DJ5-4 链路层交换机

一、链路层交换机

二、交换机：支持多节点同时传输

三、交换机：转发表或称交换表

四、交互机：自学习

1. 单个交换机自学习/转发的例子

2. 多个交换机自学习/转发的例子

五、交换机：数据帧的过滤/转发

六、交换机的交换特点

1、存储转发交换方式

2、快速分组交换方式

3、交换机的交换方式讨论

七、三层交换机*

1、三层交换机的工作原理

2、交换机 versus 路由器

八、VLAN

1、VLAN：动机

2、VLAN

3、基于端口的 VLAN

4、跨越多个交换机的 VLAN

一、链路层交换机

① 交换机是链路层设备

存储和转发数据帧：检查达到的数据帧的 MAC 地址，有选择的转发数据帧到一个或多个输出链路，当数据帧被转发到一个共享网段时，使用 CSMA/CD 来访问共享链路。

② 交换机对于主机是透明的

主机不关心是否存在交换机

③ 交换机的功能

过滤
转发

④ 交换机的特点

自学习
即插即用：交换机不需要手工配置

二、交换机：支持多节点同时传输

支持同时传输：A-to-A' 和 B-to-B' 可以同时传输，而不会发生碰撞。

每个主机由单独的链路直接连到交换机端口
交换机可以缓存数据帧
以太网协议在每个输入链路使用，无碰撞，全双工
每条链路自身是一个碰撞域

三、交换机：转发表或称交换表

Q：交换机是怎么知道 A' 可通过端口 4 达到， B' 可通过端口 5 到达呢？

A：每个交换机有一个交换机转发表，类似于路由器的路由表，其中每个条目包括：

主机的 MAC 地址
到达主机的端口
时戳：存活时间

交换机转发表类似如下形式：

Q：转发表中的条目是怎么建立的呢？是否类似于路由协议呢？

A：通过自学习。

四、交互机：自学习

交换机会学习通过自己的哪些端口可以到达哪些主机。

当接收到数据帧时，交换机

“学习” 发送主机的位置，即到达端口
在转发表中记录发送主机/位置对

1. 单个交换机自学习/转发的例子

主机 A 想要向主机 A' 发送数据帧，该帧中：源 MAC 地址是 A，目的 MAC 地址是 A' 。主机 A 的数据帧传输到了交换机处，交换机 “学习”，在原始空的转发表中添加了主机 A 的 MAC 地址和它的到达端口。接着，交换机查询转发表，想找到主机 A' 的相关条目，可惜没有，因此交换机向与它相连的所有主机发送该数据帧，除了主机 A 。

主机 A' 接收到数据帧，发现是给自己的，因此进行完全接收；其它主机发现目的 MAC 地址与自己的不匹配，因此丢弃该数据帧。当主机 A' 向主机 A 发送数据帧时，数据帧传输到交换机，交换机先 “学习”，即添加主机 A' 的 MAC 地址和它的到达端口。然后，交换机查询转发表，发现有主机 A 的相应表目，因此直接通过端口 1 把数据帧传送给主机 A，不再需要像之前那样向所有主机发一份了。

2. 多个交换机自学习/转发的例子

C：S1 => A/B/S4 => S2/S3

I：S3 => S4 => S1

五、交换机：数据帧的过滤/转发

当交换机收到数据帧时：

记录到达链路和发送主机的 MAC 地址
使用数据帧的目的 MAC 地址，在转发表中检索

检索结果有以下三种情况：

〇在转发表条目中找到目的 MAC 地址：

① 目的 MAC 地址对应的端口和数据帧的到达端口相同 —— 丢弃该数据帧
② 目的 MAC 地址对应的端口和数据帧的到达端口不同 —— 转发该数据帧

③ 在转发表条目中没有找到目的 MAC 地址 —— 向除了到达端口之外的所有端口转发

Q：为什么可以直接 “丢弃该数据帧” ？

六、交换机的交换特点

识别源 MAC 地址，更新转发表/交换表
识别目的 MAC 地址，根据转发表/交换表进行端口选择

Q：在识别目的 MAC 地址和源 MAC 地址的过程中是否需要接收并缓存完整的帧呢？

存储转发：缓存整个帧后再转发
快速分组/直通交换：识别出目的地址直接转发

路由器是存储转发设备：因为路由器需要修改 IP 分组的 ttl，所以它必须把分组缓存下来进行解封、修改、封装。而交换机不需要对帧进行修改，并且知道 MAC 地址后就能直接转发，因此交换机既可以采用存储转发的方式，又可以采取快速分组的方式。

1、存储转发交换方式

2、快速分组交换方式

3、交换机的交换方式讨论

存储转发：具有差错检测功能，转发时延较大，适用于出错率高的链路。
快速分组：不具有差错检测功能，转发时延较小，适用于时延要求高，出错率低的链路。

七、三层交换机*

传统的交换技术是在 OSI 网络参考模型中的数据链路层进行操作的，通常称做 “二层交换机”。三层交换是相对于传统的交换概念而提出的，它能够在OSI 网络参考模型中的网络层实现数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是二层交换技术 + 三层转发技术，三层交换机就是 “二层交换机+基于硬件的路由器”。

1、三层交换机的工作原理

发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。
若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。
若两个站点不在同一子网内，则发送站A要向“缺省网关”发出ARP请求，请求获得B的MAC地址。
如果三层交换机知道B的MAC地址，则向A回复B的MAC地址。否则三层交换机根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换机回复其MAC地址，三层交换机将B站的MAC地址保存到二层交换引擎的MAC地址表中，并回复给发送站A。
A直接用B的MAC地址封装数据帧，三层交换机接收到数据后直接进行二层交换。