時(shí)間:2017-11-22 10:16:44來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
什么是交換機(jī)
交換機(jī)(Switch)意為“開(kāi)關(guān)”是一種用于電(光)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以為接入交換機(jī)的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供獨(dú)享的電信號(hào)通路。最常見(jiàn)的交換機(jī)是以太網(wǎng)交換機(jī)。其他常見(jiàn)的還有電話語(yǔ)音交換機(jī)、光纖交換機(jī)等。
交換(switching)是按照通信兩端傳輸信息的需要,用人工或設(shè)備自動(dòng)完成的方法,把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)。交換機(jī)根據(jù)工作位置的不同,可以分為廣域網(wǎng)交換機(jī)和局域網(wǎng)交換機(jī)。廣域的交換機(jī)(switch)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備,它應(yīng)用在數(shù)據(jù)鏈路層。交換機(jī)有多個(gè)端口,每個(gè)端口都具有橋接功能,可以連接一個(gè)局域網(wǎng)或一臺(tái)高性能服務(wù)器或工作站。實(shí)際上,交換機(jī)有時(shí)被稱(chēng)為多端口網(wǎng)橋。
交換機(jī)啟動(dòng)過(guò)程
交換機(jī)的通常啟動(dòng)過(guò)程包括啟動(dòng)裝載軟件的操作,完成以下任務(wù):
完成低級(jí)交換機(jī)CPU初始化。它將初始化控制映象的物理內(nèi)存、CPU寄存器,包括數(shù)量、速度等參數(shù)。
為CPU子系統(tǒng)完成加電自檢(POST)。它將檢測(cè)CPUDRAM和生存閃存文件系統(tǒng)的閃存設(shè)備。
初始化系統(tǒng)主板上的閃存系統(tǒng)。
裝載默認(rèn)操作系統(tǒng)軟件映象到內(nèi)存,啟動(dòng)交換機(jī)。
這個(gè)啟動(dòng)裝載提供程序是在操作系統(tǒng)裝載前訪問(wèn)閃存文件系統(tǒng)的。通常情況下,啟動(dòng)裝載程序僅用于裝載、解壓和登錄操作系統(tǒng)。在啟動(dòng)裝載程序移交CPU控制權(quán)限到操作系統(tǒng)后,這個(gè)啟動(dòng)裝載程序就處于非活動(dòng)狀態(tài),直到下次系統(tǒng)重啟或重新開(kāi)啟電源。
在可以為交換機(jī)分配信息前,確保交換機(jī)控制臺(tái)接口已連接到PC機(jī)或者終端上,并為交換機(jī)控制臺(tái)接口配置好了PC機(jī)或者終端仿真軟件連接速率和字符格式。連接速率默認(rèn)為9600b/s,數(shù)據(jù)位默為8位。
交換機(jī)的工作原理
當(dāng)交換機(jī)收到數(shù)據(jù)時(shí),它會(huì)檢查它的目的MAC地址,然后把數(shù)據(jù)從目的主機(jī)所在的接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。交換機(jī)之所以能實(shí)現(xiàn)這一功能,是因?yàn)榻粨Q機(jī)內(nèi)部有一個(gè)MAC地址表,MAC地址表記錄了網(wǎng)絡(luò)中所有MAC地址與該交換機(jī)各端口的對(duì)應(yīng)信息。某一數(shù)據(jù)幀需要轉(zhuǎn)發(fā)時(shí),交換機(jī)根據(jù)該數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址來(lái)查找MAC地址表,從而得到該地址對(duì)應(yīng)的端口,即知道具有該MAC地址的設(shè)備是連接在交換機(jī)的哪個(gè)端口上,然后交換機(jī)把數(shù)據(jù)幀從該端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。
1.交換機(jī)根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機(jī)端口的映射,并將其寫(xiě)入MAC地址表中。
2.交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jìn)行比較,以決定由哪個(gè)端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
3.如數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中,則向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。這一過(guò)程稱(chēng)為泛洪(flood)。
4.廣播幀和組播幀向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)。
例:某網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。
表1端口/MAC地址映射表
MAC地址端口
00-10-B5-4B-30-85E0/1
00-10-B5-4B-30-90E0/2
00-10-B5-4B-30-65E0/24
假設(shè)主機(jī)pc1向主機(jī)pc7發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀,該數(shù)據(jù)幀被送到交換機(jī)后,交換機(jī)首先查MAC地址表,發(fā)現(xiàn)主機(jī)pc7連接在E0/24接口上,就將數(shù)據(jù)幀從E0/24接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。
二、MAC地址表的構(gòu)建過(guò)程
為快速轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文,以太網(wǎng)交換機(jī)需要建立和維護(hù)MAC地址表。交換機(jī)采用源MAC地址學(xué)習(xí)的方法建立MAC地址表。
(1)交換機(jī)初始狀態(tài)
交換機(jī)的初始狀態(tài)MAC地址表為空,如圖2所示。
(2)地址表源MAC地址學(xué)習(xí)
當(dāng)計(jì)算機(jī)PC1要發(fā)送數(shù)據(jù)幀給計(jì)算機(jī)PC6時(shí),因此時(shí)地址表是空的,交換機(jī)將向除PC1連接端口E0/1以外的其他所有端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。在轉(zhuǎn)發(fā)之前,首先檢查該數(shù)據(jù)幀的源MAC地址(00-10-B5-4B-30-85),并在交換機(jī)的MAC地址表中添加一條記錄(00-10-B5-4B-30-85,E0/1)使之和端口E0/1相對(duì)應(yīng)。
(3)計(jì)算機(jī)PC6接收數(shù)據(jù)幀
計(jì)算機(jī)PC6收到發(fā)送的數(shù)據(jù)幀后,用該數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址和本機(jī)的MAC地址比較,發(fā)現(xiàn)PC1找的正是它,則接收該數(shù)據(jù)幀,其他計(jì)算機(jī)丟棄數(shù)據(jù)幀。
計(jì)算機(jī)PC6回復(fù)PC1時(shí),交換機(jī)直接從端口E0/1轉(zhuǎn)發(fā),并學(xué)習(xí)到(00-10-B5-4B-30-65)為PC6連接的端口,將其添加到地址表中,如圖3所示。
交換機(jī)的其他端口利用源MAC地址學(xué)習(xí)的方法在MAC地址表中不斷添加新的MAC地址與端口號(hào)的對(duì)應(yīng)信息。直到MAC地址表添加完整為止。
為了保證MAC地址表中的信息能夠?qū)崟r(shí)地反映網(wǎng)絡(luò)情況,每個(gè)學(xué)習(xí)到的記錄都有一個(gè)老化時(shí)間,如果在老化時(shí)間內(nèi)收到地址信息則刷新記錄。對(duì)沒(méi)有收到相應(yīng)的地址信息的則刪除該記錄。例如,計(jì)算機(jī)PC6停止了和交換機(jī)通信,達(dá)到老化時(shí)間后,交換機(jī)會(huì)將其對(duì)應(yīng)的記錄從MAC地址表中刪除。
也可以手工添加交換機(jī)的MAC地址表的靜態(tài)記錄,手工配置的靜態(tài)記錄沒(méi)有老化時(shí)間的限制。由于MAC地址表中對(duì)于同一個(gè)MAC地址只能有一條記錄,所以如果手工配置了MAC地址和端口號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系后,交換機(jī)就不再動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)這臺(tái)計(jì)算機(jī)的MAC地址了。
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