交换机的MAC地址转发表在交换机开机时是空的，随着后续的网络连接、转发等操作，通过动态地址学习的方式构造并维护此转发表。以太网交换机学习MAC地址的过程如下。
（1）当交换机从某端口收到一个数据帧，首先分析该数据帧的源MAC地址（MAC-SOURCE），并认为目的MAC地址为MAC-SOURCE的报文可以由该端口转发。
（a）如果MAC地址转发表中已经包含MAC-SOURCE，交换机将对应表项进行更新。
（b）如果MAC地址转发表中尚未包含MAC-SOURCE，交换机则将这个新的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地址转发表中。
（2）完成对报文的源地址学习过程后，交换机开始转发报文。
（a）对于目的MAC地址已经存在于MAC地址转发表中的报文，系统将直接使用硬件转发。
（b）对于目的MAC地址没有存在于MAC地址转发表中的报文，系统将在接收端口所在VLAN内向除接收端口外的所有端口转发该报文，通常称为对该报文进行广播操作。
（3）在对该报文进行广播操作之后，交换机根据是否收到应答报文采取以下的操作。
（a）如果交换机收到目的设备对此广播报文的回应，表示报文已正常发送至目的设备。在应答报文中将包含目的设备的MAC地址，交换机通过地址学习将目的设备的MAC地址加入MAC地址转发表中。之后去往同一目的MAC地址的报文，就可以利用该新增的MAC地址表项直接进行转发了。
（b）如果交换机没有收到目的设备的回应，表示目的设备不可达或目的设备虽然收到报文但没有回复。这种情况下，交换机仍将无法学习到目的设备的MAC地址。因此，交换机在下一次转发目的为该MAC地址的报文时，依然以广播方式进行发送。
图4-1中二层交换机连接3台计算机，IP与MAC地址如图所示，默认情况下二层交换机所有端口都在1号VLAN中，计算机配置同一网段的IP后即可通信，因为在同一网段，它们之间的通信可以不配置网关参数。
图4-1 MAC地址转发表构造拓扑
计算机配置IP后，连接交换机端口之前打开Wireshark之类的数据分析软件监听数据包，然后连接计算机与交换机端口之间的链路，Wireshark将捕获到免费ARP（Gratuitous ARP）报文，如图4-2所示。
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图4-2 免费ARP报文
免费ARP报文与普通ARP请求报文的区别在于：普通的ARP请求报文内封装的“目的IP地址”是其他机器的IP地址，而免费ARP的请求报文封装的“目的IP地址”是其自己的IP地址。免费ARP主要用于检测IP地址冲突。当一台主机发送了免费ARP请求报文后，如果收到了ARP响应报文，则说明网络内已经存在使用该IP 的主机。
二层交换机在收到免费ARP报文后会检查MAC地址转发表，如果没有则添加表项，报文从f0/1端口进入，该端口属于1号VLAN，源MAC地址是e005.c5f3.50eb，以动态方式添加表项，在二层交换机上使用命令“show mac-address-table”查看：
同样的方式，其余两台计算机接入交换机后，MAC地址转发表中将出现3台计算机对应的表项。此时如果PC3要发送数据帧给PC1，则PC3将构造一个目的MAC地址为PC1的数据帧并从网卡发出，交换机的f0/3端口收到此数据帧后查找转发表，查找命中表项的“Interface”字段确定从“FastEthernet 0/1”端口将数据帧转发出去。
如果查找不能命中，即转发表中没有对应表项，这个数据包将在1号VLAN内广播。在PC2上打开Wireshark软件，在PC3上使用“ping”命令的“t”参数测试PC1的IP地址，如图4-3所示。
图4-3 PC3使用ping命令测试PC1连通性
此时，PC2上Wireshark软件并不能捕获到PC3和PC1之间的“ping”命令产生的ICMP数据包，原因是交换机上具备转发表项，查表后确定了转发端口，不需向所有端口转发。接下来在交换机上清空转发表的所有表项，PC2上Wireshark软件将捕获到一个ICMP数据包，如图4-4所示，这是由于MAC地址转发表中表项缺失引发的交换机向1号VLAN中所有端口转发的报文，被网卡处于混杂模式的PC2接收。
因为交换机向1号VLAN中所有端口转发，所以PC2收到的报文PC1同样能够收到，PC2收到报文后判断该报文不是发给自己的，不做任何响应。PC1收到后将发送ICMP应答报文，此应答报文从交换机通过时将在交换机的MAC地址转发表中新增一个表项，有了这个表项，交换机收到的后续报文就不会向所有端口转发了，因此，PC2只收到了一个ICMP请求报文。
图4-4 PC2捕获的广播报文
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