以太网交换机基础培训教材
图 3 由HUB组成的网络
2.6 全双工以太网
当两个以太网节点通过10baseT的电缆直接连接时，导线类似于图4。在这种情况下，数据可以通过两种独立的路径传输和接收。由于只存在两个节点，也就没有总线，所以就可以在同一时间对信息进行双向传输，而不会发生冲突。在这种情况下，以太网称为全双工以太网。为了实现全双工以太网，两个节点必须通过10baseT直接连接，而且NIC必须支持全双工。
图 4 全双工以太网
3 二层交换机的基本原理
3.1 二层交换机
顾名思义，所谓二层交换机，其进行转发的依据就是以太网帧的二层信息，即MAC地址且是帧的目的MAC地址。交换机接收到一个以太网帧后，然后根据该帧的目的MAC，把报文从正确的端口转发出去，该过程称为二层交换，对应的设备称为二层交换机。在这里稍微提一下，在二层交换机之前用于二层交换机的设备是透明网桥，它和二层交换机的最大区别就是：透明网桥只有两个端口，
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而交换机的端口数目远远超过两个。
目前的交换机都采用硬件来实现其转发过程，该器件一般称为ASIC（Application Specific Integrated Circuit ），也俗称为交换引擎。对于二层交换机来说，ASIC将维护一张二层转发表L2FDB（Layer 2 forwarding database）。表项的主要内容是MAC地址和交换机端口的对应关系。图5即为二层交换机结构示意图。
port1 port2 port3 port4 port5 port6 MAC MAC MAC MAC MAC MAC Switch ASIC L2FDB 二层交换引擎
图 5 二层交换机结构示意图
下面就详细了解一下二层交换机的转发过程，以图6为例进行说明。 交换机从端口1接收到一个以太网帧，其转发流程如下： ?
根据帧的目的MAC查MAC转发表(即L2FDB)，查找相应的出端口。根据现有L2FDB表，报文应该从端口2发送出去； ?
如果在L2FDB表中查找不到该目的MAC，则该报文将通过广播的方式向交换机所有端口转发； ? ? ?
同时该以太网帧的源MAC将被学习到接收到报文的端口上，即端口1； L2FDB表中MAC地址通过老化机制来更新； 在转发的过程中，不会对帧的内容进行修改。
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MACDMACA端口2......MACDMACA......MAC地址所在端口1122端口1MACAMACBMACCMACD
图 6 二层交换机的转发流程
现在我们来分析一下使用交换机构成的网络，其冲突域和广播域是怎样的？性能如何？ 由于以太网发生冲突是在网络的第一层，而交换机工作在网络的第二层即链路层，参见图7。
应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层链路层物理层链路层物理层应用层表示层会话层Switch传输层网络层链路层物理层 图 7 二层交换机工作在链路层
因此，二层交换机将网络的冲突域限制在了交换机的端口内（参见图8），也就是给网络划分成了若干个物理网段，每个端口一个物理网段，大大地减少了冲突对网络带来的影响，改善了网络的性能。
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图 8 交换机的冲突域和广播域
然后，我们也必须要看到，交换机虽然可以有效地的限制冲突的发生，但对于广播无能为力。对于大量的交换机构成的扁平网络（参见图9）而言，广播对网络性能的影响是显而易见的。广播消耗了大量的网络带宽；网络的安全性差，任何两台主机之间都可以相互访问。
图 9 由二层交换机构成的扁平网络
3.2 支持VLAN的二层交换机
路由器基于第3层报头、目标IP寻址作出转发决定，不能对广播进行转发。所以通过路由器可以限制广播的转发，形成更多的广播域或逻辑网段。当然，路由器可以对网络进行物理分段，方式与交换机和网桥相同。
虽然，路由器能达到限制以太网广播域的作用，但其有一定的限制：1）路由器成本较高；2)
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路由器端口数目较少，一般不能满足二层网络的应用。为此，在二层交换机中引入了VLAN的概念。
3.2.1 VLAN的概念
我们知道，IEEE802.3给出了LAN/MAN参考模型（表1所示），LAN（Local Area Network）协议包括了OSI七层模型的低三层：物理层、数据链路层和网络层。其中，数据链路层又分为逻辑链路控制层(LLC)和媒体接入控制层(MAC)。
表 1.LAN/MAN参考模型
OSI七层模型 网络层 数据链路层 IEEE802LAN/MAN参考模型 网间互联 逻辑链路控制层(LLC) 媒体接入控制层(MAC) 物理层 那么什么是VLAN呢？VLAN-Virtual Local Area Network，称为虚拟局域网，是将一组位于不同物理网段上的工作站和服务器从逻辑上划分成不同的逻辑网段，在功能和操作上与传统LAN基本相同，可以提供一定范围内终端系统的互联和传输。
那么，使用VLAN能带来什么优点？ (1) 限制了网络中的广播
一般交换机不能过滤局域网广播报文，因此在大型交换局域网环境中造成广播量拥塞，对网络带宽造成了的极大浪费。用户不得已用路由器分割他们的网络，此时路由器的作用是广播的“防火墙”。
VLAN的主要优点之一是：支持VLAN的LAN交换机可以有效地用于控制广播流量，广播流量仅仅在VLAN内被复制，而不是整个交换机，从而提供了类似路由器的广播“防火墙”功能。
(2) 虚拟工作组
使用VLAN的另一个目的就是建立虚拟工作站模型。当企业级的VLAN建成之后，某一部门或分支机构的职员可以在虚拟工作组模式下共享同一个“局域网”。这样绝大多数的网络都限制在VLAN广播域内部了。当部门内的某一个成员移动的另一个网络位置时，他所使用的工作站不需要做任何改动。相反，一个用户改变不用移动他的工作站就可以调整到另一个部门去，网络管理者只需要在控制台上进行简单的操作就可以了。
VLAN的这种功能使人们以前曾设想过的动态网络组织结构成了为可能，并在一定程度上大大推动了交叉工作组的形成。这就引出了虚拟工作组的定义。对一个公司而言，经常会针对某一个具体的开发项目临时组建一个由各部门的技术人员组成的工作组，他们可能分别来自经营部，网络部，技术服务等。有了VLAN，小组内的成员不用再集中到一个办公室了。他们只要坐在自己的计算机
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物理层
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