|
交换机作为现在以太网中最重要的设备，学习它的工作原理是必须的。今天，小编将为大家讲解一下以太网交换机工作原理。 首先，我们需要知道。二层交换机是工作在数据链路层的设备，那我们的数据链路层的设备是通过MAC地址来寻址的。交换机自身会有一张MAC地址表，交换机通过这张表，来进行数据帧的转发。表中主要含有：MAC地址以及所对应的端口，这两个基础表项。 接下来，我们通过实验来验证和学习一下交换机的MAC地址表学习过程，以及对单播数据帧的转发。 实验目的：两台PC通过交换机互联。查看交换机MAC地址表学习过程，以及交换机对单播帧的转发。 注意：很多模拟器无法查看到MAC地址表，此次为真机实验。 现在我们接入两台PC，PC1接入G1/0/1接口、PC2接入G1/0/2接口。将两台PC地址配置在同一网段，IP地址分为为PC_1：192.168.1.1、PC_2：192.168.1.2；假设MAC地址分别为PC_1：MAC_1，PC_2：MAC_2。
以太网交换机工作原理详解 图1 当我们的交换机刚启动时，它的MAC地址表是空的。如下图所示：
以太网交换机工作原理详解 图2 启动交换机后1.我们在PC_1上去ping 192.168.1.2，此时我们的PC_1会发送源MAC地址为MAC_1，目的MAC地址为MAC_2的数据包。 2.当交换机收到这个数据包时，会将这个数据包的源MAC地址与所接收的端口记录起来，加入到MAC地址表中。如下图所示：
以太网交换机工作原理详解 图3 3.然后，它会在MAC地址表中查找此数据包目的MAC（即MAC_2）所对应的表项。4.但此时交换机的MAC地址表中并没有对应的表项，所以此时交换机会向除接收端口以外的所有接口转发这个数据包（此操作称为洪泛）。 5. 当我们的PC_2接收到这个数据包后，PC_2会向PC_1回复一个数据包。 6.交换机接收到这个数据包时，会将源MAC地址和所对应的端口记录在MAC地址表中。如下图所示：
以太网交换机工作原理详解 图4 7.之后交换机会在MAC地址表中查找此数据帧的目的MAC地址表项，查找到此表项后会将数据包转发到对应的端口G1/0/1端口下。以上就是交换机MAC地址表的学习流程，以及交换机对单播帧的转发的过程，但是上述MAC地址表中的表项是动态学习的。一般动态学习到的MAC地址表的表项老化时间是300秒。所以MAC地表也可以通过手工配置表项加入MAC地址表，用户手工配置的静态MAC地址表项不能被学习中获得的动态MAC地址覆盖，而动态MAC地址表项可以被静态MAC地址覆盖。 如果是静态配置的MAC地址表，配置如下表所示： 配置在接口加入静态MAC地址表项 [H3C] mac-address static 000f-e241-cd21 interface GigabitEthernet 1/0/1 vlan 1 一、交换机工作原理 自动学习生成MAC地址表 交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。 PS：只会学习源MAC地址。
以太网交换机工作原理详解 图5 如图5所示，交换机初始状态MAC地址表为空，接收到主机A发送的数据帧后会查看源MAC，并将该MAC地址与端口建立映射关系，存入MAC地址表。 MAC地址表都有其生存期，生存期是端口地址列表中表项的寿命。每个表项在建立后开始进行倒记时，每次发送数据都要刷新记时。对于长期不发送数据的主机，其MAC地址的表项在生存期结束时删除。所以端口地址表记录的总是最活跃的主机的MAC地址。
以太网交换机工作原理详解 图6 二、交换机的三个主要功能1.转发 交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。 2.泛洪 泛洪： 当数据帧的目的mac地址不在mac表中，或者目的mac是广播地址，则会泛洪（除接受接口向所有其他接口发送） 收到广播帧和组播帧也会泛洪。 3.丢弃 当收到数据帧后发现源mac与目的mac相同，则会丢弃。 三、交换机的工作特点 1.交换机的每一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域。 这就是CSMA/CD被淘汰掉的原因。 2.交换机所连接的设备依旧在同一个广播域内，也就是说，交换机不隔绝广播（惟一的例外是在配有VLAN的环境中）。 泛洪就是向广播域中所有节点转发报文。 3.交换机依据帧头的信息进行转发，不会去查看三层的信息。因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备（此处所述交换机仅指传统的二层交换设备）。
以太网交换机工作原理详解 图7 四、交换机的分类依照交换机处理帧时不一样的操作模式，主要可分为两类： 储存转发：交换机在转发之前必须接收整个帧，并进行错误校检，如无错误再将这一帧发往目的地址。帧通过交换机的转发时延随帧长度的不一样而变化。 直通式：交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧，而无需等待帧所有的被接收，也不进行错误校验。由于以太网帧头的长度总是固定的，因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。 五、二、三、四层交换机 多种理解的说法： 二层交换机（也称为桥接）是基于硬件的桥接。基于每个末端站点的唯一MAC地址转发数据包。二层交换的高性能可以产生增加各子网主机数量的网络规划。简单来说就是只会解封装到二层，三层及以上不会查看。 三层交换机是基于硬件的路由选择,路由器功能基本都具备。 四层交换的简单定义是：不仅基于MAC（第二层桥接）或源/目的地IP地址（第三层路由选择），同时也基于TCP/UDP使用端口来做出转发决定的能力。其使网络在决定路由时能够区分使用。能够基于具体使用对数据流进行优先级划分。它为基于策略的服务质量技术提供了更加细化的搞定方案，提供了一种可以区分使用类型的方式。 |
/1 
