交换机MAC地址学习和数据转发

转载：https://blog.csdn.net/ym815753607/article/details/75150593

下面将谈谈MAC地址学习这块的东西

图1 网络拓扑结构

PC1要与PC2通信，基于以太网通信中，必须在数据帧中指定目标MAC地址才可以进行正常通信。

假定PC1的arp表项中没有对应通信的PC2的MAC地址B与IP映射，那么PC1将广播一个“arp请求”，交换机通过port1 接收到PC1广播的arp请求报文，通过查找交换机内部的转发表，发现没有PC1的MAC地址A与端口1对应关系（假定交换机处于初始化状态），如表1

                                                  表1 初始化的交换机转发表

于是，交换机会将PC1发来的数据帧的源MAC地址A与端口1的对应关系更新到自己的转发表中，如表2；

接着交换机会广播arp请求（flooding）到除了接收端口的的其他端口，如图2

图2 arp泛洪

PC2的情况：

PC2接收到arp请求后，通过对比目的IP与自己IP，如果相等，则会将PC1的MAC地址A与IP映射关系更新到自己的arp表项中，并且会以单播的形式通过端口2返回一个“arp应答”，交换机接收到此arp应答后，会将PC2发来的数据帧的源MAC地址B与对应的端口2更新到自己的转发表中，如表3

接着交换机查看自己的转发表发现arp应答目标MAC地址A对应端口1，如表4，

                              表4 查找MAC：A

于是将此arp应答请求通过端口1发送给PC1，PC1得到arp应答，将PC2 的MAC地址B与IP映射关系更新到自己的arp表项中。PC1发送由链路层封装的数据帧给PC2，如图3

图3 PC1向PC2发送数据帧

经过交换机，交换机通过转发表发现目的MAC地址是B，如表5，对应端口为2，于是通过端口2 将此数据帧传给PC2。

                                                                    表5 数据转发

表5

PC3的情况

PC3也接收到交换机广播来的arp请求，如图2，发现目的IP不是自己的IP，于是不作出任何回应

下面是模拟Cisco交换机做的实验（用CiscoPacket Tracer 做的实验，不能抓包用wireshark分析）

网络拓扑如图1，交换机型号Cisco 2950-24

下图6是模拟交换机初始化的转发表，转发表为空

图6 模拟cisco交换机初始转发表

由于不能通过wireshark抓包分析，我查看PC1 ping PC2的动画演绎数据报收发过程。事先PC1、PC2 、PC3  arp表项均为空，均如图7，交换机转发表MAC表项为空，如图6

图7 PC1、PC2和PC3初始arp表项

PC1先广播arp请求，交换机接收到arp请求后，将PC1发来的arp数据帧中源MAC和端口映射关系更新到自己的转发表中，如图8，接着交换机会广播arp请求（flooding）到除了接收端口的其他端口，如图9、图10

 图8 交换机接收到PC1广播的arp请求

   图9 交换机广播arp请求

图10 交换机广播arp请求的模拟过程

PC2接收到广播来的arp请求后，查看目标IP发现是自己的IP，于是将PC1的MAC与IP映射关系更新到自己的arp表项中，并单播一个arp应答给交换机，而PC3查看收到的arp请求后查看目标IP并不是自己的IP，于是不做任何回应，如图11、图12。

     图11  PC2单播arp应答

 图12  PC2单播arp应答

交换机接收到arp应答后将源MAC和端口映射关系更新到自己的转发表中，如图13，然后将arp应答通过端口1扔给PC1，PC1将PC2的MAC与IP映射更新到自己的arp表项，然后向PC2发送ping包，数据帧到达交换机后，交换机查看转发表，发现PC2的MAC与端口2的映射关系，于是将数据帧通过端口2扔给PC2，如图14、图15和图16

  图13 更新PC2的MAC后交换机中转发表

                                                 图14/15 数据帧转发模拟过程

                                                      图16 数据帧转发过程

Cisco交换机转发表老化时间默认也是300s，PC1与PC2自从上一次通信后没有进行数据交互，一段时间后查看转发表项，如图17

图17  PC1与PC2通信一段时间后交换机转发表

在Cisco这款交换机条件下做了一个错误链路实验，PC1的MAC与端口1映射在老化时间内，我断开PC1与交换机连接，查看交换机转发表，结果如下图18，PC1的MAC对应端口映射立即消失了。

图18 错误链路情况