给我一个网站,开发公司各部门岗位职责,网站制作需要什么,网络招商交换基础 文章目录交换基础MAC 地址#xff1a;设备的 “全球唯一身份证”MAC 地址的基本属性MAC 地址的三类类型#xff08;按通信范围划分#xff09;以太帧以太帧的两个标准格式1. Ethernet_II 格式#xff08;常用#xff09;2. IEEE 802.3 格式#xff08;少用…交换基础 文章目录交换基础MAC 地址设备的 “全球唯一身份证”MAC 地址的基本属性MAC 地址的三类类型按通信范围划分以太帧以太帧的两个标准格式1. Ethernet_II 格式常用2. IEEE 802.3 格式少用以太帧的长度要求数据帧的分类交换机的核心工作机制交换机的三个核心动作MAC 地址表的生成与使用学习源 MAC 地址建表查询 MAC 地址表查表维护 MAC 地址表老化实验通过 PC 间 ping 测试理解交换机转发实验环境实验流程操作步骤配置 PC1 的 IP 地址以ENSP模拟器 PC 为例PC1 ping PC2触发数据帧传输查看交换机的 MAC 地址表可选手动修改 MAC 地址表老化时间总结在局域网中交换机是连接终端设备如电脑、打印机的核心设备它能高效转发数据让不同设备之间实现通信。要理解交换机的工作原理首先需要掌握两个关键概念
MAC 地址设备的 “身份证”和
以太帧数据的 “包装盒”再结合交换机的转发逻辑就能清晰理解局域网内数据的传递过程。MAC 地址设备的 “全球唯一身份证”
MAC 地址又称 “物理地址” 或 “硬件地址”是网卡出厂时固化的唯一标识 —— 就像每个人的身份证号全球不会有两块网卡的 MAC 地址完全相同。
MAC 地址的基本属性
格式与长度 长度48 比特bit换算为 6 字节Byte用 16 进制表示0-9、A-F。书写格式通常用 “-” 或 “:” 分隔比如54-89-98-A0-56-56或54:89:98:A0:56:56。 地址结构 前 24 比特前 3 字节OUI厂商识别码由国际组织分配给网卡厂商比如54-89-98代表某一厂商。后 24 比特后 3 字节设备识别码由厂商自行分配给每一块网卡确保同厂商内不重复。
MAC 地址的三类类型按通信范围划分
MAC 地址分为单播、组播、广播三类对应不同的 “通信场景”核心区别在第 8 个比特从左数第 2 个字符的第 1 位。
类型核心特征通信场景通俗理解举例单播 MAC 地址第 8 比特为 0比如地址第 2 个字符是 0、2、4 等偶数或 A、C、E 等一对一通信“点对点聊天”比如 PC1 给 PC2 发文件00-1E-10-DD-DD-02第 2 个字符是 0第 8 比特为 0组播 MAC 地址第 8 比特为 1比如地址第 2 个字符是 1、3、5 等奇数或 B、D、F 等一对多通信“拉群聊”比如给局域网内所有视频设备发直播流01-80-C2-00-00-01第 2 个字符是 1第 8 比特为 1广播 MAC 地址所有 48 比特全为 1固定格式为FF-FF-FF-FF-FF-FF一对所有通信“在大厅喊口号”比如 PC1 查询局域网内的打印机FF-FF-FF-FF-FF-FF所有字符都是 F对应比特全为 1
参考华为文档图例 以太帧
在数据链路层数据不是 “裸奔” 传输的而是会被包装成 “以太帧”简称 “数据帧”—— 就像寄快递时要把物品装进带地址的盒子以太帧也包含 “收件地址”“寄件地址” 和 “包裹内容”。
以太帧的两个标准格式
目前主流的以太帧格式有两种Ethernet_II常用比如我们日常上网、传文件用的就是这种和 IEEE 802.3多用于工业控制等特殊场景两者的区别主要在 “中间字段”。参考华为文档图例 1. Ethernet_II 格式常用
字段长度作用通俗理解D.MAC目的 MAC 地址6 字节收件地址数据要发给哪个设备的网卡S.MAC源 MAC 地址6 字节寄件地址数据来自哪个设备的网卡Type类型字段2 字节说明 “盒子里装的是什么类型的数据”比如0800代表 IP 数据日常上网数据用户数据46-1500 字节真正要传递的内容比如微信消息、文件数据最少 46 字节不够会补零最多 1500 字节FCS帧校验序列4 字节校验数据是否损坏接收方会计算校验值若与 FCS 不一致说明数据传丢了会丢弃该帧
2. IEEE 802.3 格式少用
