第2讲 交换机的基本工作原理
认识网络互联设备
路由器与网桥的区别
• 网桥独立于高层协议，它把几个物理网络连起 来后提供给用户的仍然是一个逻辑网络，用户 根本不知道有网桥存在；
• 路由器则利用互联网协议将网络分成几个逻辑 子网。路由器是面向协议的设备，能够识别网 络层地址，而网桥只能识别链路层地址或称 MAC地址 ，网桥对网络层地址视而不见。
(2) 根据总线，网卡可分为ISA、VESA、EISA、PCI、USB等接口类型。 USB接口网卡是最近几年才出现的产品，主要是为了满足没有内置网卡的笔 记本用户，它通过USB接口引出(如图4-7所示)。
图4-7 USB接口网卡
(3) 根据接口，网卡又可分为RJ45水晶口、BNC细缆口， AUI及FDDI等几类及综合了这几种插口类型于一身的二合一、三 合一网卡。
工作在数据链路层由于交换机中有端口与地址的对应表，因此 它能够将数据送往指定的端口，而其它端口可以继续向另外的端 口传送数据，从而避免了共享集线器同时只能有一对端口工作的 限制。对于一个N端口100 Mb/s的交换机而言，如果每两个端口相 互传送数据，由于每对端口在传送时都拥有100 Mb/s的频宽，因此 理论上可以获得的最大频宽为100×N/2(Mb/s)，如图5-16所示。但 是，如果有多个端口同时要传送数据到同一端口，此时将和共享 集线器一网桥
(a) 本 地 网 桥
网桥 x.25网 络
(b) 广 域 网 桥
图6-1 网桥示例
6.2 路由器
路由器(Router)工作在OSI参考模型中的第三层(网络层)，是 用于连接多个逻辑上分开的网络，经常使用在大型校园网和企 业网中。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。路由器 具有判断网络地址和选择数据传输路由的功能，它能在多网络 互连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。路由器工作在网络层，它只接收源站 或其他路由器的信息，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。
华为交换机的基本原理讲解
华为交换机的基本原理讲解华为交换机是一种用于实现网络通信的设备，它通过接收和转发网络数据包来实现不同设备之间的通信。
交换机的基本原理可以分为以下几个方面：1. 数据链路层：华为交换机工作在OSI模型的第二层，即数据链路层。
它通过物理接口连接到计算机、服务器、路由器等网络设备上，并且通过MAC地址来标识每个设备。
2. MAC地址学习：交换机通过学习网络中各个设备的MAC地址，建立一个MAC地址表。
当交换机接收到一个数据包时，它会查找目标MAC地址，并且将该数据包转发给目标设备。
通过学习和更新MAC 地址表，交换机可以根据MAC地址快速定位目标设备。
3. 数据转发：交换机通过查找MAC地址表，将数据包从一个接口转发到另一个接口。
交换机可以根据目标MAC地址进行直接转发，也可以使用虚拟局域网（VLAN）来划分网络，并实现不同VLAN之间的数据转发。
4. 广播和多播处理：交换机可以处理广播和多播数据包。
当交换机收到一个广播数据包时，它会将该数据包转发到所有其他接口，以便所有设备都能接收到广播消息。
而对于多播数据包，交换机会根据多播组成员的信息，将数据包只转发给加入了该多播组的设备。
5. 网络安全：华为交换机还具有一些网络安全功能，如端口安全、VLAN安全、访问控制列表（ACL）等。
这些功能可以帮助防止未经授权的访问和网络攻击，保护网络的安全性。
总结起来，华为交换机通过学习和转发数据包的方式实现不同设备之间的通信。
它利用MAC地址表来定位目标设备，并且支持广播、多播等特殊数据包的处理。
此外，交换机还提供一些网络安全功能，确保网络的安全性。
这些基本原理帮助交换机实现高效的数据转发和网络通信。
2-2第二章 PCM、数字交换及程控交换机组成
在保证小信号时的量化间隔相同的条件下， 7位非线 性编码与11位线性编码等效。
A律13折编码
8位码的安排
