1. 交换机
交换机是一种用于电(光)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。
2. 以太网帧格式
以太网帧俗称以太网数据包,以太网帧格式,即在以太网帧头、帧尾中用于实现以太网功能的域。在以太网的帧头和帧尾中有几个用于实现以太网功能的域,每个域也称为字段,有其特定的名称和目的。如下图:
3. 存储转发
存储转发把进入交换机端口的数据包先存储起来,然后进行 crc(循环冗余码校验)检查,在对错误包处理后才取出数据包的目的地址,通过查找表转换成输出端口送出包。
4.m mc ac 地址表
简称地址表,交换机在转发数据前必须知道它的每一个端口所连接的主机的 mac 地址,构建出一个 mac 地址表,mac 地址表是交换机上电后自动建立的。如下图:
5. 生存期
地址老化时间,生存期是 mac 地址列表中表项的寿命。每个表项在建立后开始进行倒记时,每次发送数据都会刷新记时。对于长期不发送数据的主机,其 mac 地址的表项在生存期结束时删除。设备厂家基本不会把生存期显示出来,下图红方框区域可作为参考。
二、 交换机 工作原理
交换机工作于 osi 参考模型的第二层,即数据链路层。交换机内部的交换芯片会在每个端口成功连接时,通过将 mac 地址和端口对应,形成一张 mac 地址表。数据通讯中,发往该 mac 地址的数据包将仅送往其对应的端口,而不是所有的端口。因此,交换机可用于划分数据链路层广播,即冲突域;但它不能划分网络层广播,即广播域。
交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上,控制电路收到数据包以后,处理器会查找 mac 地址表以确定目的 mac 的设备挂接在哪个端口上,通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口,目的 mac 若不存在,广播到所有的端口,接收端口回应后交换机会“学习”新的 mac 地址,并把它添加到内部 mac地址表中。
数据包在交换机内部的处理过程概括为几步:
1、交换机接收到数据包后,分析数据包的源 mac 和目的 mac,并建立 mac 地址表。
2、转发数据包时,需根据 mac 地址表确定电信号通路,下图为交换机内部所有的电信号通路。
3、数据包利用电信号通路进行发送。
三、交换机功能的分析理解
1、交换机的端口聚合功能
可理解为,聚合端口在交换机内部合并为一个新端口 a,聚合端口通过的数据包会在 mac 地址表中建立与新端口 a 的表项。当数据包转发时交换机内部会有多个电信号通路可供使用,但电信号通路有自己的轮休机制,最终只提供一个可行、稳定的电信号通路。
2、交换机的组播过滤功能
可理解为,交换机 mac 地址表建立了静态的表项,表项永远不会自动老化(删除),并且同一个 mac 地址对应多个端口建立了独立的表项。当数据包转发时交换机内部会有多个电信号通路可供使用,数据包会在每个电信号通路都进行发送,间接实现了数据包的复制转发。
3、交换机的n vlan 功能
通过改变交换机内部电信号通路,来实现 vlan 功能的划分。如下图:
未配置 vlan 的交换机 配置 vlan 的交换机
4、交换机的环网功能
可理解为,环网中交换机增加了环网端口状态的汇报功能和环网端口的轮休机制。当环网链路异常时,汇报包以广播数据包形式发到网络中,交换机收到数据包后取消所有的轮休机制,全部端口正常工作。下图为环网类型图:
(玖瑞科技生产技术部收集整理)
