【计算机网络】第三章 数据链路层(虚拟机与局域网)

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3.9 以太网交换机自学习和转发桢的流程

以太网交换机的自学习和转发数据帧的流程如下:

自学习(Learning):

当交换机收到一帧时,它会检查帧中的源MAC地址,并将其与接收端口相关联。
交换机将源MAC地址与接收端口的映射信息存储在一个所谓的MAC地址表(也称为CAM表或转发表)中。

转发(Forwarding):

当交换机接收到目标主机的数据帧时,它会查找目标MAC地址在MAC地址表中的对应端口。

如果在MAC地址表中找到了目标MAC地址的映射信息,则交换机将该数据帧只转发到对应的端口上。

如果在MAC地址表中没有找到目标MAC地址的映射信息,则交换机将该数据帧广播到所有其他端口上(除接收端口外)。

在广播过程中,其他连接的交换机也会学习到该源MAC地址与对应端口的映射信息,并更新各自的MAC地址表。

更新(Updating):

交换机会周期性地检查MAC地址表中的条目,并根据实际网络流量情况进行更新。
如果长时间未收到某个MAC地址的数据帧,则该条目可能被删除,以释放存储空间。
通过自学习和转发的过程,以太网交换机可以实现根据MAC地址进行精确的数据帧转发,提高网络的传输效率和安全性。


交换机 工作在数据链路层(也包括物理层)
交换机 工作在数据链路层(也包括物理层),它收到桢后,在桢交换表中查找桢的目的MAC地址所对应的接口号,然后通过该接口转发桢。

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习题2

3.10 以太网交换机的生成树协议STP

以太网交换机使用 生成树协议STP 可以在增加冗余链路来提高网络可靠性的同时又 避免网络环路带来的各种问题。

  • 无论交换机之间采用怎样的物理连接,交换机都能够自动计算并构建一个逻辑上没有环路的网络,其逻辑扩扑结构必须是树型的(无逻辑环路)。
  • 最终生成的树型逻辑扩扑要确保连通整个网络
  • 当首次连接交换机或网络物理扩扑发生变化时(有可能是人为改变或故障),交换机都将生成树的重新计算

3.11 虚拟局域网

3.11.1 虚拟局域网VLAN概述

众多交换机组成的巨大广播域会带来包括 广播风暴 在内的弊端。
网络中会频繁出现广播信息:

  • TCP/IP 协议栈中的很多协议都会使用广播:
    • 地址解析协议ARP(已知 IP 地址,找出其相应的 MAC 地址)
    • 路由信息协议RIP(一种小型的内部路由协议)
    • 动态主机配置协议DHCP(用于自动配置 IP 地址)

SO,分割广播域变得尤为主要:

  • 使用 路由器 可以隔离广播域(路由器工作在 网络层 ),但是路由器成本较高
  • 虚拟局域网 VLAN 技术营运而生

虚拟局域网VLAN(Virtual Local Area Network)是一种将局域网内的设备划分成与物理位置无关的逻辑组的技术,这些逻辑组具有某些共同的需求。同一个VLAN可以广播通信,不同的VLAN不能广播通信。

3.11.2 虚拟局域网VLAN的实现机制

是在交换机上实现的,需要交换机实现两大功能:

  • 能处理带有VLAN标记的桢(IEEE 802.1Q桢)
  • 交换机的端口可以支持不同的端口类型

交换机的端口类型有以下三种:(Access Trunk Hybrid)

接入端口(Access Port):接入端口用于连接终端设备,如计算机、打印机等。每个接入端口通常只允许一个VLAN使用,并将接收到的数据帧按照所属VLAN进行转发。

通道组端口(Trunk Port):通道组端口用于连接两个交换机之间或交换机与路由器之间的链路。它可以传输多个VLAN的数据帧,并使用特定的协议(如VLAN Trunking Protocol,VTP)来识别和传递不同VLAN之间的数据。

混杂端口(Mirrored Port):混杂端口是用于网络监控和分析的一种特殊端口类型。它可以将所有进出该交换机的数据帧复制并发送到特定的监控设备,以便进行流量分析、故障排除等操作。

这些不同类型的端口在交换机中起到不同的作用,根据实际需要选择合适的端口类型来满足网络配置和需求。



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