1、交換機的工作原理一、概述以太網交換機（以下簡稱交換機）是工作在 OSI 數據鏈路層的設備，外表和集線器相似。它通過判斷數據幀的目的MAC 以太網交換機實現數據幀的單點轉發是通過 MAC 地址的學習和維護更新機制來實現的。以太網交換機的主要功能包括MAC 地址學習、幀的轉發及通信過濾和避免回路。以太網交換機是用 5 學習老化泛洪選擇性轉發過濾學習：交換機MAC 地址表包含MAC 地址和其對應的端口。每一個幀進入交換機時，MAC 地址，進行查找，如果MAC 地址表中沒包含這個MAC 地址，交換機MAC MAC 交換機則往對應的端口進行轉發。交換機中的MAC 地址條目有一個生存時間。每學到一個MAC

2、 加一個時間值。隨著時間的流逝，該數值一直減小，當數據值減小到0 的時，清除該MAC 地址條目。如果有包含該MAC 地址的新的幀到達，則刷新MAC 地址的老化時間值。泛洪如果交換機收到一個數據幀，則可在交換機的MAC 地址表中找，若找不到該數據幀的目的MAC 地址，交換機轉發該數據幀到除接收端口以外的所有端口即廣播該數據幀。如果交換機收到一個廣播的數據幀，即數據幀的目的MAC 地址是交換機也會轉發該數據幀到除接收端口外的所有端口。因為沒有設備的MAC 地址是交換機根據數據幀的源MAC地址進行學習永遠也不會學到這個MAC地址。選擇性轉發：交換機根據幀的目的MAC MAC MAC MAC 地址，數

3、據幀將被轉發到該MAC 地址的對應的端口，而不用泛洪到所有的端口。過濾：在某些情況下，幀不會被轉發，這個過程被稱為幀過濾，一種情況是交換機不 轉發幀到接收到的端口；另一種情況是，如果一個幀的CRC MAC 地址到特定的端口。二、幀的轉發交換機轉發數據幀時遵循以下規則：如果數據幀的目的MAC （數據幀來的端口。如果數據幀的目的地址是單播地址但是這個地址并不在交換機的MAC 地址表中么也會向所有的端口轉發（除數據幀來的端口。圖13.3數據幀交換過程如果數據幀的目的地址在交換機的MAC 地址表中，那么就根據MAC 地址表轉發到相應的端口。如果數據幀的目的地址與數據幀的源地址在一個網段上，它就會丟棄這

4、個數據幀，交換也就不會發生。交換機數據幀的具體交換過程數據幀交換過程 當主機D 發送廣播幀時，交換機從E3 端口接收到目的地址為ffff.ffff.ffff則向E0E1、E2 和E4 端口轉發該數據幀。 當主機D E 主機通信時，交換機從E3 0260.8c01.5555 的數據幀，查找MAC 0260.8c01.5555 并不在表中，因此交換機仍然向E0E1E2 E4 端口轉發該數據幀。D F E3 0260.8c01.6666 的MAC 0260.8c01.6666 E3 網段，所以交換機不會轉發該數據幀，而是直接丟棄。 當主機D A 通信時，交換機從E3 0260.8c01.1111 的

5、MAC 0260.8c01.1111 E0 E0 端口，這樣主機A 即可收到該數據幀。D A 通信的同時，主機B C 樣會把主機B 發送的數據幀轉發到連接主機C 的E2 端口。從以上的交換操作過程中，可以看到數據幀的轉發都是基于交換機內的MAC MAC 地址表是如何建立和維護的呢？三、MAC 地址學習交換機的MAC 地址表中，一條表項主要由一個主機MAC 地址和該地址所位于的交換機端口號組成。當然，在存放MAC 地址表項之前，交換機首先應該查找MAC 地址表中是否已經存在該源地址的匹配表項，僅當匹配表項不存在時才能存儲該表項。地址表項每次被使用或者被查找時，表項的時間標記就會被更新。如果在一定

6、的時間 的一直是最有效和最精確的MAC地址端口信息。 最初交換機MAC 地址表為空。 如果有數據需要轉發，如主機PC1 PC3E0/1 端口接收到主機 PC1 發送的數據幀后，它首先檢查這個幀的源MAC 地址MAC MAC 地址表中沒有主機PC1 MAC 對應的條目，所以交換機記錄與之對應的端口F0/，于是交換機生成ME0/）目，并加入到MAC 地址表內。MAC 地址表中沒有主機PC3 MAC 地址除向E0/1 以外的其它所有端口轉發。在轉發數據幀之前，交換機是通過識別數據幀的源MAC 地址學習到MAC 地址和端口的對應關系的。當得到MAC 地址與端口的對應關系后，交換機將檢查MAC 地址表中

7、是否已經存在該對應關系。 循環上一步，地址表不斷加入新的MAC 地址與端口對應信息。直到MAC 址表記錄完成為止。交換機的MAC 地址表也可以手工靜態配置，靜態配置的記錄不會被老化。學習地址舉例一（單交換機：交換機初始時的MAC地址表是空的。A向工作站C發送幀.交換機緩存工作站 A 的 MAC 地址到 MAC 地址表中。MAC C MAC E0 口擴散(flooding)這個數據幀。在 MAC 地址表中的 MAC 地址缺省存留 5 分鐘。D向工作站C發送數據幀.交換機緩存工作站 D 的 MAC 地址到端口 E3 中。交換機將向除了E3 之外的所有接口擴散這個數據幀,因為在 MAC 地址表中沒有

8、工作站C 的 MAC 地址。如果工作站 C 有回應，則交換機將緩存工作站 C 的 MAC 地址到 MAC 地址表中。學習地址舉例二（多交換機：過程一：A 、B1133A B MAC表都是空的。交換機A交換機A11 的MACAMAC交換機A 查看MACMAC 地址表有目的主機MAC驟4：交換機A交換機B交換機B 學習源MACB 現在的MAC交換機B 查看MAC交換機B22，查看數據包的目標MAC33，接收到數據幀；44過程二：假如這時主機 44 要給主機 11 發送一個數據幀：交換機B交換機BMAC交換機 B 查看 MAC 地址表， 根據 MAC 地址表中的條目， 單播轉發3。交換機A交換機AMAC交換機A 查看MAC 地址表，根據MAC1；11，收到數據幀。四、通信過濾交換機建立起MAC 地址表后，它就可以對通過的信息基于幀中的目的地址做出丟棄或轉發到何處的決定，即進行過濾。轉發A C MAC ,MAC表中所指示的接口轉發數