两层交换机工作原理

本文详细介绍了交换机的工作原理,包括帧转发策略的泛洪、转发和丢弃,以及交换机如何通过MAC地址表进行数据帧的转发。交换机在接收到广播帧时会直接泛洪,而单播帧则根据MAC地址表进行转发或泛洪。MAC地址表动态学习并老化,当出现MAC地址漂移可能表明存在环路问题。此外,文章还提及了MAC地址表的静态、动态和黑洞表项。

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两层交换机是支持在同一个网段转发数据帧,不支持路由,隔离冲突域,一个接口就是一个冲突域。

帧转发策略, 泛洪(Flooding), 转发(Forwarding), 丢弃(Discarding)。

泛洪:  数据帧的目的MAC地址,在MAC地址表中没有匹配到表项、 或者是广播帧.

转发:   数据帧在MAC地址表中匹配(匹配项:目的MAC+VLAN ID)到表项,从对应得端口转发出去(单播),如果转发的端口是数据帧进来得端口,则丢弃。

丢弃:不接收的帧(帧出Bug或与端口类型不匹配)。

工作原理

1. 如果交换机接收到广播帧,交换机不会匹配MAC地址表,直接泛洪。

2.如果交换机接收到单播帧,则匹配MAC地址表。匹配成功就从对应端口转发帧,匹配失败就泛洪。

3.组播帧,。。。。。。

MAC地址表

mac地址表是交换机转发数据帧的依据,是一张二层转发表,反映目的MAC地址与出端口号的关系。

MAC地址表 字段: MAC address ,  VLAN(端口所属的vlan),      Port(出端口), 。。。。。 

MAC地址表 表项:   静态(手工配置)   动态(自己学习)    黑洞(吞噬一切) 。

交换机通过数据帧的目的MAC和端口号学习MAC地址。动态MAC地址表项的老化时间是300s,超时删除, 再次学习到MAC地址时会重新计时。如果MAC地址对应的出端口号在不断地变换,可能有环路,这种现象叫MAC地址漂移。


 

### 二层交换机与三层交换机工作原理 #### 二层交换机工作原理 二层交换机主要运行在网络模型的数据链路层(OSI七层协议的第二层)。其核心功能是对数据帧进行转发,基于目标MAC地址来决定如何处理收到的数据包。具体而言,当设备入到二层交换机时,它会通过学习机制构建一张动态的MAC地址表[^4]。这张表记录了每个端口所对应的设备MAC地址。 一旦有数据帧到达某个端口,二层交换机会查找该帧的目标MAC地址是否存在于自己的MAC地址表中。如果存在,则将数据帧仅发送至对应的目的端口;如果没有找到匹配项或者广播帧,则会向除源端口外的所有其他端口泛洪此帧。 #### 三层交换机工作原理 三层交换机不仅具备传统二层交换的功能,还融合了路由器的部分特性,在网络层(即OSI七层协议中的第三层)上执行数据包的快速转发操作。这意味着它可以依据IP地址来进行路径选择并完成不同子网间的通信过程[^3]。 在实际应用过程中,当一个来自特定VLAN内的主机尝试访问另一个位于不同VLAN下的资源时,三层交换机会利用内置的硬件加速技术迅速做出判断,并按照最优路由策略把请求传递给目的网络上的相应节点。这种能力使得三层交换机能有效减少因频繁调用外部路由器而导致的时间延迟问题,从而提升整体效率[^1]。 此外,为了提高性能表现,许多现代三层交换产品采用了专门设计的ASIC芯片来优化IPv4/IPv6报文解析以及复杂ACL规则匹配等工作负载[^2]。 ### 工作原理的区别总结 | 特性 | 二层交换机 | 三层交换机 | |-----------------|------------------------------------|-----------------------------------------| | **工作层次** | 数据链路层 (Layer 2) | 网络层 (Layer 3) | | **寻址方式** | 基于 MAC 地址 | 基于 IP 地址 | | **主要用途** | 同一网段内设备间的数据传输 | 跨网段之间的高效数据转发 | | **特殊功能支持** | VLAN 划分 | 高级路由功能、QoS 支持 | ```python # 示例代码展示两种交换机可能的操作逻辑差异 def layer_2_switch(packet, mac_table): dest_mac = packet['dest_mac']
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