交换机工作原理(1分钟简单掌握交换机工作原理)
随着企业网络的发展 , 越来越多的用户需要接入到网络 , 交换机提供的大量的接入端口能够很好地满足这种需求 。
同时 , 交换机也彻底解决了困扰早期以太网的冲突问题 , 极大地提升了以太网的性能 , 同时也提高了以太网的安全性 。
交换机工作在数据链路层 , 对数据帧进行操作 。在收到数据帧后 , 交换机会根据数据帧的头部信息对数据帧进行转发 。
接下来我们以小型交换网络为例 , 讲解交换机的基本工作原理 。
交换机中有一个MAC地址表 , 里面存放了MAC地址与交换机端口的映射关系 。MAC地址表也称为CAM(Content Addressable Memory)表 。
如图所示 , 交换机对帧的转发操作行为一共有三种:泛洪(Flooding) , 转发(Forwarding) , 丢弃(Discarding) 。
1.泛洪:交换机把从某一端口进来的帧通过所有其它的端口转发出去(注意 , “所有其它的端口”是指除了这个帧进入交换机的那个端口以外的所有端口) 。
2.转发:交换机把从某一端口进来的帧通过另一个端口转发出去(注意 , “另一个端口”不能是这个帧进入交换机的那个端口) 。
3.丢弃:交换机把从某一端口进来的帧直接丢弃 。
交换机的基本工作原理可以概括地描述如下:
1.如果进入交换机的是一个单播帧 , 则交换机会去MAC地址表中查找这个帧的目的MAC地址 。
1)如果查不到这个MAC地址 , 则交换机执行泛洪操作 。
2)如果查到了这个MAC地址 , 则比较这个MAC地址在MAC地址表中对应的端口是不是这个帧进入交换机的那个端口 。如果不是 , 则交换机执行转发操作 。如果是 , 则交换机执行丢弃操作 。
2.如果进入交换机的是一个广播帧 , 则交换机不会去查MAC地址表 , 而是直接执行泛洪操作 。
3.如果进入交换机的是一个组播帧 , 则交换机的处理行为比较杂 , 以后会在讲 。
另外 , 交换机还具有学习能力 。当一个帧进入交换机后 , 交换机会检查这个帧的源MAC地址 , 并将该源MAC地址与这个帧进入交换机的那个端口进行映射 , 然后将这个映射关系存放进MAC地表 。
交换机初始状态
初始状态下 , 交换机并不知道所连接主机的MAC地址 , 所以MAC地址表为空 。如图 , SWA为初始状态 , 在收到主机A发送的数据帧之前 , MAC地址表中没有任何表项 。
学习MAC地址
【交换机工作原理 1分钟简单掌握交换机工作原理】
主机A发送数据给主机C时 , 一般会首先发送ARP请求来获取主机C的MAC地址 , 此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 。
SWA收到该帧后 , 会将源MAC地址和接收端口的映射关系添加到MAC地址表中 。
缺省情况下 , X7系列交换机学习到的MAC地址表项的老化时间为300秒 。如果在老化时间内再次收到主机A发送的数据帧 , SWA中保存的主机A的MAC地址和G0/0/1的映射的老化时间会被刷新 。
此后 , 如果交换机收到目标MAC地址为00-01-02-03-04-AA的数据帧时 , 都将通过G0/0/1端口转发 。
转发数据帧
主机A发送的数据帧的目的MAC地址为广播地址 , 所以交换机会将此数据帧通过G0/0/2和G0/0/3端口广播到主机B和主机C 。
目标主机回复
主机B和主机C接收到此数据帧后 , 都会查看该ARP数据帧 。但是主机B不会回复该帧 , 主机C会处理该帧并发送ARP回应 , 此回复数据帧的目的MAC地址为主机A的MAC地址 , 源MAC地址为主机C的MAC地址 。
SWA收到回复数据帧时 , 会将该帧的源MAC地址和接口的映射关系添加到MAC地址表中 。如果此映射关系在MAC地址表已经存在 , 则会被刷新 。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后 , 从G0/0/1转发此数据帧 。
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