了解开关的工作原理

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1. 局域网交换技术

1.1共享技术

所谓的共享技术意味着逻辑网络上的每个工作站都在同一网段上.

以太网使用CSMA / CD机制. 这种冲突检测方法可确保只有一个站可以在总线上传输. 如果两个站试图同时访问总线并传输数据，则意味着发生了“冲突”，并且将通知两个站该错误. 然后他们全部被拒绝，等待一段时间重新发送.

这种机制就像许多汽车在抓狭窄的桥梁一样. 当两辆汽车试图同时驶上桥时，就会发生“冲突”. 两辆车都必须退出，然后再开始抢. 当有很多汽车时，这种混乱的争夺将大大降低效率并导致交通拥堵.

对于网络也是如此. 当网络上的用户较少时，网络上的流量将减少，并且冲突发生的可能性较小. 在这种情况下，冲突检测方法效果更好. 当网络上的流量增加时，冲突也会增加，并且同一网络的吞吐量也将大大降低. 当通信量很大时，工作站可能会被重复拒绝.

1.2交换技术

LAN交换技术作为一种解决方案出现，可以为共享的LAN提供有效的网络分段. 它使每个用户都可以尽可能共享最大带宽. 交换技术运行在OSI七层网络模型的第二层，即数据链路层. 因此，交换机对数据包的转发是基于MAC（媒体访问控制）地址物理地址的. 对于IP网络协议，它是透明的，也就是说，当交换机转发数据包时，它不需要知道源计算机和宿计算机的IP地址，而只需知道其物理地址，即MAC地址. . 在交换机操作期间，交换机将不断收集数据以创建自己的地址表. 这个表很简单. 它显示了在哪个端口上找到了某个MAC地址，因此，当交换机接收到TCP / IP数据包时，它将查看该数据包的目标MAC地址，并检查其地址表以确认该数据包应从哪个端口发送. 被发送. 因为此过程相对简单，并且此功能是由全新的硬件ASIC（专用集成电路）执行的，所以速度相当快，通常只有几十微秒，因此交换机可以决定将IP数据包发送到哪里.

值得一提的是: 如果交换机接收到未知数​​据包，即，如果在地址表中找不到目标MAC地址，则交换机将“传播”该IP数据包异步传输模式交换机，即从IP地址中删除该数据包. 每个发送一个端口，就像交换机正在处理接收到的广播数据包一样. 第2层交换机的弱点在于，它在处理广播数据包方面不是很有效. 例如，当交换机从TCP / IP工作站接收到广播数据包时，它将把数据包传递到所有其他端口. 即使某些端口连接到IPX或DECnet工作站，也可以. 这样，非TCP / IP节点的带宽将受到负面影响. 即使对于相同的TCP / IP节点，如果它们的子网与发送广播数据包的工作站的子网相同，则它们将没有理由. 要接收一些与它们无关的网络广播，整个网络的效率将大大降低.

自1990年代以来，出现了LAN交换设备. 从网络交换产品的形式来看，大约有三种交换产品: 端换，帧交换和信元交换.

（1）端口切换

端换技术首先出现在插槽集线器中. 这种集线器的背板通常分为多个以太网段（每个段是一个广播域），每个段都通过网桥或路由器连接. 插入以太网模块后，通常会将其分配给某个背板网段. 端换适用于在背板的多个网段之间分配以太网模块的端口. 这样，网络管理员可以根据网络负载在不同的网段中分配用户. 此交换技术基于OSI的第一层（物理层）. 它不会改变共享传输介质的特性，因此不是真正的交换.

（2）帧交换

帧交换是当前使用最广泛的局域网交换技术. 它通过分割传统的传输媒体来提供并行传输机制，以减少网络的冲突冲突域，从而获得更高的带宽. 不同的制造商使用不同的技术来实现帧交换，但是通常有两种类型的网络帧处理方法: 存储转发和直通.

存储转发:

当使用此技术的数据包进入交换机时，交换机将读取足够的信息，不仅可以决定使用哪个端口发送数据包，还可以决定是否发送数据包. 这样可以有效消除那些有缺陷的网段. 尽管此方法不如使用直通产品的切换速度快，但它们可以消除由于损坏的数据包而造成的通常有害的后果.

直通:

当使用此技术的数据包进入交换机时，将读取其地址. 然后异步传输模式交换机，无论包的格式是否错误，都将发送该包. 由于仅读取数据包的前几个字节，因此该方法提供了更多的交换. 但是，将发送所有数据包，即使那些数据包可能已被破坏. 直到接收站可以检测到这些损坏的数据包，然后要求发送方重新传输. 但是，如果网络接口卡出现故障，或者电缆出现故障，或者有外部信号源可能导致数据包被破坏，那么错误将非常频繁.

随着技术的发展，直通交换将逐渐消失.

