交換器的工作原理解析 必看：1分鐘簡單掌握交換器工作原理

php小編子墨帶你1分鐘掌握交換器的工作原理！交換器是網路設備中重要的一環，透過學習其工作原理，我們能更好地理解網路通訊的基本機制。在網路中，交換器起到了連接不同設備並轉送資料的重要作用。想要深入了解交換器的工作原理？別錯過本文！

隨著企業網路的發展，越來越多的用戶需要接入網絡，交換器提供的大量的接入連接埠能夠很好地滿足這種需求。

交換器解決了早期乙太網路的衝突問題，提升了效能和安全性。

交換器工作在資料鏈結層，根據資料訊框頭部資訊進行轉送。

接下來我們以小型交換網路為例，講解交換器的基本運作原理。

交換器中有一個MAC位址表，裡面存放了MAC位址與交換器連接埠的對應關係。 MAC位址表也稱為CAM（Content Addressable Memory）表。

 

如圖所示，交換器對訊框的轉送操作行為一共有三種：泛洪（Flooding），轉送（Forwarding ），丟棄（Discarding）。

1.泛洪：交換器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.轉送：交換器把從某一埠進來的訊框經由另一個埠轉送出去（注意，「另一個埠」不能是這個訊框進入交換器的那個埠）。

3.丟棄：交換器把從某一埠進來的訊框直接丟棄。

交換器的基本工作原理可以概括地描述如下：

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

1）如果查不到這個MAC位址，則交換器執行泛洪操作。

2）如果查到了這個MAC位址，則比較這個MAC位址在MAC位址表中對應的連接埠是不是這個訊框進入交換器的那個連接埠。如果不是，則交換器執行轉送操作。如果是，則交換器執行丟棄操作。

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

3.如果進入交換器的是一個組播幀，則交換器的處理行為比較雜，以後會在講。

另外，交換器還具有學習能力。當一個訊框進入交換器後，交換機會檢查這個訊框的來源MAC位址，並將該來源MAC位址與這個訊框進入交換器的那個連接埠進行映射，然後將這個映射關係存放進MAC地表。

交換器初始狀態

 

初始狀態下，交換器並不知道所連接主機的MAC位址，所以MAC地址表為空。如圖，SWA為初始狀態，在收到主機A發送的資料幀之前，MAC位址表中沒有任何表項。

學習MAC位址

 

主機A傳送資料給主機C時，一般會先發送ARP請求來取得主機C的MAC位址，此ARP請求訊框中的目的MAC位址是廣播位址，來源MAC位址是自己的MAC位址。

SWA收到該訊框後，會將來源MAC位址和接收埠的對應關係加入MAC位址表中。

預設情況下，X7系列交換器學習到的MAC位址表項的老化時間為300秒。如果在老化時間內再次收到主機A發送的資料幀，SWA中保存的主機A的MAC位址和G0/0/1的映射的老化時間會被刷新。

此後，如果交換器收到目標MAC位址為00-01-02-03-04-AA的資料幀時，都將透過G0/0/1連接埠轉送。

轉送資料幀

 

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主機A發送的資料幀的目的MAC位址為廣播位址，所以交換機會將此資料幀透過G0/0/2和G0/0/3連接埠廣播到主機B和主機C。

目標主機回覆

 

主機B和主機C接收到此資料幀後，都會檢視該ARP數據幀。但主機B不會回覆該幀，主機C會處理該幀並發送ARP回應，此回覆資料幀的目的MAC位址為主機A的MAC位址，來源MAC位址為主機C的MAC位址。

SWA收到回覆資料幀時，會將該訊框的來源MAC位址和介面的對應關係加入MAC位址表中。如果此映射關係在MAC位址表已經存在，則會被重新整理。然後SWA查詢MAC位址表，根據訊框的目的MAC位址找到對應的轉送埠後，從G0/0/1轉送此資料幀。

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