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1、交换机工作原理交换机工作原理 教材内容1交换机的基本功能地址学习（Address learning）交换机可以记住在一个接口上所收到的每个数据帧的源MAC地址，并存储到MAC地址表中转发/过滤决定（Forward/filter decisons）当交换机某个接口上收到数据帧，就会查看目的MAC，并检查MAC地址表，从指定的端口转发数据帧，如果为广播帧或未知端口的MAC目的地址，则所有端口发送。学习目标 知识目标：知识目标：知识目标：知识目标： 1 1、理解交换机与集线器设备间的异同点、理解交换机与集线器设备间的异同点 2 2、掌握交换机的工作原理知识、掌握交换机的工作原理知识 （知道交换机是什
2、么，有什么（知道交换机是什么，有什么作用，是怎么工作的）作用，是怎么工作的）能力目标能力目标能力目标能力目标： 1 1、能使用网络模拟器软件（、能使用网络模拟器软件（Packet TracerPacket Tracer）构建交换式局域）构建交换式局域网络，并能在模拟模式下观察、分析和描述数据通信过程网络，并能在模拟模式下观察、分析和描述数据通信过程 2 2、培养抽象概括和归纳总结的能力、培养抽象概括和归纳总结的能力学习重难点 重点：重点：重点：重点： 1 1、单交换机组建的局域网络中点到点、点到多点和多点间数据、单交换机组建的局域网络中点到点、点到多点和多点间数据 帧传输过程帧传输过程 2 2
3、、梳理归纳出交换机工作原理数据流程图、梳理归纳出交换机工作原理数据流程图 难点：难点：难点：难点： 二层交换机工作原理知识二层交换机工作原理知识复习网络基础知识复习网络基础知识复习网络基础知识复习网络基础知识数据数据传输模式传输模式单工半双工全双工数据数据源地址源地址帧检测序列帧检测序列类型类型目的地址目的地址可变2664XXXXXX XXXXXX XXXXXXXXXXXX由厂商分配给设备由IEEE分配给厂商前导位前导位MAC MAC 地址地址8单位:字节 Ethernet II的帧格式 MACMAC地址地址由由48bit48bit构成，采用构成，采用1212位位1616进制数表示进制数表示网
4、卡网卡MACMAC地址地址网卡属于数据链路层设备，是连接计算机和其他网络设备的桥梁和纽带。3字节设备编号字节设备编号3字节厂商编号字节厂商编号MAC地址 功能功能负责在两个节点的物理层上按比特传递信息，完成信号的整形、放大和复负责在两个节点的物理层上按比特传递信息，完成信号的整形、放大和复制功能，以此来延长网络的长度。制功能，以此来延长网络的长度。 特点：特点：所有用户共享所有用户共享10M10M带宽带宽任何用户发送数据时，所有用户都可以接收到任何用户发送数据时，所有用户都可以接收到在某一时刻只允许一个用户传输数据在某一时刻只允许一个用户传输数据物理层设备-集线器 物理层设备集线器听当PCA要
5、发一个数据包给PCD的时候,首先PCA要先听HUB的链路上是否有数据在跑,如果有那么PCA等待,如果没有那么PCA将数据包发出.这样的做法是由于HUB上的链路是共享的,所以采用了发数据包之前先进行冲突检测的方法,那么我们称为CSMA/CD.PC APC BPC CPC D空闲共享式以太网工作机制：CSMA/CD：载波侦听、多路访问、冲突检测数据听有数据在转发继续听继续听HUB上的链路是共享的,所以如果HUB上有数据在转发,那么此时PCA需要等待物理层设备集线器CSMA/CD续听数据现在的情况是PCA和PCC都要发数据,但是两人刚才都检测到HUB上是空闲的.那么两人都发.结果发生了冲突.两人都同
6、时启动BACK OFF动作.随机的生成一个秒数,再发数据包.如果再与其他PC发送的数据包冲突.那么再次BACK OFF,BACK OFF一共可进行15次.PC APC BPC CPC D空闲听数据随机秒数随机秒数BACK OFF物理层设备集线器CSMA/CD续类比设疑类比设疑类比设疑类比设疑 导入新知导入新知导入新知导入新知 问题一：在两个局域网络中计算机间数据帧传输过程有什么不一样的地方？问题一：在两个局域网络中计算机间数据帧传输过程有什么不一样的地方？ 动画演示动画演示问题二：在问题二：在两个局域网络中计算机间数据帧传输过程有什么一样的地方？是完全一样吗？两个局域网络中计算机间数据帧传输过
