以太网交换机工作原理

博主： Magic清风
发布时间：2023 年 01 月 04 日
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分类：默认分类 H3C-NE-构建中小型网络 H3C-数通

## 共享式以太网

早期以太网，都是基于共享型网络
使用早期的集线器或者同轴电缆作为总线型
网络结构。
所有的终端设备都处于同一个冲突域中
所有的设备都共享一条总线的带宽
这就导致了通信时，冲突的发生，引入了CSMA/CD机制
来保证通信正常
![共享式以太网](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/3824498666.png)

## 交换式以太网

是当今主流的网络
初期采用的是网桥（Bridge）来作为传输设备
再到现在的交换机，两者都遵循<code>IEEE802.1D</code>协议
又叫透明网桥协议
交换机与网桥的区别就在于交换机比网桥拥有更多的端口、更强的转发能力、特性更加的丰富
他们同样采用CSMA/CD来解决冲突问题，只不过这里的冲突
与前者不同，这里是单独针对每个端口进行检测
我们只需要记住下面这个口诀：
交换机的每个端口都是一个独立的冲突域
集线器的每个端口都处于同一个冲突域
![交换式以太网](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/720840023.png)

## 什么是交换机

交换机，一个工作在数据链路层的设备
通过识别MAC地址，来进行对数据的转发
他长这样：
![数据中心级交换设备](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/4287466060.png)
![基础和工业级交换设备](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/1611685901.png)

## 什么是MAC地址

在了解MAC地址表之前
我们先回顾一下什么是MAC地址
MAC地址是我们身边，每个需要接入网络的设备必有的一个全球唯一的物理地址，在设备出厂前，就已经写入硬件中
在PC中，我们可以通过<code>ipconfig /all</code>这个命令来查看我们的MAC地址
![MAC地址](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/118791518.png)
由16进制构成，48位的长度
前24位为我们的厂商标识（OUI），后24位为设备标识

## MAC地址表

一个用来记录交换机端口所连接设备信息的表
和ARP表类似，里面包含了交换机上端口所连接设备对方的MAC地址
与其端口作为绑定
其中MAC地址表的老化时间为300秒
老化时间用来清理长久不用的MAC表项
一个交换机的MAC地址表空间是有限的
一个MAC地址只能对应一个接口
一个接口又可以对应多个MAC地址
![MAC地址表](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/789752658.png)
![新华三设备上的MAC地址表](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/2603419124.png)

> MAC地址获取流程

在交换机刚启动时候，自身的MAC地址表里面的关系是空的
最先通过对数据帧的源MAC地址，来获取端口和设备MAC地址的映射关系，来写入MAC地址表
接着检查数据帧的目的MAC地址，从MAC地址表中来判断数据帧是从哪个端口发出的，
对于那些目的MAC地址还没在MAC地址表内的数据帧，进行广播处理
如果交换机自身又收到了一个广播帧，那么继续广播处理
（这里的广播我们等一下要讲他的概念）
![相互交换](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/2788868256.png)

## 数据传输模式

> 单播

单独两个设备之间的通信，采用单播帧通信
根据帧的目的地址，从相应端口转发出去，而不是从所有端口转发
++一般接收者为单独的一个设备++
![单播通信](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/4026307503.png)

> 广播

广播帧，通常是在MAC地址表中找不到目的MAC地址的情况下产生（未知单播帧）
++一般接收者为除源端口以外的，交换机接口上所有的设备++
![广播通信](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/2655043234.png)

> 组播

组播的概念和广播类似，但组播帧，是有特定的范围
而不是广播的全局转发
++一般接收者为一组设备++

## 交换机的工作流程

首先是MAC地址的学习，表内关系明确后
对于目的MAC地址已知的单播帧，交换机进行查表转发
对于目的MAC地址未知的单播帧，交换机进行广播处理
对于广播帧，交换机默认继续广播处理，直到达到目的
![](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/2010929396.png)

## 广播域的概念

在一个网络中所有能接收到同样广播消息的设备的一个集合
叫做广播域
在默认情况下，交换机的所有端口都属于同一个广播域
而三层交换或者路由器的每一个接口属于独立的广播域
![广播域](https://breezecloud.cn/usr/uploads/2023/01/1861696088.png)

最后修改：2023 年 01 月 04 日