交换机（二层交换机）完整工作原理

一、基础定位

二层交换机工作在 OSI 七层模型 ------ 数据链路层（第 2 层） ，基于 MAC 地址 转发数据帧；核心硬件：端口、MAC 地址表（CAM 表）。

区分：路由器基于IP 地址（三层） ，交换机基于MAC 地址（二层）

MAC 地址（物理地址） 网卡出厂固化，48 位十六进制，全局唯一；格式：AA:BB:CC:DD:EE:FF
- 源 MAC：谁发的数据
- 目的 MAC：要发给谁
MAC 地址表（CAM 表） 交换机内存中的一张映射表，保存 3 项内容：

表格

MAC 地址端口号老化时间

PC1-MAC Fa0/1 300s（默认 5 分钟）

作用：记录「哪个设备在哪个端口」，是交换机转发依据。
数据帧 二层传输单元，头部包含：源 MAC、目的 MAC、类型字段
**数据帧格式：**前导码--帧起始界定符--目的MAC地址---源MAC地址---上层数据类型---数据---校验序列。

MAC 地址	端口号	老化时间
PC1-MAC	Fa0/1	300s（默认 5 分钟）
作用：记录「哪个设备在哪个端口」，是交换机转发依据。

交换机从收到的数据帧中提取【源 MAC 地址】

交换机只学习源 MAC，永远不学目的 MAC！

示例：PC1（MAC1）从 Fa0/1 发帧 → 交换机记录 MAC1 ↔ Fa0/1

提取帧里目的 MAC 地址 ，查询 MAC 地址表：情况① MAC 表存在目的 MAC → 单播转发 只把数据帧从【对应目标端口】发出去，其他端口不转发（隔离流量，交换机优势）

情况② MAC 表找不到目的 MAC → 泛洪（广播转发） 把帧转发到除接收端口以外的所有端口 ⚠️ 注意：接收端口不转发，防止环路！

收到数据帧，源 MAC 和目的 MAC对应同一个端口说明发送方和目标设备在同一个端口下，不需要经过交换机转发，直接丢弃该帧，节省带宽。

MAC 表条目不会永久保存，默认5 分钟（300 秒） 如果超时没有收到来自该 MAC 的数据，交换机自动删除条目；设备重启 MAC 表全部清空。

拓扑：PC1 (Fa0/1) --- 交换机 --- PC2 (Fa0/2)、PC3 (Fa0/3)

PC1 第一次发送数据给 PC2
- 交换机收到帧，学习源 MAC1 → Fa0/1
- 查询 MAC 表：没有 PC2 的 MAC
- 执行泛洪：向 Fa0/2、Fa0/3 转发
PC2 收到数据，回复应答帧给 PC1
- 交换机收到，学习源 MAC2 → Fa0/2
- 查询 MAC 表：找到 MAC1 对应 Fa0/1
- 精准单播转发，只发给 Fa0/1，PC3 收不到流量

自此交换机拥有 PC1、PC2 地址表，后续 PC1 与 PC2 通信不再泛洪

表格

设备	工作层次	转发依据	核心行为	冲突域	广播域
集线器 Hub	物理层	无地址识别	收到信号直接向所有端口广播	所有端口同一冲突域	同一广播域
二层交换机	数据链路层	MAC 地址	精准单播 / 按需泛洪	每个端口独立冲突域	所有端口同一广播域

关键点：交换机分割冲突域，但不能分割广播域；想要分割广播域，需要 VLAN 或者路由器。

ios

复制代码

Switch#show mac-address-table