交换机入门小知识2（MAC地址、交换机如何处理数据帧）

      我们知道交换机可以基于源MAC地址学习，基于目的MAC地址转发，今天我们就来聊一聊什么是MAC地址。

MAC (Media Access Control)地址在网络中唯一标识一个网卡，每个网卡都需要并拥有唯一的一个MAC地址。一块网卡的MAC地址是具有全球唯一性的。

       MAC地址是在IEEE 802标准中定义并规范的，凡是符合IEEE 802标准的以太网卡，都必须拥有一个MAC地址，用MAC地址来定义网络设备的位置。不同的网卡，MAC地址也不同。

      认识了MAC地址以后我们就来看看MAC地址表示。

      一个MAC地址有48 bit，6 Byte。

      MAC地址通常采用“十六进制”+“-”表示。

      如: 00-1E-10-DD-DD-02，或 001E-10DD-DD02

      一个制造商在生产制造网卡之前，必须先向IEEE注册，以获取一个长度为24bit (3字节)的厂商代码，也称为OUI（Organizationally Unique Identifier）。后24bit由厂商自行分派，是各个厂商制造的所有网卡的唯一编号。

      最后我们来看一下MAC地址的分类：

MAC地址可以分为3种类型：

1. 单播MAC地址：也称物理MAC地址，这种类型的MAC地址唯一的标识了以太网上的一个终端，该地址为全球唯一的硬件地址。
   1. 单播MAC地址用于标识链路上的一个单一节点。
   2. 目的MAC地址为单播MAC地址的帧发往一个单一的节点。
   3. 单播MAC地址可以作为源或目的地址。
   4. 注意：单播MAC地址具有全球唯一性，当一个二层网络中接入了两台具有相同MAC地址的终端时（例如误操作等），将会引发通信故障（例如这两台终端无法相互通信），且其他设备与它们之间的通信也会存在问题。
2. 广播MAC地址：全1的MAC地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF），用来表示局域网上的所有终端设备。
   1. 广播MAC地址可以理解为一种特殊的组播MAC地址。
   2. 其具体格式为：FFFF-FFFF-FFFF。
   3. 目的MAC地址为广播MAC地址的帧发往链路上的所有节点。
3. 组播MAC地址：除广播地址外，第8bit为1的MAC地址为组播MAC地址（例如01-00-00-00-00-00），用来代表局域网上的一组终端。
   1. 组播MAC地址用于标识链路上的一组节点。
   2. 目的MAC地址为组播MAC地址的帧发往一组节点。
   3. 组播MAC地址不能作为源地址，只能作为目的地址。

      在园区网络中，交换机一般来说是距离终端用户最近的设备，用于终端接入园区网，接入层的交换机一般为二层交换机。二层交换设备工作在TCP/IP对等模型的第二层，即数据链路层，它对数据包的转发是建立在MAC（Media Access Control ）地址基础之上的。

      二层交换机工作在数据链路层，它对数据帧的转发是建立在MAC地址基础之上的。交换机不同的接口发送和接收数据是独立的，各接口属于不同的冲突域，因此有效地隔离了网络中的冲突域。

       二层交换设备通过学习以太网数据帧的源MAC地址来维护MAC地址与接口的对应关系（保存MAC与接口对应关系的表称为MAC地址表），通过其目的MAC地址来查找MAC地址表决定向哪个接口转发。

每台交换机中都有一个MAC地址表，存放了MAC地址与交换机端口编号之间的映射关系。

       MAC地址表记录了交换机学习到的其他设备的MAC地址与接口的对应关系。交换机在转发数据帧时，根据数据帧的目的MAC地址查询MAC地址表。如果MAC地址表中包含与该帧目的MAC地址对应的表项，则直接通过该表项中的出接口转发该报文；如果MAC地址表中没有包含该帧目的MAC地址对应的表项时，交换机将采取泛洪方式在除接收接口外的所有接口发送该报文。

今天我们来聊一聊交换机处理数据帧的行为：

交换机会通过传输介质进入其端口的每一个帧都进行转发操作，交换机的基本作用就是用来转发数据帧。

交换机对帧的处理行为一共有三种：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（注意，“所有其它的端口”是指除了这个帧进入交换机的那个端口以外的所有端口）。
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（注意，“另一个端口”不能是这个帧进入交换机的那个端口）。
3. 丢弃：交换机把从某一端口进来的帧直接丢弃。

泛洪

如果从传输介质进入交换机的某个端口的帧是一个单播帧，交换机会去MAC表查这个帧的目的MAC地址。如果查不到这个MAC地址，则交换机将对该单播帧执行泛洪操作。

如果从传输介质进入交换机的某个端口的帧是一个广播帧，交换机不会去查MAC地址表，而是直接对该广播帧执行泛洪操作。

如图所示：

1. 场景一：主机1想要访问主机2，发送单播数据帧，交换机收到后，若MAC地址表中查不到对应的表项，则会泛洪该数据帧。
2. 场景二：主机1想要访问主机2，但不知道对应的MAC地址，则会发送ARP请求报文，该报文为广播数据帧，交换机收到后，则会泛洪该数据帧。

转发

如果从传输介质进入交换机的某个端口的帧是一个单播帧，则交换机会去MAC表查这个帧的目的MAC地址。如果查到了这个MAC地址表，则比较这个MAC地址在MAC地址表中对应的端口编号是不是这个帧从传输介质进入交换机的那个端口的端口编号。如果不是，则交换机执行转发操作（将该帧送至该帧目的MAC地址在MAC地址表中对应的那个端口，并从那个端口发送出去）。

如图所示：

1. 主机1想要访问主机2，发送单播数据帧，交换机收到后，在MAC地址表中查到了对应的表项，则会点对点转发该数据帧。

丢弃

如果从传输介质进入交换机的某个端口的帧是一个单播帧，则交换机会去MAC表查这个帧的目的MAC地址。如果查到了这个MAC地址表，则比较这个MAC地址在MAC地址表中对应的端口编号是不是这个帧从传输介质进入交换机的那个端口的端口编号。如果是，则交换机将对该帧执行丢弃操作。

如图所示：

1. 主机1想要访问主机2，发送单播数据帧，交换机1收到后，若MAC地址表中查不到对应的表项，则会泛洪该数据帧。
2. 交换机2收到该数据帧后，发现目的MAC地址对应的端口就是接收数据帧的端口，则会丢弃该数据帧。