交换机的基本原理

目录

一、数据链路层的构成

1.数据链路层的基础功能

2.以太网

（1.以太网的构成

（２.以太网的作用范围

（3.以太网帧格式

二、交换机

１.交换机工作原理

2.交换机的工作模式

（1.单工模式

（2.半双工模式

（3.全双工

3.交换机的调试

总结：

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一、数据链路层的构成

交换机分为二层交换机与三层交换机，三层交换机跟路由器一起位于网络层，可以识别网络IP；二层交换机位于数据链路层，能够识别MAC地址。

两种交换机常用的是二层交换机，它是负责在数据链路层工作，了解二层交换机之前需要先了解一下数据链路层的具体作用

1.数据链路层的基础功能

在 数据链路层中存在着运转的时候有着两个主要的协议，LLC协议、MAC协议这两种。

LLC协议：是负责跟上层对接，也就是跟网络层进行连接的一个逻辑通道，逻辑不通的话网络更不通

MAC协议：是负责物理地址的寻址，以及差错校验

逻辑链路层的主要功能有下面几点

1.数据链路的建立、维护、终止。

2.帧包装、帧传输、帧同步。

数据链路层传输的就是数据帧这一单位，负责把数据帧包装上MAC地址发送到物理层，或者接收物理层送过来的数据

3、帧差错校验、恢复

校验接收到的文件跟发送时候的文件的差异，有没有被篡改

4、流量控制

交换机在传输的时候会进行协商，会协商速率问题，会高的迁就低的，高的把速率调到低速。如果高的不愿意调低的话，会导致速率低的一端信息接收会失误。

5、物理地址寻址

 寻找物理地址，进行文件传输接收

2.以太网

以太网也是工作在数据链路层

（1.以太网的构成

以太网是由48位二进制组成，共计是12个两位16进制。

以太网的作用是：用来识别一个以太网上的某个单独的设备或者一组设备。

以太网是由24位厂商标识加24位厂商对网卡的唯一编号，共计48位组成

 厂商编号不是唯一的，但是只能被这个公司用；网卡编号在外面可能有重复，但是在公司内部只能有一个，两者结合构成唯一MAC地址。

例如：A公司、B公司同时生产一个编码一致的网卡，但是两者的公司编号不一样，MAC地址也有区别，就是唯一的。

（２.以太网的传输规则

IP地址是位于网络层，是用于在局域网中活动的地址，可以为信息交互的时候提供一个大致方向，意思就是告诉别人“我”大致在这里

MAC地址位于数据链路层，MAC地址段是唯一的，作用是进一步为发送方提供详细到家的定位服务。

 因为IP地址是一个大致的方向，MAC地址是精准的唯一的地址，先搜索目标的大致范围，然后在这个范围内准确找到PC2 的位置，发送文件的时候还需要自身IP地址、MAC地址提供一下，方便接收方知道谁发送的。PC2给PC1回信的话反过来，PC2变成源IP地址，PC1变成目标IP地址

生活中寄快递也是相同的道理。你寄给别人快递，快递员收到之后由大范围逐级缩小，最后一级才是接收方，寄快递的时候提供发送人的名字与地址，因为这个包裹不会凭空出现，就算发送过去了，没有寄件人，到了也不会有人接收。