第1位码C1的数值“1”或“0”分别表示信号的正、负极性， 称为极性码。 第2至第4位码C2C3C4为段落码，代表8个段落的起点电平。 第5至第8位码C5C6C7 C8为段内码，这4位码的16种可能状态 用来分别代表每一段落内的16个均匀划分的量化级。
A律13折编码
注意：
•在13折线编码方法中，虽然各段内的16个量化级（将ＰＡＭ信号的幅 度变化范围划分为若干个小间隔，每个小间隔叫做一量化级）是均匀 的，但因段落长度不等，故不同段落间的量化级是非均匀的。 •第一、二段最短，只有归一化的1/128，再将它等分１６小段，每一 小段长度为1/2048，这是它最小的量化级间隔，它仅有输入信号归一 化值得1/2048，记为 ，代表一个量化单位；第八段最长，每一小段 归一化长度为1/32 ，包含64个最小量化间隔，记为64个量化单位。
1、数字交换-PCM -编码
A律13折线段落码编码方法
1、数字交换-PCM -编码
２、时分多路复用
同一信号的相邻两个样值 间都有一定的时间间隔， 在这个时间间隔中插入其 他路样值，就能以时间分 割的方式实现多路复用。 概念： 时分多路复用就是在一条 每个话路在一帧中所占用的 同一话路抽样两次的时间 信道的传输时间内，将若 时间称为时隙。用TS（Time 间隔或所有话路抽样一次 干离散信号的脉冲序列， Slot）表示。 的时间称为帧长。 经过分组、压缩、循环排 序，成为时间上互不重叠 的多路信号一并传输的方 式。
量化分类：
（１）均匀量化 （２）非均匀量化
1、数字交换-PCM -均匀量化
1、数字交换-PCM -均匀量化
路由器(Router)、集线器(Hub)交换机(Switch)的各自特点与区别
路由器（Router）、集线器（Hub）交换机（Switch）的各自特点与区别1.路由器（Router）是一种负责寻径的网络设备，它在互连网络中从多条路径中寻找通讯量最少的一条网络路径提供给用户通信。
路由器用于连接多个逻辑上分开的网络。
对用户提供最佳的通信路径，路由器利用路由表为数据传输选择路径，路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单，路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。
路由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息传递的路径，如果某一网络路径发生故障或堵塞，路由器可选择另一条路径，以保证信息的正常传输。
路由器可进行数据格式的转换，成为不同协议之间网络互连的必要设备。
路由器使用寻径协议来获得网络信息，采用基于“寻径矩阵”的寻径算法和准则来选择最优路径。
按照OSI参考模型，路由器是一个网络层系统。
路由器分为单协议路由器和多协议路由器。
Internet由各种各样的网络构成，路由器是其中非常重要的组成部分，整个Internet上的路由器不计其数。
Intranet要并入Internet，兼作Internet服务，路由器是必不可少的组件，并且路由器的配置也比较复杂。
（一）路由器的寻址和路由选择在互连网上交换信息的一个基本要求是每个站都具有可达的唯一地址。
像邮政编址类似，互连网地址也由几部分组成。
在互连网上，通常要求使用网络地址、主机地址和计算机上运行的应用。
规定了地址之后，接下来便是如何选择路径到达报文的终点。
路由选择涉及规定路由选择参数以及如何获得这些参数。
在互连网中使用的地址是32位的IP地址，该地址由网络号和主机号组成。
IP地址分为下述3类：A类地址使用7位来标识网络，24位用来规定网络上的主机；B类地址使用14位来标识网络，16位用来标识主机；C类地址使用21位来标识网络，8位用来标识主机。
路由器在选择路径时常用的算法有两种：一是距离向量；二是链路状态。
前一种由路由选择信息协议（RIP）使用，后一种由开放式最短路径优先协议（OSPF）使用。
光交换机 原理
光交换机原理
光交换机工作原理如下：
1. 数据传输方式：光交换机通过光纤传输数据，通过光电转换器将电信号转换为光信号发送出去，再通过光电转换器将接收到的光信号转换为电信号。
2. 数据交换：光交换机通过转发表（也称为MAC地址表）来
