第十一章 以太网交换机工作原理

一、共享式与交换式以太网

1.共享式以太网概述：

共享式以太网的典型代表是使用10Base2/10Base5的总线型网络和以集线器（集线 器）为核心的星型网络。在使用集线器的以太网中，集线器将很多以太网设备集中 到一台中心设备上，这些设备都连接到集线器中的同一物理总线结构中。从本质上讲，以集线器为核心的以太网同原先的总线型以太网无根本区别。

 

2.共享式以太网工作特点

集线器多用于小规模的以太网，由于集线器一般使用外接电源（有源），对其接收 的信号有放大处理。在某些场合，集线器也被称为“多端口中继器”。

集线器同中继器一样都是工作在物理层的网络设备。

 

3.共享式以太网存在的弊端

由于所有的节点都接在同一冲突域中，不管一个帧从哪 里来或到哪里去，所有的节点都能接受到这个帧。随着节点的增加，大量的冲突将 导致网络性能急剧下降。而且集线器同时只能传输一个数据帧，这意味着集线器所 有端口都要共享同一带宽。

 

4.交换式以太网概述

交换式以太网是以交换式集线器（switching hub）或交换机（switch）为中心构成，是一种星型拓扑结构的网络。简称为以交换机为核心设备而建立起来的一种高速网络，这种网络在近几年来运用得非常广泛。

 

 

 

5.交换式以太网的优点

　　在交换式以太网中，交换机的每个端口处于独立的冲突域中，终端主机独占端口的带宽。

　　交换式以太网不需要改变网络其它硬件，包括电缆和用户的网卡，仅需要用交换式交换机改变共享式HUB，节省用户网络升级的费用。

　　可在高速与低速网络间转换，实现不同网络的协同。大多数交换式以太网都具有100MBPS的端口，通过与之相对应的100MBPS的网卡接入到服务器上，暂时解决了10MBPS的瓶颈，成为网络局域网升级时首选的方案。

它同时提供多个通道，比传统的共享式集线器提供更多的带宽，传统的共享式10MBPS/100MPS以太网采用广播式通信方式，每次只能在一对用户间进行通信，如果发生碰撞还得重试，而交换式以太网允许不同用户间进行传送，比如，一个16端口的以太网交换机允许16个站点在8条链路间通信。

　　特别是在时间响应方面的优点，使得局域网交换机倍受青睐。它以比路由器低的成本却提供了比路由器宽的带宽、高的速度，除非有上广域网（WAN）的要求，否则，交换机有替代路由器的趋势。

二、交换机的MAC地址学习过程

1.交换机刚启动时.MAC地址表内无表项

 

 

 2.PCA发出数据帧

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

交换机把PCA帧从所有其他端口发送出去（除了接收到帧的端口E1/0/1）

 

 

 3.PCB、PCC、PCD发出数据帧

交换机把接收到的帧中的源地址与相应的端口关联起来

 

 

 

三、交换机对数据帧的过滤与转发

1.单播帧的转发

1）PCA发出目的到PCD的的单播数据帧

2）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

3）交换机不在其他端口上转发此单播数据帧

 

 

 2.广播、组播和未知单播帧的转发

交换机会把广播、组播和未知单播帧从所有其他端口发送出去（除了接收到帧的端口）

 

 

 

四、广播域

1.概述

　　广播是一种信息的传播方式，指网络中的某一设备同时向网络中所有的其它设备发送数据，这个数据所能广播到的范围即为广播域(Broadcast Domain)。

　　简单点说，广播域就是指网络中所有能接收到同样广播消息的设备的集合。

2.具体理解

　　广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合

　　广播域是基于第二层（链路层）

　　广播域就是说如果站点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。

　　上图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。

 

五、总结

1.共享以太网中所有终端共享总线带宽。交换式以太网每个终端处于独立的冲突域

2.交换机根据接收到的数据帧的源地址进行MAC地址表的学习

3.交换机根据MAC地址表对数据帧进行转发

4.路由器或三层交换机的三层接口属于独立的广播域