介绍
本节介绍交换机的帧转发技术、MAC地址表的维护方法、三种帧转发方式、冲突域和广播域。
更多信息
帧转发：
网络和电信中的交换概念
以太网上的帧包含源 MAC 地址和目标 MAC 地址。交换机从源设备接收帧，并迅速将其发送到目的地址。切换的基本概念是指根据两个标准做出决策的设备：
·入口端口
·目的地地址
术语入口用于描述帧通过特定端口进入设备，出口用于描述设备通过特定端口离开设备。当交换机做出转发决定时，它基于消息的传入端口和目标地址。
LAN 交换机维护一个表，通过该表决定如何转发流量。LAN 交换机唯一的智能部分是使用此表根据消息的入口端口和目标地址转发消息。LAN 交换机只有一个主交换表，用于定义地址和端口；因此，无论传入端口如何，具有相同目标地址的消息总是离开相同的出口。
MAC地址表动态更新
为了让交换机知道使用哪个端口来传输帧，它必须首先了解每个端口上有哪些设备。当交换机了解端口和设备之间的关系时，它会建立一个 MAC 地址表或内容可寻址寄存器 (CAM)。CAM 是一种特定类型的存储器，用于高速查找应用程序。交换机将连接到其端口的设备的 MAC 地址记录到 MAC 表中，然后使用表中的信息将帧发送到已分配端口的输出端口设备。
记住交换机操作模式的一个简单词：交换机学习“源地址”并根据“目标地址”进行转发。当一帧进入交换机时，交换机“学习”接收到的帧的源MAC地址，并将这个地址加入MAC地址表，或者刷新已有MAC地址表项的老化寄存器；如果后续的报文都是以这个MAC地址为目的地的，那么就可以按照这个表项进行转发。转发帧时，交换机会检查目的 MAC 地址，并将其与 MAC 地址表中的地址进行比较。如果地址在表中，则转发到表中MAC地址对应的端口。如果在表中没有找到目的MAC地址，交换机将转发到除入端口之外的所有端口进行泛洪。
以下步骤描述了如何更新 MAC 地址表：
1.交换机在端口 1 上收到来自 PC 1 的帧。
2.交换机检查源MAC地址并与MAC地址表进行比较。
· 如果地址不在表中，则交换机将PC 1的源MAC地址与MAC地址表中的入端口（端口1）.
· 如果源地址的MAC地址表项已经存在，则交换机复位老化定时器。通常一个条目将保留 5 分钟。
3.交换机记录源地址信息后，查看目的地址
• 如果目标 MAC 地址不在条目中，或者它是广播 MAC 地址，则交换机会将帧泛洪到除入口端口之外的所有端口。
4.目标设备（PC 3）返回目标地址为 PC 1 的单播帧。
5.在交换机地址表中输入PC 3的源MAC地址和入端口的端口号。在条目中找到帧的目标地址和关联的输出端口。
6.交换机现在可以在源设备和目标设备之间传递帧而不会泛滥，因为地址表已经有一个指定相关端口的条目。
切换转发模式：
存储转发
在存储转发模式下运行的交换机应将整个数据帧读入内存并在发送信息之前检查其正确性。虽然这种方法比直通方法更耗时，但这种方法存储和转发数据，从而保证了其准确性。由于在存储转发模式下运行的交换机不会传播错误数据，因此它们更适用于大型 LAN。存储转发模式与直通模式的不同之处在于两个主要特征：
错误控制：
使用存储转发技术的交换机对输入帧执行错误控制。在入口端口接收到一个完整的帧后，交换机将数据报最后一个字段的帧校验序列（FCS）与自己的FCS进行比较。FCS 验证过程用于帮助确保帧没有物理和数据链路错误，如果帧被正确验证，则交换机将其转发。否则，丢弃。
自动缓存：
存储转发交换机通过进入端口缓冲区支持不同以太网速度的混合连接。例如，如果接收到以 1Gb/s 速率发送的帧并转发到 100M 以太网端口，则需要使用存储转发的方法。当传入和传出端口速率不匹配时，交换机将整个帧放入缓冲区，计算 FCS 检查，并在发送帧之前将帧转发到传出缓冲区。
Cisco 的主要交换方法是存储转发交换。
直通式
直通交换的一个优点是它比存储转发技术更快。处于直通模式的交换机将读取帧头并在接收整个数据包之前决定将数据发送到哪个端口。无需缓存数据，也无需检查数据的完整性。这种切换方式有两个特点：快速帧转发和无效帧处理。
快速帧转发：
如下图所示，一旦交换机在MAC地址表中找到目的MAC地址交换机有哪些转发方式，就会立即做出转发决策。在做出转发决定之前，无需等待剩余的帧进入端口。
使用直通的交换机能够快速决定是否有必要检查帧头的更多部分以进行额外的过滤。例如，交换机可以检查前 14 个字节（源 MAC 地址、目标 MAC 和以太网类型字段）并检查接下来的 40 个字节以了解 IPv4 第 3 层和第 4 层相关功能。
无效帧处理：
直通开关不会丢弃大多数无效帧。错误帧被转发到其他网段。如果网络中存在高错误率（无效帧），直通交换会对带宽产生不利影响，损坏和无效帧会导致带宽拥塞。在拥塞情况下交换机有哪些转发方式，此类交换机必须像存储转发交换机一样进行缓存。
无片段
无片段转发是一种改进的直通模式。交换机在转发前检查帧是否大于 64 字节（如果小于则丢弃），以确保没有碎片帧。非分段方法比直通方法具有更好的错误检测，而不会实际增加延迟。更适合高性能计算应用，即进程间延迟小于10毫秒的应用场景。
切换域：
对交换机来说比较容易混淆的两个术语是冲突域和广播域。本段描述了影响 LAN 性能的两个重要概念。
碰撞域
共享同一网段的设备称为冲突域。由于网段内的两个或多个设备同时尝试通信，可能会发生冲突。使用在数据链路层运行的交换机可以隔离每个网段的冲突域，并减少竞争带宽的设备数量。交换机的每个端口都是一个新的网段，因为插入端口的设备之间不存在竞争。结果是每个端口代表一个新的冲突域。一个网段上的设备可以使用更多的带宽，冲突域内的冲突不会影响其他网段，也称为微网段。
如下图所示，每个交换机端口都连接着一个主机，每个交换机端口代表一个隔离的冲突域。
广播域
尽管交换机通过 MAC 地址过滤大多数帧，但它们不过滤广播帧。局域网上的交换机收到广播包后，必须泛洪所有端口。一组相互连接的交换机形成一个广播域。路由器等网络层设备可以隔离二层广播域。路由器可以隔离冲突域和广播域。
当设备发送二层广播报文时，帧中的目的MAC地址被设置为一个完整的二进制数，广播域中的所有设备都会收到该帧。二层广播域也称为 MAC 广播域。MAC 广播域包含局域网上所有接收到广播帧的设备。当广播通信较多时，可能会出现广播风暴。尤其是在不同速率的网段中，高速网段产生的广播流量可能会导致低速网段的严重拥塞甚至崩溃。
