二層交換機、三層交換機和路由器的基本工作原理(編輯修改稿)
2025-08-29 23:49 本頁面
【文章內容簡介】 機之間話音信號的交換,完成該工作的設備就是電話交換機。所以從本意上來講,交換只是一種技術概念,即完成信號由設備入口到出口的轉發(fā)。因此,只要是和符合該定義的所有設備都可被稱為交換設備。由此可見,“交換”是一個涵義廣泛的詞語,當它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡第二層的設備時,實際指的是一個橋接設備。而當它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡第三層的設備時,又指的是一個路由設備。我們經(jīng)常說到的以太網(wǎng)交換機實際是一個基于網(wǎng)橋技術的多端口第二層網(wǎng)絡設備,它為數(shù)據(jù)幀從一個端口到另一個任意端口的轉發(fā)提供了低時延、低開銷的通路。由此可見,交換機內部核心處應該有一個交換矩陣,為任意兩端口間的通信提供通路,或是一個快速交換總線,以使由任意端口接收的數(shù)據(jù)幀從其他端口送出。在實際設備中,交換矩陣的功能往往由專門的芯片(ASIC完成。另外,以太網(wǎng)交換機在設計思想上有一個重要的假設,即交換核心的速度非常之快,以致通常的大流量數(shù)據(jù)不會使其產生擁塞,換句話說,交換的能力相對于所傳信息量而無窮大(與此相反,ATM 交換機在設計上的思路是,認為交換的能力相對所傳信息量而言有限。雖然以太網(wǎng)第二層交換機是基于多端口網(wǎng)橋發(fā)展而來,但畢竟交換有其更豐富的特性,使之不但是獲得更多帶寬的最好途徑,而且還使網(wǎng)絡更易管理。而路由器是OSI協(xié)議模型的網(wǎng)絡層中的分組交換設備(或網(wǎng)絡層中繼設備,路由器的基本功能是把數(shù)據(jù)(IP報文傳送到正確的網(wǎng)絡,包括:,包括數(shù)據(jù)報的尋徑和傳送。,抑制廣播風暴。,并與其他路由器交換路由信息,這是IP報文轉發(fā)的基礎。交換機:交換的概念和原理:交換 switching 是按照通信兩端傳輸信息的需要,用人工或設備自動完成的方法,把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳酚缮系募夹g統(tǒng)稱。廣義的交換機 switch 就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設備。在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中,交換概念的提出是對于共享工作模式的改進。我們以前介紹過的HUB 集線器就是一種共享設備,HUB本身不能識別目的地址,當同一局域網(wǎng)內的A主機給B主機傳輸數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)包在以HUB 為架構的網(wǎng)絡上是以廣播方式傳輸?shù)?由每一臺終端通過驗證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來確定是否接收。也就是說,在這種工作方式下,同一時刻網(wǎng)絡上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀的通訊,如果發(fā)生碰撞還得重試。這種方式就是共享網(wǎng)絡帶寬。交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上,控制電路收到數(shù)據(jù)包以后,處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC(網(wǎng)卡的硬件地址的NIC (網(wǎng)卡掛接在哪個端口上,通過內部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口,目的MAC若不存在才廣播到所有的端口,接收端口回應后交換機會“學習”新的地址,并把它添加入內部MAC地址表中。使用交換機也可以把網(wǎng)絡“分段”,通過對照MAC地址表,交換機只允許必要的網(wǎng)絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發(fā),可以有效的隔離廣播風暴,減少誤包和錯包的出現(xiàn),避免共享沖突。交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨立的網(wǎng)段,連接在其上的網(wǎng)絡設備獨自享有全部的帶寬,無須同其他設備競爭使用。當節(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)時,節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)送數(shù)據(jù),而且這兩個傳輸都享有網(wǎng)絡的全部帶寬,都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps 的以太網(wǎng)交換機,那么該交換機這時的總流通量就等于210Mbps=20Mbps,而使用10Mbps的共享式HUB 時,一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps?？傊?交換機是一種基于MAC地址識別,能完成封裝轉發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡設備。交換機可以“學習”MAC 地址,并把其存放在內部地址表中,通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑,使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址。路由器:為了簡單地說明路由器的工作原理,現(xiàn)在我們假設有這樣一個簡單的網(wǎng)絡。如圖所示,A、B、C、D四個網(wǎng)絡通過路由器連接在一起?，F(xiàn)在我們來看一下在如圖所示網(wǎng)絡環(huán)境下路由器又是如何發(fā)揮其路由、數(shù)據(jù)轉發(fā)作用的。現(xiàn)假設網(wǎng)絡A中一個用戶A1要向C網(wǎng)絡中的C3用戶發(fā)送一個請求信號時,信號傳遞的步驟如下:第1步:用戶A1將目的用戶C3的地址C3,連同數(shù)據(jù)信息以數(shù)據(jù)幀的形式通過集線器或交換機以廣播的形式發(fā)送給同一網(wǎng)絡中的所有節(jié)點,當路由器A5端口偵聽到這個地址后,分析得知所發(fā)目的節(jié)點不是本網(wǎng)段的,需要路由轉發(fā),就把數(shù)據(jù)幀接收下來。第2步:路由器A5端口接收到用戶A1的數(shù)據(jù)幀后,先從報頭中取出目的用戶C3的IP地址,并根據(jù)路由表計算出發(fā)往用戶C3的最佳路徑。因為從分析得知到C3的網(wǎng)絡ID號與路由器的C5網(wǎng)絡ID號相同,所以由路由器的A5端口直接發(fā)向路由器的C5端口應是信號傳遞的最佳途經(jīng)。第3步:路由器的C5端口再次取出目的用戶C3的IP地址,找出C3的IP地址中的主機ID號,如果在網(wǎng)絡中有交換機則可先發(fā)給交換機,由交換機根據(jù)MAC地址表找出具體的網(wǎng)絡節(jié)點位置。如果沒有
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