交換機的三大功能：

　　MACA地址的學(xué)習(xí)

　　數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)或者是數(shù)據(jù)幀的過濾

　　利用生成樹協(xié)議防止網(wǎng)絡(luò)環(huán)路

　　首先我們來看第一個交換機MAC地址的學(xué)習(xí)功能，交換機是通過MAC表來進行交換轉(zhuǎn)發(fā)工作的，所以MAC地址表是交換工作的核心，網(wǎng)絡(luò)與交換機的不同之處就在于網(wǎng)橋使用軟件來創(chuàng)建和管理MAC地址表的，而交換機使用ASIC來創(chuàng)建和管理MAC地址表。

　　交換機的MAC地址學(xué)習(xí)功能：

　　交換機初始化時，要學(xué)習(xí)進入交換機的數(shù)據(jù)幀的源地址，并且把源地址及其對應(yīng)的交換機的端口號記錄在MAC地址表。在MAC地地址表形成之后，交換機要學(xué)習(xí)進入交換機數(shù)據(jù)幀的目的地址，并且與MAC地址表中的條目進行比較，完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)。

　　▲ MAC地址學(xué)習(xí)

　　交換機開機初始化時，MAC地址表是空的，因為MAC地址表是存儲在內(nèi)存中的。

　　如果計算機A發(fā)送數(shù)據(jù)幀到計算機C,此時交換機的E0口接收該數(shù)據(jù)幀，交換機記錄下該數(shù)據(jù)幀的源地址C的對應(yīng)關(guān)系及E0口的對應(yīng)關(guān)系。如圖所示：

　　由于交換機并不知道C的MAC地址，所以將此數(shù)據(jù)幀對除了E0口以外的其他端口進行轉(zhuǎn)發(fā)。

　　如果是計算機D發(fā)送數(shù)據(jù)幀到計算機C，此時交換機的E3口接收該數(shù)據(jù)幀，交換機記錄下該數(shù)據(jù)幀的源地址D的地址與端口的對應(yīng)關(guān)系。此時交換機仍然不知道C的地址，所以還是要對除了E0口以外的其他端口上進行轉(zhuǎn)發(fā)。

　　交換機不斷記錄每個接口上接收到的數(shù)據(jù)幀的地址，一段時間以后所有的端口所連接的MAC地址都會記錄到MAC地址表中。此時計算機A再向計算機C發(fā)送數(shù)據(jù)時，就直接查MAC地址表進行轉(zhuǎn)發(fā)即可，不會再轉(zhuǎn)發(fā)到其他端口上。

　　在這個圖中計算機A和計算機B通過HUB連接到Switch的E0口上，所以在MAC地址表中記錄兩個MAC地址對應(yīng)同一個端口，此時如果A與B通訊，則交換機不會轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)幀，因為源和標MAC都在同一個接口上。這就是交換機的地址學(xué)習(xí)功能以及數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過濾。

　　交換機的交換方式一般有三種：直通轉(zhuǎn)發(fā)、片斷轉(zhuǎn)發(fā)和存儲轉(zhuǎn)發(fā)

　　直通轉(zhuǎn)發(fā)：交換機檢測到目錄地址后即轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，也就是說只要讀到目標地址以后就開始轉(zhuǎn)發(fā)，大家分析一下數(shù)據(jù)幀的格式就知道了，加上前導(dǎo)位和目標地址也就是14個字節(jié)左右，不需要再往后分析了。這樣減少延時，但是不適合高錯誤率的網(wǎng)絡(luò)。因為有一些數(shù)據(jù)碰撞幀，是小于64字節(jié)的，也會一起轉(zhuǎn)發(fā)!

