第10章-以太网交换机工作原理

1. 交换网络（概念一）

2. 以太网（概念二）

3. MAC地址（概念三）

4. 交换机

4.1. 定义：

4.2. 工作流程：

4.3. 交换机的MAC地址表生成

4.4. 数据帧的转发

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1. 交换网络（概念一）

        1）定义

        交换的单位：是数据链路层的帧或更小的数据单元；

        设备：以硬件交换电路构成的交换设备为基础的网络；

        共享式以太网：冲突域 → 载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）

        2）什么是冲突域？

        冲突域就是连接在同一导线上的所有工作站的集合，或者是同一物理网段上所有节点的集合

        3）交换式以太网：广播域 → 路由器

        4）什么是广播域？

        广播：一台设备向同一个网络中所有其他设备发送数据的方式称为广播，广播是进行内部泛洪；

        广播帧：为了实现广播方式的发送，对网络层或数据链路层广播地址进行封装，封装的数据称为广播数据包或广播帧；

        广播域：广播帧可达的区域则称为广播域；

        网络中所有能接收到同样广播消息的设备的集合；

        默认情况，交换机的所有端口属于同一个广播域；

2. 以太网（概念二）

        1）定义

        传输标准Ethernet II类型帧的网络；

        封装帧的格式是Ethernet II类的，就是一个以太网；

        2）特点：多路访问-MA(Multi access)；

        一条链路上，大于等于两个个设备；

        3）PPP/P2P网络-点到点网络：节点数量被物理和逻辑均限制为2个，即非多路访问网络；

        4）发送报文方式：广播

        ① 发送报文的方式：单播（1对1）、组播（1对多）、广播（1对任意）；eg-QQ群

        ② ARP协议解析请求，采用的是广播，因为地址表没有信息；eg-广播找人

        5）以太网的帧格式（802.3）

        ① 目的MAC地址

        ② 源MAC地址

        ③ 服务和类型：标识上层协议

        ④ DATA

        ⑤ 帧校验序列：差错检验

3. MAC地址（概念三）

        1）也叫物理地址、硬件地址，由网络设备制造商生产时烧录在网卡的EPROM，全球唯一；

        2）长度：

        48位，16进制；—命令"ipconfig /all"

        eg：0A-00-27-00-00-12

        3）拓展

        16进制，范围"0123456789abcdef"

        6段，2位数16进制最大的表示是ff，即2进制的11111111

        4）组成：24位厂商标识(OUI)+24位设备标识；

4. 交换机

4.1. 定义：

        ① 工作在数据链路层，通过识别MAC地址进行数据转发的设备；

        ② 全称又叫以太网交换机，只有在以太网中有交换机，点对点网络就没有交换机；

        ③ 功能：交换机连接多个PC机，形成一个网段；

4.2. 工作流程：

        交换机内存有一个MAC地址表，记录了接口与PC机的联系，从而实现定向转发；

4.3. 交换机的MAC地址表生成

        1）生成：自动学习或手动配置；动态(RAM)、静态(ROM)；

        存储在RAM(断电丢失)；交换机刚开机，MAC地址表是空白的；

        为什么要进行MAC地址表的学习？

        广播发送的方式效率太低。

        2）学习过程

        ① 收发学习源地址

        ② 广播请求与丢弃

        ③ 单播回应与处理

        3）学习过程中的特殊情况

        4）相关概念

        ① MAC地址表的作用：记录交换机每个端口和所连接的设备的MAC地址的映射关系；

        ② 原则1：一个接口可以对应多个MAC地址；

        ③ 原则2：一个MAC地址不能对应多个接口；

        ④ 老化时间：300秒，保持MAC的时效性；

4.4. 数据帧的转发

        1）情况：

        ① 目的MAC地址已知的单播帧，交换机查MAC地址表进行转发；

        ② 目的MAC地址未知的单播帧，交换机进行广播处理；

        ③ 对于广播帧，交换机继续广播处理；

        2）广播帧：目的地址是ffffffff，一律从所有接口都发一份；ARP请求；

        3）数据传输模式：① 单播；② 组播；③ 广播

        4）帧过滤：

        作用：杜绝不必要的帧转发；

        条件：帧目的MAC地址在MAC地址表中有表项存在，且表项所关联的端口与接收到帧的端口相同

        情况：一个端口学习到了多个MAC地址；

        例如，PCA → PCB，PCA和PCB帧都能够达到交换机的E1/0/1端口，交换机也不会转发这些帧到其他端口，而是直接丢弃。