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交換機(jī)工作原理（1分鐘簡(jiǎn)單掌握交換機(jī)工作原理）

隨著企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，越來(lái)越多的用戶(hù)需要接入到網(wǎng)絡(luò)，交換機(jī)提供的大量的接入端口能夠很好地滿(mǎn)足這種需求。

同時(shí)，交換機(jī)也徹底解決了困擾早期以太網(wǎng)的沖突問(wèn)題，極大地提升了以太網(wǎng)的性能，同時(shí)也提高了以太網(wǎng)的安全性。

交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層，對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行操作。在收到數(shù)據(jù)幀后，交換機(jī)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)幀的頭部信息對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

接下來(lái)我們以小型交換網(wǎng)絡(luò)為例，講解交換機(jī)的基本工作原理。

交換機(jī)中有一個(gè)MAC地址表，里面存放了MAC地址與交換機(jī)端口的映射關(guān)系。MAC地址表也稱(chēng)為CAM（Content Addressable Memory）表。

如圖所示，交換機(jī)對(duì)幀的轉(zhuǎn)發(fā)操作行為一共有三種：泛洪（Flooding），轉(zhuǎn)發(fā)（Forwarding），丟棄（Discarding）。

泛洪：交換機(jī)把從某一端口進(jìn)來(lái)的幀通過(guò)所有其它的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去（注意，“所有其它的端口”是指除了這個(gè)幀進(jìn)入交換機(jī)的那個(gè)端口以外的所有端口）。

轉(zhuǎn)發(fā)：交換機(jī)把從某一端口進(jìn)來(lái)的幀通過(guò)另一個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)出去（注意，“另一個(gè)端口”不能是這個(gè)幀進(jìn)入交換機(jī)的那個(gè)端口）。

丟棄：交換機(jī)把從某一端口進(jìn)來(lái)的幀直接丟棄。

交換機(jī)的基本工作原理可以概括地描述如下：

如果進(jìn)入交換機(jī)的是一個(gè)單播幀，則交換機(jī)會(huì)去MAC地址表中查找這個(gè)幀的目的MAC地址。

1）如果查不到這個(gè)MAC地址，則交換機(jī)執(zhí)行泛洪操作。

2）如果查到了這個(gè)MAC地址，則比較這個(gè)MAC地址在MAC地址表中對(duì)應(yīng)的端口是不是這個(gè)幀進(jìn)入交換機(jī)的那個(gè)端口。如果不是，則交換機(jī)執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)操作。如果是，則交換機(jī)執(zhí)行丟棄操作。

如果進(jìn)入交換機(jī)的是一個(gè)廣播幀，則交換機(jī)不會(huì)去查MAC地址表，而是直接執(zhí)行泛洪操作。

如果進(jìn)入交換機(jī)的是一個(gè)組播幀，則交換機(jī)的處理行為比較雜，以后會(huì)在講。

另外，交換機(jī)還具有學(xué)習(xí)能力。當(dāng)一個(gè)幀進(jìn)入交換機(jī)后，交換機(jī)會(huì)檢查這個(gè)幀的源MAC地址，并將該源MAC地址與這個(gè)幀進(jìn)入交換機(jī)的那個(gè)端口進(jìn)行映射，然后將這個(gè)映射關(guān)系存放進(jìn)MAC地表。

交換機(jī)初始狀態(tài)

初始狀態(tài)下，交換機(jī)并不知道所連接主機(jī)的MAC地址，所以MAC地址表為空。如圖，SWA為初始狀態(tài)，在收到主機(jī)A發(fā)送的數(shù)據(jù)幀之前，MAC地址表中沒(méi)有任何表項(xiàng)。

學(xué)習(xí)MAC地址

主機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)C時(shí)，一般會(huì)首先發(fā)送ARP請(qǐng)求來(lái)獲取主機(jī)C的MAC地址，此ARP請(qǐng)求幀中的目的MAC地址是廣播地址，源MAC地址是自己的MAC地址。

SWA收到該幀后，會(huì)將源MAC地址和接收端口的映射關(guān)系添加到MAC地址表中。

缺省情況下，X7系列交換機(jī)學(xué)習(xí)到的MAC地址表項(xiàng)的老化時(shí)間為300秒。如果在老化時(shí)間內(nèi)再次收到主機(jī)A發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，SWA中保存的主機(jī)A的MAC地址和G0/0/1的映射的老化時(shí)間會(huì)被刷新。

此后，如果交換機(jī)收到目標(biāo)MAC地址為00-01-02-03-04-AA的數(shù)據(jù)幀時(shí)，都將通過(guò)G0/0/1端口轉(zhuǎn)發(fā)。

轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀

主機(jī)A發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址為廣播地址，所以交換機(jī)會(huì)將此數(shù)據(jù)幀通過(guò)G0/0/2和G0/0/3端口廣播到主機(jī)B和主機(jī)C。

目標(biāo)主機(jī)回復(fù)

主機(jī)B和主機(jī)C接收到此數(shù)據(jù)幀后，都會(huì)查看該ARP數(shù)據(jù)幀。但是主機(jī)B不會(huì)回復(fù)該幀，主機(jī)C會(huì)處理該幀并發(fā)送ARP回應(yīng)，此回復(fù)數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址為主機(jī)A的MAC地址，源MAC地址為主機(jī)C的MAC地址。

SWA收到回復(fù)數(shù)據(jù)幀時(shí)，會(huì)將該幀的源MAC地址和接口的映射關(guān)系添加到MAC地址表中。如果此映射關(guān)系在MAC地址表已經(jīng)存在，則會(huì)被刷新。然后SWA查詢(xún)MAC地址表，根據(jù)幀的目的MAC地址找到對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)端口后，從G0/0/1轉(zhuǎn)發(fā)此數(shù)據(jù)幀。

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