交换机的转发原理

以太交换机通过MAC地址表转发二层以太帧。

那么什么是MAC地址表呢?MAC地址表就像一本通信录，记录了所有人的姓名和地址，通过这本通信录，可以找到想要联系的人。交换机通过学习数据帧的源MAC地址构建这本通信录（MAC地址表），在这本通信录中，不仅要记录源MAC地址，还需要同时记录MAC地址来源的端口（以及对应的VLAN），并将MAC地址与来源端口进行绑定。这样既知道了这个人的姓名（MAC地址）也知道他的家庭住址（端口）。

有了这本通信录，就可以转发数据帧了。交换机收到数据帧后，根据目的MAC地址（收件人姓名）查询通信录，找到收件人及其家庭住址（端口），将数据帧从端口转发出去。在该流程中，你一定会觉得交换机就是个快递员。没错，它就是个快递员，只不过快递的物品是数据帧。

但是它也有它的苦恼，那就是交换机的通信录（MAC地址表）能记录的数量是有限的，如果之前记录过的地址（MAC地址）不存在了，那么交换机还需要继续在通信录中记录这个无效的地址（MAC地址）吗?答案是肯定不会的，交换机会为每一条MAC地址都启动一个定时器，定时器的老化时间为300秒（可以更改），如果在300秒内都没有收到该MAC地址发送的数据帧，则将该MAC地址从通信录（MAC地址表）中删除。

下面我们通过图1来具体地了解交换机的转发原理。

图1 交换机转发原理

① PC A发送数据帧给PC D［目的MAC地址为PC D 的MAC地址（0260.8c01.4444），源MAC地址为PC A的 MAC地址（0260.8c01.1111）］，交换机从E0端口收到数据帧后，根据数据帧的目的MAC地址查找交换机的MAC地址表。

由于交换机的MAC地址表为空，在MAC地址表中找不到目的MAC地址，交换机便将该数据帧从除接收端口（E0）外的其他端口全部转发出去，这种特性称被为泛洪。

同时，交换机会学习数据帧的源MAC地址，并将该MAC地址和接收端口记录到MAC地址表中，这种特性被称为学习（Learn）（学习源MAC地址）。转发数据帧后的MAC地址表如图1（b）所示。

② 由于该数据帧被交换机泛洪出去，所以PC B、PC C和PC D都能收到该数据帧，但是PC B和PC C会丢弃该数据帧，原因是它们接收数据帧后会对比数据帧的目的MAC地址与接收端口的MAC地址是否一致，如果一致则说明数据帧是给自己的便会接收，如果不一致则丢弃。

PC D收到数据帧后同样会检查目的MAC地址是否与自己端口的MAC地址一致，发现MAC地址一致，PC D知道数据帧是发给自己的，便拆封二层数据帧交给上层处理。

同时给PC A发送一个回复数据帧（目的MAC地址为PC A的MAC地（0260.8c01.1111），源MAC地址为PC D的MAC地址（0260.8c01.4444））。

③ 交换机从E3端口收到回复数据帧后，根据数据帧的目的MAC地址查找交换机的MAC地址表，交换机在MAC地址表中查找到了目的MAC地址，发现该MAC地址被绑定到了E0端口上。交换机便将该数据帧直接从E0端口转发出去，而不再进行泛洪。

这种特性被称为过滤。同时，交换机学习源MAC地址，并将MAC地址记录到MAC地址表，与E3端口绑定。转发数据帧后的MAC地址表如图1（c）所示。