图解系列--L2交换机

news2025/7/28 11:05:52

大端,小端

网络上传输时,采用网络字节序。网络字节序为大端序。举例来说,对0x1020这样一个数值,按大端传输时,先传输0x10,再传输0x20;按小端传输时,先传输0x20,再传输0x10。

内存中存储数据同样有自己的字节序。可能采用大端,也可能采用小端存储。举例来说,对0x1020这样一个数值,假设其存储在内存地址0x1000处,则按大端传输时,0x1000处存储0x10,0x1001处存储0x20;按小端存储时,0x1000处存储0x20,0x1001处存储0x10。

上述的大端,小端最小粒度是字节。
网络链路上传输一个字节的数据时,对字节内各个比特位的传输也有比特序一说。通常,以太网传出字节采用小端,令牌环采用大端。举例来说,要传输一个字节0x10,按二进制展开为0b0001 0000,则按大端传输时,依次传输比特序列0 0 0 1 0 0 0 0;按小端传输时,依次传输比特序列0 0 0 0 1 0 0 0

02.01 中继器和网桥的不同点

数据链路层 (OSI 参考模型)中多个网段互联的功能实体称为桥或网桥。通过网桥进行的数据发送则称为桥接过程。

02.01.01 什么是中继器

中继器(repeater) 是一种信号增强装置,在 OSI参考模型的第1层上运行。第1层是物理 层,它的功能仅仅是将被噪声影响的信号重新输出,不再进行额外的数据控制。由于物理层只是 定义了网络的电气、机械、规程、功能等标准,因此中继器无法辨别数据链路层的 MAC地址以及网络层的IP 地址。

02.01.02 什么是网桥

网桥的作用相当于OSI 模型中的数据链路层。网桥的种类如表2-1所示,目前使用的几乎都是透明网桥了。大家耳熟能详的交换集线器也可以称为多端口透明网桥。

名称说明拓扑结构
源路由网桥用于连接令牌环(IEEE 802.5)。如果连接目的地能够收到分组, 则可以通过全路径搜索分组,找到所有 可达目的地的路径信息,并将该路由信息保存在内置表中,这样就可以完成类似路由器的工作在这里插入图片描述
透明网桥能够将以太网同以太网、FDDI同FDDI这类具有相同访问控制方式的网段进行桥接的装置称为透明网桥。因此以太网的交换机在某种意义上也可以说是拥有多个透明网桥的设备。它能够根据通信数据帧的发送方地址,判断将数据发送到哪一网段哪一地址的主机上,并调查该主机是否存在在这里插入图片描述
源路由透明网桥将源路由网桥与透明网桥集成于同一网络。该装置应用于令牌环网络在这里插入图片描述
转换网桥将以太网与令牌环、以太网与FDDI等异构网络在MAC层子层的LAN传输媒介层面进行桥接的装置。在以太网与令牌环中也可以称为源路由转换网桥在这里插入图片描述
封装网桥在路由器内将使用不同传输媒介的以太网帧格式进行桥接的装置。比如使用FDDI网络时,在发送方网桥中会将以太网数据帧封装成FDDI数据帧。而在接收方网桥中,会从FDDI数据帧中解封以太网数据然后帧,再发送到目的主机上在这里插入图片描述

02.01.03 共享式集线器

集线器(hub) 是指集中器设备(concentrator) 。 带有中继器功能的集线器也可以称为共享式 集线器、多端口中继器、中继集线器等。在网络术语中,集线器一般是指共享式集线器,但目前市场上销售的集线器产品一般都是指交换式集线器。集线器中连接线缆RJ-45 模块接口的部分称为端口,根据集线器大小的不同,端口可以分为 4、8、12、16、24等多种类型。集线器一般可以独立配置使用,因此形态多样。有的产品可以 插到个人计算机中(电源由个人计算机提供),有的产品可以安装到机架上,还有的产品可以堆叠(stackable) 在一起工作。

在最初的以太网( IEEE 802.3)标准10BASE5中,采用了如图2-4所示的粗同轴电缆(黄色 线缆)作为传输媒介,通过在接口处插入连接着各终端的转换器,形成一个总线型的拓扑结构,在一根线缆上共享10Mbit/s的带宽。
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自从使用双绞线(以太网线缆)的以太网标准10BASE-T 颁布之后,各终端与共享式集线器之间都开始使用单独的接口进行连接,这样就形成了一个星星的拓扑结构,但是同样能够形成一个与10BASE5相同的共享带宽的LAN 网段。

在共享带宽的情况下,网络的每一个终端能否发送数据将采用CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)方式来决定。这个决定方式首先判断的是在通信链路上有没 有其他终端节点在发送数据,也就是通过载波侦听来明确通信链路是否正在使用。如果通信链路 空闲,则开始发送数据。如果发现通信链路正在使用,则需要继续等待,因此通信效率很低。甚 至还会出现多个网络终端节点同时发送数据从而产生冲突(collision) 的情况。整个网络中共享网络终端的数量越多,发生冲突的概率也会增加。

02.01.04 交换式集线器

交换式集线器是指将连接着两台通信终端的两个端口在装置内部绑定,使其他端口的信号无法介入,从而防止发生冲突,弥补了共享式集线器的不足。 一般人们所说的交换机或L2 交换机均指拥有多个透明网桥的装置。

在共享式集线器中,从发送方接收到的数据会直接转发到所有非发送方端口,也就是单纯地通过复制电气信号来实现发送。但是交换式集线器则通过学习连接的每个网络终端的 MAC 地址,将数据仅发送到发送方所期望的目的终端上去,避免了将数据发送到无关端口,从而提高了网络利用率。如果在学习MAC 地址前遇到发送目的地不明,或者想与网段内所有终端进行通信的情况 时,交换式集线器将采用“广播”方式,像共享式集线器那样,将数据帧转发到所有非发送方端口。

02.01.05 学习 MAC 地址

交换机通过确认以太网数据帧的发送源MAC 地址,习得交换机端口号和该端口所连硬件MAC 地址的配对信息,并将该信息记录到其内部的 MAC 地址表中(图2-7)。
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如果 MAC 地址表的记录项

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