交换机的工作原理
交换机 (英文:Switch,意为“ 开关 ”)是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。那么。 交换机的工作原理 是什么呢?交换机的作用有哪些呢?
一、交换机的工作原理1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射,并将其写入MAC地址表中。
2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较,以决定由哪个端口进行转发。
3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中,则向所有端口转发。这一过程称为泛洪(flood)。
4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。
1.学习/获取:交换机会学习收到的数据帧的源MAC地址;
1>当交换机从某个端口收到数据帧时,会读取帧的源MAC地址并在MAC表中填入该MAC地址及其对应的端口。
2.过期:通过学习过程学习到的MAC条目具有时间戮,此时间戮用于从MAC表中删除旧条目。
1>当某个条目在MAC表中创建之后,就会使用其时间戮作为起始值开始递减计数。计数值到0后,条目被删除;
2>如果在条目被删除之前,交换机从相同端口收到同一源MAC的帧时,将会刷新表中的该条目;
3>在时间戮计数值到0后,仍未从该端口收到该源MAC的帧时,条目将被删除。
3.泛洪:交换机将帧发送到除接收端口以外的其它所有端口的过程称为泛洪。
1>当收到目的MAC地址不在MAC表中的数据帧时,交换机不知道该往哪一个端口发送该帧,此时会泛洪;
2>当收到目的MAC地址为广播地址的帧时,会泛洪;
3>当收到目的MAC地址为组播(多播)地址的帧时,会泛洪。
4.选择性转发:检查帧的MAC地址后,将帧从适当的端口转发出去的过程称为选择性转发。
1>交换机收到数据帧后,如果该帧的MAC地址在MAC表中,则将帧转发到相应端口,而不是泛洪到所有端口。
5.过滤:在某些情况下,帧不会被转发。
1>交换机不会将帧转发到接收帧的端口;
2>交换机会丢弃损坏的帧而不转发,如没有通过CRC校验的帧等;
3>由于某些安全设置帧不会被交换机转发,如基于MAC地址的ACL、VLAN等。
什么叫一层交换机,二层交换机,三层交换机?
简单地说:
一层交换机 支持物理层协议(电话程控交换机可以算一个)
二层交换机 支持物理层和数据链路层协议,如以太网交换机
三层交换机 支持物理层,数据链路层及网络层协议,如某些带路由功能的交换机
从ISO/OSI的分层结构上说,交换机可分为二层交换机、三层交换机等。
二层交换机指的就是传统的工作在OSI参考模型的第二层--数据链路层上交换机,主要功能包括物理编址、错误校验、帧序列以及流控。 一个纯第二层的解决方案,是最便宜的方案,但它在划分子网和广播限制等方面提供的控制最少。传统的路由器与外部的交换机一起使用也能解决这个问题,但现在路由器的处理速度已跟不上带宽要求。因此三层交换机、Web交换机等应运而生。
三层交换机是一个具有三层交换功能的设备,即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,并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。
3层交换机是带路由功能的交换机!! 2层的是基于MAC地址访问的!
交换机目前常见的有两种:
一是二层交换机,也就是我们见得最多的那种, 基于MAC,2层快速交换,所有的接口同在一个广播域.
第二种就是您说的3层交换机,3层交换机顾名思义,也就是可以起用 路由功能.3层交换机早期的需要一个MSFC(多层交换特性卡)来支持3层路由功能,现代的3层交换机都集成了此功能.
举例:1_二层交换机:
楼层一 楼层二分别有两台2层交换机,他们之间可以划分VLAN,做策略来进行通讯,但是如果说,楼层1的交换机和楼层2的交换机不在同一VLAN,而他们之间又要互相通讯,那么就需要通过路由器来做路由功能.
举例:2_三层交换机:
事实上,如果说还有更多楼层,更多交换机,那么只需要一个3层的核心交换机就可以取代路由器了.
3层交换机的原理很简单:1次路由多次交换.
解释:在广域网中,当然跑的都是3层数据包(被路由的),而路由需要确定每次源到目的的最优路径,每次都要重新进行选择,而如果您使用3层交换机,就可以第一次进行源到目的的路由,3层交换机会将此数据转到2层,那么下次无论是目的到源,还是源到目的都是进行快速交换.
注意:
3层交换机有路由功能,但不能完全取代路由器,因为基础原理并不相同.
3层交换机从某种意义上来说会比路由器策略转发快得多!
