交换机原理

一、数据链路层协议

以太网发展史

Xerox （施乐）公司的 X-Wire

1973 年，位于加利福尼亚的 Xerox 公司提出并实现了最初的以太网，

他研制的实验室原型系统的运行速率是 2.94Mb/s

• DIX（DEC-Intel-Xerox）的以太网

  1979 年，Xerox 公司与 DEC 公司（Digital Equipment Corporation）联合起来，

  致力于以太网技术的标准化和商品化，后来Intel 公司也参与进来

  于1980 年 9 月开发并发布了 10Mb/s 版的以太网标准

• IEEE 的 802.3 标准

  1983 年 6 月，IEEE 标准委员会通过了第一个 802.3 标准，是一个有线的以太网标准，

  后来成为了首选的以太网技术

• Ethernet （以太网）

• 快速以太网

  快速以太网（Fast Ethernet）也就是我们常说的百兆以太网

• 千兆位以太网

  千兆位以太网是一种新型高速局域网，它可以提供1Gbps的通信带宽

IEEE：电气与电子工程师协会，是一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会，

也是目前全球最大的非营利性专业技术学会。

数据链路层的主要协议

1、Point-to-Point Protocal——PPP点到点

2、Ethernet——以太网

3、High-Level Data Link Control Protocal——高级链路控制协议

4、Frame Relay——帧中继

 5、Asynchronous Transfer Mode——异步传输模式

常用的数据链路层：TCP/IP支持多种不同的数据链路层协议，这取决于网络使用的硬件。

二、MAC地址格式

MAC地址的格式:

1、MAC地址的地址长度为48bit,表现为16进制

2、前端后端的含义

• 前24bit-----厂家的编码
• 后24bit-----某个批次的网卡

3、MAC地址的第8个bit如果为

• 0---单播MAC地址
• 1---组播MAC地址

发送数据的3种方法

1、单播-----一对一通信

2、组播------一对部分感兴趣设备

3、广播-----一对所有设备

4、数据链路层广播MAC---FF-FF-FF-FF-FF-FF

以太网的封装格式:

1. 添加源、目的MAC

2. Type/Length -------------

   值大于0600---Type----体现上层协议的类型(Type=0x0800--网络层为IPv4,Type=0x86dd--网络层为IPv6,Type=0x0806--ARP) 小于0600---Length---数据帧的字节数

   数据帧遵循IEEE 802.3以的格式，同时数据帧当中会增加LLC(逻辑链路控制-802.2)字段

3. 数据字段----范围是46字节---1500字节(1500字节----MTU(最大传输单元))
4. 帧校验：根据算法

三、交换机工作原理

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。

四、交换机的作用

1.学习/获取：交换机会学习收到的数据帧的源MAC地址

（1）当交换机从某个端口收到数据帧时，会读取帧的源MAC地址并在MAC表中填入该MAC地址及其对应的端口。

2.过期：通过学习过程学习到的MAC条目具有时间戮，此时间戮用于从MAC表中删除旧条目。

（1）当某个条目在MAC表中创建之后，就会使用其时间戮作为起始值开始递减计数。计数值到0后，条目被删除;

（2）如果在条目被删除之前，交换机从相同端口收到同一源MAC的帧时，将会刷新表中的该条目;

（3）在时间戮计数值到0后，仍未从该端口收到该源MAC的帧时，条目将被删除。

3.泛洪：交换机将帧发送到除接收端口以外的其它所有端口的过程称为泛洪。

（1）当收到目的MAC地址不在MAC表中的数据帧时，交换机不知道该往哪一个端口发送该帧，此时会泛洪;

（2）当收到目的MAC地址为广播地址的帧时，会泛洪

（3）当收到目的MAC地址为组播(多播)地址的帧时，会泛洪。

4.选择性转发：检查帧的MAC地址后，将帧从适当的端口转发出去的过程称为选择性转发。

（1)交换机收到数据帧后，如果该帧的MAC地址在MAC表中，则将帧转发到相应端口，而不是泛洪到所有端口。

5.过滤：在某些情况下，帧不会被转发。

(1)交换机不会将帧转发到接收帧的端口。

(2)交换机会丢弃损坏的帧而不转发，如没有通过CRC校验的帧等。

(3)由于某些安全设置帧不会被交换机转发，如基于MAC地址的ACL、VLAN等。

二层交换机：二层交换机工作于OSI模型的第2层（数据链路层），故而称为二层交换机。二层交换机可以识别数据帧中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。