随着企業網絡的發展，越來越多的用戶需要接入到網絡，交換機提供的大量的接入端口能夠很好地滿足這種需求。

同時，交換機也徹底解決了困擾早期以太網的沖突問題，極大地提升了以太網的性能，同時也提高了以太網的安全性。

交換機工作在數據鍊路層，對數據幀進行操作。在收到數據幀後，交換機會根據數據幀的頭部信息對數據幀進行轉發。

接下來我們以小型交換網絡為例，講解交換機的基本工作原理。

交換機中有一個MAC地址表，裡面存放了MAC地址與交換機端口的映射關系。MAC地址表也稱為CAM（Content Addressable Memory）表。

如圖所示，交換機對幀的轉發操作行為一共有三種：泛洪（Flooding），轉發（Forwarding），丢棄（Discarding）。

1.泛洪：交換機把從某一端口進來的幀通過所有其它的端口轉發出去（注意，“所有其它的端口”是指除了這個幀進入交換機的那個端口以外的所有端口）。

2.轉發：交換機把從某一端口進來的幀通過另一個端口轉發出去（注意，“另一個端口”不能是這個幀進入交換機的那個端口）。

3.丢棄：交換機把從某一端口進來的幀直接丢棄。

交換機的基本工作原理可以概括地描述如下：

1.如果進入交換機的是一個單播幀，則交換機會去MAC地址表中查找這個幀的目的MAC地址。

1）如果查不到這個MAC地址，則交換機執行泛洪操作。

2）如果查到了這個MAC地址，則比較這個MAC地址在MAC地址表中對應的端口是不是這個幀進入交換機的那個端口。如果不是，則交換機執行轉發操作。如果是，則交換機執行丢棄操作。

2.如果進入交換機的是一個廣播幀，則交換機不會去查MAC地址表，而是直接執行泛洪操作。

3.如果進入交換機的是一個組播幀，則交換機的處理行為比較雜，以後會在講。

另外，交換機還具有學習能力。當一個幀進入交換機後，交換機會檢查這個幀的源MAC地址，并将該源MAC地址與這個幀進入交換機的那個端口進行映射，然後将這個映射關系存放進MAC地表。

交換機初始狀态

初始狀态下，交換機并不知道所連接主機的MAC地址，所以MAC地址表為空。如圖，SWA為初始狀态，在收到主機A發送的數據幀之前，MAC地址表中沒有任何表項。

學習MAC地址

主機A發送數據給主機C時，一般會首先發送ARP請求來獲取主機C的MAC地址，此ARP請求幀中的目的MAC地址是廣播地址，源MAC地址是自己的MAC地址。

SWA收到該幀後，會将源MAC地址和接收端口的映射關系添加到MAC地址表中。

缺省情況下，X7系列交換機學習到的MAC地址表項的老化時間為300秒。如果在老化時間内再次收到主機A發送的數據幀，SWA中保存的主機A的MAC地址和G0/0/1的映射的老化時間會被刷新。

此後，如果交換機收到目标MAC地址為00-01-02-03-04-AA的數據幀時，都将通過G0/0/1端口轉發。

轉發數據幀

主機A發送的數據幀的目的MAC地址為廣播地址，所以交換機會将此數據幀通過G0/0/2和G0/0/3端口廣播到主機B和主機C。

目标主機回複

主機B和主機C接收到此數據幀後，都會查看該ARP數據幀。但是主機B不會回複該幀，主機C會處理該幀并發送ARP回應，此回複數據幀的目的MAC地址為主機A的MAC地址，源MAC地址為主機C的MAC地址。

SWA收到回複數據幀時，會将該幀的源MAC地址和接口的映射關系添加到MAC地址表中。如果此映射關系在MAC地址表已經存在，則會被刷新。然後SWA查詢MAC地址表，根據幀的目的MAC地址找到對應的轉發端口後，從G0/0/1轉發此數據幀。

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