实现数据的转发和交换。
当一个数据包进入光交换机时，交换机会检查目标MAC地址，然后根据目标地址在转发表中查找
对应的端口信息。
3. 转发过程：在转发表中找到目标地址后，光交换机会将数据包从输入端口传输到对应的输出端口，实现数据的转发。
如果目标地址不在转发表中，光交换机会将数据包广播到所有端口上，以获取目标地址所在的网络。
4. 学习和更新：当光交换机接收到一个数据包时，它会检查源MAC地址，并将该地址与接收到此数据包的输入端口相关联。
通过这种方式，光交换机可以学习哪个MAC地址在哪个端口上，并在转发表中更新相应的信息。
5. 高效转发：光交换机通过硬件加速和并行处理来提高数据转发的效率。
它具有多个端口，可以同时处理多个数据包的转发请求，从而实现高速的数据交换。
6. 网络拓扑：光交换机的工作可以组成不同的网络拓扑结构，
如星型、环形等。
这些不同的拓扑结构可以根据网络的需求来选择，以满足网络通信的要求。
总之，光交换机是一种基于光纤传输的网络设备，通过光电转换器实现光信号和电信号之间的转换，利用转发表实现数据的转发和交换，从而提供高效、可靠的网络通信。
ADSL交换原理
好久没发贴，来给大家简单讲下ADSL的基本原理最近迷上了手机。
一天到晚二手论坛泡。
网络都好少来了。
来给大家简单讲讲ADSL的一些东西称不上深奥很简单的原理ADSL是铜缆接入非对称数字用户线路，亦可称作非对称数字用户环路。
是一种新的数据传输方式。
它因为上行和下行带宽不对称，因此称为非对称数字用户线环路。
它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。
即使边打电话边上网，也不会发生上网速率和通话质量下降的情况。
通常ADSL可以提供最高1Mbps的上行速率和最高8Mbps的下行速率（也就是我们通常说的带宽），此时线路已经无法提供正常的通话服务。
最新的ADSL2+技术可以提供最高24Mbps的下行速率，ADSL2+打破了ADSL接入方式带宽限制的瓶颈，使其应用范围更加广阔。
现在简单来说就广州地区电信有12M 8M 6M 4M 速率接入 2M已淘汰网通也就是联通来说有10M 6M 4M 三种不排除有特殊20以及24M特别套餐。
一般来说都是这些速率接入因为现时猫的最高同步速率可以接入24M的ADSL 但是因为线路损耗衰减之类的能达到一般就不错了。
不管是电信和网通他们都有一个汇聚机房通往他们总部的一个认证系统我们喊亚信系统这是一个认证帐号密码的系统相当于我们的PPPOE服务器然后系统下面是汇聚机房一般来说一个区有一个每个大型汇聚机房底下用光缆通往各个村子的机房或者PON设备如果是小区一般是直接汇聚通到小区现在小区基本是光纤接入没有AD 而光纤一般都是FTTH 也就是光纤到户这种不属于商业光纤的一般来说对做私人分组的不好用因为上传达不到和下载一样的速率。
也就是大型网吧接入的上下同等无连接数限制级别的商业光纤扯远了汇聚机房通往各个村子的机房。
为什么还要各个村子设立一个机房呢。
这个机房我们可以称之为交换机先看下机房这些机房可以称之为交换机的原因就是每条村子都有维护人员。
2.2计算机系统的互联(第2课时,教学设计)高一信息技术同步精讲教学设计(教科版2019必修2)
- 自主学习法：引导学生自主完成作业和拓展学习。
- 反思总结法：引导学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结。
作用与目的：
- 巩固学生在课堂上学到的网络互联知识点和技能。
- 通过拓展学习，拓宽学生的知识视野和思维方式。
- 通过反思总结，帮助学生发现自己的不足并提出改进建议，促进自我提升。
6. 信息社会责任：学生能够认识到网络安全和伦理问题的重要性，遵守计算机网络道德和法律法规，负责任地使用计算机网络技术，维护网络安全和利益。
七、典型例题讲解
1. 例题1：请解释网络互联的概念，并描述其目的和意义。
答案：网络互联是指将不同的计算机网络通过硬件设备和软件协议连接起来，实现资源共享和信息交流。其目的是为了扩大网络覆盖范围，提高网络性能和可靠性，实现不同网络之间的通信和协作。意义在于促进信息共享和交流，提高工作效率和生产力，推动信息化发展。
