交换机：简述对交换机工作原理的认识

一、交换机工作原理

交换机在接收到数据帧以后，首先、会记录数据帧中的源MAC地址和对应的接口到MAC表中，接着、会检查自己的MAC表中是否有数据帧中目标MAC地址的信息，如果有则会根据MAC表中记录的对应接口将数据帧发送出去(也就是单播)，如果没有，则会将该数据帧从非接受接口发送出去(也就是广播，或者泛洪Flood)。

二、交换机MAC地址表的表项内容

MAC Address(Mac地址)	Type(Mac地址类型)	Ports(转发端口号)
0013.1a2f.0680	STATIC	E0/1
0013.1a7f.a4a0	DYNAMIC	E0/1

交换机MAC表中规定MAC类型种类：STATIC表示静态MAC地址，DYNAMIC 表示动态MAC地址。

三、交换机MAC地址表的构建过程

为快速转发报文，以太网交换机需要建立和维护MAC地址表。交换机采用源MAC地址学习的方法建立MAC地址表。

交换机初始状态

交换机的初始状态MAC地址表为空。

MAC Address(Mac地址)	Type(Mac地址类型)	Ports(转发端口号)

地址表源MAC地址学习

当计算机PC1要发送数据帧给计算机PC2时，因此时地址表是空的，交换机将向除PC1连接端口E0/1以外的其他所有端口转发数据帧。在转发之前，首先检查该数据帧的源MAC地址（00-10-B5-4B-30-85），并在交换机的MAC地址表中添加一条记录（00-10-B5-4B-30-85，E0/1）使之和端口E0/1相对应。

MAC Address(Mac地址)	Type(Mac地址类型)	Ports(转发端口号)
00-10-B5-4B-30-85	DYNAMIC	E0/1

计算机PC2接收数据帧

计算机PC2收到发送的数据帧后，用该数据帧的目的MAC地址和本机的MAC地址比较，发现PC1找的正是它，则接收该数据帧，其他计算机丢弃数据帧。

计算机PC2（00-10-B5-4B-30-65）回复PC1时，交换机直接从端口E0/1转发，并学习到E0/23为PC2连接的端口，将其添加到地址表中。

MAC Address(Mac地址)	Type(Mac地址类型)	Ports(转发端口号)
00-10-B5-4B-30-85	DYNAMIC	E0/1
00-10-B5-4B-30-65	DYNAMIC	E0/23

交换机的其他端口利用源MAC地址学习的方法在MAC地址表中不断添加新的MAC地址与端口号的对应信息。直到MAC地址表添加完整为止。

为了保证MAC地址表中的信息能够实时地反映网络情况，每个学习到的记录都有一个老化时间（aging-time，最大停留时间）。默认的MAC 地址老化时间为300 秒（5 分钟）。如果在老化时间内收到地址信息则刷新记录。对没有收到相应的地址信息的则删除该记录。例如，计算机PC2停止了和交换机通信，达到老化时间后，交换机会将其对应的记录从MAC地址表中删除。

也可以手工添加交换机的MAC地址表的静态记录，手工配置的静态记录没有老化时间的限制。由于MAC地址表中对于同一个MAC地址只能有一条记录，所以如果手工配置了MAC地址和端口号对应关系后，交换机就不再动态学习这台计算机的MAC地址了。

四、交换机的三个主要功能

学习

以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。

转发/过滤

当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)。

消除回路

当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。

五、交换机的工作特性

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。
交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内，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）。
交换机依据帧头的信息进行转发，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）。

六、交换机的分类

依照交换机处理帧时不同的操作模式，主要可分为两类：

存储转发

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同而变化。

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，而无需等待帧全部的被接收，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。

参考：

https://blog.csdn.net/zqixiao_09/article/details/51154368