（3.以太网帧格式

 可以看到，以太网被划分成多种多样。依次介绍一下他们的作用

1.前导码：给发送的数据一个头部，作为这次所传数据的开头

2.帧起始定界符：跟前导码一起证明这个数据是一段新的数据

 3.目的地址：就是写入接收方的MAC地址

４.源地址：就是自己的MAC地址

５.类型：上层加的协议的类型，网络层协议很多，在这里确定添加的是什么类型

6.数据：是传输的数据信息，最小46字节，最多1500字节

如果发送的数据小于46字节，将会自己用空白字节填补满46位

如果发送的数据大于1500字节，将会把数据段划分开，发送

7.帧校验：校验收到的数据有没有效，是否被篡改过

这七个步骤就是数据链路层收发数据的过程。

二、交换机

前面说了，交换机分为二层交换机跟三层交换机，二层交换机叫S3700交换机，三层交换机叫S5700交换机。

１.交换机工作原理

交换机的工作原理一共分为６条：

（１.基于源MAC的基础上学习；

交换机在收到发送方的消息之后，会把发送方的MAC记录起来

（２.基于已知目标MAC地址转发

发送方接收方单对单发送接收

（３.当目标MAC未知的时候，进行所有当前未知设备进行集体发送

交换机接收到的信息，接收方MAC当前没有记载，就会进行目前未知的所有设备进行集体发送，相对应的设备回电，交换机再进行发送并且记录

（４.交换机收到广播／组播的时候无条件泛洪处理

当交换机收到收到广播的信号之后，直接进行全网段的群发

（５.交换机一个端口可以学习多个地址

当两个交换机互连的时候，交换机１可以通过端口学习到交换机２目前已知的MAC地址。

（６.交换机会把同一个MAC地址最新的端口号交互信息的端口号进行绑定

你MAC地址号是固定的，但是你可能会挪动计算机到别的网线口，所以交换机会记录你这个MAC地址最新的一个交互端口号。或者是你现在直接连接交换机的线路坏了，你是通过别的线路连接的交换机。在线路修好之前，现在用的端口号也会被记录绑定，直到下次更新。

注：交换机会把超过5分钟没有交互的端口号遗忘掉，避免记录绑定过多导致交换机死机。

2.交换机的工作模式

交换机分为3种工作模式

（1.单工模式

就是一端发送消息，一端接收消息，是两个分开的的设备。就像是之前的打印机，只能接收信号进行打印，不能像现在的这样，能扫描之后回传到计算机上。现在已经淘汰掉了。

（2.半双工模式

可以双向互相传输，但是只能一端传送完毕，另一端才能进行传送，不能同时传输。就像是人在进食的同时不能呼吸一样，只能喝一口水呼吸一下在继续喝，或者干脆喝完再呼吸。

（3.全双工

两个数据之间可以同时进行互相传输，不影响效率。这个就有很多例子了，打电话，视频，这些都能同时吵架吵起来的，就是语音一起发送的，没有冲突。

3.交换机的调试

交换机调试分为带内调试、带外调试两种。

带内调试：是网络管理控制消息与用户承载的网络是一个逻辑地址。就是设备与交换机使用到带宽的管理方式。

分别为：WEB、Telnet两种，其中Telnet连接的时候用的是外网。

带外调试：是网络管理信息与用户承载的网络不是同一个逻辑通道。用内网的管理方式，不占用带宽。

分别为：使用Console端口、Telnet，其中Telnet使用的是内网的IP。

就单独介绍一种Console端口登录调试的方法，这种方式较为常用。

先准备一根console线，一般购买交换机都会赠送原厂线。

 假如现在用的是笔记本计算机，没有ＣＯＭ端口，连接不了，可以买一条转换器就可以了

 如上图，一头是USB接口连接在电脑上，另外一头连接在console线的接头上。

计算机上的COM口也要调试一下

 把COM口数字调试成上面的数据，错了就登录不了交换机。

 连接好交换机之后就可以根据需求调试交换机了。

总结：

数据链路层的LLC跟MAC，这两个LLC负责数据链路层的上半层，负责向上跟网络层建立连接，MAC负责下半层，包装MAC地址再向下，向物理层进行物理寻址，发送数据。这两点要分清楚。

以太网是由12个两位16进制数字组合而成，其中前6个16进制代表的是厂商的编码。后面两个代表的是厂商对网卡编排的唯一编码。

以太网帧格式几个格式作用要分清楚

前两个前导码、帧起始定界符这两个组成一个数据信息的头部，证明从这两个标识开始，就是一段新的数据

目的地址：是这段数据将要送达的目标的IP地址以及MAC地址

源地址：发送方，也就是自己的IP地址以及MAC地址

类型：是网络层把这段数据用的什么协议进行包装的，就是什么类型

数据：这段数据能容纳多少字节

帧校验：校验这段数据发送过去之后，是否跟未发送的数据一致，是否被篡改，一致就接收，不一致就请求重传。

交换机的工作原理，拿人来比喻就是：我刚来到这里谁都不认识，哪个人跟我交流我记住谁，A同事让我把一个东西交给B同事，我收到之后就叫一下B同事的名字，谁应答我再记住谁，部门领导通知我把一段传达给全体或者指定的几个人听一下，我就直接到办公间直接说或者跟那几个人听。还可以到另一个部门问另一个新来的他记住几个人名字，长什么样子，同事会经常换衣服，我会记住最新的一身。但是我有超级的脸盲症，长时间不跟我交流就会忘记同事的模样。虽然比较俗，但是大致就是这个意思，需要计算机跟交换机有交互才能让交换机一直记住这个计算机。

计算机通过COM口跟console口跟交换机连接的时候，需要事先把COM口调试成指定的数值。