交换机工作原理（1分钟简单掌握交换机工作原理）

开关的工作原理(1分钟掌握开关的工作原理)

随着企业网络的发展，越来越多的用户需要接入网络，交换机提供的大量接入端口可以很好地满足这种需求。

同时，交换机彻底解决了困扰早期以太网的冲突问题，大大提高了以太网的性能，也提高了以太网的安全性。

交换机工作在数据链路层，并操作数据帧。收到数据帧后，交换机根据数据帧的报头信息转发数据帧。

接下来，我们将以小型交换网络为例，来说明交换机的基本工作原理。

交换机中有一个MAC地址表，存储着MAC地址和交换机端口的映射关系。MAC地址表也称为CAM(内容可寻址存储器)表。

如图所示，交换机对帧的转发操作有三种类型:泛洪、转发和丢弃。

1.泛洪:交换机通过所有其他端口转发来自一个端口的帧(注意，“所有其他端口”是指除帧进入交换机的端口之外的所有端口)。

2.转发:交换机通过另一个端口转发来自一个端口的帧(注意，“另一个端口”不能是该帧进入交换机的端口)。

3.丢弃:交换机直接丢弃来自某个端口的帧。

开关的基本工作原理可以大致描述如下:

1.如果单播帧进入交换机，交换机将在MAC地址表中查找该帧的目的MAC地址。

1)如果找不到此MAC地址，交换机将泛洪。

2)如果找到MAC地址，比较MAC地址表中MAC地址对应的端口是否是帧进入交换机的端口。否则，交换机将执行转发操作。如果是，交换机将执行丢弃操作。

2.如果一个广播帧进入交换机，交换机不会查找MAC地址表，而是直接执行泛洪操作。

3.如果一个组播帧进入交换机，交换机的处理行为相当复杂，这将在后面讨论。

此外，开关具有学习能力。当帧进入交换机时，交换机会检查帧的源MAC地址，将源MAC地址与帧进入交换机的端口进行映射，然后将映射关系存储在MAC面中。

切换初始状态

初始状态下，交换机不知道连接主机的MAC地址，所以MAC地址表是空。如图，SWA处于初始状态，在接收到主机A发送的数据帧之前，MAC地址表中没有条目。

学习MAC地址

主机A向主机C发送数据时，一般会先发送ARP请求，获取主机C的MAC地址。这个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。

收到帧后，SWA会将源MAC地址和接收端口之间的映射关系添加到MAC地址表中。

默认情况下，X7系列交换机获取的MAC地址条目的老化时间为300秒。如果在老化时间内再次收到主机A发送的数据帧，将刷新SWA中存储的主机A的MAC地址和G0/0/1映射的老化时间。

此后，如果交换机收到目的MAC地址为00-01-02-03-04-AA的数据帧，它将通过G0/0/1端口转发该数据帧。

前向数据帧

主机A发送的数据帧的目的MAC地址是广播地址，所以交换机会通过端口G0/0/2和G0/0/3将这个数据帧广播给主机B和主机C。

目标主机回复

接收到这个数据帧后，主机B和主机C都会检查ARP数据帧。但是，主机B不会回复该帧，但主机C会处理该帧并发送ARP响应。这个应答数据帧的目的MAC地址是主机A的MAC地址，源MAC地址是主机c的MAC地址。

当SWA收到一个应答数据帧时，它会将该帧的源MAC地址和接口之间的映射关系添加到MAC地址表中。如果这个映射关系已经存在于MAC地址表中，它将被刷新。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，从G0/0/1转发数据帧。

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