC地址对应的端口信息。
此外，以太网交换机还支持虚拟局域网（VLAN）的功能。
VLAN
可以将一个物理局域网划分为多个逻辑局域网，不同的VLAN之间相互隔离，提高了网络的安全性和管理性。
交换机可以通过端口的划分来实现VLAN的功能，不同的端口可以属于不同的VLAN，从而实现不同VLAN之间的隔离通信。
总之，以太网交换机通过学习MAC地址和转发数据包来实现网络通信，同时支持VLAN的功能，提高了网络的安全性和管理性。
它是局域网中重要的网络设备，对于实现高效的数据传输和网络管理起着至关重要的作用。
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? 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
?如果冲突过多，则传输效率就会降低
主机A 主机B
主机C
......
冲突域
端口3 端口1
BB
dBata 端口2
在这个过程中，交换机的
MAC地址表中已经学到了需 要的条目，交换机通过单播的 方式，转发了数据帧
11
22
33
44
交换机数据转发原理 12－11
?交换机最终的MAC地址表
A
MAC地址
11 44 22 33
MAC地址
11 44 22 33
端口号
3 2 3 1
端口号
1 3 2 3
11
22
33
44
交换机数据转发原理 12－2
A
MAC1地1 址
端口1 号
? 交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： – 交换机A查找MAC地址表 – 交换机A学习主机11的MAC地址 – 交换机A向其他所有端口发送广播
交换机数据转发原理 12－3
AA 端口3
端口1dadtaAata 端口2
端口3 端口1
B
交换机数据转发原理 12－12
? 转发 – 交换机根据MAC地址表单播转发数据帧
? 学习 – MAC地址表是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成 的
? 广播 – 如果目标地址在MAC地址表中没有，交换机就向除接收到该数据 帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧
? 更新 – 交换机MAC地址表的老化时间是300秒 – 交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所 在端口不同，交换机将MAC 地址重新学习到新的端口
AA 端口3
端口1
端口2
端口3 端口1
BB 端口2
data
这时，主机44要给主机11发送一个数据
帧：
目标地址：11
11
源地址：22 44
33
44
交换机数据转发原理 12－8
MAC地址
端口号
B
11
3
44
2
? 交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：
– 交换机B学习源MAC地址和端口号
– 交换机B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3
?交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换机的所有端口属 于同一个广播域
冲突域 冲突域
广播
广播域
....
广播域
交换机内部交换方式 3－1
? 存储转发 发送
缓存
交换机
FCS 校验
接收
交换机内部交换方式 3－2
? 快速转发 发送
直接发送
交换机
接收
交换机内部交换方式 3－3
? 分段过滤（Fragment Free ）
发送
收到64字 节后发送
冲突 检测
交换机
接收
网络设备的基本存储组件
设备启动版本,不可更新删除，用于错误恢复等操作
3 NVRAM
1 BootROM
2 Flash
配置文件 Startup-config
SDRAM
动态表及其他运行信息 Running-config 等
软件版本 *.bin
交换机系统文件
? 交换机系统文件包括三类文件：
BB 端口2
11
22
33
44
交换机数据转发原理 12－4
MAC地址
端口号
B
11
3
data
? 交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：
– 交换机B查看MAC地址表
22
– 交换机B学习源MAC地址和端口号
– 交换机B向所有端口广播数据包
? 主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包
交换机数据转发原理 12－5
AA 端口3
A
端口1
端口2
data
BB 端口3
B 端口d1adtaata 端口2
11
22
33
44
交换机数据转发原理 12－6
data 在这个过程中33，交换机的 MAC地址表中没有需要的条 目，交换机通过广播的方式， 转发了数据帧
? 主机33，接收到数据帧 ? 主机44，丢弃数据帧
data
44
交换机数据转发原理 12－7
web语言、设备类型等基本显示信息 – 厂商设备配置文件保存在FLASH中，文件名固定为vendor.cfg。 – 提供给用户的文件名格式 – <厂商缩写>-<交换机型号>-<版本号>-vendor.cfg。
系统映像文件
? 系统映像文件
– 是指交换机硬件驱动和软件支持程序等的压缩文件 – 交换机系统映像文件保存在FLASH中 – 文件名缺省为nos.img。
厂商设备配置文件
? 厂商设备配置文件
– 交换机基本配置文件 – 在交换机系统映像文件启动时进行基本信息的动态显示与部分功
能模块的动态加载。 – 厂商设备配置信息一般包括厂商名称、厂商网址、web相关图片、
以太网交换机
? 交换机是用来连接局域网的主要设备
? 交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据， 因此交换机工作在数据链路层 ? 交换机分割冲突域，实现全双工通信
交换机数据转发原理 12－1
AB
AA
端口3
端口3
BB
端口1
data
端口2
端口1
端口2
主机11给主机33发送一个数据帧： 目标地址：33 源地址： 11