交換機的原理詳解

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實驗名稱:交換機 MAC 表形成
實驗需求:
    1、確保 PC-1 與 PC-3 可以互相Ping通;
    2、查看交換機的 MAC 地址表 ;
實驗步驟:
    1、互聯交換機與 PC-1/2/3 ; 分別對應交換機的 Fas0/1/2/3口
    2、配置PC-1/2/3的IP地址(此時可以不配置網關IP地址)
    3、在Ping之前,查看交換機的 MAC地址表(空)
    4、PC-1 ping PC-3 之後,然後查看交換機的MAC地址表;
過程分析:
   PC1 --> PC3
    
   192.168.1.1  ---> 192.168.1.3  
      A         --->   C  
 

原理詳解:

    1、交換機收在 Fas0/1 端口收到 PC1 發送的數據包,
       關注源MAC地址,形成 MAC 地址表條目:
              A --- Fas0/1    
    2、交換機關注PC1發送的數據包的目標MAC地址,然後進行查表;
          目標MAC : C  
          MAC地址表:show mac-address-table  
                      默認情況下,剛開機時,該表是空的;
          匹配:
              結果 - 不成功,所以,廣播;
    3、交換機將 PC1 的數據包從 Fas0/2 和 Fas0/3 發送出去;
    4、Fas0/2口連接的 PC-2 收到數據包以後,首先查看 目標MAC
       地址是否與自己的網卡地址相同。不同,則丟棄數據包;
    5、Fas0/3口連接的 PC-3 收到數據包以後,首先查看 目標MAC
       地址是否與自己網卡地址相同。相同,則繼續分析 目標IP
       地址,如果與自己的IP地址相同,則接收(反之,丟棄)
        
    6、PC-3 基於收到的Ping 的請求,進行構建迴應報文:
            192.168.1.3  ---->  192.168.1.1  
               C         ---->     A  
        並且發送出去;
    7、交換機在 Fas0/3 口接收到 PC-3發送的數據包,首先查看源
       MAC,從而形成MAC地址表條目:
                C ---- Fas0/3 ;
    8、交換機關注 PC-3 發送的數據包的目標 MAC 地址, 查找MAC
        地址表 : show  mac-address-table
                     A -- Fas0/1  
    此時的數據包的目標MAC地址爲  A,恰好與改條目匹配成功,則將數據包從 Fas0/1 口發送出去;
    9、PC-1收到數據包以後,首先分析目標    MAC地址是否與自己的網卡地址相同,如果相同,則繼續分析目標IP地址,是否與自己的IP地址相同,如果相同,則接收。Ping顯示成功。               
    

總結:
    1、成表 - 查看源MAC;  
    2、查表 - 查看目標MAC;
    3、MAC表的動態條目是有一定的存活時間的,默認值爲 300s
    4、MAC表的大小是有一定空間的(show mac-address-table)
     
        
小小的擴展:
    當PC機配置IP地址時,該設備會首先發送一個無故ARP,用於檢測
    配置的IP地址是否可以用(確定本網段沒有重複的IP地址)
        
    無故ARP的請求報文:
        源MAC ---> 目標MAC  
          E   --->  全F ;(表示的是廣播MAC地址)  
    1、交換機在 Fas0/4 口收到 PC-4 發送的無故 ARP 之後,  
        首先查看報文的源MAC地址,形成MAC地址表條目:
            E --- Fas0/4 ;  
    2、其次交換機會查看數據包的目標 MAC 地址,並進行MAC地址表
        條目的匹配:
             小問題:
                  在MAC地址表中是否存在全F對應的 條目;  
                     比如: 全 F ----- Fas0/10  
                        答案:不存在!
    
    交換機可以隔離衝突域,不可以隔離廣播域;
    路由器可以隔離廣播域,可以隔離衝突域;

    ARP :          IP --- MAC  
    MAC 地址表 :   MAC --- Port 

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