SJYF-CT0103-C1 交換機(jī)工作原理課件

1、交換機(jī)工作原理V1.0數(shù)據(jù)用服部學(xué)習(xí)目標(biāo)了解以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)熟悉以太網(wǎng)交換機(jī)結(jié)構(gòu)及原理掌握以太網(wǎng)交換機(jī)工作流程課程內(nèi)容第一章 以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)第二章 VLAN基礎(chǔ)知識(shí)第三章 以太網(wǎng)交換機(jī)原理及結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容第一章 以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 以太網(wǎng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 第二節(jié) 以太網(wǎng)的基本概念 第三節(jié) 以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)發(fā)展歷史20世紀(jì)60年代末：Norman Abramson提出使用共享的公共傳輸信道思想，成為以太網(wǎng)中的關(guān)鍵概念之一。1972-1977：在Norman Abramson理論基礎(chǔ)上Xerox PARC創(chuàng)建首臺(tái)以太網(wǎng)，在1km長的電纜上互連了超過100臺(tái)計(jì)算機(jī)。1979-1983：DEC、 I

2、nteI和 Xerox將以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化， 即以太網(wǎng)或以太網(wǎng)DIX（Digital，Intel和Xerox）， 帶寬為10Mb/s的以太網(wǎng)。1980-1982：制定IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，與以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)類似，在此期間 3Com將以太網(wǎng)產(chǎn)品化，繼而實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。課程內(nèi)容第一章 以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 以太網(wǎng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 第二節(jié) 以太網(wǎng)的基本概念 第三節(jié) 以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)以太網(wǎng)工作機(jī)制特點(diǎn)：站點(diǎn)獨(dú)立工作、廣播、共享物理信道沖突問題：以太網(wǎng)上由于多臺(tái)計(jì)算機(jī)爭用傳輸介質(zhì)，兩臺(tái)或以上計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號(hào)在同一段介質(zhì)上疊加，而引起的信號(hào)錯(cuò)誤。解決沖突的機(jī)制CSMA/CD載波偵聽（先聽后發(fā)）： 站點(diǎn)監(jiān)聽媒體, 只

3、有媒體空閑才可以發(fā)送數(shù)據(jù). 降低沖突概率多址訪問 ：一個(gè)源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息可同時(shí)到達(dá)多個(gè)站點(diǎn)以太網(wǎng)幀發(fā)送順序類型MAC地址發(fā)送順序Unicast00-d0-d0-fc-00-010000,0000-0000,1011-Multicast01-00-33-22-11-aa1000,0000-0000,0000-Broadcastff-ff-ff-ff-ff-ff1111,1111-1111,1111-發(fā)送順序：高字節(jié)在前，低字節(jié)在后，字節(jié)中低位在前，高位在后；發(fā)出的第一個(gè)比特為0是單播，否則為組播或廣播字段。課程內(nèi)容第一章 以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 以太網(wǎng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 第二節(jié) 以太網(wǎng)的基本概念

4、第三節(jié) 以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEEE制定了一系列局域網(wǎng)方面的標(biāo)準(zhǔn)，802.3協(xié)議簇制定了以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.2： LLC（邏輯鏈路控制）標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3： 10M以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3u： 100M以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3z： 1000M以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3ab： 1000M以太網(wǎng)運(yùn)行在雙絞線上的標(biāo)準(zhǔn) 共享網(wǎng)段的終端之間收到彼此發(fā)出廣播報(bào)文，該共享網(wǎng)段即為一個(gè)廣播域。廣播域的大小影響以太網(wǎng)的工作效率，解決方法就是是減小廣播域，于是誕生VLAN （Virtual Local Area Network）技術(shù)。VLAN即虛擬局域網(wǎng)，它是一種將一個(gè)物理

5、網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)邏輯（虛擬）的局域網(wǎng)的技術(shù)。一個(gè)VLAN在邏輯上等價(jià)于一個(gè)廣播域。VLAN的產(chǎn)生VLAN的優(yōu)點(diǎn)便于管理限制廣播包 安全性 802.1Q以太網(wǎng)幀（帶TAG的以太網(wǎng)幀）NAMEVLUETPID8100PRI優(yōu)先級(jí)CFI0說明是規(guī)范格式，1為非規(guī)范格式 VIDVLAN ID VLAN端口類型Access端口 不能識(shí)別帶TAG的幀，連接終端。Trunk端口 交換機(jī)之間互連鏈路，傳輸?shù)膸瑪y帶TAG信息，如果在該鏈路上接收到不包含VLAN信息的幀,則丟棄。Hybrid端口 既能接收TAG幀,也能接收UNTAG幀，有一個(gè)默認(rèn)VLAN用于接收UNTAG幀。課程內(nèi)容第二章 VLAN基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié)

