1.2.3 交换原理

从传统概念来讲，交换机是第二层（数据链路层）的设备，是基于收到的数据帧中的源 MAC 地址和目的MAC地址来进行工作的，具有每个接口享用专用的带宽、隔离冲突域和实现全双工操作等优点。当然，现在三层交换机也非常普及。交换机的作用主要包括维护 MAC 地址表和根据 MAC 地址表来进行数据帧的转发。交换机采用以下5种基本操作来完成数据帧交换功能。

（1）学习：初始状态下，交换机并不知道所连接主机的MAC地址，所以MAC地址表为空。当交换机从某个接口收到数据帧时，交换机会读取帧的源MAC地址，并在MAC地址表中填入MAC地址及其对应的接口。

（2）过期：通过学习过程获取的MAC地址表中的条目具有时间戳。此时间戳用于从MAC地址表中删除旧条目。当某个条目在 MAC 地址表中创建之后，就会使用其时间戳作为起始值开始递减计数。计数值到0后，条目被删除，也称为老化。当交换机从相同接口接收同一源MAC地址的帧时，将会刷新MAC地址表中的该条目。华为交换机MAC地址表中条目的老化时间默认为300s。

（3）泛洪：如果数据帧的目的 MAC地址不在 MAC地址表中（此时收到的数据帧称为未知单播帧），则交换机会将帧发送到除接收接口以外的所有其他接口，这个过程称为泛洪。泛洪还用于发送目的地址为广播或者组播MAC地址的帧。

（4）转发：当计算机发送数据帧到交换机时，如果数据帧的目的MAC地址在MAC地址表中，则交换机会将数据帧从相应接口转发出去。

（5）丢弃：在某些情况下，数据帧不会被转发，此过程称为帧丢弃。例如，交换机不会将数据帧转发到接收该帧的接口。另外，交换机还会丢弃损坏（例如，数据帧没有通过循环冗余校验）的帧。丢弃操作的另一个原因是网络安全的需要，通过在交换机上进行安全设置，用于阻挡发往或来自指定 MAC地址或特定接口的帧。