计算机网络-ENSP华为设备中的交换机通信原理【敲重点】

交换机

交换机是当今以太网中最常见的存储转发设备，工作在数据链路层，通过读取数据包中的MAC地址进行存储和转发。

MAC地址表

在交换机内部有一个MAC地址表，这个地址表标明了MAC地址和交换机端口的对应关系。

当交换机从某个端口收到一个数据包，它首先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的，它再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口，如果表中有与这目的MAC地址对应的端口，则把数据包直接复制到这端口上，如果在表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应。

交换机转发过程

当交换机接受的数据包中，在数据包中的MAC地址在MAC地址表中无法找到匹配项时，交换机将会对所有端口发送ARP广播报文，来寻找对应的主机端口，一般主机在收到ARP广播报文时，会将寻找主机和自己主机的地址进行对应，不匹配则丢弃数据包，匹配的话则向数据包中源地址发送一个回应数据包。交换机收到回复包时会将其MAC地址和对应端口写入地址表。二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。

交换机也可以把网络“分段”，通过对照MAC地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。采用VLAN的方式实现分段。

交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。也正是因为交换机是独享带宽，所以不会出现冲突域的概念。

配置实验过程

实验拓扑图

实验说明：该实验通过ENSP和wireshark来证明和实现的。在连接上同一局域网时，在1、2、3三个端口进行抓包。当PC1对PC2发送数据包时，交换机是如何进行通信的。
在PC1上对PC2进行ping命令通信。

在ping之前，PC1使用ARP报文向交换机询问PC2的MAC地址，交换机对比MAC地址表发现不知道PC2的MAC地址，便向所有端口发送广播报文，询问IP地址为192.168.1.3的主机是谁。

1、2、3口中均出现ARP广播报文，request请求目的主机MAC地址

三台PC同时收到ARP广播报文，三台PC同时进行对比，只有PC2发现其IP地址与广播报文中所找地址吻合。便发送一个reply报文返回给PC1，其他的两台主机对比发发现不匹配之后丢弃该广播报文。

PC2与PC3收到报文时的状态

数据包返回至PC1

在数据包经过交换机的时候，交换机将PC2的MAC地址与端口对应到其MAC地址表中。

当PC1第二次与PC2进行通信时，便不会采用广播的方式，而是单播。因为交换机中已经存在PC2的MAC地址和对应端口。

PC2会直接收到ping报文，而不会收到ARP报文询问
PC3不会收到ICMP报文

PC1会发送ARP报文询问交换机PC2的MAC地址是多少
得到PC2的MAC地址之后进行通信

在学习到PC2的MAC地址之后，通过MAC地址进行单播通信。

总结

交换机之间的通信是隔绝掉冲突域的，但是却无法隔绝掉广播域。在二层通信之间，必然是存在广播域的。二层设备之间的通信，是通过MAC地址来实现的，配置IP地址是为了通过ARP广播报文找到目的MAC地址来进行通信。