文章目录

1. 以太网
2. 交换机
- 2.1 以太网交换机(switch)
- 2.2 虚拟局域网（VLAN）

1. 以太网

以太网是目前最为流行的有线局域网技术。以太网的成功有以下原因：

造价低廉。
应用最广泛的LAN技术。
满足网络速率需求：10Mbps - 10Gbps

（1）物理拓扑

总线：
①所有节点在同一冲突域。
星型
①中心交换机
②每个结点一个单独冲突域。

（2）特点

无连接
不可靠：接受网卡不向发送网卡进行确认。
①差错帧直接丢弃
采用二进制指数退避算法的CSMA/CD

（3）以太网帧结构
①前导码（8B）
②目的MAC、源MAC地址（各6B）
③类型
④数据（46-1500B）：上层协议载荷。

（3）以太网标准

相同的MAC协议和帧格式
不同速率
不同物理介质

2. 交换机

2.1 以太网交换机(switch)

交换机的作用是接收入链路层帧并转发到出链路。交换机有以下特点：

链路层设备
①存储-转发以太网帧：通过到达帧的目的MAC地址，选择性向一个或多个输出链路转发帧。
②利用CSMA/CD访问链路，发送帧。
透明
①主机感知不到交换机的存在。
即插即用
消除碰撞：主机独享链路直接连接交换机，交换机在每段链路上利用CSMA/CD收发帧，但无冲突。
并行交换
异质链路：交换机将链路彼此隔离。

（2）帧过滤/转发
过滤是决定应该转发还是丢弃收到的帧，转发是决定帧被导向哪一个接口。

交换机表：交换机依据交换机表决定过滤和转发。
①交换机表项包含<MAC地址, 输入链路接口, 时间>。

交换机转发/过滤的过程如下：

记录帧的源MAC地址和输入链路接口（自学习）。
利用目的MAC地址检索交换表。
①如果没有目的MAC地址的表项，交换机采取泛洪，向除接收该帧接口以外的其他所有接口广播该帧。
②如果有目的MAC地址表项，检索MAC地址匹配的接口。若目的主机在与入接口相连的局域网段上，则丢弃该帧。否则，向指定接口转发该帧。

每台交换机上都有一个交换机表。那么交换表是如何创建与维护的呢？

（3）自学习
交换机通过自学习记录发送节点所在的局域网网段。

交换机表初始为空。
对于每个入帧，如果表中没有源MAC地址的表项，交换机则会在表中存储。
①交换机表项结构：<源MAC地址，接口，TTL>
如果一段时间内交换机没有收到以表项中MAC地址作为源地址的帧，则会删除对应表项。

因为单个交换机不可能连接所有的主机，因此我们需要多交换机。

（4）交换机互联

假设C向H发送帧，H向C发送应答帧

①交换机S1接收到来自C的入帧，在交换机表中记录表项<C,3>。因为无目的MAC地址的表项，因此采取洪泛。
②交换机S4收到来自S1的入帧，在交换机表中记录表项<C,1>。因为无目的MAC地址的表项，因此采取洪泛。
③交换S3收到来自S4的入帧，在交换机表中记录表项<C,4>。因为无目的MAC地址的表项，因此采取洪泛。
④主机H收到S3广播的数据帧。并向S3发送应答帧。
⑤S3收到来自H的入帧，在交换机表中记录表项<H,3>。因为目的MAC地址表项存在，因此向接口4转发入帧。
⑥S4收到来自S3的数据帧，在交换机表中记录表项<H,2>。因为目的MAC地址表项存在，因此向接口1转发。
⑦S1收到来自S4的数据帧，在交换机表中记录表项<H,4>。因为目的MAC地址表项存在，因此向接口3转发数据帧。

（5）交换机和路由器的比较

存储转发设备：交换机和路由器都是存储转发设备。
①路由器是网络层设备，根据IP地址转发分组。
②交换机是链路层设备，根据MAC地址转发分组。
转发表：交换机和路由器均使用转发表。
①路由器：利用路由算法计算维护转发表，并根据IP地址转发。
②交换机：利用自学习、泛洪构建交换机表，并根据MAC地址转发。
流量隔离：路由器和交换机都具有流量隔离。
即插即用
①路由器不是即插即用的。它需要人为配置IP地址。
②交换机是即插即用的。

交换机分组处理效率比路由器高。

优化路径：
①路由器能获得优化路径。
②交换机不能获得优化路径。

下面我们将介绍交换机和路由器各自的优缺点。
对于交换机而言，它是链路层存储转发设备，只需要处理到第二层分组。因此交换机具有较高的过滤转发速率。同时交换机采用自学习配置转发表，因此它无需人工配置，是即插即用的。

优点：
①即插即用
②高分组过滤和转发速率：交换机只需处理到第二层的帧。
缺点
①不对广播风暴提供任何保护措施。
②无最优路径。

对于路由器而言，它是网络层存储转发设备，需要处理到第三层分组。因此路由器的转发速率较慢。路由器最大的缺点是不能即插即用。因为路由器和主机需要人为配置IP地址。

优点
①允许计算源到目的的最优路径。
②为广播风暴提供了防火墙保护。
缺点
①不是即插即用的
②分组过滤转发速率较慢：交换机需要处理第三层的帧。

2.2 虚拟局域网（VLAN）

（1）定义
支持VLAN的交换机允许经一个单一的物理局域网基础设施定义多个虚拟局域网。

基于端口的VLAN：分组交换机端口，每个组构成一个VLAN。
①流量隔离：处于不同VLAN的主机不能直接通信。
②动态划分：端口可以动态分配给不同VLAN。
③VLAN间转发：不同VLANS间通过路由器进行通信。

（2）VLAN交换机间的互联

多线缆连接
①每个线缆都会占用每个交换机的端口。
干线端口：每台交换机上有一个特殊的端口，以互联两个或多个VLAN交换机。
①干线端口属于所有VLAN。
②发送到任何VLAN的帧经过干线链路转发到其他交换机。
③问题：交换机不知道发送到干线端口的帧属于哪一个VLAN。
802.1Q：
①在标准以太网帧加入首部的4字节VLAN标签，用于区分帧所属VLAN。

补充：连接到一个Web网页的过程
使用DHCP

第一步：获得网络参数
①IP地址
②网关地址
③子网掩码
④DNS
第二步：发送HTTP请求，并用DNS解析。
①通过ARP查询网关的MAC地址，并将帧发送给网关。
②IP报文在采用BGP, RIP, OSPF进行路由选择。
第三步：在客户端和服务器建立HTTP连接（TCP三次握手），之后

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