3层交换机能很方便地节约网络资源,防止拥塞现象.
数据链路层 位于网络层与物理层之间数据链路层的功能
数据链路(逻辑电路)的建立、维护与拆除
帧包装、帧传输、帧同步
帧的差错恢复
流量控制以太网(ether net)
以太网工作在数据链路层
要想要实现千兆,网口,网线,交换机等所有的设备都支持千兆时才能达到千兆,有一个设备不支持千兆都不可以。
以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备
MAC地址,又称硬件地址,又称物理地址。
数据链路层通过MAC地址找到目标。
MAC地址,48位,6个字节,用十六进制数标示,每个字节用:或-分段,例如:HWaddr 00:0C:29:DD:B0:BC
MAC 地址前三个字节是供货商标识(表示是哪个公司),后三个字节是供货商对网卡的唯一编号(公司的编号)。
供应商标识需要花钱买,找 去买,去申请,一个公司可以申请多个标识。
MAC地址都是全球唯一的。
1.核心层
核心层是网络主干部分,是整个网络性能的保障,其设备包括路由器、防火墙、核心层交换机等等,相当于公司架构里的管理高层。
核心层一直被认为是所有流量的最终承受者和汇聚者,所以对核心层的设计以及网络设备的要求十分严格,它的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输,骨干层设计任务的重点通常是冗余能力、可靠性和高速的传输。因此,核心层设备采用双机冗余热备份是非常必要的,也可以使用负载均衡功能,来改善网络性能。网络的控制功能最好尽量少在骨干层上实施。
2.汇聚层汇聚层也被称为分布层,它是网络接入层和核心层的“中介”,相当于公司的中层管理,用来连接核心层和接入层,处于中间位置,它在工作站接入核心层前先做汇聚,以减轻核心层设备的负荷。
不难理解,汇聚层也就汇聚层具有实施策略、安全、工作组接入、虚拟局域网(VLAN)之间的路由、源地址或目的地址过滤等多种功能。在汇聚层中,应该采用支持三层交换技术和VLAN的交换机,以达到网络隔离和分段的目的。
3.接入层通常将网络中直接面向用户连接或访问网络的部分称为接入层,也就相当于公司架构里的基层员工,因此接入层交换机具有低成本和高端口密度特性。
接入层为用户提供了在本地网段访问应用系统的能力,主要解决相邻用户之间的互访需求,并且为这些访问提供足够的带宽,接入层还应当适当负责一些用户管理功能(如地址认证、用户认证等),以及用户信息收集工作(如IP地址、MAC地址、访问日志等)。
接入层、汇聚层和核心层的特点和区别
核心层可以提供最优的区间传输, 汇聚层可以提供基于策略的连接 ,而接入层可以为多业务应用和其他的网络应用提供用户到网络的接入。
无论是核心层、汇聚层还是接入层,都属于比较传统的网络结构,目前比较先进的是叶脊拓扑结构,主要网络结构设计,如下图所示:
1.功能区别
核心层交换机的主要功能是用于路由选择及高速转发的,提供优化、可靠的骨干传输结构,因此核心层交换机应用有更高的可靠性和吞吐量。汇聚层交换机是多台接入层交换机的汇聚点,作用是将接入节点统一出口,同样也做转发及选路。它必须能够处理来自接入层设备的所有通信量,并提供到核心层的上行链路。接入层交换机的功能是将终端用户连接到网络,因此接入层交换机具有低成本和高端口密度特性。
2.性能区别核心层交换机是三层交换机,高速转发,有大容量接口带宽(比如万兆接口),较大的背板处理能力,因此它的性能以汇聚层交换机和接入层交换机都要高。汇聚层交换机也具备部分路由功能,可以是二层/三层交换机,而接入层交换机属于二层交换机,因此汇聚层交换机与接入层交换机比较,性能更高,端口更少和速率更高。总之,这三种交换机的性能对比结果是:核心层交换机>汇聚层交换机>接入层交换机。
3.使用场景区别对于核心层交换机、汇聚层交换机以及接入层交换机并没有固定要求,它们处于哪一层主要取决于网络环境的大小及设备的转发能力,也不是每个网络都必须有这三个结构,有些企业只有接入层交换机和核心层交换机,这种做法的其中一个目的就是可以节约成本。
————————————————
中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关大总结,通俗易懂
好了今天的内容分享就到这里,感谢你的持续关注,我们下期再会!
最新评论