网络工程技术 李颂华 黄儒乐 袁津生 第5章

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1、第5章交换技术5.1交换机基础交换机(Switch)它是集线器的升级换代产品，拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵,它的所有端口都挂接在这条背部总线上。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制。交换机能够连接同种或不同类型的网络。交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机对于因第一次发送到目的地址不成功的数据包会再次对所有节点同时发送，企图找到这个目的MAC地址，找到后就会把这个地址重新加入到自己的MAC地址列表中，这样下次再发送到这个节点时就

2、不会发错。交换机的每一端口都是独享交换机的一部分总带宽，这样在速率上对于每个端口来说有了根本的保障。交换机只允许必要的网络流量通过交换机。交换机有三种主要的交换技术：端口交换：这类集线器的背板通常划分有多条以太网段，以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度，端口交换还可细分为：模块交换、端口组交换、端口级交换。帧交换：通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。对网络帧的处理方式：直通交换和存储

3、转发。信元交换：ATM采用固定长度53个字节的信元交换，采用专用的非差别连接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，还容许在源节点和目标、节点建立多个虚拟链接，采用了统计时分电路进行复用。交换机的重要技术参数介绍转发技术：转发技术是指交换机所采用的用于决定如何转发数据包的转发机制。直通转发技术：一旦解读到数据包目的地址，就开始向目的端口发送数据包。优点：转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率；缺点：交换机在没有完全接收并检查数据包的正确性之前就已经开始了数据转发。存储转发技术：交换机在接收到全部数据包后再

4、决定如何转发。优点：没有残缺数据包转发，减少了潜在的不必要数据转发。缺点：转发速率比直接转发技术慢。碰撞逃避转发技术：在高转发速率和高正确率之间选择了一条折衷的解决办法。延时：指从交换机接收到数据包到开始向目的端口复制数据包之间的时间间隔。采用直通转发技术的交换机有固定的延时；采用存储转发技术的交换机的延时与数据包大小有关。管理功能：指交换机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换机的可视程度如何。单/多MAC地址类型：单MAC交换机的每个端口只有一个MAC硬件地址。多MAC交换机的每个端口捆绑有多个MAC硬件地

5、址。外接监视支持：允许外接网络分析仪直接连接到交换机上监视网络状况。扩展树：交换机一般采用扩展树协议算法让网络中的每一个桥接设备相互知道，自动防止拓扑环现象，带有扩展树协议支持的交换机可以用于连接网络中关键资源的交换冗余。全双工：全双工端口可以同时发送和接收数据，优点：高吞吐量，避免碰撞，突破长度限制。高速端口集成：常见的高速端口有FDDI，FastEthernet/GigabitEthernet。5.1.1MAC表的建立MAC地址表显示了主机的MAC地址与以太网交换机端口映射关系，指出数据帧去往目的主机的方向

6、。如果在MAC地址表中没有相应的匹配项，则向除接收端口外的所有端口广播该数据帧，有人将这种操作翻译为泛洪。而当MAC地址表中有匹配项时，该匹配项指定的交换机端口与接收端口相同则表明该数据帧的目的主机和源主机在同一广播域中，不通过交换机可以完成通信，交换机将丢弃该数据帧。否则，交换机将把该数据帧转发到相应的端口。交换机能够对广播帧的转发进行限制，能对泛洪这种操作进行限制，还可以检查收到数据帧的源MAC地址，并查找MAC地址表中与之相匹配的项。泛洪现象，数据帧的丢弃这两个测试意义非常重要，MAC地址表学习和MAC地

7、址老化时间的设定会影响到测试结果。5.1.2管理冗余链路5.1.2.1关于冗余链路的技术综述如果网桥接到一个数据帧时，该帧的目的位于接收端口的网段上，就过滤掉该数据帧；如果目的MAC地址位于另一个端口，网桥就将该帧转发到该端口。当网桥接收广播帧时，它立即转发到除接收端口之外的所有其他端口，有的时候，交换机学不到正确的信息，数据帧永远朝着错误的方向发送，当网络存在环路时，交换机处理器的利用率会从８０％上升到１００％，桥接环路也会给路由器带来一定的影响。当网络内用冗余链路连接多个第２层交换机时，就存在第２层交换环路

8、的潜在危险。由单播帧引起的网络瓶颈也可以让网络瘫痪。生成树协议（STP）就是为了克服冗余网络中透明网桥的环路问题而创建的，生成树算法复杂,但用于收敛出一个无环拓扑的初始过程只包括下面的3个步骤：选择根网桥选择根端口选择指定端口当有交换机加入或从网络移去，或者链路失效时，要重新计算机生成树．生成树总是使用相同的４步判决过程：确定根网桥计算到根网桥的最小路径成本确定最小的发送方网桥ID确定