7、程有什么一样的地方？是完全一样吗？ 动画演示动画演示答疑解惑答疑解惑答疑解惑答疑解惑 学习新知学习新知学习新知学习新知 数据链路层设备以太网交换机 特点特点以太网交换机是一种具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的以太网交换机是一种具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的网络产品，多端口的网桥。网络产品，多端口的网桥。 二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MACMAC地址信息，地址信息，根据根据MACMAC地址进行转发，并将这些地址进行转发，并将这些MACMAC地址与对应的端口记录在自己地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。内部的
8、一个地址表中。 交换机功能地址学习转发泛洪刷新过滤MAC地址表最初开机时MAC地址表是空的.MAC Address Table0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444ABCDE0E2E2E1学习和泛洪MAC Address Table0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444ABCDE0E2E2E1主机A向主机C发送消息交换机将主机A的MAC地址缓存到MAC地址表由于在MAC地址表中找不到目标MAC，交换机泛洪该数据帧E0 : 0260.8c01.111
9、1 转发主机C回应主机A交换机学习主机C的MAC地址交换机在MAC地址表中查找目标MAC地址，然后将数据帧从E0口转发出去MAC Address Table0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444ABCDE0E3E2E1E0 : 0260.8c01.1111 E2 : 0260.8c01.3333 过滤主机A向主机C发送消息HUB泛洪交换机发现源和目标MAC关联在相同的端口上，因此过滤该数据帧0260.8c01.11110260.8c01.3333ACE0E1XMAC Address TableE0 : 0260.8c01
10、.1111 E0 : 0260.8c01.3333 老化与刷新当交换机学习到一个地址时，它将地址加入到自己的MAC地址表中，同时会为这个条目分配一个老化计时器当计时器计时到期时，交换机删除该MAC地址条目如果在老化计时器未到期时，交换机又接收到一个来自该地址的数据帧，它会刷新这个计时器以重新开始计时交换机对广播帧的处理主机A发送广播消息交换机刷新MAC地址表交换机泛洪广播消息MAC Address Table0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444ABCDE0E2E2E1E0 : 0260.8c01.1111 共享式以太网
11、共享式以太网源主机1目的主机2源主机2目的主机1交换式以太网交换式以太网源主机1目的主机1源主机2目的主机2交换机与集线器的主要区别交换机与集线器的主要区别交换机交换机集线器集线器OSI体系结构体系结构第二层（数据链路层）第一层（物理层）传输模式传输模式全双工半双工带宽调用方式带宽调用方式每个端口独享带宽所有端口共享带宽工作机理工作机理单播/广播方式（有识别和学习地址信息的能力）广播方式（没有识别地址信息的能力）创设情境创设情境创设情境创设情境 运用新知运用新知运用新知运用新知 应用情境 ：腾飞广告公司规模扩大，原有的HUB网络已不能满足需要，公司决定将现有网络升级，构建一个具有更高传输速率的
12、办公网络。请问：应该用什么样网络设备来构建这个网络才能满足需求呢？你选择的理由是什么？ 实验任务拓扑图实验任务： 1、描述并记录分析用户A和用户D之间的数据传输过程。 2、描述并记录分析用户A同时向其它所有用户发送数据的传输过程 3、描述并记录分析用户两两之间的数据传输过程 模拟器软件（Packet Tracer)介绍思科公司专门为学习网络知识开发的一款网络模拟软件，思科公司专门为学习网络知识开发的一款网络模拟软件，在这个平台上可以根据实验要求来选择网络设备、终端和在这个平台上可以根据实验要求来选择网络设备、终端和线缆组建网络，可以动态演示网络通讯的过程，通过观察线缆组建网络，可以动态演示网络
13、通讯的过程，通过观察实验过程来加深对网络原理知识的理解，是实现探究学习实验过程来加深对网络原理知识的理解，是实现探究学习的好工具。的好工具。 教师演示Packet Tracer模拟器使用要点动画演示动画演示任务一任务一: 实验记录表实验记录表任务任务名称名称传输传输方向方向轮次轮次交换机处交换机处理动作理动作MAC地址地址表条目表条目计算机处计算机处理动作理动作ABCD用户用户A A向用户向用户D D发送发送单播数单播数据帧据帧用户A到用户D第一轮学习-泛洪Fa0/1:0260.8c01.1111接收/丢弃接收/丢弃接受/回应用户D到用户A第一轮学习-转发/过滤 Fa0/1:0260.8c01
