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关于以太网交换机大家有多少了解呢?光桥解析以太网交换机的工作原理

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浏览:- 发布日期:2018-09-25 16:03:16【

众所周知,以太网交换机有很多种类型。比如电话语言交换机、光纤交换机、以太网交换机等等,其中,以太网交换机是最为常见的。关于以太网交换机大家有多少了解呢?今天,我们就来详细了解下以太网交换机的工作原理。


以太网交换机的工作原理

共享式以太网与交换以太网的区别

在早期的共享式的以太网中,各个主机之间用的是同轴电缆进行通信,并且是共用一条同轴电缆,共用一条同轴电缆也就意味着这些主机都处在同一个冲突域中,何为冲突域?现在把同轴电缆比作一条车道,把终端比作车辆,但这条车道同时只能允许一台车辆通过,两台车辆同时上路是不是会撞车?是不是只能等这台车辆通过了才让下一辆车辆通过,上路的车辆越多通行的速度越慢,这就是为什么在冲突域网络中接入的主机越多速度也就越慢,因为局域网中所有的接入终端都共享总线的带宽,接入的终端越多每台终端的带宽也就越少,比如一条总线带宽的速率是100Mbps,这一条线路接入了两台主机,那么每台主机的速率是50Mbps,如果接入10台呢?那么每台主机能用的带宽是不是只有10Mbps了,是不是接入的主机越多速度越来越慢,局域网中的所有主机共享总线的带宽,这个时候的接入设备一般是HUB和集线器之类的物理层设备

到了后来的交换式以太网中的,交换机的各个端口隔离了冲突域保证了各个端口的独立带宽,就好比单车道升级多车道,各走各的互不影响,接入再多的终端也不会导致速率变慢,这个时候的接入设备一般是二层交换机和三层交换机

交换机的MAC地址学习过程

前面我们知道了交换机可以隔离冲突域,保证了各个终端的带宽互不影响,也就是说交换机进行了一个逻辑的转发过程,转发数据帧进行了有选择性的转发,而转发的依据就是MAC地址,何为MAC地址?MAC地址就是一台设备的物理地址,并且是固化在网卡的ROM芯片中不易修改的,并且每台设备的物理地址是该网络中独一无二的地址;然后在交换机中都有一个表,叫MAC地址表,这个表记录了MAC地址对应的出接口,就好像我可以查地图知道去你家的路怎么走;但是在交换机刚启动的时候这个表是空的,是空的怎么办?是不是得学?就好比人刚出生什么东西都不会,是不是得后天进行学习?交换机也是,在交换机启动后会有一个MAC地址学习的过程


以太网交换机的工作原理

图中的PCA发出一个数据帧,交换机收到这个数据帧的时候,会把PCA发出的数据帧中的源MAC地址与收到这个帧的端口关联起来记录到MAC地址表里面去,然后交换机把该数据帧从除了收到该数据帧的其它所有接口发送出去;同理,当PCB发送一个数据帧的时候,以太网交换机会把接收到的数据帧中的源MAC地址与收到该数据帧的接口绑定起来,然后记录到MAC地址表里面去,形成了一个MAC地址表。

交换机对数据的转发与过滤

单播帧的数据转发过程


以太网交换机的工作原理

图中的PCA向PCD发送一个单播数据帧,当交换机收到该数据帧的时候,交换机会根据数据帧中的目的MAC地址进行一个查表过程,当查到该MAC地址对应的是端口是E1/0/4的时候只会从E1/0/4这个端口发送出去,不会再从其他端口发送出去

广播帧与未知单播帧的转发过程


以太网交换机的工作原理

PCA发出一个目的地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF的广播帧,交换机收到该广播帧后会进行一个洪泛的处理,何为洪泛?洪泛就是当交换机收到一个目的地址为全F的数据帧时,交换机会把该数据帧从除了收到该数据帧的端口的其他端口都进行发送

未知单播帧也一样,PCA发送一个目的为该交换机中没有的地址,以太网交换机收到该数据帧时,会根据目的地址进行查表,但是MAC地址表中没有,这个时候以太网交换机也会进行洪泛的处理,交换机会把该数据帧从除了收到该数据帧的端口的其他端口都进行发送

以太网交换机的MAC地址表的默认老化时间是300S(5分钟)可以修改,MAC地址表没有确定数目,视交换机的MAC地址表容量而定,有8K的有16K的还有32K的

广播域

广播域就是说如果一台终端发出一个广播信号后能接收到这个信号的范围,通常来说一个局域网就是一个广播域。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。二层交换机和HUB物理层设备默认所有接口处于同一广播域下。

综上所述,我们知道了共享式以太网和交换式以太网的区别,我们知道共享式以太网中的所有终端共享总线带宽,并且处于同一冲突域和广播域中;交换式以太网各个终端带宽独立,并且各个终端处于独立的冲突域,但是交换式网络中各个端口默认处于同于=一广播域中。

还有交换机收到一个数据帧的时候会把该数据帧中的源MAC地址与收到该数据帧的端口进行绑定,然后会根据目的MAC地址进行一个查表的过程,如果该数据帧中的目的MAC地址能在交换机的MAC地址表中找到,那么会从该目的MAC地址对应的端口发送出去,如果目的地址是广播地址或者是未知单播地址,那么交换机会进行一个洪泛的过程,也就是以太网交换机会把该数据帧从除开收到该数据帧的端口以外所有的端口发送出去,这就是一个洪泛的过程;路由器或者三层交换机的三层接口属于独立的广播域,会终结这种洪泛的传播。推荐阅读:以太网交换机在智慧轨道交通中的应用分析

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