1、交換機

1、常見的概念

1、沖突域

• 沖突域就是連接同一個共享介質的所有節點的集合，沖突域內所有節點競爭同一個帶寬，一個節點發出的報文(無論是單播，組播，廣播)，其他節點都可以收到

• 交換機上面的接口都是互相連接的，因此每一個接口相當于一個沖突域，不同的接口發送和數據獨立，各個接口屬于不同的沖突域，互聯的主機不需要擔心流量對數據發送沖突的影響了

• 就是以前是一個主機發送數據，其他的主機不能發送數據，只能接收，但是交換機的話，每個接口都是互相連接的，因此可以不同主機可以同時發送數據，和接收數據

• 一個節點發送的是廣播的話，就會泛洪，如果接收的是單播的話，就只會發送給一個節點，因此交換機組成的局域網是廣播域，但是隔離了沖突域

2、廣播域

• 就是廣播報文會訪問所有的主機，同一個廣播域內的主機都能收到廣播報文

• 有一個主機發送了廣播的話，交換機會發送給所有的接口都會轉發，但是路由器的話，不會進行泛洪，不會轉換廣播，起到了一個隔離廣播的作用

3、以太網卡

• 路由器和PC的連接在一起的話，可以配置ip地址的，路由器接口上配置一個ip,然后pc上面也配置了一個ip地址，如果在同一個網段的話，就可以實現互訪，所以的話，PC網卡和路由器網卡本質上沒有區別，基于數據包來進行處理

• 交換機上面的接口如果配置不了ip的話，就是一個二層設備，只具備二層的功能，以幀為單位進行數據轉發，沒有對包進行分析的能力，是一個傳統的二層設備

1、以太網卡幀

• 在以太網中，數據通信是基本單位是以太幀，有2個標準

• 一個是Ethernet_ll格式和另外一個是IEEE802.3格式

• 客戶端發送的是Ethernet_ll數據的幀格式，維護網絡正常工作協議的是IEE 802.3幀格式

• Ethernet_ll類型，是0800上層就是ipv4的協議,是0806的話，上層就是arp協議的

• IEEE802.3類型LLC

4、mac地址

• 網絡中唯一標識一個網卡，唯一的名字

• mac地址6個字節，48bit，16進制

• 為什么有了mac地址，在接入設備的時候還是需要配置ip地址，因為路由器是通過ip地址來進行尋址的，交換機是根據在mac地址在鏈路上面進行通信

• 不要ip地址，在鏈路上面通過mac地址進行實現通信，在鏈路上面只有mac地址可以通信

• 因此的話，ip地址和mac地址結合使用，非常的強大，在鏈路上面根據mac地址，在不同的網段上面，路由表根據ip地址進行轉發

• ip地址是唯一標識網絡中一個節點，可以通過ip地址進行不同網段的數據訪問，可以改變的，在同一個網段上面是唯一的

• ip地址和mac地址，mac地址在同一個鏈路上面通信，ip地址可以跨鏈路訪問

1、mac地址表示

• mac地址采用十六進制表示

• ox表示這個數據是16進制的

• 00 1E 10 DD DD 02 6個字節

• 轉換成二進制的話， 0000 0000 0001 1110 一個數字轉換成4bite來進行表示

2、mac地址分類

• 單播地址,第8個bite等于0的就是單播，前面是24位，就是oui就是廠商代碼

• 組播地址，第8個bite等于1的話就是組播，發送給一堆接口

• 廣播地址，bite全是1的位廣播

• 6C就是單播地址，A是10，B是11，C是12，所以的話，這個就是一個單播

• 交換機根據目標MAC地址的第8個比特位查找

3、mac地址轉換為二進制

# 一個十六進制的數等于4個二進制的數
步驟 1：把 6 轉成二進制
十六進制 6 對應十進制 6。
將十進制 6 轉換為二進制：
6 ÷ 2 = 3，余數 0
3 ÷ 2 = 1，余數 1
1 ÷ 2 = 0，余數 1
從下到上排列余數：110
補齊 4 位：0110
步驟 2：把 C 轉成二進制
十六進制 C 對應十進制 12（A=10, B=11, C=12）。
將十進制 12 轉換為二進制：
12 ÷ 2 = 6，余數 0
6 ÷ 2 = 3，余數 0
3 ÷ 2 = 1，余數 1
1 ÷ 2 = 0，余數 1
從下到上排列余數：1100

