计网：交换机工作原理

以太网交换机是依靠MAC地址来完成工作的。MAC地址（Media Access Control Address，介质访问控制地址），也称为局域网地址（LAN Address）、以太网地址（Ethernet Address）或物理地址（Physical Address），它是一个用来确认局域网设备位置的地址。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链接层则负责MAC地址。MAC地址用于在网络中标示一个网卡且具有唯一性，一台设备若有一个或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。在局域网中的计算机一端，是通过计算机上安装的网卡来连接局域网实现通信的。MAC地址有48位，其中前24位为厂商编号，厂商编号需向IEEE申请，后24位为网卡的序列号，由生产厂商自己编制（图8-10）。

图8-10　网卡MAC地址

如图8-11所示，每台以太网交换机内部都有一张MAC地址表，当数据帧到来时，交换机通过分析数据帧的头信息（其中包含源MAC地址、目标MAC地址、信息长度等），取得目标MAC地址后，查找交换机中存储的地址对照表（MAC地址对应的端口），确认具有此MAC地址的网卡连接在哪个端口上，然后仅将数据帧发送到对应端口。

图8-11　以太网交换机工作机制

MAC地址表建于交换机内，它的表项包含了与以太网交换机相连的设备的MAC地址及与此设备相连的交换机的端口号。通过MAC地址表，交换机可以快速转发报文。

MAC地址表中的动态表项（非手工配置）是由以太网交换机学习得来的。以太网交换机学习MAC地址的方法如下：如果从某端口（假设为端口A）收到一个数据帧，以太网交换机就会分析该数据帧的源MAC地址（假设为MAC-S），并认为如果有目的MAC地址是MAC-S的报文，可以由端口A转发；如果MAC地址表中已经包含MAC-S，交换机将对应表项进行更新，如果MAC地址表中尚未包含MAC-S，交换机则将这个新MAC地址（以及该MAC地址对应的转发端口）作为一个新的表项加入MAC地址表中。用户可以根据网络实际情况人工配置（添加或修改）MAC地址表项，添加或修改的表项可以是静态的表项或者动态的表项。

对于目的MAC地址能够在MAC地址表中找到的报文，系统会直接使用硬件转发；对于目的MAC地址不能在地址表中查到的报文，系统对报文采用广播方式进行转发。如果广播后，报文到达了目的MAC地址对应的网络设备，目的网络设备将应答此广播报文，应答报文中包含了此设备的MAC地址，以太网交换机通过地址学习将新的MAC地址加入MAC地址转发表中。去往同一目的MAC地址的后续报文，就可以利用该新增的MAC地址表项直接进行转发了。(www.xing528.com)

简单来说，就是最初交换机的MAC地址表为空，MAC地址表没有记录（图8-12）。数据帧到达后从其他所有端口转发出去，交换机通过识别数据帧的源MAC地址，学习MAC地址和端口对应关系（图8-13）。经过一段时间的学习，建立了完整的MAC地址和端口对应关系的MAC表之后，就可以通过MAC地址表实现数据帧的单点转发（图8-14）。

图8-12　交换机MAC地址表为空

图8-13　交换机学习MAC地址

图8-14　交换机实现单点转发

以太网交换机提供MAC地址老化的功能。如果在一定时间内没有收到来自某网络设备的报文，交换机就会把与此设备相关的MAC地址表项删除。MAC地址老化对静态MAC地址表项无效。