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3.9 Prozess des Selbstlernens und der Frame-Weiterleitung des Ethernet-Switches
Der Prozess des Selbstlernens und Weiterleitens von Datenrahmen des Ethernet-Switches ist wie folgt:
Selbstlernen (Lernen):
Wenn der Switch einen Frame empfängt, prüft er die Quell-MAC-Adresse im Frame und ordnet sie dem empfangenden Port zu.
Der Switch speichert die Zuordnungsinformationen der Quell-MAC-Adresse und des Empfangsports in einer sogenannten MAC-Adresstabelle (auch CAM-Tabelle oder Weiterleitungstabelle genannt).
Weiterleitung:
Wenn der Switch einen Datenrahmen vom Zielhost empfängt, sucht er in der MAC-Adresstabelle nach dem entsprechenden Port der Ziel-MAC-Adresse.
Wenn die Zuordnungsinformationen der Ziel-MAC-Adresse in der MAC-Adresstabelle gefunden werden, leitet der Switch den Datenrahmen nur an den entsprechenden Port weiter.
Wenn in der MAC-Adresstabelle keine Zuordnungsinformationen zur Ziel-MAC-Adresse gefunden werden, sendet der Switch den Datenrahmen an alle anderen Ports (außer dem Empfangsport).
Während des Broadcast-Prozesses lernen auch andere verbundene Switches die Zuordnungsinformationen zwischen der Quell-MAC-Adresse und dem entsprechenden Port und aktualisieren ihre jeweiligen MAC-Adresstabellen.
Aktualisierung:
Der Switch überprüft regelmäßig die Einträge in der MAC-Adresstabelle und aktualisiert sie entsprechend den tatsächlichen Netzwerkverkehrsbedingungen.
Wenn ein Datenrahmen einer bestimmten MAC-Adresse längere Zeit nicht empfangen wurde, kann der Eintrag gelöscht werden, um Speicherplatz freizugeben.
Durch den Prozess des Selbstlernens und der Weiterleitung kann der Ethernet-Switch eine genaue Datenrahmenweiterleitung entsprechend der MAC-Adresse realisieren und so die Übertragungseffizienz und Sicherheit des Netzwerks verbessern.
Der Switch arbeitet auf der Datenverbindungsschicht (einschließlich der physikalischen Schicht).
Der Switch arbeitet auf der Datenverbindungsschicht (einschließlich der physikalischen Schicht). Nach dem Empfang des Frames durchsucht er die Frame-Austauschtabelle nach der Schnittstellennummer, die dem Ziel-MAC entspricht Adresse des Frames. Der Frame wird dann über diese Schnittstelle weitergeleitet.
3.10 Spanning Tree Protocol STP für Ethernet-Switches
Ethernet-Switches nutzen das Spanning Tree Protocol STP, um redundante Verbindungen zu erhöhen und so die Netzwerkzuverlässigkeit zu verbessern und gleichzeitig verschiedene durch Netzwerkschleifen verursachte Probleme zu vermeiden.
- Unabhängig von der physischen Verbindung zwischen den Switches kann der Switch automatisch ein logisch schleifenfreies Netzwerk berechnen und aufbauen . Seine logische Erweiterungsstruktur muss baumförmig sein (keine logische Schleife).
- Die endgültige logische Erweiterung vom Baumtyp sollte die Verbindung des gesamten Netzwerks sicherstellen .
- Wenn der Switch zum ersten Mal angeschlossen wird oder sich die physische Konfiguration des Netzwerks ändert (möglicherweise aufgrund von künstlichen Änderungen oder Ausfällen), berechnet der Switch den Spanning Tree neu .
3.11 Virtuelles lokales Netzwerk
3.11.1 Übersicht über das virtuelle lokale Netzwerk (VLAN)
Eine riesige Broadcast-Domäne, die aus vielen Switches besteht, bringt Nachteile mit sich, einschließlich Broadcast-Stürmen.
Im Netzwerk tauchen häufig Rundfunkinformationen auf:
- Viele Protokolle im TCP/IP-Stack verwenden Broadcasts:
- Address Resolution Protocol ARP (bekannte IP-Adresse, finden Sie die entsprechende MAC-Adresse heraus)
- Routing Information Protocol RIP (ein kleines internes Routing-Protokoll)
- Dynamic Host Configuration Protocol DHCP (zur automatischen Konfiguration von IP-Adressen)
Daher wird die Aufteilung der Broadcast-Domäne besonders wichtig:
- Broadcast-Domänen können mithilfe von Routern isoliert werden (Router arbeiten auf der Netzwerkebene), die Kosten für Router sind jedoch hoch
- Die Virtual Local Area Network (VLAN)-Technologie entsteht aus dem Betrieb heraus
Virtual Local Area Network VLAN (Virtual Local Area Network) ist eine Technologie, die Geräte in einem lokalen Netzwerk in logische Gruppen unterteilt, die nichts mit physischen Standorten zu tun haben. Diese logischen Gruppen haben bestimmte gemeinsame Anforderungen . Das gleiche VLAN kann die Kommunikation übertragen, aber unterschiedliche VLANs können die Kommunikation nicht übertragen.
3.11.2 Implementierungsmechanismus des Virtual Local Area Network (VLAN)
Es wird auf dem Switch implementiert, was erfordert, dass der Switch zwei Funktionen implementiert:
- Kann mit VLAN-Tags versehene Frames (IEEE 802.1Q-Frames) verarbeiten.
- Switch-Ports können verschiedene Porttypen unterstützen
Es gibt drei Porttypen des Switches: (Access Trunk Hybrid)
Access Port: Access Ports werden zum Anschluss von Endgeräten wie Computern und Druckern verwendet. Jeder Zugangsport erlaubt normalerweise nur die Verwendung eines VLAN und leitet den empfangenen Datenrahmen entsprechend dem VLAN weiter, zu dem er gehört.
Kanalgruppen-Port (Trunk-Port): Der Kanalgruppen-Port wird verwendet, um die Verbindung zwischen zwei Switches oder zwischen einem Switch und einem Router herzustellen. Es kann Datenrahmen mehrerer VLANs übertragen und bestimmte Protokolle (z. B. VLAN Trunking Protocol, VTP) verwenden, um Daten zwischen verschiedenen VLANs zu identifizieren und zu übertragen.
Gespiegelter Port: Ein gespiegelter Port ist ein spezieller Porttyp, der zur Netzwerküberwachung und -analyse verwendet wird. Es kann alle Datenrahmen in und aus dem Switch kopieren und an ein bestimmtes Überwachungsgerät zur Verkehrsanalyse, Fehlerbehebung usw. senden.
Diese verschiedenen Porttypen spielen im Switch unterschiedliche Rollen. Wählen Sie den entsprechenden Porttyp entsprechend den tatsächlichen Anforderungen aus, um die Netzwerkkonfiguration und -anforderungen zu erfüllen.
