网工必备交换机原理与配置

交换机概念

交换机分为二层交换机和三层交换机。二层交换机工作在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地址基础之上的，是直接连接用户终端的设备，离用户最近。三层交换机是具有三层交换设备的多端口交换机，可连接不同网络进行通信。
MAC地址:设备的唯一标识，长度为48位(6个字节)，前3个字节，代表网络硬件制造商的编号，后3个字节，代表该制造商所制造的某个网络产品(如网卡)的系列号。例：08：00：20：0A：8C：6D

交换机转发原理

交换机中有一个MAC地址表，里面存放了MAC地址与交换机端口的映射关系。

交换机收到数据帧后对进行处理，交换机对数据帧的处理行为一共有三种：泛洪，转发，丢弃。

泛洪（Flooding）：交换机收到一个单播数据帧后，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，将数据帧转发给交换机所有端口（除源端口外）。

如果交换机收到的是一个广播帧，会直接泛洪出去，不会查MAC表项。

如图：若A发送数据给D，switch无D的MAC条目，则对端口进行泛洪。

转发（Forwarding）：交换机收到一个单播数据帧后，会查看MAC表项，如果查到了对应目的MAC地址条目，且MAC地址表中对应的端口编号是不是源端口，则交换机进行转发操作。如图：A发送数据给B，根据交换机MAC地址表，存在对应MAC条目，且端口与源端口不同，交换机将数据通过对应端口E1转发出去。

丢弃（Discarding）：交换机收到一个单播数据帧后，会查看MAC表项，如果查到了对应目的MAC地址条目，且MAC地址表中对应的端口编号是源端口，则丢弃数据帧。

如图，交换机2收到数据帧后，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。

交换机学习原理

交换机在初始化状态下，MAC表为空，那么就需要通过“学习”来了解端口连接设备的MAC地址。

学习（Learning）：交换机在进行数据转发时，交换机对发送端的MAC地址和端口进行记录，这个过程就叫做学习。

交换机工作过程

如图，在若主机1已知主机2的MAC地址，想要进行数据传输。

1.因为switch初始化，无MAC地址条目，但交换机会收到A的数据帧，交换机会“学习”将数据帧的源MAC地址和对应端口编号记录到MAC地址表中

2.交换机MAC表中无对应MAC条目，泛洪数据帧

3.交换机除源端口外连接的设备都会收到数据帧，但只有数据帧中目标MAC对应主机才会进行回应，发送单播数据帧，目标MAC为主机1的MAC.

4.交换机收到主机2的回应数据帧，会查看MAC地址表，发现有对应条目，将数据包从对应接口转发出去，并将主机2发送的回应包中的源MAC地址和对应端口编号记录到MAC地址表中。

5.因此双方在交换机中都有MAC条目，可以直接通信。

交换机工作过程验证

实验拓扑如下：

1.在主机PC1、PC2上配置相关地址信息，此时交换机LSW1为初始化状态，LSW1无MAC表项；

2.使用Wireshark抓包根据对PC2的Eth0/0/1端口进行数据抓包，在PC1上使用ping 192.168.1.2命令，抓包数据，如下图所示：

由上图可知，此接口先收到的是广播发送的数据帧。由下图可知，PC2以单播形式发送回应包，目标MAC为PC1的MAC地址。

3.此时查看交换机LSW!上的MAC地址表

由上图可知，交换机将对应MAC地址、端口号学习写入了MAC表中。

4.在交换机上的Eth0/0/4接口上进行抓包，抓包数据如下：

由上图可知，交换机LSW1会发送广播包，LSW2收到后不作回应，直接丢弃。

5.查看LSW2的MAC表，可发现交换机对PC1的数据帧的MAC地址与端口进行了记录，如图：

总结

MAC表是交换机转发的主要依据，交换机对数据帧的转发状态取决于其MAC表是否存在对应条目。