14、.1111 Fa3/1: 260.8c01.4444接收/回应用户A到用户D第二轮刷新-转发/过滤 Fa0/1:0260.8c01.1111 Fa3/1: 260.8c01.4444接收/回应用户D到用户A第二轮刷新-转发/过滤 Fa0/1: 260.8c01.1111 Fa3/1: 260.8c01.4444接收/回应任务二任务二: 实验记录表实验记录表任务任务名称名称传输传输方向方向轮次轮次交换机处交换机处理动作理动作MAC地址地址表条目表条目计算机处计算机处理动作理动作ABCD用户用户A A向向局域网局域网内其它内其它用户发用户发送广播送广播数据帧数据帧用户A到所有用户第一轮学习-泛洪F
15、a0/1: 0260.8c01.1111接收/回应接收/回应接收/回应所有用户到用户A第一轮学习-转发Fa0/1: 0260.8c01.1111Fa3/1: 260.8c01.4444Fa1/1: 0260.8c01.2222Fa2/1: 0260.8c01.3333接收/回应用户A到所有用户第二轮刷新-泛洪Fa0/1: 0260.8c01.1111Fa3/1: 260.8c01.4444Fa1/1: 0260.8c01.2222Fa2/1: 0260.8c01.3333接收/回应接收/回应接收/回应所有用户到用户A第二轮刷新-转发Fa0/1: 0260.8c01.1111Fa3/1: 260
16、.8c01.4444Fa1/1: 0260.8c01.2222Fa2/1: 0260.8c01.3333接收/回应任务三任务三: 实验记录表实验记录表任务任务名称名称传输传输方向方向轮次轮次交换机处交换机处理动作理动作MAC地址地址表条目表条目计算机处计算机处理动作理动作ABCD用户用户A A向向用户用户D D发发送单播送单播数据帧数据帧 同时同时用户用户B B向向用户用户C C发发送单播送单播数据帧数据帧用户A到用户D第一轮学习-泛洪Fa0/1: 0260.8c01.1111接收/丢弃接收/丢弃接收/回应用户D到用户A第一轮学习-转发/过滤Fa0/1: 0260.8c01.1111Fa0/1
17、: 0260.8c01.4444接收/回应用户A到用户D第二轮刷新-转发/过滤Fa0/1: 0260.8c01.1111Fa0/1: 260.8c01.4444接收/回应用户D到用户A第二轮刷新-转发/过滤Fa0/1: 0260.8c01.1111Fa0/1: 0260.8c01.4444接收/回应归纳总结归纳总结归纳总结归纳总结 巩固新知巩固新知巩固新知巩固新知 从任务一和任务三的实验记录表中抽象概括出从任务一和任务三的实验记录表中抽象概括出从任务一和任务三的实验记录表中抽象概括出从任务一和任务三的实验记录表中抽象概括出“ “数据流程图数据流程图数据流程图数据流程图” ”从任务二的实验记录表
18、中抽象概括出的从任务二的实验记录表中抽象概括出的从任务二的实验记录表中抽象概括出的从任务二的实验记录表中抽象概括出的“ “数据流程图数据流程图数据流程图数据流程图” ”将前两个数据流程图整合将前两个数据流程图整合将前两个数据流程图整合将前两个数据流程图整合课课堂作堂作业业动画演示动画演示作业布置作业布置作业布置作业布置 复习新知复习新知复习新知复习新知课后思考课后思考课后思考：课后思考：两台交换机通过两根线缆连接，请分析用户A给用户B发送数据帧时，交换机的MAC地址表内容？两台交换机通过两根线缆连接，请分析用户两台交换机通过两根线缆连接，请分析用户两台交换机通过两根线缆连接，请分析用户两台交换
19、机通过两根线缆连接，请分析用户A A A A给用户给用户给用户给用户B B B B发送发送发送发送数据帧时，交换机的数据帧时，交换机的数据帧时，交换机的数据帧时，交换机的MACMACMACMAC地址表内容？地址表内容？地址表内容？地址表内容？课后作业课后作业请同学们分析本节教材上的两张示意图，根据图示请同学们分析本节教材上的两张示意图，根据图示请同学们分析本节教材上的两张示意图，根据图示请同学们分析本节教材上的两张示意图，根据图示描述数据帧在计算机描述数据帧在计算机描述数据帧在计算机描述数据帧在计算机A A A A和和和和F F F F之间传输时的数据流程。之间传输时的数据流程。之间传输时的数据流程。之间传输时的数据流程。
