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1、交换机基本原理软件学院王长征2016-5-20主要内容交换机的基本功能交换机的基本功能交换机的基本功能交换机的基本功能一一一一交换机数据帧转发流程交换机数据帧转发流程交换机数据帧转发流程交换机数据帧转发流程二二二二交换机自学习算法交换机自学习算法交换机自学习算法交换机自学习算法三三三三交换机的基本功能交换机以数据帧为单位进行局域网设备之间的数据存储转发，通常使用双绞线连接计算机、打印机和路由器等设备，组成一个简单的局域网。交换机工作协议层次交换机是局域网互联设备，工作TCP/IP的网络接口层（对应OSI参考模型数据链路层和物理层），数据传输的基本单位是“数据帧”。TCP/IPTCP/IP协议协
2、议栈结构栈结构4012192.168.1.2120025.1144.6284端口端口IPIP地址地址MACMAC地址地址网卡芯片网卡芯片硬件地址硬件地址传输层向应用程序提传输层向应用程序提供的对话管道供的对话管道什么是MAC地址？MAC（Media Access Control）地址，也称为介质访问控制地址, 长度为48bit，即6个字节，具有全球唯一性，固化在网卡芯片只读存储器ROM中；MAC地址的前三个字节定义了机构编号，由IEEE的注册管理委员会RAC负责发放。十六进制表示：十六进制表示：0C-2E-48-00-A1-300C-2E-48-00-A1-30，也可写成，也可写成0C2E.4
3、800.A1300C2E.4800.A130 形式。形式。数据封装层次4012192.168.1.2120025.1144.62848000200.1.1.1Hello！Hello！Hello！4012 8000Hello！4012 8000200.1.1.1192.168.1.212IP数据包数据包校验码校验码0025.1144.62840602.2251.0008目的目的MAC地址地址源源MAC地址地址交换机基本数据处理单位：数据帧MAC地址可以分为单播地址、多播地址和广播地址：单播地址：第一字节最低位为0，如：00-e0-fc-00-00-06多播地址：第一字节最低位为1，如：01-e0
4、-fc-00-00-06广播地址：48位全1，如：ff-ff-ff-ff-ff-ff前导前导SFDSFD目的目的MACMAC 源源MACMAC长度长度DATADATAFCSFCS7 7字节字节 1 1字节字节 6 6字节字节 6 6字节字节 2 2字节字节 最多最多15001500字节字节 4 4字节字节局域网接收站的局域网接收站的MACMAC地址地址数据发送站的数据发送站的MACMAC地址地址数据帧的封装格式数 据 帧物理层MAC层10101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始定界符7 字节1 字节8 字节插入IP层目的地址 源地址类型数 据FCS662
5、4字节46 1500IP 数据报MAC MAC 帧帧主要内容交换机的基本功能交换机的基本功能交换机的基本功能交换机的基本功能一一一一交换机数据转发流程交换机数据转发流程交换机数据转发流程交换机数据转发流程二二二二交换机交换机交换机交换机MACMACMACMAC地址自学算法地址自学算法地址自学算法地址自学算法三三三三交换机数据转发流程E1E1E3E3E4E4A AC CB BD DE2E2MAC地址端口号AE1BE2CE3DE4交换机内存中的交换机内存中的MACMAC映射表映射表交换机数据帧转发规则：交换机数据帧转发规则：v如果数据帧的目的地址在如果数据帧的目的地址在MACMAC映射表中，则转发
6、到相应的端口；映射表中，则转发到相应的端口；v如果数据帧的目的地址不在如果数据帧的目的地址不在MACMAC映射表中，则向所有的端口转发（除映射表中，则向所有的端口转发（除数据帧来的端口）；数据帧来的端口）；v如果数据帧的目的如果数据帧的目的MACMAC地址是广播地址（地址是广播地址（ff-ff-ff-ff-ff-ffff-ff-ff-ff-ff-ff），则），则向所有端口转发（除数据帧来的端口）。向所有端口转发（除数据帧来的端口）。交换机数据转发流程E1E1E3E3E4E4A AC CB BD DE2E2MAC地址端口号BE2DE4交换机内存中的交换机内存中的MACMAC映射表映射表AC:CD
7、ATA目目 源源 数据数据 Step1:Step1:构造数据帧构造数据帧Step2:Step2:以目的地址查表以目的地址查表Step3:Step3:查表失败、广播查表失败、广播ACAB:主要内容交换机的基本功能交换机的基本功能交换机的基本功能交换机的基本功能一一一一交换机数据转发流程交换机数据转发流程交换机数据转发流程交换机数据转发流程二二二二交换机交换机交换机交换机MACMACMACMAC地址自学习算法地址自学习算法地址自学习算法地址自学习算法三三三三交换机MAC地址学习交换机内存中的MAC映射表不是本来就有的，而是交换机在数据帧的转发过程中“学习”来的，交换机MAC地址学习就是建立地址映射
8、表的过程。学习方法：交换机接口接收到数据帧后，从数据帧中提取出源地址，然后查MAC映射表，若表中没有此项，则将源地址添加到表中，记录接收该帧的端口号。MAC地址学习过程MAC映射表映射表0100.2001.11110100.2001.22220100.2001.3333100.2001.4444E1E3E2E4ACBDMACMAC地址地址端口号端口号最初开机时最初开机时MAC地址表是空的，地址表是空的，AC学习过程如下：学习过程如下：Step1：交换机从接口：交换机从接口E1收到收到AC的帧，提取源地址的帧，提取源地址 0100.2001.1111Step2：以源地址查表，表查不到，则添加一行
9、：以源地址查表，表查不到，则添加一行0100.2001.1111E1交换机学习模拟实验交换机学习模拟实验Question 1计算机网卡的MAC地址固化在ROM芯片中，还能修改吗？v不能进行物理修改，但可以利用网卡驱动程序提不能进行物理修改，但可以利用网卡驱动程序提供的功能进行供的功能进行逻辑修改逻辑修改，WindowsWindows系统会用修改好系统会用修改好的新地址进行数据封装。的新地址进行数据封装。逻辑上修改MAC地址修改电脑MAC地址Question 2如何根据MAC地址查找局域网内中毒的计算机？v第一步，使用数据捕获软件找到中毒计算机的第一步，使用数据捕获软件找到中毒计算机的MAC地址
10、；地址；v第二步，登录局域网内交换机管理控制台，查找第二步，登录局域网内交换机管理控制台，查找MAC表，找出该计算机的接入端口；表，找出该计算机的接入端口；v第三步，关闭该端口后，再次进行数据捕获分析，第三步，关闭该端口后，再次进行数据捕获分析，直到问题解决。直到问题解决。学习小结学习小结1. 交换机基本功能工作在数据链路层工作在数据链路层按按MAC表转发帧表转发帧2.交换机帧的封装帧长范围帧长范围641518字节字节=6+6+2+461500+4三种帧类型：单播、多三种帧类型：单播、多播、广播播、广播3.帧的转发过程目的地址查询目的地址查询MAC表表查找失败启用广播查找失败启用广播4.交换机地址学习学习源地址学习源地址按行启用定时器更新按行启用定时器更新
