以太网交换机基础培训 课程
What is 城市轨道交通 urban rail transport
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路由器（男主角）
• 网络中的核心设备，提供丰富的接口连接、软件特性， 也是构建网络的核心力量。
以太网交换机（女主角）
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• 物理网段（冲突域）：连接在同一导线上所有工 作站的集合
• 逻辑网段（广播域）：限制以太网广播报文的范 围。一般来说，逻辑网段定义了第三层网络，如 IP子网等。
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▪ Access链路
– 连接Access链路的交换机端口称为Access端口
– 帧在Access链路上转发不带VLAN Tag
– 交换机Access端口接收到以太网帧后，按照端口所在VLAN加上VLAN Tag，然后进行转发
– 帧从Access端口发送出去，帧中的VLAN Tag会被去掉
– CS: 载波侦听
• 发送之前的侦听，确保线路空闲，减少冲突机会
– MA: 多址访问
• 每个站点发送的数据，可以被多个站点接收
– CD: 冲突检测：
• 边发送边检测，发现冲突后进行回退
– 回退：
• 检测到冲突后的处理：发现冲突就停止发送，然后延迟一个随 机时间之后继续发送
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▪ 建议VLAN和IP子网间是一对一的关系，便于管理
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▪ 交换机的基本转发原理
– 根据MAC进行转发
▪ VLAN产生的背景
– 传统交换机不能限制广播域 – 安全性差
▪ VLAN的基本概念
– 标签的定义，VLAN的范围 – VLAN的划分方法 – Access链路和Trunk链路
▪ 支持VLAN的交换机的转发流程（可选，了解即可）
– 地址学习方式为SVL的转发流程 – 地址学习方式为IVL的转发流程
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▪ 以太网基本概念 ▪ 二层交换机基本原理 ▪ 三层交换机基本原理 ▪ 交换机相关协议和技术（可选） ▪ 交换机厂商和相关产品（可选）
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• HUB对所连接的LAN只做信号的中继，所有的物理设备构成了一个 冲突域和广播域
• 在主机数目较多的情况下：
– 冲突严重 – 广播泛滥
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▪ 数据通过两种独立的路径传输和接收。
▪ 只存在两个节点，可以在同一时间对信息进 行双向传输，而不会发生冲突。
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▪ 问题
– 广播泛滥，网络性 能差
– 网络安全性差
▪ 解决方法
– 在二层交换机上引 入VLAN功能
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▪ Virtual Local Area Network ▪ 相同VLAN内主机可以任意通信
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– DA ：目的MAC地址 – SA ：源MAC地址 – Type ：帧类型（ARP，IP，RARP） – Frame Load：有效载荷 – FCS ：帧检测序列
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▪ Media Access Control， 网络设备根据目的MAC来判 断是否处理接收到以太网 帧
▪ Trunk链路
– 连接Trunk链路的交换机端口称为Trunk端口
– 帧在Trunk链路上转发带VLAN Tag，因此允许多个VLAN的帧在Trunk 链路上转发
– 交换机Trunk端口接收到以太网帧后，需要判断该Trunk端口是否允 许帧中VLAN ID对应的VLAN通过。若允许，则进行转发；否则要直 接丢弃该帧
• 提供各种以太网接口类型的线速转发功能，是构建局域 网和城域网的核心力量。
路由交换设备（反串） • 提供LAN交换板的路由器；提供增强型引擎的交换机
——路由器和交换机的融合趋势越来越明显。 其他设备（配角）
• 网管、安全、语音、视讯设备，提供网络的管理或业务 增值功能。
链路层或物理层交换设备（剧务） • ATM交换机、FR、X.25交换机、DDN节点机、传输设
万兆以太网出现 千兆以太网迅速发展
100M快速以太网
共享式转向LAN交换机 10M以太网发展成熟 以太网产生
70年代
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80年代
90年代 92年 96年 2002年
• CSMA/CD：载波侦听与冲突检测-Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection
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• 查MAC转发表(即L2FDB)处理转发 • 对于表中不包含的地址，通过广播的方式转发 • 使用地址自动学习(根据以太网帧的源MAC)和老化机制进行地址表维
护
• 一般不对帧格式进行修改
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▪ 二层交换机将网段上的冲突域限制到了端口级、但是无法 限制广播域的大小。
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• 以太网工作机制– CSMA/CD • 以太网Ethernet II帧格式和MAC地址 • 概念：广播域和冲突域 • 典型设备HUB工作原理和缺陷 • 全双工以太网
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匹配则丢弃；
•
如果在L2FDB表中查找不到该目的MAC，则判断出端口的VLAN ID和报文Tag
Header内的VLAN ID是否匹配，不匹配直接丢弃；匹配则在该VLAN内广播；
•
L2FDB表中MAC地址通过老化机制来更新；
•
在转发的过程中，不会对帧的内容进行修改
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▪ 以太网基本概念 ▪ 二层交换机基本原理 ▪ 三层交换机基本原理 ▪ 交换机相关协议和技术（可选） ▪ 交换机厂商和相关产品（可选）
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• 通过识别MAC进行
A Switch
C
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MAC1 VLAN1 PORT1 MAC2 VLAN1 PORT2
MAC2 VLAN2 PORT3 MAC3 VLAN3 PORT3
MAC1 VLAN1 PORT1 MAC2 VLAN2 PORT2 MAC3 VLAN3 PORT3
IVL
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▪ 通常，我们按照组织内的工作单位将网络主机划分到一个个的逻辑网 络内，从而将这些主机的大部分流量限制在一个比较小的范围内，以 减少对其他主机的影响，并降低网络主干的负载。
▪ 在这样的划分下，传统网络中的数据流量模式遵循80/20规则（传统园 区网络流量模式）
•
L2FDB表中的MAC地址通过老化机制更新；
•
在转发的过程中，不会对帧的内容进行修改
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•
根据帧的目的MAC查MAC转发表(即L2FDB)，查找相应的出端口。根据现有L2FDB
表，报文应该从端口2发送出去；
•
判断出端口的VLAN ID和报文Tag Header内的VLAN ID是否匹配，匹配则转发，不
– 帧从Trunk端口发送出去，VLAN Tag一般不会被去掉
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IVL： Independent VLAN Learning； SVL： Shared VLAN Learning；
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B D
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▪ ASIC--Application Specific Integrated Circuit ▪ L2FDB—Layer 2 forwarding database
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SVL
•
根据帧内Tag Header的VLAN ID查找L2FDB表，确定查找的范围；