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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Date1上海交通大学计算机系本章重点以太网交换机是企业内部组网的中心设备n为什么要使用以太网交换机n交换机的基本工作原理n交换机的结构n几种不同的交换方式n交换机分类n基于交换机的组网方式n采用交换机构建全双工以太网n选择以太网交换机的要点Date2上海交通大学计算机系第六章 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）HUB等价于总线Date3上海交通大学计算机系Date4上海交通大学计
2、算机系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Date5上海交通大学计算机系交换型以太网的优点1. 每个端口的网 段独享带宽 2. 最大带宽=端口 带宽 端口数 3. 端口之间可交 换数据，且互 不冲突 4. 端口网段广播 信息互相隔离Date6上海交通大学计算机系6.1.3 以太网交换机工作的逻辑机理Date7上海交通大学计算机系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 根据端口地址表寻找输出端口Date8上海交通大学计算机系操作流程Date9上海交通大学计算机系发送站经
3、交换机发送报文的过程 ：n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。n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。n如在端口-地址表内查不到目的端口， 则发广播报文。Date10上海交通大学计算机系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。Date11上海交通大学计算机系6.3.2 矩阵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。Date12上海交通大学计算机系6.3.3 总线交换结构便于扩展；易于管理
4、；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。Date13上海交通大学计算机系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Date14上海交通大学计算机系6.4.2 动态交换方式存储转发 （Store Forward） 直通 （Cut Through） 自适应 （Adaptation） 碎片丢弃 （Fragment Free）Date15上海交通大学计算机系1. 存储转发优点：可靠性好 缺点：处理延迟时间长Date16上海交通大学计算机系2. 直通输入端收到报文的目的地址字段后， 经查
5、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 。Date17上海交通大学计算机系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。Date18上海交通大学计算机系6.5 以太网交换机的分类和应用6.5.1 按带宽分类 10Mbps
6、、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 Date19上海交通大学计算机系6.5.3 按架构分类堆叠式、机框式Date20上海交通大学计算机系机框式优点： 1. 维修方便 2. 高可靠性 3. 系统集成和配置灵活Date21上海交通大学计算机系补充：按交换机工作的协议层次分n工作在数据链路层相当于多端口网桥n工作在网络层同时具有路由功能，功能强，用于 主干网。n工作在传输层能识别端口号n工作在应用层能区分不同的应用Date22上海交通大学计算机系组网方法的发展：从
7、以路由器为中心到以交换机为中心Date23上海交通大学计算机系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SWSWSWSWSWSWSWHUBPCPCHUBPCPC主干级部门级组级传输速率100Mbps1000Mbps10Mbps100Mbps10MbpsDate24上海交通大学计算机系各层特性Date25上海交通大学计算机系层次化结构的优点1. 各层功能分工明确，便于设计、 实现和调试 2. 充分发挥不同规格交换器的功能 3. 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Date26上海交通大学计算机系以交换机为中心组网的拓扑结构Date27上海交通大学计算机系通过交换
8、机与不同网络的连接Date28上海交通大学计算机系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。Date29上海交通大学计算机系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。Date30上海交通大学计算机系6.6.3 全双工以太网技术的应用Date31上海交通大学计算机系选择以太网交换器的要点：1. 交换技术 存储转发、直通、自适应 2. 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 3. 端口传输速率Date32上海交通大学计算机系4. 延迟时间 接收到数据直至目的端口开始发送 5. 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 6. 全双工能力 7. 虚拟网（VLAN）能力 8. 网络管理能力 提供完善的管理软件Date33上海交通大学计算机系
