数据链路层（五）

3.9、以太网交换机自学习和转发帧的流程

概念

自学习和转发帧的例子

以下例子假设各主机已经知道了网络中其他各主机的MAC地址（无需进行ARP）

A -> B

1. A 先向 B 发送一帧。该帧从 接口1 进入到 交换机1
2. 交换机收到帧后，先查找（图中左边）交换表。没有查找到 应从哪个接口转发这个帧给 B
3. 交换机把这个帧的源地址 A 和接口 1 写入（图中左边）交换表中
   1. 交换机1 首先进行登记的工作，将该帧的源MAC地址A，记录到自己的帧交换表中，将该帧进入自己的接口的接口号1，相应地也记录到帧交换表中。
   2. 上述登记工作就称为交换机的自学习。
4. 交换机向除接口 1 以外的所有的接口 转发该帧（盲目转发，也称为泛洪）
5. 主机B 根据该帧的目的MAC地址B，发现是给自己的帧，于是接受该帧
6. 接口 4 到 接口 2，先查找（图中右边）交换表。没有查找到应从哪个接口转发这个帧给 B
7. 交换机把这个帧的源地址 A 和接口 2 写入（图中右边）交换表中
8. 除主机B之外的与该帧的目的地址不相符的主机，都将丢弃该帧

B -> A

1. B 向 A 发送该帧。该帧从接口 3 进入到交换机
2. 交换机收到该帧后，先查找（图中左边）交换表。发现（图中左边）交换表中的 MAC 地址有 A，表明要发送给A的帧应从接口1转发出去。于是就把这个帧传送到接口 1 转发给 A。
3. 主机 A 发现目的地址是它，就接受该帧
4. 交换机把这个帧的源地址 B 和接口 3 写入（图中左边）交换表中

E -> A

1. E 向 A发送一个帧
2. 交换机2收到该帧后，先查找（图中右边）交换表。发现（图中右边）交换表中的 MAC 地址有 A，表明要发送给A的帧应从接口2转发出去。于是就把这个帧传送到接口 2 转发给 接口 4。
3. 交换机2把这个帧的源地址 E 和接口 3 写入（图中右边）交换表中
4. 接口 4 到 左边的交换机，先查找（图中左边）交换表。发现（图中左边）交换表中的 MAC 地址有 A，表明要发送给A的帧应从接口1转发出去。于是就把这个帧传送到接口 1 转发给 A。
5. 交换机1把这个帧的源地址 E 和接口 4 写入（图中左边）交换表中
6. 主机 A 发现目的地址是它，就接受该帧

G -> A

主机 A、主机 G、交换机 1的接口 1就共享同一条总线（相当于总线式网络，可以想象成用集线器连接了）

1. 主机 G 发送给 主机 A 一个帧
2. 主机 A 和 交换机接口 1都能接收到
3. 主机 A 的网卡收到该帧后，根据帧的目的MAC地址A，就知道是发送给自己的帧，就接受该帧
4. 交换机 1收到该帧后，首先进行登记工作
5. 然后交换机 1对该帧进行转发，该帧的MAC地址是A，在（图中左边）交换表查找MAC 地址有 A
6. MAC 地址为 A的接口号是1，但是该帧正是从接口 1 进入交换机的，交换机不会再从该接口 1 将帧转发出去，因为这是没有必要，于是丢弃该帧
7. 交换机2不会收到该帧。

随着网络中各主机都发送了帧后，网络中的各交换机就可以学习到各主机的MAC地址，以及它们与自己各接口的对应关系

考虑到可能有时要在交换机的接口更换主机，或者主机需要更换其网络适配器（网卡），这就需要更改交换表中的项目。为此，在交换表中每个项目都设有一定的有效时间。过期的项目就自动被删除。

以太网交换机的这种自学习方法使得以太网交换机能够即插即用，不必人工进行配置，因此非常方便。

练习

总结

交换机自学习和转发帧的步骤归纳

3.10、以太网交换机的生成树协议STP

如何提高以太网的可靠性

生成树协议STP

• IEEE 802.1D 标准制定了一个生成树协议 STP (Spanning Tree Protocol)。
• 其要点是：不改变网络的实际拓扑，但在逻辑上则切断某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构，从而消除了兜圈子现象。

总结

3.11、虚拟局域网VLAN

为什么要虚拟局域网VLAN

广播风暴

分割广播域的方法

为了分割广播域，所以虚拟局域网VLAN技术应运而生

概念

• 利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网 VLAN (Virtual LAN)。
• IEEE 802.1Q 对虚拟局域网 VLAN 的定义： 虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个 VLAN 的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的计算机是属于哪一个 VLAN。
• 同一个VLAN之间可以广播通信，不同的VLAN之间不可以广播通信
• 虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。
• 由于虚拟局域网是用户和网络资源的逻辑组合，因此可按照需要将有关设备和资源非常方便地重新组合，使用户从不同的服务器或数据库中存取所需的资源。

虚拟局域网VLAN的实现机制

虚拟局域网VLAN技术是在交换机上实现的，需要交换机能够实现以下功能

• 能够处理带有VLAN标记的帧 — IEEE 802.1 Q帧
• 交换机的各端口可以支持不同的端口类型，不同端口类型的端口对帧的处理方式有所不同

Access端口

交换机与用户计算机之间的互连

同一个VLAN内部可以广播通信，不同VLAN之间不可以广播通信

Truck端口

交换机之间或交换机与路由器之间的互连

在由多个交换机互连而成的交换式以太网中划分VLAN时，连接主机的交换机端口应设置为Access类型，交换机之间互连的端口应设置为Trunk类型。

例题

华为交换机私有的Hybrid端口类型

应用举例

主机A给主机C发送数据帧

主机B给主机C发送数据帧

主机A给主机B发送数据帧

总结