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交换网络基础

news 来源：原创 2025/8/7 13:12:44

学习目标

掌握交换机的基本工作原理

掌握交换机的基本配置

交换机的基本工作原理

交换机是局域网（LAN）中实现数据高效转发的核心设备，工作在 数据链路层（OSI 模型第二层），其基本工作原理可概括为 “学习、记忆、转发、过滤”，具体流程如下：

一、交换机的核心功能与组成

硬件基础
- 端口：连接终端设备（如电脑、服务器），每个端口对应一个独立的物理接口。
- 交换矩阵：内部高速数据通道，负责在端口之间转发数据帧。
- MAC 地址表：存储 “MAC 地址 - 端口” 映射关系的表格，用于快速查找数据转发路径。

二、工作原理详解

1. MAC 地址学习（Address Learning）

当交换机从某个端口收到一个数据帧时，首先提取帧中的 源 MAC 地址 和 入端口号，并将这对信息写入 MAC 地址表（若表中无该 MAC 地址）。
示例：电脑 A（MAC-A）连接到交换机的端口 E0/1，当 A 发送数据时，交换机记录 “MAC-A → E0/1”。

2. 转发决策（Forwarding Decision）

交换机解析数据帧的 目的 MAC 地址，查询 MAC 地址表：
- 若存在匹配项：直接将数据帧从对应的端口单播转发（仅发送到目标端口），避免广播到其他端口，提高效率。
- 若不存在匹配项：将数据帧从 除入端口外的所有端口广播（泛洪），直到找到目标设备或目标设备响应后学习其 MAC 地址。

3. 广播与组播处理

当数据帧为 广播帧（目的 MAC 为全 F：FF-FF-FF-FF-FF-FF） 或 组播帧 时，交换机无法通过 MAC 地址表匹配，会将其泛洪到所有端口（除入端口）。
广播帧用于设备发现（如 ARP 请求），但过量广播可能导致网络拥堵（广播风暴），需通过 VLAN 等技术限制。

4. 消除冲突域（Collision Domain）

交换机的每个端口属于 独立的冲突域（集线器所有端口共享一个冲突域），支持 全双工通信（同时发送和接收数据），避免端口间数据碰撞，提升带宽利用率。

5. MAC 地址表老化（Aging）

为避免表项过时，交换机对 MAC 地址表中的条目设置 老化时间（默认通常为 300 秒）。若某个 MAC 地址在老化时间内未被再次学习，对应表项会被删除，确保表项实时更新。

三、交换机与集线器的区别

特性	交换机（二层）	集线器（一层）
工作层次	数据链路层	物理层
转发依据	MAC 地址	广播所有端口
冲突域	每个端口独立	所有端口共享一个
带宽利用率	高（全双工，按需转发）	低（半双工，广播导致冲突）

四、总结

交换机通过 学习终端设备的 MAC 地址，建立 “MAC - 端口” 映射表，根据目的 MAC 地址 精准转发数据帧，避免广播冗余，实现局域网内高效的数据交换。其核心优势是 分割冲突域、支持全双工、基于 MAC 地址的智能转发，是构建高速局域网的基础设备。

交换机的基本配置

1. 进入系统视图

<Huawei> system-view

2. 配置设备名称

[Huawei] sysname SwitchA

3. 配置接口

3.1 进入接口视图

[SwitchA] interface GigabitEthernet 0/0/1

3.2 配置接口描述

[SwitchA-GigabitEthernet0/0/1] description Connect_to_PC

3.3 开启接口

[SwitchA-GigabitEthernet0/0/1] undo shutdown

3.4 返回系统视图

[SwitchA-GigabitEthernet0/0/1] quit

4. 配置VLAN

4.1 创建VLAN

[SwitchA] vlan batch 10 20

4.2 命名VLAN

[SwitchA-vlan10] name Sales
[SwitchA-vlan20] name Marketing
[SwitchA-vlan20] quit

4.3 将接口加入VLAN

[SwitchA] interface Ethernet0/0/2
[SwitchA-Ethernet0/0/2] port link-type access
[SwitchA-Ethernet0/0/2] port default vlan 10
[SwitchA-Ethernet0/0/2] quit

5. 配置Trunk接口

[SwitchA] interface GigabitEthernet 0/0/24
[SwitchA-GigabitEthernet0/0/24] port link-type trunk
[SwitchA-GigabitEthernet0/0/24] port trunk allow-pass vlan 10 20
[SwitchA-GigabitEthernet0/0/24] quit

6. 配置链路聚合（Eth-Trunk）

6.1 创建Eth-Trunk接口

[SwitchA] interface Eth-Trunk 1

6.2 配置模式

[SwitchA-Eth-Trunk1] mode lacp-static

6.3 将物理接口加入Eth-Trunk

[SwitchA-Eth-Trunk1] trunkport GigabitEthernet 0/0/10 to 0/0/11
[SwitchA-Eth-Trunk1] quit

7. 配置交换机管理IP

[SwitchA] interface Vlanif 10
[SwitchA-Vlanif10] ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
[SwitchA-Vlanif10] quit

8. 保存配置

[SwitchA] save

总结

当一台主机从交换机的一个端口移动到另一个端口时，交换机的MAC地址表会发生什么变化？

交换机通过 动态学习源 MAC 地址的入端口，自动更新 MAC 地址表：新端口映射立即生效，旧端口映射在老化时间后删除。这一过程无需人工干预，但依赖主机在新端口的主动通信来触发更新，确保网络连通性在短暂调整后恢复正常。