《交换机工作原理》课件

交换机工作原理交换机是网络中不可或缺的设备，它连接多个网络设备，并根据数据包的目的地址转发数据课程大纲交换机简介交换机的基本原理交换机的硬件组成交换机的转发方式什么是交换机？地址学习交换芯片存储转发MAC交换机的作用是什么？寻址和转发交换矩阵直通转发交换机的特点是什么？划分缓存和队列混合转发VLAN生成树协议交换机简介交换机是网络设备的重要组成部分，负责在网络中连接不同的设备它们通过学习和转发数据包，实现不同设备之间的通信什么是交换机

1.1网络设备交换机是一种用于连接多个网络设备的硬件设备，例如计算机、打印机和服务器交换机通过网络协议来识别不同的网络设备，并将数据包转发到正确的目的地交换机的作用

1.2连接设备数据转发交换机主要用于连接不同类型的网络设备，例如计算机、服务交换机接收来自不同设备的数据包，根据目标地址进行转发，器、打印机等，构建局域网确保数据能够高效地传递到目标设备提升网络性能提高安全性与传统的集线器相比，交换机能够有效地隔离网络流量，减少交换机支持划分等安全功能，可以有效地隔离网络，限VLAN冲突，提高网络传输速度制网络访问权限，提高网络安全性能交换机的特点

1.3高带宽低延迟12交换机可以提供比集线器更高的带宽，从而提高网络性能交换机通过地址学习和转发，减少了数据包在网络中MAC的传输时间，降低了网络延迟安全性灵活性和可扩展性34交换机支持隔离、端口安全等功能，增强了网络安全交换机可以灵活地配置和扩展，满足各种网络需求，并能轻VLAN性，防止非法访问和攻击松地与其他网络设备连接交换机的基本原理

2.交换机是网络的核心设备之一，负责将数据包转发到正确的目的地它的工作原理基于地址学习、寻址和转发等机制MAC地址学习

2.1MAC记录地址建立关联动态更新交换机学习每个连接设备的地址，存通过接收数据帧中的源地址和端口号交换机持续更新地址表，跟踪网络连MAC MAC MAC储在地址表中，将两者关联起来接的变化MAC寻址和转发

2.2地址查找查找地址表

1.MAC

2.MAC12交换机收到数据帧后，首先查在地址表中查找与目标MAC看目标地址地址匹配的端口MAC MAC转发数据帧

3.3将数据帧转发到相应的端口，实现网络数据的快速传输划分

2.3VLAN逻辑隔离广播域控制技术将网络划分为多个逻辑上的子网络，可以根据部门每个形成一个独立的广播域，限制了广播流量的范围，VLAN VLAN、功能或其他需求进行分组提高了网络安全性带宽分配简化管理通过划分，可以将不同类型的流量分配到不同的技术简化了网络管理，方便对不同进行配置和维VLAN VLAN VLAN VLAN，提高网络带宽利用率护生成树协议

2.4生成树协议概述工作原理生成树协议（）用于防止网络中的循环，确保网络的稳定性通过计算每个端口的成本，选择最佳的路径进行数据转发，STP STP并将其他路径阻塞能够识别和消除网络拓扑结构中的冗余路径，确保网络不会使用一个称为根桥的设备作为网络中的中心点，所有设备STP STP“”出现环路都会将自己连接到根桥，从而避免环路交换机的硬件组成交换机由各种硬件组件组成，共同协作完成数据转发和管理功能这些硬件组件包括交换芯片、交换矩阵、缓存和队列等交换芯片

3.1核心处理单元高速数据处理支持多种协议交换芯片是交换机中最重要的组成部分之交换芯片拥有高速的处理能力，能够快速交换芯片通常支持多种网络协议，例如以一，负责处理数据包的转发和控制，决定地完成数据包的分析、匹配和转发，确保太网、、生成树协议等，为网络提供VLAN了交换机的性能和功能网络数据的快速传输灵活的配置和管理交换矩阵

3.2数据通路连接端口交换矩阵负责在不同端口之间建立连接，实现数据包的快速转发它包含多个交叉点，每个交叉点对应一个端口，用于连接网络设备缓存和队列

3.3缓存队列缓存用于存储最近访问的地队列用于暂存等待处理的帧，当MAC址表和数据帧，提高交换机转发缓存空间不足或交换机忙时，帧效率，减少延迟被放置在队列中等待处理缓存和队列的重要性缓存和队列共同确保交换机能够及时处理数据帧，并有效地管理网络流量交换机的转发方式交换机在接收数据帧时，需要根据数据帧的目标地址进行转发不同的MAC转发方式对网络性能和安全性有不同的影响存储转发