比 Ethernet_II 多了 “LLC” 和 “SNAP” 字段用于兼容早期设备核心字段作用类似
字段长度作用D.MAC6 字节目的 MAC 地址S.MAC6 字节源 MAC 地址Length长度字段2 字节说明 “用户数据的长度”区别于 Ethernet_II 的 Type 字段LLC逻辑链路控制3 字节兼容早期局域网协议SNAP子网访问协议5 字节包含 Org Code3 字节厂商码和 Type2 字节数据类型相当于把 Ethernet_II 的 Type 字段拆到这里用户数据38-1492 字节核心数据因多了 LLC 和 SNAP比 Ethernet_II 少 8 字节FCS4 字节帧校验
以太帧的长度要求
无论哪种格式整个以太帧的总长度必须在 64-1518 字节之间
小于 64 字节“短帧”可能是干扰或错误数据交换机会直接丢弃。大于 1518 字节“长帧”可能是异常数据包交换机会同样丢弃。
数据帧的分类
和 MAC 地址对应数据帧也分为三类直接决定交换机的转发方式
单播数据帧目的 MAC 是单播地址比如 PC1→PC2 的帧。组播数据帧目的 MAC 是组播地址比如给多台设备发直播的帧。广播数据帧目的 MAC 是FF-FF-FF-FF-FF-FF比如查询局域网设备的帧。
交换机的核心工作机制
交换机的核心功能是 “高效转发数据帧”它靠一张 “MAC 地址表” 实现 —— 这张表记录了 “MAC 地址→交换机接口→VLAN” 的对应关系就像 “小区快递柜对照表”哪个快递对应哪个柜子。
交换机的三个核心动作
交换机收到数据帧后会根据帧的类型和 MAC 地址表执行三种动作之一
动作适用场景通俗理解单播转发已知单播数据帧MAC 地址表中有目的 MAC 的对应接口“精准投递”根据地址表把帧从对应接口发给目标设备不打扰其他设备泛洪1. 未知单播数据帧地址表中没有目的 MAC 2. 组播数据帧 3. 广播数据帧“群发找人”除了接收帧的接口把帧从所有其他接口发出去直到目标设备响应丢弃1. 帧长度小于 64 字节或大于 1518 字节 2. FCS 校验失败数据损坏“拒收垃圾”直接扔掉无效或错误的帧避免占用网络资源
MAC 地址表的生成与使用
默认情况下交换机的 MAC 地址表是空的它会通过 “学习→查表→转发→老化” 四个步骤动态维护地址表并实现转发
学习源 MAC 地址建表
当交换机收到一个数据帧时首先会 “记住” 帧的源 MAC 地址和 “接收该帧的接口”并把这对关系写入 MAC 地址表。
例PC1MAC54-89-98-A0-56-56通过交换机的 GE0/0/1 接口发帧交换机就会在地址表中添加一条记录5489-98a0-5656 → GE0/0/1。
查询 MAC 地址表查表
接着交换机会查看帧的目的 MAC 地址并在地址表中查找是否有对应的接口记录
若有记录已知单播帧执行 “单播转发”从对应接口发出去。若没有记录未知单播帧执行 “泛洪”从所有其他接口发出去。
维护 MAC 地址表老化
为了避免地址表过大浪费设备资源交换机对动态学习的 MAC 地址表项设置了 “老化时间”—— 默认 300 秒5 分钟。
如果 5 分钟内某条表项对应的设备没有再发数据交换机会自动删除这条记录。若设备继续发数据老化时间会 “重置”重新从 5 分钟开始倒计时。
实验通过 PC 间 ping 测试理解交换机转发
通过实际操作我们可以观察交换机如何学习 MAC 地址、生成地址表以及如何转发数据帧。
实验环境
实验拓扑 设备接口IP 地址MAC 地址PC1Ethernet 0/0/110.1.1.1/2454-89-98-A0-56-56PC2Ethernet 0/0/110.1.1.2/2454-89-98-C9-64-22交换机SW1GE0/0/1连 PC1、GE0/0/2连 PC2无二层交换机无需配置 IP无
实验流程
配置 PC1 和 PC2 的 IP 地址静态配置确保同网段。用 PC1 ping PC2触发数据帧传输让交换机学习 MAC 地址。查看交换机的 MAC 地址表验证表项是否生成。可选等待 5 分钟后再次查看地址表验证老化功能。
操作步骤
配置 PC1 的 IP 地址以ENSP模拟器 PC 为例