2. 例题2：请列举三种常见的网络互联硬件设备，并说明其作用。
答案：常见的网络互联硬件设备包括交换机、路由器和网卡。交换机用于连接局域网内的计算机，实现数据包的转发和过滤；路由器用于连接不同的局域网或广域网，实现数据包的传输和路由选择；网卡用于连接计算机和网络，将计算机数据转换为网络数据，实现计算机与网络的通信。
四、教学方法与手段
教学方法：
1. 讲授法：教师通过讲解和举例，向学生传授网络互联的概念、硬件设备的作用和功能、互联协议的工作原理以及互联技术的特点和应用场景。
2. 讨论法：学生分组讨论网络互联的相关话题，如互联协议的选择、无线网络技术的应用等，促进学生之间的交流和思考。
3. 实验法：学生通过实际操作网络设备，如配置交换机、路由器等，亲身体验网络互联的过程，加深对硬件设备和技术的理解。
交换机的安装与配置
中继器
集线器
网桥
交换机
相关知识
01.
中继器
02.
中继器(REPEATER) 是对信号进行再生
03.
和还原的网络设备，是 OSI 参考模型的物
04.
理层连接设备。适用于完全相同的两类网
05.
络的互连，主要功能是通过对数据信号的重
06.
新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。
中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，
核心层
汇聚层
接入层
网络规划图
接入层的设计 接入层位于网络拓扑结构的最底层，接入层交换机用于连接终端用户，端口密度一般比较高，并且应配备高速上连端口。一般可采用二层交换机。
汇聚层的设计 汇聚层交换机用于汇聚接入层交换机的流量，并上连至核心层交换机，一般采用三层交换机。这类交换机一般具有一定数量的高速端口，以提供较高的数据吞吐能力
否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个
ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模
块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并
回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二
层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向
B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息
得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三
项目：交换机的安装与配置
项目描述：要求设计一个结构清晰、易于扩展的交换机互联方案，满足校园网的规模的扩大及功能的增加，并一段时间内保持先进性。还要防止因单点失效造成全网瘫痪，即使出现单点失效也要将影响减到最小，可通过交换机的配置实现以上的目标。
项目分析 为了实现网络系统建设目标，使骨干网络系统具有良好的扩展性和灵活的接入能力，并且易于管理、易于维护，在组网设计上采用3层结构化设计方案：接入层、汇聚层和核心层。
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转发或滤除
当主机A发一个帧给主机B时，由于目的MAC地址（主 机B的MAC地址）已在MAC地址表中存在对应项，故交 换机将此帧直接发到B所在交换机的端口。而且交换机不 会再将帧发往其它端口，这样就节省了其它端口上的带宽 。这就是所谓的转发与过滤。
第2讲 交换机的基本工作原理
主要内容
❖ OSI参考模型第二层交换 ❖ 广播风暴 ❖ 交换机特性 ❖ 交换机的组成
OSI参考模型第二层交换
局域网交换技术是作为对共享式局域网提供有效的网段 划分的解决方案而出现的，它可以使每个用户尽可能地分 享到最大带宽。