　　片斷轉(zhuǎn)發(fā)：與直通轉(zhuǎn)發(fā)相似，只是在轉(zhuǎn)發(fā)的時候會檢測幀的前64個字節(jié)，這前64個字節(jié)中會包含一小部分數(shù)據(jù)，好處是可以把可以把小于64字節(jié)的壞幀拋棄掉，以節(jié)約帶寬。

　　存儲轉(zhuǎn)發(fā)：這是延時較大的一種轉(zhuǎn)發(fā)，在進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)之前要將收到的幀進行完整性校驗，確認沒有錯誤才進行轉(zhuǎn)發(fā)，如果有錯誤就不轉(zhuǎn)發(fā)。好處是可以丟棄任何小于64字節(jié)和受損的數(shù)據(jù)包，但是缺點是延遲大。

　　下面看一下網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的形成：

　　網(wǎng)絡(luò)環(huán)路

　　大家看下面這個圖：

　　在這個拓撲圖中，交換機就成了一個單點故障，如果交換機壞了，此時的幾個模塊之間都無法進行正常的工作，客戶機不能訪問服務(wù)器，不能連接internet，不能訪問打印機，反之都一樣。所謂單點故障，也就是一點發(fā)生故障，則整網(wǎng)絡(luò)無法正常工作。所以在一般的交換式網(wǎng)絡(luò)中，我們都需要對交換機進行冗余，但是引入冗余又會發(fā)生一個問題，一個很嚴重的問題，就是網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。下面我們來看看環(huán)路對我們的網(wǎng)絡(luò)到底造成了什么影響，影響主要有三：

　　1 Broadcast storms 廣播風(fēng)暴

　　2 Multiple Frame Copies 多重復(fù)數(shù)據(jù)幀

　　3 MAC Database Instability MAC地址表不穩(wěn)定

　　咱們一一來看

　　廣播風(fēng)暴：我們看一個圖，大家就明白什么是廣播風(fēng)暴了：

　　分析：如果主機X希望跟網(wǎng)絡(luò)上的其他主機通訊，將數(shù)據(jù)報傳給交換機A，但交換機仍然會將此報再一次傳給交換機A，依次類似，構(gòu)成了一個環(huán)，而且這個環(huán)后面比較嚴重，為什么?我們在講網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的時候，我們講了數(shù)據(jù)幀的格式，大家可以回憶一下，但在這個格式中，沒有類似于三層IP報頭中TTL機制，所以數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)中將被無限次數(shù)的傳遞，從面造成了廣播風(fēng)暴，如果是單播的數(shù)據(jù)還要好一些，如果是廣播或者組播數(shù)據(jù)在這樣一個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中傳遞則廣播風(fēng)暴更加明顯。

　　多重數(shù)據(jù)幀：也稱為重復(fù)數(shù)據(jù)幀

　　分析：主機X準備發(fā)一個單播幀給路由器Y，數(shù)據(jù)報發(fā)出后，發(fā)現(xiàn)有兩條路可以到達路由器Y，一個是直接發(fā)過去，還有一條就是通過交換機A轉(zhuǎn)給交換機B，然后再交給路由器Y，此時路由器Y就收到了兩位一模一樣的數(shù)據(jù)幀。

　　還有一個就是MAC地址表的不穩(wěn)定：

　　分析：還是主機X發(fā)送數(shù)據(jù)幀給路由器Y，路由器的MAC地址表還沒有被交換機學(xué)習(xí)到，數(shù)據(jù)幀沿鏈路發(fā)送到交換A和交換機B的端口0,那么交換機A和交換機B都將主機X的MAC地址記錄在port 0。因為是通過port 0收到的數(shù)據(jù)幀，所以會通過兩個交換機的port 1向外泛洪，交叉來到相互交換機的 port 1 口，又認為主機X的MAC地址所對應(yīng)的端口是port1,即從交換機A發(fā)出來的數(shù)據(jù)幀來到了交換機B的port 1端口。然后交換機 B收到后又通過Port 0口再次泛洪，依次類推，數(shù)據(jù)幀在環(huán)路里重復(fù)執(zhí)行上述過程，交換機A和交換機B重復(fù)的在port 1 以及 port0上不斷的學(xué)習(xí)主機X的MAC地址，造成MAC地址表的不穩(wěn)定。

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