我們還是拿《從最底層說起——物理層》中的例子說事，同樣是A、B、C、D 4臺(tái)主機(jī)通信，如果把集線器換成二層交換機(jī)，A、B、C、D分別連接到交換機(jī)的1～4號(hào)端口下，這時(shí)4臺(tái)主機(jī)就組成了一個(gè)小的二層局域網(wǎng)，雖然從外觀上看交換機(jī)和集線器幾乎一模一樣，但是主機(jī)間通信的機(jī)制完全不同，畢竟上升了一個(gè)層面，交換機(jī)高大上了許多。
二層交換是根據(jù)MAC地址（物理地址）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的，我們先來介紹一下MAC地址。
每一個(gè)主機(jī)的網(wǎng)卡和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口在出廠時(shí)都預(yù)先分配了一個(gè)MAC地址，MAC地址就像我們的身份證號(hào)，是一個(gè)獨(dú)一無二的標(biāo)識(shí)，從一出生就伴隨你一輩子，一般情況下不會(huì)更改。MAC地址共48個(gè)比特，為了讀寫方便通常用12個(gè)16進(jìn)制數(shù)字來表示，比如00-E0-FC-00-00-06，其中前24位是由國際標(biāo)準(zhǔn)組織IEEE分配給設(shè)備廠商，后24位由廠商自己定義。
校驗(yàn)幾部分組成，我們按照這個(gè)結(jié)構(gòu)去組裝一個(gè)以太網(wǎng)幀。
源地址就是主機(jī)自己的MAC地址，目的地址是對(duì)方目的地址，假設(shè)這是一個(gè)以太網(wǎng)Ⅱ幀，上層是IP協(xié)議的數(shù)據(jù)包，類型值就是0800，然后加上數(shù)據(jù)凈荷，做一個(gè)校驗(yàn)，將FCS結(jié)果添加到最后，這就組裝成一個(gè)完整的以太網(wǎng)幀了，主機(jī)A通過網(wǎng)線將這一幀丟給了交換機(jī)。
在交換機(jī)下的主機(jī)之間要通信，比如A要對(duì)D說話，交換機(jī)是如何根據(jù)MAC地址將A說的話轉(zhuǎn)達(dá)給D的呢？
交換機(jī)收到了A的數(shù)據(jù)之后，先不管你要找誰，首先要看看來者何人，通過查看A發(fā)來數(shù)據(jù)幀的源MAC地址知道了1端口的這個(gè)主機(jī)叫做A，交換機(jī)拿出本子記下了：主機(jī)A—端口1，這時(shí)候形成了他的第一條地址表。
這時(shí)交換機(jī)并不清楚D在哪里，于是他對(duì)除了A之外的3個(gè)端口說：“你們?nèi)蛔⒁饬?，有個(gè)叫A的家伙正在呼叫D，收到請(qǐng)回答?！?/span>
D收到之后一看目的MAC地址，心想：這不是找我的嗎？于是D會(huì)對(duì)交換機(jī)回應(yīng)數(shù)據(jù)包告知：“俺就是你要找的D?！倍渌?/span>B和C兩個(gè)主機(jī)知道此事和自己沒有關(guān)系，就很淡定地直接將數(shù)據(jù)包丟棄，就像什么都沒有發(fā)生過。
交換機(jī)收到D的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，又通過源MAC地址得知了主機(jī)D在4號(hào)端口上，于是交換機(jī)又建立了一條地址表：主機(jī)D—端口4。
圖1 二層交換原理
在二層網(wǎng)絡(luò)里數(shù)據(jù)幀就是這樣到達(dá)目的主機(jī)。目的主機(jī)D對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行FCS校驗(yàn)，如果數(shù)據(jù)有誤就自動(dòng)丟棄；如果無誤，就剝離以太網(wǎng)幀的頭和尾，取出數(shù)據(jù)部分，也就是IP包，交給上一層IP層去處理，就像我們收到信后將信封拆掉取出里面的信一樣，二層看不懂信就交給IP層，IP層能看懂。
這樣A到D就通過交換機(jī)完成了一次通信，在此過程當(dāng)中，交換機(jī)得到了A和D的兩個(gè)MAC地址，下一次發(fā)往A和D的數(shù)據(jù)就不會(huì)再告知天下，而是直接發(fā)到所對(duì)應(yīng)的端口。每個(gè)主機(jī)發(fā)送給交換機(jī)的幀里都有源MAC地址，相當(dāng)于自報(bào)家門，交換機(jī)根據(jù)源MAC地址建立MAC地址表這個(gè)過程叫做學(xué)習(xí)，經(jīng)過了如此這般若干個(gè)回合之后，交換機(jī)對(duì)于其各個(gè)端口和主機(jī)的對(duì)應(yīng)關(guān)系已經(jīng)熟記于心，形成了MAC地址和端口的對(duì)應(yīng)表，也就是完整的MAC地址表。
表一 MAC地址表
交換機(jī)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址查找地址表，決定從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，如果查找不到就廣播給除源端口之外的所有端口，所以廣播這個(gè)問題二層交換機(jī)也沒有解決，交換機(jī)的各個(gè)端口還同屬于一個(gè)廣播域。
交換機(jī)有一定的緩存能力，能夠同時(shí)存儲(chǔ)很多個(gè)主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)候大家一起說話都沒關(guān)系，交換機(jī)都能夠一一地緩存起來，即便鏈路繁忙，交換機(jī)會(huì)在鏈路空閑時(shí)將信息轉(zhuǎn)發(fā)出去，如此一來ABCD之間便沒有了沖突。所以，交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了沖突域的隔離。
二層交換的方式被形象的稱作“通信基本靠吼”，二層交換在規(guī)模較小的局域網(wǎng)中非常適合，但是如果網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)非常多，這樣的機(jī)制就有了很大的問題。主機(jī)頻繁廣播就會(huì)過多占用帶寬資源，造成帶寬的浪費(fèi)。如果大喇叭不停地在辦公室里喊，誰是張三有人找，誰是李四來一趟，大家一定會(huì)覺得太擾民。
而且公司大了，人員流動(dòng)性也很大，人員的大量變動(dòng)對(duì)交換機(jī)來說都要一一地去學(xué)習(xí)，交換機(jī)表示壓力很大。
圖2 二層交換的局限性
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