以太网交换机

原理和概念

1. 又称二层(数据链路层)交换机, 本质是一个多端口的网桥, 能够将网络划分为多个较小的冲突域,从而为灭个用户提供更高的带宽
2. 集线器构建的传统共享式以太网, 所有用户共享同一传输介质, 平分平均可用带宽且通信过程中极易发生冲突; 以太网交换机构建的交换式以太网则不同, 独占端口带宽, 无须竞争, 且总吞吐量由用户和带宽共同决定

特点

1. 交换机相连或者连接主机时, 通常工作在全双工
2. 并行性, 无冲突, 因此不需要CSMA/CD协议
3. 如果连接了集线器, 由于集线器连接的所有设备处在同一冲突域中, 必须使用CSMA/CD协议, 且工作在半双工方式
4. 即插即用, 内部维护帧转发表, 自学习算法, 基于网络中各主机间的实际通信自动建立和更新
5. 采用专用交换结构芯片, 交换速率较高

两种交换模式

1. 直通交换 -> 接收到帧目的MAC地址后直接立即决定转发端口, 不等待帧接受完毕, 且不进行差错检测 -> 不适用于需要速率匹配,差错检测和协议转换的场景
2. 存储转发交换 -> 与1.相反

自学习功能

1. 转发(从那个端口送出帧)和过滤(是否丢弃帧)决策基于帧的MAC地址
2. 转发和过滤功能依赖交换机内部交换表 -> 表项包括 -> 主机的MAC地址|该主机所连接的交换机端口号
3. 自学习算法 ->
   1. 学习源MAC地址 -> 如果接受帧后读取帧的源MAC地址, 并同时将其与入端口写入或更新交换表, 可使交换机动态掌握各主机的连接位置
   2. 查看目的MAC地址 -> 解析并根据转发类型决定转发策略(单播,广播或组播)
   3. 决策与转发 ->
      1. 单播 -> 若存在目的MAC地址表项, 则精准交付; 否则执行未知单播帧泛洪, 即将帧从除接收端口以外的所有其他活动端口转发出去
      2. 广播 -> 将帧从除接收端口以外的所有其他活动端口转发出去
      3. 组播 -> 默认也泛洪处理
   4. 自动更新 -> 表项设有老化时间
   5. 提高可靠性 -> 生成树协议(STP), 不改变物理拓扑的前提下, 逻辑阻塞部分冗余端口, 构建一棵覆盖所有交换机的无环生成树; 若主链路出现故障, STP还可以重新激活阻塞端口

共享式以太网与交换式以太网

1. 区别 ->
   1. 发送普通帧 -> 共享式以太网广播帧, 由主机网卡决定是否接收; 交换式以太网查表, 决定泛洪或精准交付(其他主机无感知)
   2. 发送广播帧 -> 看似相同, 但是原理不同, 前者物理层盲目复制, 后者有意识泛洪
   3. 多对主机同时通信, 前者必然发生冲突, 后者支持多对端口并行交互, 各对通信互不干扰