交换机基本原理

常见的以太网设备包括Hub、交换机等。交换机工作在数据链路层，它有效地隔离了以太网中的冲突域，极大的提升了以太网的性能。

小型交换网络

交换机的转发行为

交换机转发行为	说明
泛洪（Flooding）	交换机把从某一端口进来的帧通过所有其他端口转发出去。
转发（Forwarding）	交换机把从某一端口进来的帧通过另一端口转发出去
丢弃（Discarding）	交换机把从某一端口进来的帧丢弃

交换机的转发原理

MAC地址表

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。MAC地址表也称为CAM表（Content Addressable Memory）

交换机中某一端口的端口号与对端设备网卡的MAC地址的对应关系。

在PC机里有一个ARP缓存表

MAC地址表与转发行为的关系：

1.如果进入交换机的是一个单播帧，则交换机会去MAC地址表中查找这个帧的目的MAC地址：

​ 1）如果查不到这个MAC地址，则交换机执行泛洪操作

​ 2）如果查到了这个MAC地址，则比较这个MAC地址在MAC地址表中对应的端口是不是这个帧进入交换机的那个端口。如果不是，则交换机执行转发操作。如果是，则执行丢弃操作

2.如果进入交换机的是一个广播帧，则交换机不会去查MAC地址表，而是直接执行泛洪操作

3.交换机还具有学习能力。当一个帧进入交换机后，交换机会检查这个帧的源MAC地址，并将该源MAC地址与这个帧进入交换机的那个端口进行映射，然后将这个映射关系存放进MAC地址表

交换机的初始状态

​ 初始状态下，交换机并不知道所连接主机的MAC地址，所以MAC地址表为空。

学习MAC地址

主机A发送数据给数据C时，一般会首先发送ARP请求来获取主机C的MAC地址。（此ARP请求帧中的目的MAC地址是广播地址，源MAC地址是自己的MAC地址）

SWA收到该帧后，会将帧中源MAC地址和接收端口的映射关系添加到MAC地址表中。此后，如果交换机接收到MAC地址为00-01-02-03-04-AA的数据帧时，都将通过G0/0/1端口转发。

默认情况下，交换机学习到MAC地址表项的老化时间为300秒。

ARP协议

ARP（Address Resolution Protocol），属于网络层。

作用：已知IP地址解析MAC地址

工作原理：

​ 1.首先发送ARP广播，我的IP是多少，我的MAC是多少。某一个IP，我想要与你通信，你的MAC是多少，请告诉我（局域网（同一网段）中所有主机都能收到广播）

​ 2.目标主机回应ARP单播

​ 3.当PC收到ARP单播回应后，在计算机中生成ARP缓存

交换机转发数据帧

当数据帧的目的MAC地址不在MAC表中，或者目的MAC地址为广播地址时，交换机会泛洪

主机A发送的数据帧的目的MAC地址为广播地址，所以交换机会将此数据帧通过G0/0/2和G0/0/3端口广播到主机B和主机C

目标主机回复

交换机根据MAC地址表将目标主机的回复信息单播转发给源主机

主机B和主机C接收到此数据帧后，都会查看该ARP数据帧。但是主机B不会回复该帧，主机C会处理该帧并发送ARP回应，此回复数据帧的目的MAC地址为主机A的MAC地址，源MAC地址为主机C的MAC地址。

SWA收到ARP回应的数据帧时，会将该帧的源MAC地址和接口的映射关系添加到MAC地址表中

如果此映射关系在MAC地址表已经存在，则会被刷新。然后SWA查询MAC地址表，根据帧的目的MAC地址找到对应的转发端口后，从G0/0/1转发此数据帧