交换机基本原理

1、交换机的作用

• 连接多个以太网物理段，隔离冲突域
• 对以太网帧进行高速而透明的交换转发
• 自行学习和维护MAC地址表

交换机工作在二层，可以用来隔离冲突域，在OSI参考模型中，二层的作用是寻址，这边寻址指的是MAC地址，而交换机就是对MAC地址进行转发，在每个交换机中，都有一张MAC地址表，这个表是交换机自动学习的。

所以，总得来说交换机的作用是寻址和转发，这边需要注意的是寻址和转发都是MAC地址，需要路由器区分开来，路由器寻址寻的是IP地址，而交换机是MAC地址。

2、交换机特点

主要工作在OSI模型的物理层、数据链路层

• 提供以太网间的透明桥接和交换
• 依据链路层的MAC地址，将以太网数据帧在端口间进行转发

3、交换机MAC地址表转发过程

MAC地址表初始化：

交换机刚启动时，MAC地址表中无表项。以上图中的交换机就是刚刚启动的时候的MAC地址表。可以看出并没有任何的表项，当接入PC的时候，交换机开始进行学习MAC地址，见下图：

MAC地址表学习过程（1）

PCA发出数据帧

• 交换机把PCA的帧中的源地址MAC_A与接收到此帧的端口E1/0/1关联起来
• 交换机把PCA的帧从所有其他端口发送出去（除了接收到帧的端口E1/0/1）

MAC地址表学习过程（2）

PCB、PCC、PCD发出数据帧交换机会把接收到的帧中的源地址与相应的端口关联起来，至此，交换机的MAC地址表学习完成，开始进行数据的转发。

4、交换机对数据帧的转发与过滤

单播帧的转发：

PCA发出目的到PCD的单播数据帧

• 交换机根据帧中的目的地址，从相应的端口E1/0/4发送出去
• 交换机不在其他端口上转发此单播数据帧

广播、组播和未知单播帧的转发：

交换机会把广播、组播和未知单播帧从所有其他端口发送出去（除了接收到帧的端口）

4、交换机三大行为概述

泛洪

除收到报文的接口以外的所有接口发送报文。

当收到收到组播、广播、未知单播（目的MAC地址不存在于MAC地址表）。

转发

点对点的进行报文转发

当目的MAC地址存在于MAC地址表的单播帧。

丢弃

（1）交换机收到数据帧后根据MAC地址表做转发，不从其他端口泛洪数据帧；

（2）交换机接收到数据帧的端口和转发数据帧的端口是同一个端口，则丢弃数据帧不转发；（环路）

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/122241071