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  • 路由器与交换机的基本工作原理

    万次阅读 多人点赞 2017-12-23 14:38:41
    交换机与路由器的基本工作原理

    本文介绍路由器与交换机的基本工作原理,在介绍这之前先来看一下OSI七层工作模型:


    现在开始解释路由器的作用及其基本工作原理。

    路由器的作用:

    1、异种网络互连:比如具有异种子网协议的网络互连

    2、子网协议转换:不同子网间包括局域网和广域网之间的协议转换

    3、路由:也就是寻路

    4、速率适配:利用自己的缓存和流控协议进行适配

    5、隔离网络:防止广播风暴,还能实现防火墙

    6、报文分片和重组:超过接口的MTU报文会被分片,到达目的地之后的报文会被重组

    7、备份、流量控制:主备线路的切换和复杂的流量控制

    路由器的工作原理:

    路由器工作在OSI七层协议中的第三层,也就是网络层。其主要任务是接收来源于一个网络接口的数据包,根据这个数据包中所含的目地址,决定转发到的下一个目的地址。路由器中时刻维持着一张路由表,所有的数据包的发送和转发都通过查找路由表来实现的。这个路由表可以静态配置,也可以通过动态路由协议产生。

    路由器物理层从路由器的一个端口收到一个报文,上送到数据链路层。数据链路层去掉链路层封装,根据报文的协议域上送到网络层。网络层首先看报文是否是送给本机的,若是,去掉网络层封装,送给上层。若不是,则根据报文的目的地址查找路由表,若找到路由,将报文送给相应端口的数据链路层,数据链路层封装后,发送报文。若找不到路由,报文丢弃。


    交换机的作用:

    交换机是一种工作在OSI七层协议中的第二层,也就是数据链路层,可以对电信号进行转发,为接入交换机的任意两个网络结点提供独享的电信号通路,对接入的信息重新生成,通过内部处理转发到指定端口,达到自动寻址和交换的作用,避免端口冲突问题,提高网络吞吐量的网络设备。作用体现如下:

    1、集线器:由于提供了大量的可供线缆连接的端口,因此可以被作为集线器使用,达到部署型星型拓扑网络的目的。

    2、中继器:在转发帧的时候重新产生一个不失真的方形电信号。

    3、网桥:在内置的端口上使用相同的转发和过滤逻辑,所以具备网桥功能。

    4、分成多个冲突域:将部署好的局域网分为多个冲突域,而每个冲突与都有自己独立的带宽,所以可以提高宽带利用效率。

    交换机的基本工作原理:

    1、学习。根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射,写入MAC地址表中。

    2、直接转发。如果交换机根据数据帧中的目的MAC地址在建立好的MAC地址表中查询到了,就对对应端口进行转发。

    3、泛洪(flood)。如果数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中,则向所有端口转发,也就是泛洪。

    4、对于广播帧和组播帧向所有端口进行转发。

    5、更新。MAC地址表会每300s更新一次。

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  • 路由器与交换机的基本工作原理思维导图

    路由器与交换机的基本工作原理思维导图

    在这里插入图片描述

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  • 文章目录交换机详细工作原理交换机的基本配置实验交换机工作原理1.初始状态2.学习源MAC地址3.广播未知数据帧4.接收方回应5.交换机实现单播通信交换机的基本配置实验●实验目的:●实验环境:●实验步骤:●实验...

    交换机详细工作原理及交换机的基本配置实验

    交换机的工作原理

    核心:

    学习源MAC地址,转发目标MAC地址,没有MAC地址广播泛洪。

    学习MAC地址的同时会记录对应的端口。

    泛洪:指交换机在MAC表中无法找到与数据帧目标地址一致的条目,就将数据帧从所有端口发送出去(除了接收该数据帧的端口),以期找到目标主机来接收数据帧。

    1.初始状态

    一台初始化交换机,三台初始化PC机。

    在这里插入图片描述

    2.学习源MAC地址

    A主机要把数据帧发给B主机,因为现在交换机处于初始状态,它的MAC地址表是空的,A主机的数据帧通过1端口进入交换机,此时交换机会学习到源MAC地址即A主机的MAC地址并和1端口对应起来。
    在这里插入图片描述

    3.广播未知数据帧

    交换机现在已经学习到了源MAC地址(A主机),但是它的MAC地址表里没有目的主机的MAC地址,所以它会向除了1端口外的其他所有端口进行广播,此时B和C都会接收到转发来的数据帧。

    在这里插入图片描述

    4.接收方回应

    B和C接收到数据帧以后,C拆开数据帧发现对方的目的MAC地址不是自己,所以不作回应,丢包。B主机拆开后发现对方的目的MAC地址正是自己,所以要作出回应,它向交换机发出一个数据帧,包含源MAC地址(B)和目的MAC地址(A),数据帧通过2端口进入交换机,这时交换机会把这个数据帧的源MAC地址和端口对应起来,添加到MAC地址表中。
    在这里插入图片描述

    5.交换机实现单播通信

    此时,在交换机的MAC地址表中存有A和B电脑的MAC地址和端口,两台电脑若再有通信需求交换机就不会再向其他电脑进行广播了。但是在交换机中有MAC地址老化机制,即300s内两台电脑没有通信则交换机会将两台电脑的MAC地址进行删除,此后通信则需要交换机再次进行广播。这是交换机的动态学习过程。