4.1接收数据帧检查目的地址MAC12交换机接收数据帧，并将数据交换机检查数据帧的目的MAC帧中的地址存储到地址，在地址表中查找对MACMACMAC地址表中应端口转发数据帧3交换机通过对应的端口将数据帧转发到目标设备直通转发

4.2高性能转发低延迟高吞吐量安全性问题直通转发模式下，交换机不进由于不进行数据包处理，直通直通转发模式可以处理大量数直通转发模式不进行数据包检行任何数据包检查或处理，直转发模式可以实现极低的延迟据包，从而提高网络吞吐量查，可能导致安全漏洞，如网接将数据包从输入端口转发到，非常适合实时应用络攻击输出端口混合转发

4.3混合转发优势混合转发是一种结合了存储转发和直通转发的策略混合转发结合了两种转发模式的优点它在某些情况下使用存储转发，在其他情况下使用直通转发它提高了网络性能并降低了延迟交换机的工作模式

5.交换机工作模式是指交换机在处理数据帧时的不同方式交换机主要有三种工作模式半双工、全双工和自适应模式每种模式在数据传输、效率和安全性方面都有不同的特点半双工

5.1半双工模式传统以太网数据冲突通信双方只能在同一时间点进行发送或接传统的以太网使用协议，采用当两个设备同时发送数据时，就会发生数CSMA/CD收数据，无法同时进行这意味着数据传半双工模式，这是一种效率较低的模式，据冲突，需要重新发送数据，导致传输效输需要轮流进行容易出现数据冲突率降低全双工

5.2双向通信效率提升全双工模式下，设备可以同时发送和接收数据，不会出现冲全双工模式显著提高了网络数据传输效率，最大限度地利用突网络带宽冲突消除应用广泛由于数据传输的同步性，全双工模式避免了半双工模式中的现代交换机通常工作在全双工模式，以满足高性能网络的需数据冲突，保证了稳定的网络传输求自适应

5.3自动协商灵活适应交换机自动检测连接设备的通信根据网络流量情况，动态调整工能力，选择最佳的工作模式作模式，提高效率兼容性强支持各种类型的设备，无论半双工还是全双工交换机的性能优化交换机性能优化至关重要，确保网络高效运行和数据传输优化性能需要考虑多个关键指标，例如交换容量、交换延迟和吞吐量交换容量

6.1交换容量交换容量通常以每秒字节数（）或每秒交换容量越大，交换机能够处理的数据流bps数据包数（）来衡量量就越大pps交换容量是指交换机在单位时间内能够处理的最大数据流量交换延迟

6.2数据包处理时间延迟来源交换延迟指数据包从进入交换机到离开交换机的时间交换延迟主要包括数据包处理时间、排队等待时间以及转发时间吞吐量

6.3吞吐量定义吞吐量影响因素交换机的吞吐量指的是交换机在单位时间交换机的吞吐量受到多种因素的影响，包内能够处理的数据量，通常用每秒传输的括交换机芯片的处理能力、端口带宽、网比特数（）来衡量络协议和数据包大小等bps吞吐量是交换机性能的关键指标之一，它高性能交换机通常具有更高的吞吐量，能反映了交换机处理数据的能力够处理更大数据流量交换机的安全机制交换机安全机制是保护网络安全的关键通过安全机制，可防止网络攻击、数据泄露和其他安全威胁端口安全

7.1端口绑定安全防护访问控制端口安全功能可以将特定地址与交换防止未经授权的设备连接到交换机端口，端口安全功能有助于防止网络攻击，例如MAC机端口绑定，限制连接到该端口的设备数从而有效提高网络安全性地址欺骗攻击和欺骗攻击MAC ARP量隔离

7.2VLAN隔离广播域增强安全性简化网络管理将网络划分为多个逻辑隔离的广播限制不同之间的通信，阻止未经授通过分组，可以更有效地管理和维VLANVLANVLAN域，防止广播风暴和数据冲突权的访问，提高网络安全性护网络资源，提高网络效率访问控制列表

7.3规则匹配访问控制

1.

2.12规则根据数据包的源地匹配规则后，会根据预ACL ACL址、目的地址、协议类型和端设的策略决定允许或拒绝数据口号等属性进行匹配包通过安全策略

3.3可以定义多种安全策略，例如阻止来自特定网络的访问、限制某ACL些端口的访问等。