【计算机网络】第三章 数据链路层（虚拟机与局域网）

3.9 以太网交换机自学习和转发桢的流程

以太网交换机的自学习和转发数据帧的流程如下：

自学习（Learning）：

当交换机收到一帧时，它会检查帧中的源MAC地址，并将其与接收端口相关联。
交换机将源MAC地址与接收端口的映射信息存储在一个所谓的MAC地址表（也称为CAM表或转发表）中。

转发（Forwarding）：

当交换机接收到目标主机的数据帧时，它会查找目标MAC地址在MAC地址表中的对应端口。

如果在MAC地址表中找到了目标MAC地址的映射信息，则交换机将该数据帧只转发到对应的端口上。

如果在MAC地址表中没有找到目标MAC地址的映射信息，则交换机将该数据帧广播到所有其他端口上（除接收端口外）。

在广播过程中，其他连接的交换机也会学习到该源MAC地址与对应端口的映射信息，并更新各自的MAC地址表。

更新（Updating）：

交换机会周期性地检查MAC地址表中的条目，并根据实际网络流量情况进行更新。
如果长时间未收到某个MAC地址的数据帧，则该条目可能被删除，以释放存储空间。
通过自学习和转发的过程，以太网交换机可以实现根据MAC地址进行精确的数据帧转发，提高网络的传输效率和安全性。

交换机 工作在数据链路层（也包括物理层）
交换机 工作在数据链路层（也包括物理层），它收到桢后，在桢交换表中查找桢的目的MAC地址所对应的接口号，然后通过该接口转发桢。

3.10 以太网交换机的生成树协议STP

以太网交换机使用 生成树协议STP 可以在增加冗余链路来提高网络可靠性的同时又 避免网络环路带来的各种问题。

• 无论交换机之间采用怎样的物理连接，交换机都能够自动计算并构建一个逻辑上没有环路的网络，其逻辑扩扑结构必须是树型的（无逻辑环路）。
• 最终生成的树型逻辑扩扑要确保连通整个网络。
• 当首次连接交换机或网络物理扩扑发生变化时（有可能是人为改变或故障），交换机都将生成树的重新计算。

3.11 虚拟局域网

3.11.1 虚拟局域网VLAN概述

众多交换机组成的巨大广播域会带来包括 广播风暴 在内的弊端。
网络中会频繁出现广播信息：

• TCP/IP 协议栈中的很多协议都会使用广播：
  • 地址解析协议ARP（已知 IP 地址，找出其相应的 MAC 地址）
  • 路由信息协议RIP（一种小型的内部路由协议）
  • 动态主机配置协议DHCP（用于自动配置 IP 地址）

SO，分割广播域变得尤为主要：

• 使用 路由器 可以隔离广播域（路由器工作在 网络层 ），但是路由器成本较高
• 虚拟局域网 VLAN 技术营运而生

虚拟局域网VLAN（Virtual Local Area Network）是一种将局域网内的设备划分成与物理位置无关的逻辑组的技术，这些逻辑组具有某些共同的需求。同一个VLAN可以广播通信，不同的VLAN不能广播通信。

3.11.2 虚拟局域网VLAN的实现机制

是在交换机上实现的，需要交换机实现两大功能：

• 能处理带有VLAN标记的桢（IEEE 802.1Q桢）
• 交换机的端口可以支持不同的端口类型

交换机的端口类型有以下三种：（Access Trunk Hybrid）

接入端口（Access Port）：接入端口用于连接终端设备，如计算机、打印机等。每个接入端口通常只允许一个VLAN使用，并将接收到的数据帧按照所属VLAN进行转发。

通道组端口（Trunk Port）：通道组端口用于连接两个交换机之间或交换机与路由器之间的链路。它可以传输多个VLAN的数据帧，并使用特定的协议（如VLAN Trunking Protocol，VTP）来识别和传递不同VLAN之间的数据。

混杂端口（Mirrored Port）：混杂端口是用于网络监控和分析的一种特殊端口类型。它可以将所有进出该交换机的数据帧复制并发送到特定的监控设备，以便进行流量分析、故障排除等操作。

这些不同类型的端口在交换机中起到不同的作用，根据实际需要选择合适的端口类型来满足网络配置和需求。