交換機理論主要內容以太網連接方式以太網接線標準互聯網的主要設備交換機的原理1234網絡中的環路交換機的生成樹561、以太網連接網絡服務器數據服務器防火墻路由器中心交換機桌面交換機一、以太網連接現在主要的聯網方式主要是以交換機為主要連接設備、以雙絞線為連線的星形網絡。星形結構：一個中心設備連接多臺計算機。實際上，我們所說的大多數網絡屬于此結構二、以太網的接線標準星型以太網采用雙絞線連接，雙絞線是8芯，分四組，兩芯一組絞在一起，故稱雙絞線。8芯雙絞線只用其中4芯：1、2、3、6。常見接線方式有兩種：

568B接線規范：白橙橙白綠藍白藍綠白棕棕

12345678568A接線規范：白綠綠白橙藍白藍橙白棕棕

12345678

將568B的1和3對調，2和6對調，就得到568A。接線方法兩邊采用相同的接線方式叫做平接，兩邊采用不同的接線方式叫扭接。不同的設備之間連接，使用平接線；相同的設備連接使用扭接線。電腦、路由器與集線器、交換機連接時使用平接線。這是因為網線中的4條線，一對是輸入，一對是輸出，輸入應該與輸出對應。如果將1和3連接，2和4連接，相當于自己的輸出送給自己的輸入。這樣可以使網卡進入工作狀態，阻止空接口關閉，而影響有些程序的運行。三、網絡設備A、中繼器：有兩個端口，一進一出。其作用是對網絡信號進行放大，沒有任何過濾，也沒有任何判斷和交換。其目的使信號傳的更遠。工作于ISO中的第一層。Ｂ、集線器（Hub）：

實際上就是多口中繼器，在集線器環境下任何端口都能偵聽到網絡上傳來的數據。會被網絡上所有設備接收到。在此環境下，計算機通信會發生沖突。也是工作于ISO的第一層中。在此環境下，所有集線器組成的區域都是一個沖突域中繼器（Repeater）

中繼器連接的網絡集線器（HUB）

集線器連接的網絡四、交換機原理（1）沖突域和廣播域交換機是根據網橋的原理發展起來的，學習交換機先認識兩個概念：(1)沖突域：沖突：以太網的基礎是一個介質訪問竟爭方案。帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問協議（csma/cd）沖突域是數據必然發送到的區域。

HUB是無智能的信號驅動器，有入必出，整個由HUB組成的網絡是一個沖突域。交換機的一個接口下的網絡是一個沖突域，所以交換機可以隔離沖突域。交換機原理(2)廣播域：廣播數據時可以發送到的區域是一個廣播域。交換機和集線器對廣播幀是透明的，所以用交換機和HUB組成的網絡是一個廣播域。路由器的一個接口下的網絡是一個廣播域。所以路由器可以隔離廣播域。交換機工作原理（2）網橋：

比集線器智能，工作在第二層的設備，能夠對傳入的數據進行分析，并能轉發或丟棄。能夠創建多個沖突域。能夠維護MAC地址表下面我們談一下網橋的工作原理：

1、數據帖：計算機發送或接收到的數據包含有發送方的IP地址，MAC地址；同時也有接收方的IP及MAC地址。

2、網卡（網絡適配器）：每一塊網卡都有一個物理地址（12位），稱MAC地址。

3、工作原理：

A1A2A3B1B2B3當網橋進行信息傳輸時，網橋會將此設備的MAC復制到網橋表中。則網橋表如下：端口1端口2macA1●macA2●macA3●macB1●macB2●macB3●當A1與A2通信時，數據不會被傳到分段2中。當A與B通信時，數據會被傳到分段2中。如果被發送的數據MAC網橋是不知道的，則被泛洪到其它端口上。網橋環境下的分段是處于同一個廣播域。網橋（Bridge）

網橋連接的網絡交換機：

實際是多口網橋，也是基于MAC地址進行轉發和泛洪的，其每一個端口都充當一個獨立的網橋。因此在交換機環境下可以避免沖突。但交換機也是將廣播消息轉發到交換機上所有分段。因此我們認為交換機下所有分段是處于同一廣播域的。A與B通信時，交換機將源A的MAC存于其地址表中，其信息通過泛洪的方式通過1、2、4端口，只有4端口中的B回應，B回應后，交換機就會將B的MAC存于其地址表中。以后再一次通信時，就不會進行泛洪。直接由A—端口3——端口4——B分析交換機與集線器之間的數據通信情況：A：交換機與集線器可以看出，交換機地址表的1端口映射有兩個MAC，分別為MB2和MB4交換機之間的通信：交換機A地址表交換機B地址表下面以上圖為例，分析A1——B1的通信：交換機工作原理（2）開始第一次通信時，交換機A和交換機B的地址表項中為空。因而沒有B的MAC地址，則信號通過泛洪的形式傳向各個端口。A2，A4處理時會忽略這些信息。信息由交換機的3端口傳向B交換機的第四個端口，同時交換機A將MA1的地址記在自己的地址表中。交換機B收到信息后，查自己的地址表項，如果有MB1的地址，則B響應，同時B交換機將A1的MAC地址映射到其第四個端口上B響應后，則A交換機學習到其第三個端口有B1的MAC地址，于是建立了映射。以后A1---B1時就直接由A1---A3端口---B4端口---B1。交換機（Switch）

