05_交换机
1. 基础概念
1.1 交换机（Switch）是什么？
交换机是一种工作在 数据链路层（第二层） 的网络设备，用于在局域网中根据 MAC 地址 转发数据帧，实现多个终端设备之间的高效通信。
1.2 集线器（Hub）与交换机的区别
| 比较项 | 集线器（Hub） | 交换机（Switch） |
|---|---|---|
| 工作层级 | 物理层（第一层） | 数据链路层（第二层） |
| 数据转发方式 | 广播：转发到所有端口 | 点对点：根据 MAC 地址精确转发 |
| 同时通信能力 | 不支持，易发生冲突 | 支持多端口同时通信，避免冲突 |
| 带宽利用 | 所有端口共享带宽，效率低 | 每个端口独立带宽，转发更高效 |
| 是否学习地址表 | ❌ 否 | ✅ 是，自动学习并维护 MAC 地址表（CAM 表） |
2. 设备通信过程详解
2.1 通信前提
- 主机A（
192.168.1.10）需要与主机B（192.168.1.20）通信 - 两者在同一 VLAN 中，通过交换机连接
- 主机A已知主机B的 IP 地址，但不知道其 MAC 地址
2.2 详细通信流程
步骤一：ARP 请求广播（寻找 MAC 地址）
- 主机A需要封装以太网帧，但不知道B的 MAC
- 于是发送 ARP 请求广播帧：
- 目标 MAC：
FF:FF:FF:FF:FF:FF（广播地址） - 内容：谁是
192.168.1.20？请告诉我你的 MAC！
- 目标 MAC：
步骤二：交换机“泛洪”广播帧
- 交换机接收到广播帧，但无法在 MAC 表中找到目标 → 触发 泛洪机制
- 将广播帧转发到除发送端口外的所有端口
- 同时，交换机学习到：主机A的 MAC 地址 来自某个端口 → 加入 MAC 地址表
步骤三：主机B收到 ARP 请求并应答
- 主机B识别 IP 地址匹配，回发 ARP 响应帧：
- 源 MAC：B 的 MAC 地址
- 目标 MAC：A 的 MAC 地址（单播）
步骤四：交换机学习 B 的 MAC 地址
- 交换机收到 ARP 响应帧，学习到 B 的 MAC → 加入 MAC 地址表
- 之后 A→B 的数据帧，交换机可直接点对点转发，不再广播
步骤五：主机A正式通信
- 主机A将数据帧目标 MAC 设置为 主机B的 MAC
- 交换机查表找到正确端口 → 完成 高效点对点通信
MAC 地址老化机制
- 交换机维护的 MAC 地址表会定期老化
- 默认老化时间约 300 秒（5分钟）
- 若期间未收到对应 MAC 的流量 → 表项被移除，下次通信需重新泛洪学习
3. 补充概念与注意事项
3.1 交换机是否使用 IP 地址？
- ❌ 普通二层交换机不处理 IP 地址，ARP 时只负责转发广播帧
- ✅ 三层交换机才具备基于 IP 的转发能力（类似路由器）
3.2 什么是“泛洪”？
泛洪（Flooding）：交换机接收到某些帧（通常是广播或未知单播）时，将其复制并转发到所有端口的过程。
3.3 广播的种类
| 类型 | 描述 |
|---|---|
| 广播（Broadcast） | 目的 MAC 全 F，例如 ARP 请求 |
| 多播（Multicast） | 目的 MAC 前缀为 01:00:5e:xx:xx:xx |
| 未知单播（Unknown Unicast） | 目的 MAC 未知时，交换机临时广播（也称伪泛洪） |
3.4 VLAN 与接口类型
Access 口与 Trunk 口总结笔记
1. 基础概念
Access 口
- 一个端口只属于一个 VLAN。
- 进方向（PC → SW）：交换机自动给帧打上 VLAN 标签。
- 出方向（SW → PC）：交换机剥掉 VLAN 标签，PC 只看到普通以太网帧。
- 特点：终端设备（PC、打印机等）对 VLAN 标签完全无感知。
Trunk 口
- 一个端口可以承载多个 VLAN的流量。
- 进方向：
- 如果帧带标签，就按标签处理；
- 如果没标签，则归属到该口的 native VLAN。
- 出方向：
- 通常保留 VLAN 标签（native VLAN 的帧可以配置成不打标签）。
- 常用于：
- 交换机与交换机之间的互联。
- 交换机与路由器（单臂路由）。
- 交换机与服务器（服务器网卡支持 VLAN Tag）。
2. 使用场景
Access 口：一个 VLAN，对接终端
[PC]──(Access VLAN 10)──[Switch]- 特点：PC 不需要配置 VLAN，接到对应 VLAN 的端口就能通信。
Trunk 口：多个 VLAN，对接网络设备
[SW1]──(Trunk VLAN 10,20,30)──[SW2]- 特点：一根链路承载多个 VLAN，节省物理接口。
3. 交换机之间互联
- 两台交换机互联时，一般配置为 Trunk。
- 两端的 Trunk 口允许的 VLAN ID 必须保持一致。
- VLAN 是靠 ID 区分的（名字只是说明用的），如果对端没有配置对应 VLAN ID，收到的帧会被丢弃。
4. 易混淆的点（重点✔）
- PC 对 VLAN 标签无感知：
- PC 发出的帧没有标签，交换机在 Access 口进来时打标签，出 Access 口时剥标签。
- Trunk 口之间不会剥离 VLAN 标签：
- VLAN10 的帧从 SW1 出 Trunk 口时带着 VLAN10 标签，SW2 收到后仍然识别为 VLAN10。
- Access 口 = 一个 VLAN，不能同时属于多个 VLAN；如果要跑多个 VLAN，就必须用 Trunk。
- 交换机之间可以用 Access 口互联，但这样一条链路只能跑一个 VLAN，太浪费资源 → 实际中基本不用。
- 如果接口工作在 Trunk 模式，就要能识别 VLAN 标签。 比如：
服务器：如果一块网卡同时跑多个 VLAN，就需要在网卡驱动里配置 VLAN Tag。这就是为啥在虚拟机平台创建虚拟机的时候要手动选择VLAN了
5. 一句话总结
Access：一个 VLAN，终端接入。
Trunk：多个 VLAN，设备互联。
应用场景：交换机互联 → Trunk；终端接入 → Access。
Access 口：连接终端设备（PC、服务器），仅属于一个 VLAN
Trunk 口：交换机间连接，可携带多个 VLAN 的数据帧
主机本身无需关心 VLAN，仅交换机负责处理
