在二层上切换功能

先决条件：交换机
交换机是一种第2层设备，它根据设备的MAC地址（物理地址）来工作。交换机主要承担以下功能：

1. 学习——该交换机会记住接收帧时所在交换机端口上设备的MAC地址。
2. 转发 –该交换机支持两种类型的消息转发方式：
   (a)单播：该交换机只有在其MAC地址表中包含目标MAC地址的条目时，才会将该帧直接发送到底端设备。
   (b)未知的单播：当交换机收到一个目标地址的单播帧，而该目标地址在交换机的MAC表中没有对应的条目时，交换机就会将该帧通过所有端口进行广播。这种现象被称为“泛洪”。
3. 过滤 –该帧只会被转发到那些交换机已经在其MAC表中记录了该设备的MAC地址的交换端口上。
4. 避免循环路径——为了冗余考虑，两个交换机通过两条链路相互连接。不过，这种连接方式也可能导致第2层环路的出现。通过使用STP（生成树协议）来切换网络，可以避免这些环路的产生。

注意：在交换机的MAC表中，这些条目也被称为CAM（内容可寻址存储器）。这些条目可以保留长达300秒。当接收到目标MAC地址的帧时，这300秒的时间限制就会重新开始计算。MAC表中有4个这样的条目。

• 端口号 –该交换机端口与目标MAC地址相连。
• MAC地址该主机所连接的交换机端口的MAC地址。
• 类型/种类它告诉我们，该交换机是如何得知主机的MAC地址的——也就是说，该地址是静态的还是动态的。如果条目是手动添加的，那么该地址就是静态的；否则，该地址就是动态的。
• VLAN –它表明了连接在该交换机端口上的主机属于哪个VLAN。

交换机是如何学习MAC地址的？
该交换机只有在接收到来自目标主机的帧时才会更新其MAC表。如果目标主机在MAC表中没有对应的条目，那么交换机会先获取源主机的MAC地址，然后再将帧通过所有端口发送出去，唯独不通过接收该帧的端口。而如果在交换机的MAC表中存在目标主机的条目，那么帧就会以单播方式传输。
让我们通过一个例子来说明这一点。
示例 –这里有一个简单的网络拓扑结构，其中包含主机A（192.168.1.1/24）、主机B（192.168.1.2/24）、主机C（192.168.1.3/24）以及主机D（192.168.1.4）。此外，还有两台交换机位于这些主机之间。该网络能够理解交换机MAC地址的学习过程，其实现方式是通过从主机A向主机C发送ping请求来实现。最初，这两台交换机的MAC表中都只包含对另一台交换机的记录而已。

当用户尝试向主机C发送请求时，会看到生成了2个数据包：一个是ICMP数据包，另一个是ARP数据包。

首先，ARP请求会被处理，也就是说，主机A会在网络中广播ARP请求。

switch0接收到该广播ARP请求后，会更新其MAC表。

注意：switch0已经为Switch1预留了一个条目。因此，switch0会向Switch1和PC发送该帧。而Host B则不会接收该帧，因为该帧并非发送给它的。

现在，switch1将会接收到该帧，并首先更新其MAC表。

注意：在这里，switch1已经知道了switch0和主机A在同一端口fa0/1上的不同MAC地址。因为主机A是通过fa0/1与switch0相连的，所以它们的MAC地址是相同的。现在，switch1会向主机C和主机D发送ARP帧，因为它们处于同一个广播域中。

主机C会生成一条ARP响应，该响应是定向发送给交换机的。随后，交换机1会更新其MAC表，在表中添加与主机C相关的条目。

这次，无论是switch0还是switch1，都会将这份ARP回复单播发送给主机A。因为这次，交换机已经知道了主机A的MAC地址。

该帧已成功传输到主机A，同时也解决了ARP问题。

现在，ICMP回显请求是单向的，即只发送给主机C。

ICMP回显响应是发送给主机A的单播消息。

请记住—— 
这个开关什么时候会开始广播信号呢？如果主机发送了一个帧，那么接收该帧的交换机也会继续通过自己的端口将该帧转发出去。
当交换机执行泛洪操作时（单播传输方式未知时），将会发生什么？如果主机已经发送了一个单播帧，而交换机的MAC表中没有该帧的目的地MAC地址，那么交换机会将所有端口的流量都转发出去，除了接收该帧的那个端口之外。
这个交换机什么时候会进行单播传输呢？如果交换机的MAC表中包含目标主机的条目，那么该帧将采用单播方式传输。