交换机工作原理，交换网络中数据帧转发，MAC地址表学习转发详解

一、交换网络基础

1、越来越多的用户需要接入到网络，交换机提供的大量的接入端口能够很好地满足这种需求。同时，交换机也彻底解决了困扰早期以太网的冲突问题，极大地提升了以太网的性能，同时也提高了以太网的安全性。

2、交换机工作在数据链路层，对数据帧进行操作。在收到数据帧后，交换机会根据数据帧的头部信息对数据帧进行转发。

 

 

二、交换机的转发行为

 

1、交换机中有一个MAC地址表，里面存放了MAC地址与交换机端口的映射关系。MAC地址表也称为CAM（Content Addressable Memory）表。

2、交换机对帧的转发操作行为一共有三种：

泛洪（Flooding），转发（Forwarding），丢弃（Discarding）。

1.泛洪：交换机把从某一端口进来的帧通过所有其它的端口转发出去。

2.转发：交换机把从某一端口进来的帧通过另一个端口转发出去。

3.丢弃：交换机把从某一端口进来的帧直接丢弃。

三、交换机初始状态

 

1、初始状态下，交换机并不知道所连接主机的MAC地址，所以MAC地址表为空。SWA为初始状态，

在收到主机A发送的数据帧之前，MAC地址表中没有任何表项。

学习MAC地址

2、交换机将收到的数据帧的源MAC地址和对应接口记录到MAC地址表中

主机A发送数据给主机C时，一般会首先发送ARP请求来获取主机C的MAC地址，此ARP请求帧中的目的MAC地址是广播地址，源MAC地址是自己的MAC地址。SWA收到该帧后，会将源MAC地址和接收端口的映射关系添加到MAC地址表中。缺省情况下，交换机学习到的MAC地址表项的老化时间为300秒。如果在老化时间内再次收到主机A发送的数据帧，SWA中保存的主机A的MAC地址和G0/0/1的映射的老化时间会被刷新。此后，如果交换机收到目标MAC地址为00-01-02-03-04-AA的数据帧时，都将通过G0/0/1端口转发。

四、转发数据帧

转发数据帧

1、数据帧的目的MAC地址不在MAC表中，或者目的MAC地址为广播地址时，交换机会泛洪该帧。

主机A发送的数据帧的目的MAC地址为广播地址，所以交换机会将此数据帧通过G0/0/2和G0/0/3端口广播到主机B和主机C。

目标主机回复

2、交换机根据MAC地址表将目标主机的回复信息单播转发给源主机。

主机B和主机C接收到此数据帧后，都会查看该ARP数据帧。但是主机B不会回复该帧，主机C会处理该帧并发送ARP回应，此回复数据帧的目的MAC地址为主机A的MAC地址，源MAC地址为主机C的MAC地址。SWA收到回复数据帧时，会将该帧的源MAC地址和接口的映射关系添加到MAC地址表中。如果此映射关系在MAC地址表已经存在，则会被刷新。然后SWA查询MAC地址表，根据帧的目的MAC地址找到对应的转发端口后，从G0/0/1转发此数据帧。