文档介绍：交换机的原理与配置
本章要点
交换机的基本概念
交换机的基本概念
交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑、错误校验、帧序列以及流控。它可以“学习”MAC地址表中,通过在数据帧的始发者和目的接收者之间建立临时的交换路径,使数据帧直接由源地址到达目的地址。
交换机拥有一条背带总线和内部交换矩阵。这个背带总线的带宽很高,交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上。当收到数据包后,处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC地址的网卡连接在哪个端口上,随后通过内部交换矩阵,迅速地将该数据包传送到目的端口。若目的MAC地址不存在,则这才广播到所有的端口,在接收到端口的回应后,交换机会“学习”新的地址,并把它添加入其内部的MAC地址表中。
使用交换机通过MAC地址表,只允许必要的网络数据通过它。这样有效地将网络进行“分段”。通过交换机的这种过滤和转发方法,有效地隔离广播风暴,减少了错误包的出现。
根据OSI参考模型的层次分类
可分为第2层交换机、3层交换机和多层交换机
根据交换机的构架分类
可分为单台交换机、堆叠交换机和模块交换机
根据交换机支持的局域网标准分类
交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机
图 6-1 单台交换机
图6-2 堆叠交换机
图6-3 模块化交换机
功能
建立和维护交换表
建立虚连接
数据转发
工作原理
例如结点A向结点B发送信息,局域网交换机收到A结点发出的数据帧后,根据帧中的目的MAC地址,查询交换表得到目的端口号,即B结点地址的端口号。如果A结点与B结点处于交换机的同一个端口上,交换机得到源端口号与目的端号相同,则出于某种安全控制,将该数据帧丢弃。
如果A、B结点处于不同的端口且B地址在表中,则在源端口和目的端口之间建立起虚连接,形成专用的传输通道将该数据帧转发到目的端口;若B地址不在表中,则交换机向A结点所处端口以外的其它结点发送信息,得到B端口的信息,则将所得到的信息添加到交换表中在连接进行数据帧交换操作。
图6-4 局域网交换机
VLAN的结构
网络上的用户终端被划分为多个逻辑工作组,每一个逻辑工作组即为一个VLAN。VLAN最大的特点是在组成逻辑网时无须考虑用户或设备在网络中物理位置。
VLAN的技术特点
VLAN工作在OSI参考模型的第2层数据链路层。
每一个VLAN都是一个的逻辑网段和广播域,其广播的信息只发送给该VLAN中的结点。
每一个VLAN都是一个独立的网络,各自有唯一不同的子网号,VLAN只能通过第3层路由才能进行通信而不能直接完成通信。
VLAN的实现方式
静态VLAN
在静态VLAN中,由网络管理员根据交换机端口进行静态的VLAN分配,每个端口属于一个VLAN。
动态VLAN
动态VLAN是指以交换机上联网以及的MAC地址、逻辑地址或数据包协议等信息为基础将交换机端口动态分配给VLAN的方式。
图6-5 VLAN的结构
、
图6-6 静态VLAN结构
生成树协议STP是一个二层的链路管理协议,它的功能是保证在网络中没有回路的前提下,为第二层提供冗余路径。
STP中定义了根桥、根端口、指定端、路径开销等概念,目的是通过生成树计算达到裁剪冗余环路的目的,同时实现链路备份和路径最优化。用于构造这棵树的算法称为生成树算法SPA。
BPDU每隔2s或是在网络发生故障、网络拓扑变化时,便向所有的交换机端口发送一次,以便交换机能交换当前最新的拓扑信息,并迅速识别和检测其中的环路。
BPDU数据包有两种类型,一种是包含配置信息的配置BPDU,另一种是包含拓扑变化信息的拓扑变化通知BPDU。
图6-8 生成树
※重点提示:生成树协议STP的主要功能是在保证网络中没有回路的前提下,允许在第二层链路中提供冗余路径,保证网络能够稳定、可靠地运行。STP的主要算法是生成树算法,该算法的核心是根网桥的选择。BPDU为STP的根网络确定乃至整个树状结构的生成提供必要的信息。
表6-1 BPDU数据内容
交换表
交换表的内容
交换表的内容包括:目的MAC地址、该地址所对应的交换机端口号以及所在的虚拟子网。
VLAN Dest MAC/Route Des [CoS] Destination Ports or VCs / [Protocol Type]
—————————————