    交换机的基本配置实验

    ●实验目的:

    1.通过实验更好的了解交换机的工作原理。

    2.通过命令查看MAC地址表,观察各个接口对应哪些MAC地址。

    3.配置交换机互连接口的双工以及速率。

    ●实验环境:

    华为ensp模拟器,两台初始化交换机,四台初始化PC机。

    ●实验步骤:

    1.打开ensp软件,新建如下图所示的拓扑图。

    在这里插入图片描述

    2.打开所有设备,给四台PC配相同网段的IP地址。这里配的是(192.168.10.0/24)网段的。
    在这里插入图片描述

    3.双击PC2,在命令行里输入ping 192.168.10.10 -t命令,使其长pingPC1的IP地址,让PC2的数据帧能够发送出去。
    在这里插入图片描述

    4.右击GE0/0/2端口,点击开始抓包。
    在这里插入图片描述

    5.抓包软件Wireshark自动开始抓包。
    在这里插入图片描述

    6.双击SW1交换机,输入dis mac-address的命令,回车。我们会发现此时SW1交换机已经学习到PC1和PC2的MAC地址信息了,并和它们连接的交换机端口是相对应的。
    在这里插入图片描述

    7.同理,我们将PC3和PC4分别长pingPC1,让它们的数据帧也发送给PC1。再查看SW1交换机的MAC地址表时,我们发现PC3和PC4的MAC信息也已经被学习到了。
    在这里插入图片描述

    8.此时我们查看一下SW2交换机的MAC地址表,发现PC1、PC3、PC4的MAC地址已经存在,这是因为刚才PC3和PC4刚才传数据帧给PC1的时候,SW2交换机也已经学习到了PC1、PC3、PC4的MAC地址。
    在这里插入图片描述

    9.但是SW2交换机并没有学习到PC2的MAC地址,只需要PC3或者PC4长ping一下PC2的IP地址(发送数据帧给PC2),SW2交换机就也能学习到PC2的MAC地址了。

    在这里插入图片描述
    10.为了调整g0/0/1接口的速率,我们先要进入g0/0/1接口,关闭自动协商功能。

    在这里插入图片描述

    11.调整g0/0/1接口的速率为100M,输入dis this命令,我们可以查到刚才输入关闭自动协商和调整速率的命令。

    在这里插入图片描述
    12.如需调整全双工,输入duplex full命令,半双工为duplex haif命令。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    ●实验总结:

    1.通过实验能够更好的了解交换机的转发原理:学习源MAC地址,转发目标MAC地址,没有MAC的广播泛洪。

    2.通过查看交换机的MAC地址表,我们发现每个端口都与其各自连接的PC主机的MAC地址相对应,如果一个端口连接了另外一台交换机,则这个端口对应了与另外一台交换机相连的所有的PC主机。(例如本实验中SW1交换机的GE0/0/3接口对应了与SW2交换机相连的所有PC主机的MAC地址。)
    在这里插入图片描述

    实验过程中遇到的一个小问题:

    在PC2中长pingPC1的IP地址后,我们需要进行抓包,此时不能CTRL+C停止PC2的长ping,停止后会发现抓包软件无法抓取到数据包(因为PC2不再发送数据帧了)。

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  • 这里写目录标题一、交换机的工作原理二、交换机以太网接口的工作模式一级目录一级目录一级目录 一、交换机的工作原理 基于源MAC地址学习。 基于目标MAC地址转发。 对于没有目标MAC地址表项帧,向本VLAN其他所有...

    一、交换机的工作原理

    • 基于源MAC地址学习。
    • 基于目标MAC地址转发。
    • 对于没有目标MAC地址表项的帧,向本VLAN的其他所有接口转发。
    • 收到广/组播帧后,向本VLAN的其他所有接口转发。
    • 同一个MAC地址可以被多个接口学习到,选择后学习到的接口。
    • 同一个接口可以学习到多个MAC地址。

    二、

    1.初始状态
    2.MAC地址学习
    3.广播未知数据帧
    4.接收方回应
    5.交换机实现单播通信
    【先学习(源地址)再转发(目标地址)】

    三、交换机以太网接口的工作模式

    • 单工:两个数据站之间只能沿单一方向传输数据。
    • 半双工:两个数据站之间可以双向数据传输,但不能同时进行。
    • 全双工:两个数据站之间可双向且同时进行数据传输。
    • 交换机以太网接口速率:1.接口连接时进行协商;2.协商失败则无法正常通信。(类似木桶原则)

    四、交换机的基本配置实验

    • 实验目的:
      1.通过实验更好的了解交换机的工作原理。
      2.通过命令查看MAC地址表,观察各个接口对应哪些MAC地址。
      3.配置交换机互连接口的双工以及速率。
    • 实验环境:
      华为ensp模拟器,两台初始化交换机,四台初始化PC机。
    • 实验步骤:
      1.打开ensp软件,新建如下图所示的拓扑图。
      在这里插入图片描述
      2.开启所有设备,给四台PC配相同网段的IP地址。这里配的是(192.168.1.0/24)网段的。
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      3.双击其中一台PC,在命令行里输入ping其他PC机地址命令,使其长ping其他PC的IP地址,让PC2的数据帧能够发送出去就行了。
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