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以太网基础知识(二)计算机网络

作者:冯兴伟  来源:IT165收集  发布日期:2016-12-02 20:48:56

  本文主要知识来源于学校课程,部分知识来自于H3C公司教材,未经作者许可,禁止转载

  1. 二层交换原理

 二层交换机工作在OSI模型的第二层,即数据链路层。它对数据包的转发是建立在链路层信息——MAC(Media Access Control )地址基础之上。  二层交换机不同的端口发送和接收数据独立,各端口属于不同的冲突域,因此有效地隔离了网络中物理层冲突域,使得通过它互连的主机(或网络)

  之间不必再担心流量大小对于数据发送冲突的影响,典型的组网结构如下图所示。

  

  2.  MAC地址简介

  每个以太网帧的帧头,都包含有一个目的MAC地址和一个源MAC地址,它的作用是标志帧的源节点和目的节点的物理地址,每个MAC地址48bit,可分为单播地址、组播地址和广播地址。

  (1)    单播地址:第1字节的最低位为0,比如0000-0EF3-0038,一般用于标志唯一的设备;

  (2)    组播地址:第1字节的最低位为1,比如0100-5E00-0001,一般用于标志同属一组的多个设备;

  (3)    广播地址:所有48bit全为1,即FFFF-FFFF-FFFF,它用于标志同一网段中的所有设备。

  MAC地址表示例图:

  

  图中TTL全称为Time-To-Live(生存期的意思,下面会说)。

  3.   二层交换基本原理(透明网桥算法)

  二层交换机通过解析和学习以太网帧的源MAC来维护MAC地址与端口的对应关系(保存MAC与端口对应关系的表称为MAC表),通过其目的MAC来查找MAC表决定向哪个端口转发。

  MAC地址表的来源和维护:

    二层交换机收到以太网帧,将其源MAC与接收端口的对应关系写入MAC表,作为以后的二层转发依据。

  如果MAC表中已有相同表项,那么就刷新该表项的老化时间。MAC表表项采取一定的老化更新机制,老

  化时间内未得到刷新的表项将被删除掉;

  透明网桥算法流程:

  根据以太网帧的目的MAC去查找MAC表,如果没有找到匹配表项,那么向所有端口转发(接收端口除外),即扩散;

  如果目的MAC是广播地址,那么向所有端口转发(接收端口除外),即直接扩散;

  如果能够找到匹配表项,则向表项所示的对应端口转发,但是如果表项所示端口与收到以太网帧的端口相同,则丢弃该帧。

  4.   生成树协议

  首先我们要知道网桥是为了减轻冲突域对通讯效率的影响而产生的,它在网络中起到了隔离冲突域的作用,网桥的每一个接口

  连接到一个冲突域中,却并不像Hub一样将这些冲突域连成一个更大的冲突域,而且重点是网桥是存储转发机制,如果信号到达网桥的一个接口上时,目的接口所连接的冲突域内

  并不‘安静’,网桥不能马上转发这个信号,这样就会造成信息丢失。为了解决这个问题,网桥会将这个信号储存起来,等目的接口所连接的冲突域‘安静’下来以后,再将刚才存储起来的信号转发出去。

  网桥不会自己记住收到的是不是自己刚才发过的,就很容易形成广播风暴。

  其次当我们知道了透明网桥算法的存在,但是那么多网桥连在一起咋办呢?网桥将存储转发机制引入以太网后,我们发现在选线路的时候,

  要避免loop-free,要避免广播风暴呀,即我们要创建无环回拓扑结构,我们就要用到生成树协议。直接放图:

  

   生成树协议的作用呢?

    该协议为网桥定义了一组规则用于探知链路层拓扑,并对网桥的链路层转发行为进行控制。如果生成树协议感知到网络中存在环路,那么它会在环路上选择一个

恰当的位置阻塞链路上的端口——阻止端口转发或接收数据报文,通过这种方式消除环路上可能产生的广播风暴。

 某些具体细节:

生成树协议中的BPDU报文有两种,一种被称为配置BPDU(Configuration BPDU),一种被称为拓扑变化通知BPDU(Topology Change Notification BPDU或叫TCN BPDU)。

BPDU具体格式和生成树细节后面会专门有一篇来讲。

5.   二层交换机的三种转发方式

Store-and-forward(存储转发):收取整个数据帧后才开始转发,问题是会出现高延迟,所以出现了Cut-through方法。

Cut-through(直通转发):为了加快转发速度,Cut-through直接在获得目标MAC之后就开启转发进程,没必要等整个数据帧收齐。

Fragment-free(无碎片转发):和直通转发差不多,但是无碎片转发是收取64字节之后才开始转发,减少了转发出错的几率。

延伸阅读:

Tag标签: 以太网   计算机网络   基础知识  
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