以太網(wǎng)交換機(jī)的工作原理

以太網(wǎng)交換機(jī)是數(shù)據(jù)鏈路層的機(jī)器，以太網(wǎng)使用物理地址(MAC地址)，48位，6字節(jié)。其工作原理為：當(dāng)接受到一個(gè)廣播幀時(shí)，它會(huì)向除接受端口之外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)接受到一個(gè)單播幀時(shí)，檢查其目的地址并對應(yīng)自己的MAC地址表，如果存在目的地址，則轉(zhuǎn)發(fā)，如果不存在則泛洪(廣播)，廣播后如果沒有主機(jī)的MAC地址與幀的目的MAC地址相同，則丟棄，若有主機(jī)相同，則會(huì)將主機(jī)的MAC自動(dòng)添加到其MAC地址表中。

交換機(jī)分割沖突域，每個(gè)端口獨(dú)立成一個(gè)沖突域。每個(gè)端口如果有大量數(shù)據(jù)發(fā)送，則端口會(huì)先將收到的等待發(fā)送的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到寄存器中，在輪到發(fā)送時(shí)再發(fā)送出去。

以太網(wǎng)交換機(jī)的特點(diǎn)

1、以太網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)端口都直接與主機(jī)相連，并且一般都工作在全雙工方式。

2、交換機(jī)能同時(shí)連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機(jī)都能像獨(dú)占通信媒體那樣，進(jìn)行無沖突地傳輸數(shù)據(jù)。

3、用戶獨(dú)占傳輸媒體的帶寬，若一個(gè)接口到主機(jī)的帶寬是10Mbit每秒，那么有10個(gè)接口的交換機(jī)的總?cè)萘渴?00Mbit每秒。這是交換機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)。

以太網(wǎng)交換機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

1、VLAN技術(shù)

借助VLAN技術(shù)可以有效避免廣播數(shù)據(jù)的惡意攻擊，造成廣播數(shù)據(jù)惡意攻擊的主要原因是因?yàn)橐蕴W(wǎng)交換機(jī)的沖突域和廣播域不一致，在這樣的情況下，可以利用VLAN技術(shù)也就是局域網(wǎng)技術(shù)，通過限制廣播域范圍的方式解決這一問題。局域網(wǎng)技術(shù)可以有效分離通信量，讓帶寬得到更好的利用，并且從邏輯角度出發(fā)，將實(shí)際的LAN基礎(chǔ)設(shè)施分割成多個(gè)子網(wǎng)。局域網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用不僅可以解決廣播惡意攻擊問題，還有效增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全性，不僅如此，VLAN技術(shù)的使用可以有效降低的移動(dòng)和變更成本，在物理劃分子網(wǎng)的情況下，快速的完成用戶變更，所需要的時(shí)間較短。但是VLAN技術(shù)在實(shí)際使用中也存在一定的問題，比如：接口問題，標(biāo)簽引入問題。

2、信息流優(yōu)先級(jí)

在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，多媒體數(shù)據(jù)和普通數(shù)據(jù)的傳輸方式不同，多媒體數(shù)據(jù)在傳輸過程中對網(wǎng)絡(luò)的性能有著更高的要求，想要提高多媒體數(shù)據(jù)傳輸性能，可以通過信息流優(yōu)先技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳播。信息流分配優(yōu)先級(jí)的常用方法有兩種，分別為：第一種，借助交換機(jī)完成對輸入信息流的確認(rèn)，然后分類信息流并且分配相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)，一般的三層以太網(wǎng)交換機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)這一方式。另一種，利用終端給數(shù)據(jù)幀分配優(yōu)先級(jí)，并且將數(shù)據(jù)幀放置在相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中，按照優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。第二種方式，可以讓源端和目的端之間通路上所有交換機(jī)識(shí)別優(yōu)先級(jí)標(biāo)志。目前有兩個(gè)組織致力于指定信息流優(yōu)先級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別為IEEE802.IP和IPV4TOS域，前者更適合在交換式以太網(wǎng)環(huán)境中，IPV4服務(wù)類型域優(yōu)先級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用在廣域網(wǎng)中。

3、組播技術(shù)

以太網(wǎng)交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，尤其是多媒體應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)涉及點(diǎn)到多點(diǎn)通信的問題，組播技術(shù)是實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)通信的常用方式，傳統(tǒng)的點(diǎn)到多點(diǎn)通信方式，不僅浪費(fèi)帶寬、也容易產(chǎn)生延遲和擁塞，甚至?xí)a(chǎn)生一些無用的廣播報(bào)文，對系統(tǒng)性能帶來負(fù)面影響。組播技術(shù)中發(fā)送者只需要發(fā)送一次報(bào)文，路由器和交換機(jī)就會(huì)自動(dòng)把報(bào)文復(fù)制給每一個(gè)真正想要接收報(bào)文的終端。通過這種方式有效解決了點(diǎn)到多點(diǎn)的傳送問題，需要注意的是網(wǎng)絡(luò)層組播的實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，需要對第三層和第二層的組播功能進(jìn)行詳細(xì)的分析，這其中會(huì)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)和GMRP技術(shù)。GMRP技術(shù)是實(shí)現(xiàn)組播技術(shù)的前提，如果想要在被路由器隔斷的幾個(gè)交換域內(nèi)實(shí)現(xiàn)組播，就需要利用到組播路由協(xié)議和IGMP。比如：三層交換機(jī)作為核心交換網(wǎng)絡(luò)，在支持GMRP的同時(shí)，也支持組播路由協(xié)議和IGMP。

4、流量控制

流量控制是以太網(wǎng)交換機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù)，可以避免緩沖區(qū)出現(xiàn)溢出情況，避免數(shù)據(jù)包丟失。引入流量控制機(jī)制，以太網(wǎng)交換機(jī)就可以有效限制網(wǎng)絡(luò)訪問機(jī)制，對緩沖區(qū)設(shè)置上限，限制緩沖區(qū)的發(fā)送速率，將發(fā)送源關(guān)閉一段時(shí)間。比如：在全雙工環(huán)境中，交換機(jī)端口和終端之間會(huì)連接一個(gè)沒有使用的發(fā)送和接收通道，這一通道的存在讓交換機(jī)無法產(chǎn)生一次沖突，去停止終端發(fā)送，終端就會(huì)一直發(fā)送，直到交換機(jī)的緩沖區(qū)溢出。采用流量控制方式，可以在全雙工環(huán)境下，產(chǎn)生一個(gè)PAUSE幀，將其發(fā)送給工作站，就可以讓交換機(jī)有足夠的時(shí)間釋放緩沖區(qū)。

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