学习进度条3.26

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了解到的知识点：
一、交换机
定义
交换机（Switch）是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。它工作在数据链路层，主要通过学习和转发数据帧来实现网络通信。
工作原理
学习过程：交换机通过学习接入端口的数据帧的源MAC地址来建立MAC地址表。当一个数据帧进入交换机的一个端口时，交换机会查看该帧的源MAC地址，并将其与该端口关联起来记录在MAC地址表中。例如，当主机A（MAC地址为00:11:22:33:44:55）通过交换机端口1发送数据帧时，交换机会将00:11:22:33:44:55和端口1的对应关系记录在MAC地址表中。
转发过程：当交换机收到一个数据帧时，它会查看该帧的目的MAC地址。如果目的MAC地址在MAC地址表中有对应的端口记录，就将该帧转发到对应的端口；如果没有记录，就进行洪泛（将数据帧发送到除接收端口之外的所有端口）。比如，交换机收到一个目的MAC地址为00:AA:BB:CC:DD:EE的数据帧，如果在MAC地址表中查询到该地址对应端口3，就将数据帧转发到端口3。
过滤过程：交换机可以根据MAC地址表来过滤数据帧，避免不必要的数据传输。如果一个数据帧的目的MAC地址在MAC地址表中对应的端口就是该帧进入的端口，交换机就会丢弃这个帧，因为这个帧已经在正确的端口上，不需要再转发。
类型
二层交换机：主要工作在数据链路层，功能主要是基于MAC地址的帧转发和过滤。它是最常见的交换机类型，用于构建局域网内部的连接，如连接多台计算机、打印机等设备。
三层交换机：除了具有二层交换机的功能外，还具备部分路由器的功能。它可以在不同网络之间进行数据包的转发，工作在第三层（网络层）。例如，在一个大型企业网络中，不同部门的网络可能有不同的IP子网，三层交换机可以实现这些子网之间的通信，同时还能进行VLAN（虚拟局域网）之间的路由转发。
端口类型
接入端口（Access Port）：通常连接终端设备，如计算机、打印机等。它属于一个单一的VLAN，发送和接收的数据帧不包含VLAN标记。
干道端口（Trunk Port）：用于连接交换机之间或者交换机和路由器之间。它可以传输多个VLAN的数据帧，并且会携带VLAN标记，以便在接收端能正确区分不同VLAN的数据帧。
VLAN（虚拟局域网）
VLAN是一种将局域网划分为多个逻辑网络的技术。交换机通过VLAN可以将网络设备划分到不同的逻辑组，每个组就像一个独立的局域网一样工作。例如，在一个学校网络中，可以将教师办公区、学生宿舍区和图书馆区划分到不同的VLAN，这样可以提高网络的安全性和管理效率。不同VLAN之间的通信需要通过三层交换机或路由器来实现。
生成树协议（STP）
交换机网络中可能会存在环路，环路会导致广播风暴等问题。生成树协议是一种用于防止交换机网络环路的协议。它通过计算生成一棵无环的生成树，将一些端口置于阻塞状态，从而避免环路。例如，在一个包含多个交换机互联的网络中，通过STP协议会自动选择最优的路径，关闭一些冗余的链路端口，保证网络的正常运行。
二、以太网
定义
以太网（Ethernet）是一种计算机局域网技术。它最初是由施乐公司（Xerox）、英特尔（Intel）和数字设备公司（DEC）在20世纪70年代开发的。以太网现在已经成为全球最广泛使用的局域网技术，它通过电缆或无线信号来传输数据。
以太网标准
以太网有多种标准，主要由电气和电子工程师协会（IEEE）制定。例如，IEEE 802.3是最早的以太网标准，它定义了以太网的物理层和数据链路层的规范。随着技术的发展，出现了多种速率的以太网标准，如10Mbps（10BASE - T）、100Mbps（100BASE - T）、1Gbps（1000BASE - T）和10Gbps（10GBASE - T）等。这些标准规定了传输介质、传输速率、编码方式等关键参数。
以太网帧结构
帧头：
目的MAC地址（6字节）：标识接收该帧的设备的MAC地址。
源MAC地址（6字节）：标识发送该帧的设备的MAC地址。
类型/长度字段（2字节）：如果值大于或等于1536，表示后面的数据是网络层协议类型（如IPv4、IPv6）；如果值小于1536，表示后面的数据长度。
数据部分：包含网络层协议的数据，如IP数据报。数据部分的长度范围是46 - 1500字节。如果数据部分不足46字节，需要填充到46字节。
帧尾：
帧检验序列（4字节）：用于检测帧在传输过程中是否出现错误，采用循环冗余校验（CRC）算法计算。
以太网的传输介质
双绞线：这是最常用的以太网传输介质。双绞线有屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。例如，常见的五类线（CAT5）、超五类线（CAT5e）、六类线（CAT6）等都是非屏蔽双绞线。双绞线通过绞合的方式可以减少电磁干扰，适用于短距离（一般不超过100米）的以太网连接。
光纤：光纤以光信号传输数据，具有传输速率高、传输距离远（可达几十公里甚至更远）、抗电磁干扰能力强等优点。它分为单模光纤和多模光纤。单模光纤主要用于长距离、高带宽的传输，如在数据中心之间的连接；多模光纤主要用于短距离、中等带宽的传输，如在大型企业内部的网络连接。
无线介质：无线以太网使用无线电波进行数据传输，如Wi - Fi。它允许设备在一定范围内无线连接到网络，方便用户在移动设备上访问网络资源。无线以太网的速率也在不断提高，从早期的11Mbps（802.11b）到现在的数千兆bps（如802.11ax）。
以太网的访问控制方法
CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）：这是传统的以太网（有线以太网）的访问控制方法。在发送数据前，设备会先监听信道，如果信道空闲就发送数据。在发送过程中，还会持续检测是否有冲突。如果检测到冲突，就停止发送数据，并等待一个随机时间后再次尝试发送。这种方法适用于共享介质（如早期的以太网总线型拓扑结构）的环境。不过，随着交换机的广泛使用，交换机内部的端口之间是独占的，冲突主要发生在交换机端口和连接设备之间，CSMA/CD在现代交换式以太网中的作用逐渐减弱。
全双工模式和半双工模式：在全双工模式下，设备可以同时发送和接收数据，这种模式下不存在冲突，因为发送和接收是通过不同的物理通道进行的。例如，现代的交换机端口和计算机网卡之间通常采用全双工模式。而在半双工模式下，设备在同一时刻只能发送或接收数据，可能会出现冲突，需要采用CSMA/CD等机制来解决冲突问题。