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1、交换机基本原理交换机基本原理软件学院软件学院王长征王长征2016-5-202/222/22主要内容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三三三三3/223/22交换机的基本功能交换机的基本功能v交换机以交换机以数据帧数据帧为单位进行局域网设备之间的数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。机和
2、路由器等设备，组成一个简单的局域网。4/224/22交换机工作协议层次交换机工作协议层次v交换机是局域网互联设备，工作交换机是局域网互联设备，工作TCP/IPTCP/IP的网络接的网络接口层（对应口层（对应OSIOSI参考模型数据链路层和物理层），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传输的基本单位是“数据帧数据帧”。TCP/IPTCP/IP协议协议栈结构栈结构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5/225/22什么是
3、什么是MACMAC地址？地址？vMACMAC（Media Access ControlMedia Access Control）地址，也称为地址，也称为介质访问控制地介质访问控制地址址, , 长度为长度为48bit48bit，即，即6 6个字节，个字节，具有全球具有全球唯一唯一性，固化在网卡性，固化在网卡芯片只读存储器芯片只读存储器ROMROM中；中；vMACMAC地址的前三个字节定义了机地址的前三个字节定义了机构编号，由构编号，由IEEEIEEE的注册管理委的注册管理委员会员会RACRAC负责发放。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
4、-A1-30，也可写成，也可写成 形形式。式。6/226/22数据封装层次数据封装层次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7/227/22交换机基本数据处理单位：数据帧交换机基本数据处理单位：数据帧MACMAC地址可以分为地址可以分为单播地址单播地址、多播地址多播地址和和广播地址广播地址：v单播
5、地址：第一字节最低位为单播地址：第一字节最低位为0 0，如：，如：0 00 0-e0-fc-00-00-06-e0-fc-00-00-06v多播地址：第一字节最低位为多播地址：第一字节最低位为1 1，如：，如：0 01 1-e0-fc-00-00-06-e0-fc-00-00-06v广播地址：广播地址：4848位全位全1 1，如：，如：ff-ff-ff-ff-ff-ffff-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150015
6、00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8/228/22数据帧的封装格式数据帧的封装格式数 据 帧物理层MAC层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FCS6624字节46 1500IP 数据报MAC MAC 帧帧9/229/22主要内容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
7、算法地址自学算法三三三三10/2210/22交换机数据转发流程交换机数据转发流程E1E1E3E3E4E4A AC CB BD DE2E2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
8、-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）。11/2211/22交换机数据转发流程交换机数据转发流程E1E1E3E3E4E4A AC CB BD DE2E2交换机内存中的交换机内存中的MACMAC映射表映射表AC:CDATA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:12/2212/22主要内容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
9、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三三三三13/2213/22交换机交换机MACMAC地址学习地址学习v交换机内存中的交换机内存中的MACMAC映射表不是本来就有的，而是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交换机在数据帧的转发过程中“学习学习”来的，交来的，交换机换机MACMAC地址学习就是地址学习就是建立地址映射表的过程建立地址映射表的过程。v学习方法：交换机接口接收到数据帧后，从数据学习方法：交换机接口接收到数据帧后
10、，从数据帧中提取出帧中提取出源地址源地址，然后查，然后查MACMAC映射表，若表中没映射表，若表中没有此项，则将源地址添加到表中，记录接收该帧有此项，则将源地址添加到表中，记录接收该帧的端口号。的端口号。14/2214/22MACMAC地址学习过程地址学习过程MAC映射表映射表E1E3E2E4ACBD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 Step2：以源地址查表，表查不到，则添加一行：以源地址查表，表查不到，则添加一行0100.2001.1111E115/22
11、15/22交换机学习模拟实验交换机学习模拟实验16/2216/22交换机学习模拟实验交换机学习模拟实验17/2217/22Question 1v计算机网卡的计算机网卡的MACMAC地址固化在地址固化在ROMROM芯片中，还能修芯片中，还能修改吗？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。18/2218/22逻辑上修改逻辑上修改MACMAC地址地址v修改电脑修改电脑MACMAC地址地址19/2219/22Q
12、uestion 2v如何根据如何根据MAC地址查找局域网内中毒的计算机？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；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。20/2220/22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
