1、2019/5/9,上海交通大学计算机系,1,计算机组网原理 原理篇,第六章 交换型以太网与全双工以太网 组网技术,2019/5/9,上海交通大学计算机系,2,本章重点以太网交换机是企业内部组网的中心设备 为什么要使用以太网交换机 交换机的基本工作原理 交换机的结构 几种不同的交换方式 交换机分类 基于交换机的组网方式 采用交换机构建全双工以太网 选择以太网交换机的要点,2019/5/9,上海交通大学计算机系,3,第六章 交换型以太网与全双工以太网组网技术,6.1 从共享型以太网发展到交换型以太网 6.1.1 共享型以太网系统存在的问题因在网段中存在碰撞，大大减少了每个站所获得的带宽。（共享带宽
2、）,2019/5/9,上海交通大学计算机系,4,2019/5/9,上海交通大学计算机系,5,6.1.2 交换型以太网系统的特点,每个端口独享带宽 端口之间交换互不冲突,2019/5/9,上海交通大学计算机系,6,交换型以太网的优点,每个端口的网段独享带宽 最大带宽=端口带宽 端口数 端口之间可交换数据，且互不冲突 端口网段广播信息互相隔离,2019/5/9,上海交通大学计算机系,7,6.1.3 以太网交换机工作的逻辑机理,2019/5/9,上海交通大学计算机系,8,6.2 网桥与交换机工作机理,最简单的交换机就是多端口网桥 6.2.1 以太网上网桥的作用隔离网段的碰撞域 6.2.2 透明网桥根
3、据端口地址表寻找输出端口,2019/5/9,上海交通大学计算机系,9,操作流程,2019/5/9,上海交通大学计算机系,10,发送站经交换机发送报文的过程： 交换机检测发送站与接收站位于同一个端口，则不转发该报文，报文在同一个网段内传送。如该网段为以太网，则网段内按CSMA/CD方式工作。 如发送站与接收站属不同端口，则查找端口-地址表，将报文发往目的端口。 如在端口-地址表内查不到目的端口，则发广播报文。,2019/5/9,上海交通大学计算机系,11,6.3 以太网交换机结构,6.3.1 软件执行交换结构,工作速度慢，很少使用。,2019/5/9,上海交通大学计算机系,12,6.3.2 矩阵
4、交换结构,交换速度快，延迟时间短，但端口扩展困难，矩阵存在阻塞，不易实现广播传送。,2019/5/9,上海交通大学计算机系,13,6.3.3 总线交换结构,便于扩展；易于管理；容易实现广播传送；容易实现多对一方式工作。 要求背板速度高，几个Gbps几十个Gbps。 现在产品的背板速度已达到256Gbps。,2019/5/9,上海交通大学计算机系,14,6.4 以太网交换机的交换方式,6.4.1 静态交换方式人工配置,2019/5/9,上海交通大学计算机系,15,6.4.2 动态交换方式,存储转发 （Store Forward） 直通 （Cut Through） 自适应 （Adaptation）
5、 碎片丢弃 （Fragment Free）,2019/5/9,上海交通大学计算机系,16,1. 存储转发,优点：可靠性好 缺点：处理延迟时间长,2019/5/9,上海交通大学计算机系,17,2. 直通,输入端收到报文的目的地址字段后，经查表，直接转到输出端口。 优点：处理延迟时间短。 缺点：可靠性差。,3. 自适应,一般情况下交换器工作在直通方式，工作速度很快。当检测到出错率高（如丢包个数增加）或帧碎片太多时，交换器自动切换到存储转发方式工作。该类型综合了前面两种方式的优点。,2019/5/9,上海交通大学计算机系,18,4. 碎片丢弃,是一种折衷方案。当报文小于512位时（以太网最短帧），交
6、换器不转发，大于512位时接直通方式工作。优点：过滤了小于512位的碎片，工作速度介于 第1、2种方式之间。缺点：可靠性较第1种方式差。,2019/5/9,上海交通大学计算机系,19,6.5 以太网交换机的分类和应用,6.5.1 按带宽分类10Mbps、100Mbps、1000Mbps往往一个交换器上有不同速率的端口，称为不对称式交换器。6.5.2 按端口上支持的媒体分类双绞线、光缆一个交换器可支持多种传输介质,2019/5/9,上海交通大学计算机系,20,6.5.3 按架构分类,堆叠式、机框式,2019/5/9,上海交通大学计算机系,21,机框式优点： 维修方便 高可靠性 系统集成和配置灵活
7、,2019/5/9,上海交通大学计算机系,22,补充：按交换机工作的协议层次分 工作在数据链路层相当于多端口网桥 工作在网络层同时具有路由功能，功能强，用于主干网。 工作在传输层能识别端口号 工作在应用层能区分不同的应用,2019/5/9,上海交通大学计算机系,23,组网方法的发展：从以路由器为中心到以交换机为中心,2019/5/9,上海交通大学计算机系,24,6.5.4 按应用分类与相应的典型组网方式,层次化的体系结构,2019/5/9,上海交通大学计算机系,25,各层特性,2019/5/9,上海交通大学计算机系,26,层次化结构的优点,各层功能分工明确，便于设计、实现和调试 充分发挥不同规
8、格交换器的功能 层次结构使内部网的信息流与业务流的流向、流量基本一致,2019/5/9,上海交通大学计算机系,27,以交换机为中心组网的拓扑结构,2019/5/9,上海交通大学计算机系,28,通过交换机与不同网络的连接,2019/5/9,上海交通大学计算机系,29,6.6 全双工以太网,6.6.1 全双工以太网技术的重要性增加带宽、扩展网段长度,发送与接收可同时进行，不会发生冲突碰撞。所以不受CSMA/CD的约束，扩展了网段长度。,2019/5/9,上海交通大学计算机系,30,6.6.2 全双工以太网技术特点,由一对线连接，发送与接收同时进行 点对点的通信不可以用HUB 速率提高一倍 扩展距离实际上仅对100BASE FX有意义。其余标准下因受电光信号本身的传输损耗影响，在实际应用中并不能加长距离。,2019/5/9,上海交通大学计算机系,31,6.6.3 全双工以太网技术的应用,2019/5/9,上海交通大学计算机系,32,选择以太网交换器的要点：,交换技术存储转发、直通、自适应 吞吐量和背板速度吞吐量指所有端口同时收发数据速率的总和 端口传输速率,2019/5/9,上海交通大学计算机系,33,延迟时间 接收到数据直至目的端口开始发送 端口MAC地址个数 MAC地址个数越多，每个端口可以连接的主机就越多 全双工能力 虚拟网（VLAN）能力 网络管理能力 提供完善的管理软件,