在“直通”交换模式下，交换机仅读取网络帧的前几个字节，然后将网络帧传输到相应的端口. 尽管交换速度很快，但是它缺乏对网络框架的高级控制. 根本没有智能和安全性，并且它不能支持不同速率的端换. “存储转发”交换方法通过读取网络帧执行错误检测和控制. 中国数字网络的产品都采用“存储转发”交换方式.

（3）细胞交换

信元交换的基本思想是使用定长信元进行交换，这样交换可以通过硬件实现，大大提高了交换速度，特别适合语音等多媒体信号的有效传输和视频. 目前，小区交换的实际应用标准是ATM（异步传输模式），但是ATM设备的成本相对较高，在以太网中的应用已逐渐被以太网帧交换技术所取代.

1.2.1第2层交换技术

第二层网络交换机根据第二层地址发送网络帧.

第2层地址也称为硬件地址（MAC地址）. 第2层交换机通常提供高吞吐量（线速度），低延迟（约10微秒），并且每个端口的价格相对经济.

第二层交换机对路由器和主机“透明”，并且主要符合802.1d标准. 该标准规定，交换机通过观察每个端口的数据帧来获取源MAC地址，并在内部缓存中建立MAC地址与端口之间的映射表. 当在映射表中找到交换机接收到的数据帧的目标地址时，交换机会将数据帧发送到相应的端口. 如果找不到它，则将数据帧广播到该端口所属的虚拟局域网（VLAN）的所有端口. 如果有响应数据包，则交换机将在映射表中添加新的对应关系. 当交换机首次加入网络时，由于映射表为空，因此所有数据帧都将发送到虚拟局域网中的所有端口，直到交换机“学习”到每个MAC地址为止. 从这个角度来看，该交换机与刚启动时的传统共享集线器具有相似的功能. 在建立映射表之前，它无法真正发挥其性能.

这种方法改变了共享以太网抓取的方式，就像在不同的行驶方向上铺设天桥一样，往不同方向行驶的汽车可以同时通过，从而大大增加了交通量. 从虚拟局域网（VLAN）的角度来看，由于只有子网内的节点争夺带宽，因此性能得以提高. 当主机1访问主机2时，主机3可以访问主机4. 当每个部门都有自己的独立服务器时，这一优势更加明显.

但是，由于服务器倾向于集中管理，因此该环境正在发生巨大变化. 此外，该模型不适用于Internet应用程序.

不同虚拟局域网（VLAN）之间的通信需要由路由器完成. 另外，为了实现不同网段之间的通信，还需要路由器进行互连. 路由器的处理能力受到限制，与局域网的交换速度相比，路由器的数据路由速度相对较慢. 路由器的低效率和长时间延迟使其成为整个网络的瓶颈.

虚拟局域网（VLAN）的访问速度是加快整个网络速度的关键. 在某些情况下（尤其是Intranet），很难描述虚拟局域网本身. 第3层交换机的目的在于，它可以以较高的速率完成Intranet中虚拟局域网（VLAN）之间的数据包.

1.2.2 VLAN技术

在传统的局域网中，由所有站点共享传输信道引起的信道冲突和广播风暴是影响网络性能的重要因素. 通常IP子网或IPX子网属于广播域，因此网络中的广播域根据物理网络进行划分. 在效率和安全性方面缺乏这样的网络结构. 同时，由于网络中的站点绑定到它们所在的物理网络，因此无法根据需要将它们划分为相应的逻辑子网，因此网络的结构缺乏灵活性.

为了解决此问题，触发了虚拟局域网（VLAN）的概念. 所谓VLAN是指网络中的站点不限于物理位置，而是可以根据需要灵活地添加到不同的逻辑子网中. A网络技术.

VLAN技术的基础

基于交换式以太网的VLAN

在交换式以太网中，使用VLAN技术，可以将由交换机连接的物理网络划分为多个逻辑子网. 换句话说，VLAN中站点发送的广播数据包将仅转发到属于同一VLAN的站点. 在传统的局域网中，由于物理网络与逻辑子网之间的对应关系，任何一个站点发送的广播数据包都会转发到网络中的所有站点.

在交换式以太网中，每个站点可以属于不同的VLAN. 组成VLAN的站点不限于其物理位置. 它们可以连接到同一交换机或不同交换机. VLAN技术使网络的拓扑结构非常灵活. 例如，位于不同楼层的用户或不同部门的用户可以根据需要加入不同的VLAN.

到目前为止，基于交换式以太网实现VLAN的主要方法有三种: 基于端口的VLAN，基于MAC的VLAN和基于IP的VLAN.

（1）基于端口的VLAN

基于端口的VLAN是将交换机中的多个端口定义为一个VLAN，同一VLAN中的站点具有相同的网络地址，并且不同VLAN之间的通信需要路由器. 使用这种VLAN的缺点是灵活性不好. 例如，当一个站点从一个端口移动到另一个新端口时，如果新端口和旧端口不属于同一VLAN，则用户必须重新配置网络地址；否则，用户必须重新配置网络地址. 否则，该站点将无法在网络上进行通信.

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