交換機連接的網絡交換機工作原理（3）(1)端口地址表端口地址表記錄了端口下包含主機的MAC地址。端口地址表是交換機上電后自動建立的，保存在RAM中，并且自動維護。交換機隔離廣播域的原理是根據其端口地址表和轉發決策決定的。

(2)轉發決策交換機的轉發決策有三種操作：丟棄、轉發和擴散。

丟棄：當本端口下的主機訪問已知本端口下的主機時丟棄。轉發：當某端口下的主機訪問已知某端口下的主機時轉發。擴散：當某端口下的主機訪問未知端口下的主機時要擴散。每個操作都要記錄下發包端的MAC地址，以備其它主機的訪問。

(3)成存期：生成期是端口地址列表中表項的壽命。每個表項在建立后開始進行倒記時，每次發送數據都要刷新記時。對于長期不發送數據主機，其MAC地址的表項在生成其結束時刪除。所以端口地地表記錄的總是最活動的主機的MAC地址。1、交換機的幀轉發地址表中沒有發現目的MAC地址：擴散發現了目的MAC地址，但對應端口與入站端口號碼不同：轉發地址表中有目的MAC地址，但對應端口與入站端口號碼相同：丟棄2、表項的壽命表項的壽命是表項在網橋中停留的時間。壽命達到一人個特定的值，對應的表項就會被刪除，這個值叫壽命限度。這個處理過程叫老化。交換機重要參數一、交換機背板是設計值，可以大于等于交換容量（此為達到線速交換機的一個標準）。廠家在設計的時候考慮了將來模塊的升級，比如模塊從開始的百兆升級到支持千兆、萬兆，端口密度增加等。背板帶寬一般是指模塊化交換機。它決定了各模板與交換引擎間的連接帶寬的最高上限。是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。背板帶寬標志了交換機總的數據交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬。交換容量二、交換容量（最大轉發帶寬、吞吐量）是指系統中用戶接口之間交換數據的最大能力，用戶數據的交換是由交換矩陣實現的。交換機達到線速時，交換容量等于端口數×相應端口速率×2（全雙工模式）。包轉發率三、包轉發率它體現了交換引擎的轉發性能。標準的以太網幀尺寸在64字節到1518字節之間，在衡量交換機包轉發能力時應當采用最小尺寸的包進行評價。指基于64字節分組，在單位時間內交換機轉發的數據總數。當交換機達到線速時包轉發率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量×0.1488Mpps+其余類型端口數×相應計算方法五、交換網絡中的環以太網是總線或星型結構，不能構成環路，否則會產兩個嚴重后果：

(1)產生廣播風暴，造成網絡堵塞。

(2)克隆幀會在各個口出現，造成地址學習(記錄幀源地址)混亂。廣播風暴解決環路問題方案(1)網絡在設計時，人為的避免產生環路。(2)使用生成樹STP(SpanningTreeProtocol)功能，將有環的網絡剪成無環網絡。

STP被IEEE802規范為802.1d標準。六、生成樹協議（SpanningTreeProtocol）生成樹協議（SpanningTreeProtocol，STP）起源于DEC公司的“網橋到網橋”協議。后來，IEEE802委員會制定了生成樹協議的規范802.1d生成樹協議（STP）作用：防止以太網產生環路。它可以將一個有環的網絡打斷，生成一個無環的網絡。生成樹協議操作生成樹協議術語1.網橋協議數據單元（BridgeProtocolDataUnit，BPDU）：每隔2秒向自己的網絡發送BPDU包，來確定自己的位置和每個端口的工作模式。PBDU中包含根網橋號和自己的網橋號2．網橋號（BridgeID）由優先級和MAC地址組成。3．根網橋（Rootbridge）網橋號最小的交換機，它所有的端口都不會阻塞。4．指定網橋（Designatedbridge）定義為網絡中到根網橋的累計路徑花費最小，同時負責發送本網段的數據的網橋。5．根端口（Rootport）是非根網橋上到根網橋上累計花費最小的端口。當花費相同時，取端口編號小為根端口6．指定端口（Designatedport）是網絡中到達根網橋累計化費最小的網橋端口。7．非指定端口（NonDesignatedport）是余下的端口，被阻塞的端口。327680000C6E0089AA根交換機327680000C6E0089AB327680000C6E0089AC327680000C6E0089AD根端口根端口根端口指定端口指定端口指定端口指定端口非指定端口生成樹協議狀態生成樹協議工作時，所有端口都要經過一個端口狀態的建立過程。生成樹協議通過BPDU廣播，確定各交換機及其端口的工作狀態和角色，交換機上的端口狀態分別為：關閉、阻塞、偵聽、學習和轉發狀態。

(1)關閉狀態：Disabled不收發任何報文，當接口空連接或人為關閉時處于關閉