打开 PC1 的 “基础配置” 界面选择 “IPv4 配置” 为 “静态”。填写参数 IP 地址10.1.1.1子网掩码255.255.255.0网关0.0.0.0同网段通信无需网关 点击 “应用”完成 PC1 配置。重复上述步骤配置 PC2 的 IP 为 10.1.1.2子网掩码 255.255.255.0。如图 PC1 ping PC2触发数据帧传输
在 PC1 的 “命令行” 界面输入 ping 命令测试连通性
PC1ping 10.1.1.2 # 向PC2发送ping请求ICMP协议数据包
Ping 10.1.1.2: 32 data bytes, Press Ctrl_C to stop
Reply from 10.1.1.2: bytes32 seq1 ttl128 time1ms # 收到PC2的回复连通成功
Reply from 10.1.1.2: bytes32 seq2 ttl128 time1ms此时PC1 和 PC2 之间会互发数据帧交换机会自动学习两者的 MAC 地址。
查看交换机的 MAC 地址表
登录交换机通过 Console 或远程登录输入命令查看 MAC 地址表
# 1. 进入交换机的用户视图默认登录后就是用户视图
SW1# 2. 查看MAC地址表命令display mac-address简写dis mac-address
SW1display mac-address
MAC address table of slot 0: # 插槽0的MAC地址表
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MAC Address VLAN/VSI/SI PEVLAN CEVLAN Port Type LSP/LSR-ID
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5489-98a0-5656 1 - - GE0/0/1 dynamic - # PC1的MAC对应接口GE0/0/1动态学习
5489-98c9-6422 1 - - GE0/0/2 dynamic - # PC2的MAC对应接口GE0/0/2动态学习
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Total matching items on slot 0 displayed 2 # 共2条表项结果说明交换机已通过 ping 测试学习到 PC1 和 PC2 的 MAC 地址并记录了对应的接口GE0/0/1 和 GE0/0/2类型为 “dynamic”动态学习。
可选手动修改 MAC 地址表老化时间
默认老化时间是 300 秒若需修改不推荐除非特殊需求可在交换机的系统视图中执行命令
# 1. 进入系统视图
SW1system-view
[SW1]# 2. 修改老化时间单位秒范围10-10000000表示不老化
[SW1]mac-address aging-time 600 # 将老化时间改为600秒10分钟
[SW1]quit # 退出系统视图# 3. 验证修改结果查看系统配置
SW1display current-configuration | include aging-time # 查看老化时间配置
mac-address aging-time 600 # 确认已修改为600秒总结 MAC 地址48 比特全球唯一分单播第 8 比特 0、组播第 8 比特 1、广播全 1三类。 以太帧数据链路层的传输单元总长度 64-1518 字节有 Ethernet_II 和 IEEE 802.3 两种格式。 交换机转发靠 MAC 地址表工作核心动作是 “单播转发已知单播、泛洪未知单播 / 组播 / 广播、丢弃无效帧”。 总结 MAC 地址48 比特全球唯一分单播第 8 比特 0、组播第 8 比特 1、广播全 1三类。 以太帧数据链路层的传输单元总长度 64-1518 字节有 Ethernet_II 和 IEEE 802.3 两种格式。 交换机转发靠 MAC 地址表工作核心动作是 “单播转发已知单播、泛洪未知单播 / 组播 / 广播、丢弃无效帧”。 MAC 地址表动态学习源 MAC 生成默认老化时间 300 秒确保地址表精简高效。
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