交换机是网络最常用的设备之一，能够通过局域网转发数据包，实现数据交换。掌握交换机原理也是网络工程师的必备技能。

交换机的作用：

• 连接多个以太网物理段，隔离冲突域

• 对以太网帧进行高速而透明的交换转发

• 自行学习和维护MAC地址信息

交换机工作在二层，可以用来隔离冲突域，在OSI参考模型中，二层的作用是寻址，这边寻址指的是MAC地址，而交换机就是对MAC地址进行转发，在每个交换机中，都有一张MAC地址表，这个表是交换机自动学习的。

所以总得来说，交换机的作用是寻址和转发，但是要注意，交换机用的是MAC地址。

交换机的特点：

主要工作在OSI模型的物理层、数据链路层，提供以太网间的透明桥接和交换，依据链路层的MAC地址，将以太网数据帧在端口间进行转发。

交换机的四个功能：

• 学习功能：数据帧经过交换机，交换机会自动学习数据帧的源mac地址；

• 转发功能：数据帧经过交换机，会在mac表中查找数据帧的目的mac，查找成功，会从相应的接口转发数据；

• 查询功能（泛洪）：数据帧经过交换机，会在mac表中查找数据帧的目的mac，查找失败，会从所有接口转发相同数据（泛洪）；

• 刷新功能：交换机默认300s刷新一次mac地址表；

交换机运行原理：第一次通信的时候，交换机处于初始状态，mac地址表的表项为空当主机A想和主机B进行通信的时候主机A会发送一个数据。

设数据帧的内容：

• 源 mac：11-11-11

• 目的 mac：22-22-22

当这个数据帧经过交换机时，交换机会拆开数据，分析源目mac地址交换机会自动将源mac地址和交换机接口号写入到表项中。然后去表项中查找从接口去往目的mac，发现表项中没有直接广播（除了发送接口）， 只有目的mac地址的设备会回包，其余接口的设备会丢弃回复方主机B也会发送一个数据帧。

数据帧的内容：

• 源 mac：22-22-22

• 目的 mac：11-11-11

该数据帧经过交换机，交换机会将源mac地址和接口号写入mac地址表，自动学习。然后会去交换机的mac地址表查找去往目的mac地址的接口，发现表项中有并且是1号接口，接从1号接口出去。由于交换机mac地址表中有了AB主机的相关信息，所以下次AB通信直接单播。

例一：不同域名计算机通过网关进行链接

打开该软件ensp：

选择新建拓扑，选择路由器，第三个：

选择终端选择pc：

启动设备：

配置PC地址和网关 (注网关必须真实存在，所以后续需要路由器配置网关)：

接下来链接两台主机和路由器：

开始配置路由器网关

命令：

• sys <>-[]sysname 改名

• u t m 关闭接口信息报告

• int gX/X/X 进入接口管理

• ip add 网关掩码

进入配置后更改视图模式，然后更改名字（方便知道是哪台设备），int进入接口管理端，添加网关。接下来就进入了相同的网关建立链接。

例二：交换机工作过程

添加交换机：

添加终端：

链接交换机：

配置计算机地址，因为同一ip下不用配置网关，为直观显示，更改MAC地址。

命令：display mac-address mac 地址表项

ping 通后：

在交换机可查看mac地址表项：

该表格会默认保存300秒，如无继续使用会自动清除。数据链路层如下图：

前导码（Preamble）包含八字节：前七字节的值为0xAA，最后一个字节的值为0xAB。在DIX以太网中，前导码被认为是物理层封装的一部分，而不是数据链路层的封装。

目的地址（DA）包含六字节：DA标识了顿的目的站点的MAC地址。DA可以是单播地址，单个目的组播地址（组目的地）或广播地址。

源地址（SA）包含六字节：SA标识了发送的站点的MAC地址。SA一定是单播地址（即第8位是0）。

类型域包含两字节：用来标识上层协议的类型，如0800H标识IP协议。

数据域包含46~1500字节：数据域封装了通过以太网传输的高层协议信息。

高层协议要确保这个域至少包含46字节，如果实际数据不足46字节，则高层协议必须执行某些填充算法。数据域长度的上限是任意的，但目前已经被设置为1500字节，所以暂定46至1500字节。

顺校验序列（FCS）包合四字节：FCS是从DA开始到数据域结束这部分的校验和。

来源：https://juejin.cn/post/7252230163730415676