CCNA魔鬼训练营（新版） - 拼客学院 - AI时代

交换机原理

一、基本功能

数据帧转发（转发数据）

地址学习（建立Mac表）

环路防止

二、转发原则

基于源Mac地址学习，基于目标Mac地址转发

同一接口可以学习到多个Mac地址

同一个Mac地址从多个接口学习到，并且选择后学习到的接口

收到未知/广播/组播帧，向本VLAN的其他接口转发

一旦地址表满，就会从本VLAN其他接口泛洪新收到的帧，直到现存地址条目老化为止

三、转发方式

直通转发（cut-through）：交换机检测到目标地址，即前14字节后转发帧，特征是延迟小，无错误校验

存储转发（store and forward）：交换机完整地收到帧并检查无误后才转发。特征·是延迟大，有CRC校验

片段转发（fragment free）：交换机检测到帧的前64字节后即转发，特征是延迟小，有最小帧大小校验

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Angela · 2019-05-05 · 5.1.4 交换篇-交换机原理 0

局域网标准

一、链路标准

IEEE802.3：标准以太网10兆

IEEE802.3u：标准以太网100M

IEEE802.3z：标准以太网1000M

二、物理标准

10baseT

100baseT

100baseTX

1000baseFX

三、数据帧标准

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Angela · 2019-05-05 · 5.1.3 交换篇-局域网标准 0

局域网设备发展史：

网线——中继器——集线器——网桥——交换机——路由器

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Angela · 2019-05-05 · 5.1.2 交换篇-局域网设备 0

一、单播/组播/广播

unitcast：一对一通讯，两台host相互通讯

multicast：一台host向特定的多台host通讯

broadcast：一台host向全部host通讯，目的IP地址巍峨255.255.255.255

二、单工/半双工/全双工

单工：单向通信的模型，两台host只能一方向另一方通信，另一方向不能回复

半双工：两台host可以相互通信，不能同时通信

全双工：两台host可以同时通信

三、冲突域/广播域

冲突域：冲突域环境下，不管设备发送任意类型数据（单播组播广播）都会造成数据冲突,中继器、集线器是一个冲突域，交换机能够分离冲突域，不能够分离广播域，路由器可以分离组播域

1、冲突域（物理分段）：连接在同一导线上的所有工作站的集合，或者说是同一物理网段上所有节点的集合或以太网上竞争同一带宽的节点集合。这个域代表了冲突在其中发生并传播的区域，这个区域可以被认为是共享段。在OSI模型中，冲突域被看作是第一层的概念，连接同一冲突域的设备有Hub，Reperter或者其他进行简单复制信号的设备。也就是说，用Hub或者Repeater连接的所有节点可以被认为是在同一个冲突域内，它不会划分冲突域。而第二层设备（网桥，交换机）第三层设备（路由器）都可以划分冲突域的，当然也可以连接不同的冲突域。简单的说，可以将Repeater等看成是一根电缆，而将网桥等看成是一束电缆 2、广播域：接收同样广播消息的节点的集合。如：在该集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分。由于许多设备都极易产生广播，所以如果不维护，就会消耗大量的带宽，降低网络的效率。由于广播域被认为是OSI中的第二层概念，所以像Hub，交换机等第一，第二层设备连接的节点被认为都是在同一个广播域。而路由器，第三层交换机则可以划分广播域，即可以连接不同的广播域。

四、冲突域和广播域在网络互连设备上的特点：常见的网络互连设备的工作原理以及它们在划分冲突域、广播域时各自的特点

1、传统以太网操作传统共享式以太网的典型代表是总线型以太网。在这种类型的以太网中，通信信道只有一个，采用介质共享（介质争用）的访问方法（CSMA/CD载波侦听多路访问方法，原理是连接在集线器的所有PC网卡开启侦听功能，当检测到数据包时则不发送数据，当检测不到数据包时，可对外发送数据包，并发送jam型号，防止其他PC发送数据包）每个站点在发送数据之前首先要侦听网络是否空闲，如果空闲就发送数据。否则，继续侦听直到网络空闲。如果两个站点同时检测到介质空闲并同时发送出一帧数据，则会导致数据帧的冲突，双方的数据帧均被破坏。这时，两个站点将采用"二进制指数退避"的方法各自等待一段随机的时间再侦听、发送。在图1中，主机A只是想要发送一个单播数据包给主机B。但由于传统共享式以太网的广播性质，接入到总线上的所有主机都将收到此单播数据包。同时，此时如果任何第二方，包括主机B也要发送数据到总线上都将冲突，导致双方数据发送失败。我们称连接在总线上的所有主机共同构成了一个冲突域。当主机A发送一个目标是所有主机的广播类型数据包时，总线上的所有主机都要接收该广播数据包，并检查广播数据包的内容，如果需要的话加以进一步的处理。我们称连接在总线上的所有主机共同构成了一个广播域。