交换机工作在在OSI七层网络模型中的数据链路层,因此 交换机对数据包的转发是建立在MAC（Media Access Control）地址基础之上的，对于IP网络协议来说，它是 透明的，即交换机在转发数据包时，不知道也无须知道信 源机和信宿机的IP地址，只需知其物理地址即MAC地址 。
交换式与共享式
以太网Ethernet 10
交换式以太网
10
同一时间只能有一个设备发送信息
HUB－物理层设备 属于同一冲突域
多个设备可同时发送信息
SWITCH－数据链路层设备 属于不同的冲突域
OSI参考模型第二层交换
交换机在操作过程当中会不断的收集信息去建立MAC 地址表称为地址学习，MAC地址表说明了某个MAC地址 是在哪个端口上被发现的，所以当交换机收到一个TCP／ IP数据包时，它会查看该数据包的目的MAC地址，然后 核对自己的MAC地址表以确认应该从哪个端口把数据包 发出去。这功能由ASIC(Application Specific Integrated Circuit)进行，因此速度相当快，一般只需 几十微秒，交换机便可决定一个IP数据包该往那里送。
交换机操作系统IOS
❖ IOS定义 它是一个与硬件分离的软件体系结构，随网络技 术的不断发展，可动态地升级以适应不断变化的 技术（硬件和软件）。IOS可以被视作一个网际 互连中枢：一个高度智能的管理员，负责管理的 控制复杂的分布式网络资源的功能。
❖ IOS功能： 运载网络协议和功能 对产生高速流量的设备进行连接 增加网络安全性 提供网络的可扩展性来简易化网络的增长和冗余问题 可靠的连接网络资源
❖ IOS版本 主要版本号 辅助版本号 维护版本号 例：IOS版本号为12.3(9)
广播风暴
广播风暴
当服务器想知道默认网关（路由器X）的MAC地址时 ，会起用ARP。那么一个ARP帧就是一个广播帧（目的 MAC地址为全1）。当交换机A收到后此帧就会转发到网 段2上。当交换机B收到后，又转发到网段1上，形成循环 ，这就是广播风暴，并且是双向循环。这极大的浪费了网 络资源。
避免循环机制可以通过阻塞（逻辑上）其中某一端口 （不允许接收帧和发送帧）来消除广播风暴问题.
思考
交换机的特性
地址学习 转发或过滤
地址学习
以太网交换机能够通过读取传送包的源——MAC地址和记 录帧进入交换机的端口来学习网络上每个设备的地址。然后 ，交换机把该信息加到它的转发数据库。地址是动态学习的 。这意味着，当读取新MAC地址时它们被学习并存储在CAM （Content-Addressable Memory，内容可寻址存储器）。 当在CAM中，没有找到的源被读取时，它被学习并存储以备 将来使用。
OSI参考模型第二层交换
当交换机收到一个目标地址未知的数据包，就 是说目的MAC地址不能在其MAC地址表中找到 时，交换机会把IP数据包从它每一个端口中送出 去。 所以第二层的交换机无法控制广播，用交换机分割 的网段虽然处于不同的冲突域中，但仍然处于同 一个广播域中。因此，需要第三层设备（如路由 器）来分割广播域。
交换机的启动过程
交换机加电后，运行步骤如下： • 执行通电自检POST诊断程序 • 执行引导程序，引导程序在FLASH闪存或其它地
方查找IOS映像文件 • 如果找到IOS映像文件则引导并运行IOS，否则运
行ROM监控程序 注：交换机在没找到CISCO IOS时，能从ROM启动
，并进入ROM监控模式，它是一种诊断模式。
Байду номын сангаас习
❖ 以太网交换机是按照 （11） 进行转发的。 （11）A．MAC地址 B．IP地
址 C．协议类型 D．端口号
交换机硬件组成
1. RAM:通常指动态存取存储器（DRAM），CPU执行 CISCO IOS(Internetwork Operating System)软件时 ，在RAM中存储，运行启动配置文件running-config 、ARP缓存等信息。
2. ROM：是交换机中由硬件实现的只读存储器，用于存放 通电自检诊断程序、引导程序、ROM监控
3. FLASH闪存：存放IOS映像文件。交换机关闭电源或重 新启动时，闪存中的内容保留不变。
4. NVRAM：存储startup-config文件，系统启动时将使 用该文件来配置软件。交换机关闭电源或重新启动时， NVRAM中的内容保留不变。