2、交換機的工作原理

• 主機1發送數據到PC2上面，交換機學習幀的地址MAC地址，然后在MAC地址表中查詢該幀的目的mac地址，并將這個幀從對應的端口轉發出去，arp協議

• 二層轉發只用看mac地址即可，不需要看IP地址

1、mac地址表

• 每個交換機都會有一個mac地址表，存放了mac地址與交換機端口編號之間的映射關系

• 通過這個接口就能達到主機上面

2、交換機三種數據幀處理行為

• 泛洪，就是一個接口收到數據幀后，就泛洪到所有的主機

• 轉發，就是從一個特定的接口轉發到某個接口

• 丟棄，一個接口接收的數據，直接丟棄，不進行轉發

3、為什么會泛洪

• 交換機如果接收的是單播幀，交換機查詢mac地址表，查詢不到，就被稱為未知單播幀，交換機對該單播幀執行泛洪的操作

• 如果接收的是廣播幀，不需要查詢mac地址，直接進行泛洪

• 組播，也是泛洪

4、轉發

• 查找到了這個目標mac地址和對應的接口，然后從這個接口進行轉發即可

5、丟棄

• 交換機收到了一個幀的話，如果這個出接口和目標接口都是自己的，交換機就會丟棄

3、mac表怎么獲得

• 初始情況下，交換機的mac地址表是空的

• PC發送一個數據幀，然后交換機查詢源mac地址學習，找到了這個對應端口

• 根據目標mac地址是個單播，查詢不到，然后就會泛洪操作，然后主機二會回復一個單播幀，然后交換機繼續學習，這個源mac地址和對應的端口，這樣交換機就學習到了，并且記錄到了mac地址表中

• 然后PC發送數據后，就會實現轉發的操作

4、同網段數據通信全過程

1、數據封裝過程

• 但是以太網幀的結構里面有源mac，和目標mac地址，但是剛開始不知道目標mac地址，所以的話，需要先發送一個arp請求，獲取到目標mac地址

2、泛洪數據幀

• 先發送一個arp廣播，交換機直接進行泛洪

3、學習mac地址和主機回復

• 主機二就收到了arp請求，回一個arp應答，里面包含了主機2的mac地址，和主機1的目標mac地址，然后交換機就學習到了這個mac地址和對應的接口

• 然后主機1就獲得了目標的mac地址，然后進行幀的封裝，不斷的進行數據的轉發，然后交換機通過查詢mac地址表，然后進行轉發即可

4、總結

• 這個就是同網段通信的過程

# 發送一個ping 包，會發送一個arp請求，然后交換機就學習
# 查詢交換機
<Huawei>display mac-address
MAC address table of slot 0:
-------------------------------------------------------------------------------
MAC Address    VLAN/       PEVLAN CEVLAN Port            Type      LSP/LSR-ID  VSI/SI                                              MAC-Tunnel  
-------------------------------------------------------------------------------
5489-9850-0d09 1           -      -      GE0/0/1         dynamic   0/-         
5489-9880-0d83 1           -      -      GE0/0/2         dynamic   0/-         
-------------------------------------------------------------------------------
Total matching items on slot 0 displayed = 2 # 主機上面也會有mac地址記錄
PC>arp -a Internet Address    Physical Address    Type
1.1.1.2             54-89-98-80-0D-83   dynamic

• 交換機的接口，每個接口的目標mac地址都是相同的，接口不是用來通信的，用來交換機之間的通信

• arp是一個廣播的報文，發送到交換機上面，會泛洪，所有主機都會接收

• 剛開始都是初始的狀態，然后PC1發送一個數據到PC2上面，因為只知道PC2的目標ip，不知道目的mac地址，因此的話，先發送一個arp請求，然后發送過去，交換機就學習PC1的mac地址，并且記錄端口信息，PC2收到后，發送一個ARP回答，里面記錄的2個mac地址和Ip，然后交換機學習PC2的mac地址，記錄端口的關系，這樣的話，交換機就學習到了

• 下次發數據的時候，直接進行轉發

• mac地址表，有個老化時間，默認是300秒，因此的話，每次發送的數據，交換機都要學習mac地址

• mac地址表為什么會老化

  • mac地址使用的內存空間，如果錯誤表項，空閑的表項，不老化，導致mac表會占用空間

  • 交換機的mac表有一定的容量限制，不清空無效的表項，導致了MAC地址表容量滿了，無法學習最新的MAC地址信息

5、不同網段數據通信過程

# pc1和pc2是同一個網段的,與pc3是不同的網段

• 不同網段的話，就需要去尋找網關，所以的話，就會尋找網關的mac地址，然后網關就會回一個自己的mac地址，需要路由器，網關配置在了路由器，

• 就是網關路由器從交換機接收到后數據后，進行解封裝然后查詢到里面的目標ip地址不是自己的然后繼續封裝，轉發

• 知道轉發到了PC3主機上面即可，然后有mac地址，進行arp回答即可