6、 VLAN基本原理 第二節(jié) VLAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)VLAN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)入端口側(cè)的處理當(dāng)收到一個(gè)非TAG幀時(shí)，根據(jù)入端口的PVID來決定在哪個(gè)VLAN中轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)收到一個(gè)TAG幀時(shí)，分為兩種情況：當(dāng)TAG中攜帶的VID包含在入端口所屬的VLAN集合中時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)到該VLAN中；當(dāng)TAG中攜帶的VID不包含在入端口所屬的VLAN集合中時(shí)，作丟棄處理。出端口側(cè)的處理由出端口在該VLAN中是否打TAG來決定，配置了打TAG則打TAG出去，否則不打。交換機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)不管接收到的幀是TAG或UNTAG幀，交換機(jī)內(nèi)部交換時(shí)，都是打上TAG進(jìn)行交換。課程內(nèi)容第三章 以太網(wǎng)交換機(jī)原理與結(jié)構(gòu) 第一節(jié) 以太網(wǎng)交換機(jī)基本功能 第二節(jié)

7、以太網(wǎng)交換機(jī)二層工作過程 第三節(jié) 以太網(wǎng)交換機(jī)三層工作過程 第四節(jié) 以太網(wǎng)交換機(jī)結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)交換機(jī)的基本功能是對(duì)收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的過程稱為透明橋接。透明橋接的基本要求就是對(duì)其轉(zhuǎn)發(fā)的幀結(jié)構(gòu)不做任何改動(dòng)與處理（VLAN的trunk線路除外）?；竟δ塬@?。▽W(xué)習(xí)過程）轉(zhuǎn)發(fā)和過濾消除循環(huán)（避免環(huán)路）以太網(wǎng)交換機(jī)的二層工作過程以太網(wǎng)交換機(jī)收到數(shù)據(jù)流的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀，剝?nèi)≡碝AC地址，建立MAC地址表，即MAC地址學(xué)習(xí)。交換機(jī)維護(hù)MAC地址表，MAC地址表是MAC、vlan ID、port ID對(duì)應(yīng)表，MAC地址表決定交換機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程。多播情況下MAC表項(xiàng)的建立不是通過學(xué)習(xí)得到的，而是通過

8、CPU配置得到的。學(xué)習(xí)MAC出口0011.ABCD.0001PC10022.ABCD.0002PC20033.ADCB.0003PC3課程內(nèi)容第三章 以太網(wǎng)交換機(jī)原理與結(jié)構(gòu) 第一節(jié) 以太網(wǎng)交換機(jī)基本功能 第二節(jié) 以太網(wǎng)交換機(jī)二層工作過程 第三節(jié) 以太網(wǎng)交換機(jī)三層工作過程 第四節(jié) 以太網(wǎng)交換機(jī)結(jié)構(gòu)交換機(jī)可以完成VLAN間通信。此時(shí)，它需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)軟件模塊：路由處理模塊（RP）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊（DF）RP的功能是用來控制DF，建立VLAN間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)表； DF的功能是轉(zhuǎn)發(fā)VLAN間通信數(shù)據(jù)包。如果VLAN間路由信息變化，則RP發(fā)控制信息給DF，DF重新建立轉(zhuǎn)發(fā)路徑。三層工作過程(1)建立不完全轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)：

9、 DF接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包之后，檢查目的MAC是不是RP，如果是，則建立不完全轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)（S_MAC，S_IP，D_IP，NULL）；建立完全轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)： DF從RP上接收到另一個(gè)數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包跟（S_IP，D_IP）匹配，則把不完全轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)補(bǔ)充完全（S_MAC，S_IP，D_IP，I_OUT），以后按照該轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)轉(zhuǎn)發(fā)。第一個(gè)數(shù)據(jù)包總是發(fā)往RP處理，如果多層轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)建立成功，則后續(xù)數(shù)據(jù)包按照多層轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)處理。三層工作過程(2)如果RP上關(guān)于VLAN間的路由表發(fā)生變化，則通知DF，DF把相應(yīng)的多層轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)刪除。三層工作過程(3)三層交換和三層路由的區(qū)別性能差別： 傳統(tǒng)的路由器基于微處理器轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，靠軟件處理，而三層交換機(jī)通過ASIC硬件來進(jìn)行報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，性能差別很大；接口類型差別： 三層交換機(jī)的接口基本都是以太網(wǎng)接口，沒有路由器接口類型豐富；功能差別： 三層交換機(jī)可以工作在二層模式，對(duì)某些不需路由的包文直接交換，而路由器不具有二層的功