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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。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,當它被用來描述數據網絡第二層的設備時,實際指的是一個橋接設備。而當它被用來描述數據網絡第三層的設備時,又指的是一個路由設備。我們經常說到的以太網交換機實際是一個基于網橋技術的多端口第二層網絡設備,它為數據幀從一個端口到另一個任意端口的轉發提供了低時延、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據幀從其他端口送出。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據不會使其產生擁塞,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。雖然以太網第二層交換機是基于多端口網橋發展而來,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,而且還使網絡更易管理。而路由器是OSI協議模型的網絡層中的分組交換設備(或網絡層中繼設備,路由器的基本功能是把數據(IP報文傳送到正確的網絡,包括:,包括數據報的尋徑和傳送。,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,把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。廣義的交換機 switch 就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備。在計算機網絡系統中,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,當同一局域網內的A主機給B主機傳輸數據時,數據包在以HUB 為架構的網絡上是以廣播方式傳輸的,由每一臺終端通過驗證數據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,同一時刻網絡上只能傳輸一組數據幀的通訊,如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網絡帶寬。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,控制電路收到數據包以后,處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC(網卡的硬件地址的NIC (網卡掛接在哪個端口上,通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口,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絡“分段”,通過對照MAC地址表,交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發,可以有效的隔離廣播風暴,減少誤包和錯包的出現,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據傳輸。每一端口都可視為獨立的網段,連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬,無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時,節點B可同時向節點C發送數據,而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬,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。總之,交換機是一種基于MAC地址識別,能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC 地址,并把其存放在內部地址表中,通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑,使數據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,現在我們假設有這樣一個簡單的網絡。如圖所示,A、B、C、D四個網絡通過路由器連接在一起。現在我們來看一下在如圖所示網絡環境下路由器又是如何發揮其路由、數據轉發作用的。現假設網絡A中一個用戶A1要向C網絡中的C3用戶發送一個請求信號時,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,連同數據信息以數據幀的形式通過集線器或交換機以廣播的形式發送給同一網絡中的所有節點,當路由器A5端口偵聽到這個地址后,分析得知所發目的節點不是本網段的,需要路由轉發,就把數據幀接收下來。第2步:路由器A5端口接收到用戶A1的數據幀后,先從報頭中取出目的用戶C3的IP地址,并根據路由表計算出發往用戶C3的最佳路徑。因為從分析得知到C3的網絡ID號與路由器的C5網絡ID號相同,所以由路由器的A5端口直接發向路由器的C5端口應是信號傳遞的最佳途經。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,如果在網絡中有交換機則可先發給交換機,由交換機根據MAC地址表找出具體的網絡節點位置。如果沒有

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