交换机原理与应用（附数据链路层封装）

交换机原理

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：
0. 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 0. 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 0. 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） 0. 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A B主机的相关信息，所以下次AB 通信直接单播

交换机应用

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

• 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。