交换机工作原理实验结果及分析(交换机原理实验总结)

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开关操作的基本原理需要通过实验来理解。以下是我课后华为模拟器实验总结的学习笔记。
交换机工作在数据链路层,它根据mac地址转发数据帧。交换机的不同接口独立发送和接收数据,每个接口属于不同的域,从而有效隔离网络中的域。二层交换设备通过学习以太网数据帧的源mac地址(存储mac与接口对应关系的表称为mac地址表),维护mac地址与接口的对应关系,并通过其目的mac地址找出该mac地址转发到哪个接口。
工作原理:
最初,mac地址表是空的。
当pc1要和pc2交换数据时,需要将自己的mac地址和pc2的mac地址打包发送给交换机,这样就可以自己找到pc2。收到pc1的数据帧后,交换机将首先学习pc1的mac地址,然后将该地址放在自己的mac表中。
mac地址表记录了交换机学习到的其他设备和接口的mac地址之间的对应关系。转发数据帧时,交换机根据数据帧的目的mac地址查询mac地址表。如果mac地址表包含与帧的目的mac地址对应的条目,则通过条目中的出接口直接转发报文;当交换机收到数据帧时,它发现mac表中没有所需的mac地址。交换机将通过泛洪的在除接收接口之外的所有接口上发送该消息,在符合mac地址的pc2识别出该消息后,将该消息发送回去。交换机将记录pc2的mac地址,然后将该消息发回pc1。
交换机转发通过传输介质进入其端口的每个帧,交换机的基本功能是转发数据帧。交换机的帧处理行为有三种:泛洪、转发和丢弃。泛洪:交换机通过所有其它端口转发来自一个端口的帧(注意 所有其他港口和港口指除了帧进入交换机的端口之外的所有端口)。如果从传输介质进入交换机端口的帧是单播帧,交换机将在mac表中查找该帧的目的mac地址。如果找不到mac地址,交换机将泛洪单播帧。如果从传输介质进入交换机端口的帧是广播帧,交换机不会查找mac地址表,而是直接泛洪广播帧。
如上图实验所示,pc1第一次访问pc2,不知道对应的mac地址。它抓取e0/0/1接口,发现它已经进入交换机。端口的帧是arp广播帧,交换机直接泛洪广播帧。同时,交换机将收到的数据帧的源mac地址和对应的端口号记录到mac地址表中。
在交换机上执行dis macaddress命令,发现原来空的mac地址表记录了pc1的相关信息。
pc1和pc2正常通信后,在交换机上再次执行dis macaddress命令,发现交换机也获知了pc2的相关信息。
转发:交换机通过另一个端口转发来自一个端口的帧(注意 另一个港口 不能是帧进入交换机的端口)。如果从传输介质进入交换机端口的帧是单播帧,交换机将在mac表中查找该帧的目的mac地址。如果找到该mac地址表,则比较mac地址表中与该mac地址对应的端口号是否是该帧从传输介质进入交换机的端口的端口号。否则,交换机将执行转发操作。
通过第一次通信,pc1的相关信息已经记录在交换机的mac地址表中。服用pc2 以访问pc1为例,e0/0/1的数据包被捕获。如图所示,交换机不再进行泛洪,在mac地址表中找到相应的条目,数据帧点对点转发。mac地址为548998ff4623的数据帧通过e0/0/1接口转发。
丢弃:交换机直接丢弃来自某个端口的帧。如果从传输介质进入交换机端口的帧是单播帧,交换机将在mac表中查找该帧的目的mac地址。如果找到该mac地址表,则比较mac地址表中与该mac地址对应的端口号是否是该帧从传输介质进入交换机的端口的端口号。如果是这样,交换机将丢弃该帧。
如图所示,pc1想要访问pc2并发送单播数据帧。收到数据帧后,如果在mac地址表中找不到相应的条目,交换机1将泛洪该数据帧。交换机2收到数据帧后,发现目的mac地址对应的端口就是接收数据帧的端口,就会丢弃该数据帧。数据包抓取器发现交换机2在没有做出任何响应的情况下接收到arp广播数据包,然后丢弃该帧。
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