第七章：交接机的基本原理

在网络中传输数据时需要遵循一些标准，以太网协议定义了数据帧在以太网上的传输标准，了解以太网协议是充分理解数据链路层通信的基础。以太网交换机是实现数据链路层通信的主要设备，了解以太网交换机的工作原理也是十分必要的。学完本章内容以后，我们应该能够：

交换机的转发方式
交换机的工作原理

7.1交换机的转发方式

直通转发

如图6-1所示，交换机只要看到了目的MAC就开始转发过程，交换机不检测错误，直接转发数据帧，直通转发的优点是由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快，直通转发的缺点是因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误。

图6-1 数据帧的结构

存储转发

存储转发是指交换机接收完整的数据帧后才开始转发过程,它的优点是进行CRC检查，交换机检测错误，发现错误数据包将会丢弃。它的缺点是处理时延时大。

碎片隔离

交换机接收完数据包的前64字节，然后根据帧头信息查表转发表。此交换模式结合了直通方式和存储转发方式的优点。和直通转发一样不用等待接收完完整的数据帧才转发，先检查数据包的长度是否够64字节（512bit），如何小于64字节，说明是假包（或者残帧），丢弃该数据包，如果大于64字节，则转发。并且同存储转发一样，可以提供错误检测，能够检测前64字节的帧错误，并丢弃错误帧。它的优点是避免假包的转发，它的缺点是不提供数据校验

华为交换机的交换模式默认为存储转发

7.2交换机的工作原理

交换机的初始状态

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。本例中，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。

图7-1 交换机初始状态

基于源MAC地址学习

如图7-2所示主机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，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。需要注意的是管理员手动添加的MAC地址表项不会被老化刷新。

图7-2 学习阶段

收到的是一个广播帧或未知的单播帧除源端口以外所有端口转发

SWA把主机A的MAC地址记录到自己的MAC表后，查看数据帧的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF，它会除源端口g0/0/1以外的所有端口转发，所以主机B和主机C会收到该数据帧。

图7-3 交换机转发数据

基于目的MAC地址转发

主机B和主机C接收到此数据帧后，都会查看该数据帧。主机B发现目的不是自己所以不会回复该数据帧，主机C会发送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。详情如图7-4所示。