计算机组网技术 刘永华 第4章

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1、第4章交换技术本章主要内容4.1交换技术概述4.1.1二层交换技术4.1.2三层交换技术4.2VLAN技术4.2.1VLAN产生的原因4.2.2VLAN标准4.2.3VLAN的划分方法4.2.4VLAN内及VLAN间的通信本章主要内容（续）4.3链路聚合技术4.3.1链路聚合4.3.2流量平衡4.4生成树协议4.4.1交换网络中的冗余链路4.4.2生成树协议4.5交换技术综合应用案例习题与思考题四4.1交换技术概述局域网交换技术是作为对共享式局域网提供有效的网段划分的解决方案而出现的，它可以使每个用户尽可能地分享到最大带宽。交换技术出现后得到了快速

2、发展。目前二层交换技术与三层交换技术的应用已成为主流，四层以上交换功能也在一些高性能网络设备上出现。本节主要对二层、三层交换技术进行介绍。4.1.1二层交换技术目前二层交换技术的发展比较成熟，二层交换机属于数据链路层设备，可以识别数据包中的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。具体的工作流程如下：（1）当交换机从某个端口收到一个数据包时，它读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的。（2）读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口。（3）如表中

3、有与这个目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到该端口上。（4）如表中找不到相应的端口，则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不需要对所有端口进行广播了。不断地循环这个过程，全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护自己的地址表。从二层交换机的工作原理可以得出以下三点：（1）由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过N×M，交换机就可以实现线速交换。（2

4、）学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小（一般有两种表示方式：一为BEFFERRAM，一为MAC表项数值）影响交换机的接入容量。（3）二层交换机一般含有专门用于处理数据包转发的ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）芯片，因此转发速度可以做到非常快。局域网交换机的引入，使得网络站点间可独享带宽，消除了无谓的碰撞检测和出错重发，提高了传输效率，在交换机中可并行地维护几个独立的、互不影响的通信进程。在交换网络环境下，用户信息只在源节点与目的节点之间进行传送，其他节点是不可见的。但有一点例外，

5、当某一节点在网上发送广播或组播时，或某一节点发送了一个交换机不认识的MAC地址封包时，交换机上的所有节点都将收到这一广播信息。整个交换环境构成一个大的广播域。点到点是在第二层快速、有效地交换，但广播风暴会使网络的效率大打折扣。4.1.2三层交换技术交换机的速度比路由器快得多，而且价格便宜得多。交换式局域网技术使专用的带宽为用户独享，极大地提高了局域网的传输效率。但第二层交换技术也暴露出弱点：对广播风暴、异种网络互联、安全性控制等不能有效地解决。作为网络核心、起到网间互联作用的路由器技术没有质的突破。在这种情况下，一种新的路由技术应运而生，这就是第三

6、层交换技术。第三层交换技术也称为IP交换技术、高速路由技术等。第三层交换技术是相对于传统交换的概念提出的。传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的，而第三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，第三层交换技术就是第二层交换技术＋第三层转发技术，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都

7、是通过高速背板/总线（速率可高达几十Gbps）交换数据的。在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速地交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制（10Mbps～100Mbps）。在软件方面，第三层交换机也有重大举措，它将传统的基于软件的路由器软件进行了界定，其作法是：（1）对于数据封包的转发，如IP/IPX封包的转发，这些有规律的过程通过硬件得以高速实现。（2）对于第三层路由软件，如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实

8、现。第三层交换具有以下突出特点：（1）有机的硬件结合使得数据交换加速。（2）优化的路由软件使得路由过程效率提高。（3）除了