2、中继器（Repeater）作为一个实际产品出现主要有两个原因：第一，扩展网络距离，将衰减信号经过再生。第二，实现粗同轴电缆以太网和细同轴电缆以太网的互连。通过中继器虽然可以延长信号传输的距离、实现两个网段的互连。但并没有增加网络的可用带宽。如图2所示，网段1和网段2经过中继器连接后构成了一个单个的冲突域和广播域。 3、集线器（HUB）集线器实际上相当于多端口的中继器。集线器通常有8个、16个或24个等数量不等的接口。集线器同样可以延长网络的通信距离，或连接物理结构不同的网络，但主要还是作为一个主机站点的汇聚点，将连接在集线器上各个接口上的主机联系起来使之可以互相通信。如图3所示，所有主机都连接到中心节点的集线器上构成一个物理上的星型连接。但实际上，在集线器内部，各接口都是通过背板总线连接在一起的，在逻辑上仍构成一个共享的总线。因此，集线器和其所有接口所接的主机共同构成了一个冲突域和一个广播域。

4、网桥（Bridge）网桥（Bridge）又称为桥接器。和中继器类似，传统的网桥只有两个端口，用于连接不同的网段。和中继器不同的是，网桥具有一定的"智能"性，可以"学习"网络上主机的地址，同时具有信号过滤的功能。如图4所示，网段1的主机A发给主机B的数据包不会被网桥转发到网段2。因为，网桥可以识别这是网段1内部的通信数据流。同样，网段2的主机X发给主机Y的数据包也不会被网桥转发到网段1。可见，网桥可以将一个冲突域分割为两个。其中，每个冲突域共享自己的总线信道带宽。但是，如果主机C发送了一个目标是所有主机的广播类型数据包时，网桥要转发这样的数据包。网桥两侧的两个网段总线上的所有主机都要接收该广播数据包。因此，网段1和网段2仍属于同一个广播域。

5、交换机（Switch）交换机（Switch）也被称为交换式集线器。它的出现是为了解决连接在集线器上的所有主机共享可用带宽的缺陷。交换机是通过为需要通信的两台主机直接建立专用的通信信道来增加可用带宽的。从这个角度上来讲，交换机相当于多端口网桥。如图5所示，交换机为主机A和主机B建立一条专用的信道，也为主机C和主机D建立一条专用的信道。只有当某个接口直接连接了一个集线器，而集线器又连接了多台主机时，交换机上的该接口和集线器上所连的所有主机才可能产生冲突，形成冲突域。换句话说，交换机上的每个接口都是自己的一个冲突域。但是，交换机同样没有过滤广播通信的功能。如果交换机收到一个广播数据包后，它会向其所有的端口转发此广播数据包。因此，交换机和其所有接口所连接的主机共同构成了一个广播域。我们将使用交换机作为互连设备的局域网称为交换式局域网。 6、路由器（Router）路由器工作在网络层，可以识别网络层的地址-IP地址，有能力过滤第3层的广播消息。实际上，除非做特殊配置，否则路由器从不转发广播类型的数据包。因此，路由器的每个端口所连接的网络都独自构成一个广播域。如图6所示，如果各网段都是共享式局域网，则每网段自己构成一个独立的冲突域。

7、网关（Gateway）网关工作在OSI参考模型的高三层，因此，并不使用冲突域、广播域的概念。网关主要用来进行高层协议之间的转换。例如，充当LOTUS 1-2-3邮件服务和Microsoft Exchange邮件服务之间的邮件网关。注意，这里网关的概念完全不同于PC主机以及路由器上配置的默认网关（default gateway）。

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Angela · 2019-05-05 · 5.1.1 交换篇-局域网基础 0

ICMP协议：

广播数据包不能跨网段发送，arp request只能在区域内传输；多网段通信过程中，ip 地址不变，但是mac地址变，同

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Angela · 2019-05-01 · 1.2.4 协议篇-ICMP协议 0