交换式以太网的提出

共享式以太网存在的问题

  • 覆盖的地理范围有限
  • 网络带宽容量固定
  • 不能支持多种速率

交换的提出

将集线器换为交换机

以太网交换机的工作原理

不仅集线器和计算机可以和交换机连接，而且 Web 服务器和文件服务器也可以和交换机连接

以太网交换机的工作过程

端口/ MAC 地址映射表 位于交换机内存中

数据转发方式

  • 存储转发交换
    • 完整接受并储存数据帧->校验->转发
    • 特点：不转发出错的数据帧，支持多速率，但延迟较长
  • 直接交换
    • 检测到目的地址立即转发，不缓存整帧，不检测差错
    • 特点：交换速率快、延迟小，但转发出错帧会浪费带宽，不支持多速率
  • 碎片隔离交换
    • 特点：存储转发和直接交换的折中（比存储转发快，比直接交换慢）
    • 检查接收到的数据帧长度是否达到64byte（小于64byte抛弃，大于64byte转发）

地址学习

  • 建立：通过学习动态建立
    • 向后学习：读取帧的源地址并记录帧进入的端口
    • 只要结点发送信息就能获得它的 MAC 地址与其所在端口的对应关系
  • 维护：通过计时器保持表项的“新鲜”
    • 计时器一处之前没有两次捕获到该端口与 MAC 地址的对应关系，该表项将被删除
    • 目的：保证地址表精确、可用

通信过滤

  • 通信过滤：交换机基于帧的目的地址做出是否转发或转发到何处的决定
  • 如果在 MAC 地址转换表中找不到，需要交换机向所有端口转发（溢出）

生成数协议

  • 集线器级联（不能出现环路），因为会导致相当长时间内信息无休止循环，造成网络瘫痪
    • 生成数协议（Spanning Tree Protocol）
    • 逻辑上行成一种树形级联结构

虚拟局域网

  • 虚拟局域网
    • 将局域网上的用户或结点划分成若干个“逻辑工作组”
    • 逻辑组的用户或结点可以根据功能、部门、应用等因素划分而无需考虑它们所处的物理位置
  • VLAN 的核心设备：交换机
    • 交换机的端口可以分配给一个 VLAN
    • 分配给一个 VLAN 的端口共享广播域
    • 分配给不同 VLAN 的端口不共享广播域

对比共享式以太网核 VLAN

  • 共享式以太网
    • 同一个部门的终端连入同一个共享式集线器
    • 不同部门的终端有较少的通信需求
  • 所有终端直接连接（不同的）以太网交换机
    • 处在同一个 VLAN 下的终端才可通信

VLAN 的好处：不是通过物理的连接组成，而是对交换机进行设置。

VLAN 的划分方法

静态 VLAN 划分法

  • 管理员静态地将端口分配給某个VLAN，从而把终端系统划分为不同的部分，实现不同逻辑组的相互隔离
  • 端口之间的关系需要管理员设定
  • 最实用、最常用的 VLAN 划分方法
  • 配置简单、可直接监控、安全性好
  • 适用环境：终端设备位置和逻辑分组相对稳定

动态 VLAN 划分法

  • 根据互联层协议、地址等定义 VLAN 成员
  • 特点：需要读取和分析高层协议信息，交换和转发速率会受一定影响

VLAN 优点

  • 减少网络管理开销

  • 控制广播活动

  • 提供较好的网络安全性

  • 利用现有的集线器节省开支