Mạng cục bộ chuyển mạch

Mạng cục bộ chuyển mạch kết nối các máy chủ trong một khu vực giới hạn thông qua các bộ chuyển mạch lớp liên kết, các bộ chuyển mạch này chuyển tiếp các khung dựa trên địa chỉ MAC, tự động học cấu trúc liên kết mạng và phân đoạn nó thành các miền va chạm riêng biệt.

Definition

Mạng cục bộ chuyển mạch là một mạng cục bộ trong đó các bộ chuyển mạch lớp liên kết kết nối các máy chủ và chuyển tiếp các khung một cách chọn lọc dựa trên địa chỉ MAC đích, tự động học địa chỉ nào có thể truy cập được thông qua cổng nào.

Scope

Chủ đề này bao gồm hoạt động của các mạng LAN chuyển mạch: địa chỉ lớp liên kết (MAC), Giao thức phân giải địa chỉ (Address Resolution Protocol) ánh xạ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC trên một liên kết cục bộ, cách các bộ chuyển mạch học xây dựng bảng chuyển tiếp bằng cách quan sát các khung, cách chúng phân đoạn các miền va chạm trong khi vẫn duy trì một miền quảng bá duy nhất, và các mạng LAN ảo (VLAN) phân vùng một bộ chuyển mạch vật lý thành các mạng logic. Nó không bao gồm định dạng khung Ethernet cụ thể và phần cứng chuyển mạch, được đề cập trong chủ đề Ethernet chuyên biệt, và định tuyến liên mạng của lớp mạng.

Core questions

• Cấu trúc địa chỉ lớp liên kết (MAC) như thế nào và chúng khác với địa chỉ IP như thế nào?
• Giao thức phân giải địa chỉ ánh xạ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC trên một liên kết cục bộ như thế nào?
• Một bộ chuyển mạch học vị trí của các máy chủ và xây dựng bảng chuyển tiếp của nó như thế nào?
• Các bộ chuyển mạch phân đoạn các miền va chạm như thế nào trong khi vẫn giữ một miền quảng bá duy nhất?
• Mạng LAN ảo (VLAN) là gì và tại sao chúng được sử dụng?

Key concepts

• Địa chỉ MAC (lớp liên kết)
• Giao thức phân giải địa chỉ (ARP)
• Bộ chuyển mạch lớp liên kết
• Bảng chuyển tiếp của bộ chuyển mạch
• Tự học
• Miền va chạm và miền quảng bá
• Mạng LAN ảo (VLAN)
• Giao thức cây bao trùm

Key theories

Chuyển mạch trong suốt, tự học

Một bộ chuyển mạch Ethernet ghi lại địa chỉ MAC nguồn và cổng đến của mỗi khung, xây dựng một bảng chuyển tiếp cho phép nó gửi các khung tiếp theo chỉ ra cổng hướng tới đích; việc học này là tự động và trong suốt đối với các máy chủ.

Phân giải địa chỉ

Vì các máy chủ biết địa chỉ IP của nhau nhưng việc phân phối liên kết cần địa chỉ MAC, Giao thức phân giải địa chỉ quảng bá một truy vấn cho địa chỉ MAC tương ứng với một địa chỉ IP cục bộ và lưu trữ phản hồi, bắc cầu giữa lớp mạng và lớp liên kết.

Phân đoạn miền va chạm và VLAN

Các bộ chuyển mạch giới hạn các va chạm trong các liên kết riêng lẻ và có thể được phân vùng logic thành các mạng LAN ảo, cách ly lưu lượng quảng bá và nhóm các máy chủ độc lập với hệ thống dây vật lý để bảo mật và quản lý.

Clinical relevance

Mạng LAN chuyển mạch là khối xây dựng hàng ngày của các mạng doanh nghiệp, khuôn viên và trung tâm dữ liệu. Các bộ chuyển mạch tự học giúp mạng cục bộ cắm và chạy trở nên khả thi, VLAN cho phép một cơ sở hạ tầng vật lý phục vụ nhiều mạng logic để cách ly và bảo mật, và việc hiểu ARP và các miền quảng bá là điều cần thiết để chẩn đoán các vấn đề kết nối, bão quảng bá và xung đột địa chỉ.

History

Các mạng LAN ban đầu sử dụng phương tiện chia sẻ nơi tất cả các máy chủ chia sẻ một miền va chạm. Các cầu nối trong suốt và giao thức cây bao trùm của Radia Perlman để ngăn chặn các vòng lặp giữa chúng, cho phép nhiều phân đoạn được kết nối an toàn. Giao thức phân giải địa chỉ (RFC 826, 1982) đã liên kết IP với địa chỉ Ethernet. Các cầu nối đã phát triển thành các bộ chuyển mạch mật độ cổng cao, biến các mạng LAN thành các mạng song công hoàn toàn, được chuyển mạch hoàn toàn với hỗ trợ VLAN.

Key figures

• Radia Perlman
• David C. Plummer
• Larry L. Peterson

Seminal works

• kurose2021
• rfc826

Frequently asked questions

Một bộ chuyển mạch biết gửi khung đến đâu như thế nào?

Một bộ chuyển mạch học bằng cách quan sát lưu lượng: khi một khung đến, nó ghi lại địa chỉ MAC nguồn và cổng mà nó đến. Theo thời gian, nó xây dựng một bảng ánh xạ địa chỉ đến các cổng, để nó có thể chuyển tiếp một khung chỉ ra cổng hướng tới đích của nó, chỉ tràn đến tất cả các cổng khi đích vẫn chưa được biết.

VLAN là gì?

Một mạng LAN ảo phân vùng một bộ chuyển mạch vật lý (hoặc một tập hợp các bộ chuyển mạch) thành nhiều miền quảng bá logic. Các máy chủ trong các VLAN khác nhau hoạt động như thể chúng đang ở trên các bộ chuyển mạch riêng biệt, điều này cải thiện bảo mật và cách ly, đồng thời cho phép quản trị viên nhóm các thiết bị một cách logic thay vì theo nơi chúng được cắm vật lý.