交换机工作原理

交换机主要功能

图示

alt 交换机主要功能

主要功能

  1. 终端设备接入
  2. 以太网数据帧的交换,根据目的MAC地址转发数据帧
  3. 学习MAC地址,并维护MAC地址表
  4. 防止二层环路(STP)

交换机工作原理

小型网路

  1. 图示

    alt 小型网络

  2. 解释

    • 没有配置情况下,规划在同一个广播域
    • 二层交换机不看IP地址
    • 发送ARP之后,同一个广播域都可以收到,才能做数据帧的转发

工作原理

图示

  1. 图示

    alt 交换机工作原理

    alt 交换机工作原理

  2. 释义

    • 二层交换机在接收到数据帧之后,会根据数据帧的头部信息进行处理
    • 二层交换机学习源MAC,加入到自己的MAC地址表中
    • 根据目的MAC,在自己的MAC地址表中查询对应的接口
    • 如果MAC地址表中有对应信息,在对应的接口将数据帧的转发
    • 如果MAC地址表中没有对应信息,二层交换机会泛洪

图表

原理 备注
学习
Learn
当交换机的接口收到数据帧的时候,将数据帧内的源MAC地址与该接口进行绑定,并保存在MAC地址表中
交换机通过终端发送给广播(Broadcast)的ARP请求,获悉终端的MAC地址
并将获悉到的MAC地址记录在MAC地址表中(交换机接口与终端MAC地址的映射)
泛洪
Flood
当从一个接口收到广播帧、组播帧、未知单播帧(目标MAC不存在与MAC地址表中)
把该帧从所有的其他端口转发出去,除了该接口
源MAC对应的终端发送的数据帧中的目的MAC地址不在交换机的MAC地址表中
交换机就会将该目的MAC地址泛洪给自己除了源MAC对应的接口以为的所有接口
转发
Forward
当一个接口收到已知的单播帧后,会立即从对应的端口转发出去
交换机的某个接口收到对应MAC地址的中断发送的单播帧后
交换机根据自己MAC地址表中的目的MAC地址与交换机端口的映射关系
将数据帧转发给目的MAC对应的终端
更新
Update
默认二层交换MAC地址表保存300秒
(如果某个终端在该时间段内不发送数据帧,则会被移出MAC地址表)
交换机重启后,清空所有的所有接口学习的记录
接口关闭后会清空改接口学习的记录
一个源MAC地址出现在另外一个接口上,会删除老的记录,保存新的记录
PS 对于一台二层交换机来说,一个MAC只能关联在一个接口上
一个接口上可以学习多个MAC地址

解析

  1. 学习(Learn)

    • 拓扑图

      alt 交换机原理拓扑

    • 空的交换机mac地址表中没有数据

      alt 空交换MAC地址表没有数据

    • 外接一个PC,PC并往出发包

      alt 外接PC发包

    • 交换机接收到PC发的数据帧,会把帧内的源MAC地址与接口进行绑定,存入MAC地址表

      alt 存入MAC地址表

  2. 泛洪 Flood

    • 拓扑图

      alt 交换机原理泛洪

    • 广播帧、组播帧、未知的单播帧,会泛洪给除了自己以外的所有接口

      alt 交换机泛洪

    • 交换机学习到两个MAC

      alt 交换机MAC个数

  3. 更新Update

    • 每条记录保存300秒

      1
      dis mac-address aging-time

总结

  1. 总结

    alt 交换机工作原理总结

  2. 交换机初始化状态

    alt 交换机初始化状态

  3. 交换机学习MAC地址

    alt 交换机学习MAC地址

  4. 转发数据帧

  5. 目标主机回复

    alt 目标主机回复

以太网接口工作模式

图表

术语 备注
半双工 half-duplex
通信双方都能发送和接收数据,但不能同时进行
全双工 full-duplex
通信双发可以同时发送和接收数据
速率 Speed
接口连接时,两端进行协商,协商失败,无法通信

Speed 速率

  1. 速率

    alt 交换机速率

Duplex 双工模式

  1. 双工图示

    alt  交换机双工图示

  2. 双工命令

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    # 设置速率speed
    <Huawei>sys
    Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
    [Huawei]int g0/0/1
    [Huawei-GigabitEthernet0/0/1]speed ?
    10 10M port speed mode
    100 100M port speed mode
    1000 1000M port speed mode
    auto-negotiation Auto negotiation

    # 设置duplex
    [Huawei-GigabitEthernet0/0/1]duplex ?
    full Full-Duplex mode
    half Half-Duplex mode
    # 关闭自动协商
    [Huawei-GigabitEthernet0/0/1]undo negot
    [Huawei-GigabitEthernet0/0/1]undo negotiation au
    [Huawei-GigabitEthernet0/0/1]undo negotiation auto
  1. 验证配置命令

    1
    display interface g0/0/0
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