Switch的工作原理

一、协议是什么，为什么要有协议，LAN协议有哪些，WAN协议有哪些？

协议 Protocol

局域网协议（LAN）Ethernet协议，规定了数据收发的规则，Token Ring、FDDI；

广域网协议（WAN）HDLC、PPP、Frame-Relay。

Ethernet协议由于双绞线的传输距离过短，所以早期只适用于LAN中，相对于当时WAN中Serial线缆支持几公里的传输距离，Ethernet得不到很好的发展。

• 随着交换机的出现，Ethernet协议从集线器时代支持的10M带宽变成支持上百万M带宽，支持带宽吊打当时其他所有协议；

• 同时Ethernet协议开始支持同轴电缆、光纤线缆，支持超长距离的数据传输，秒杀Serial线。

自此开始WAN和LAN的区别逐渐淡化，Ethernet协议脱颖而出。

二、Ethernet协议定义了哪些东西？

1、通信规则：收发数据的规则

• CSMA/CD，半双工链路时；
• *通信，全双工链路时。

2、节点标识符 MAC （介质访问控制地址/硬件地址/烧录地址/物理地址）

存储于ROM中，48bit，6Byte，IANA专门出售各种标识符的组织。前24bit称为OUI（组织唯一标识符）2²⁴

个用来标识生产厂商的标识符，后24位

MAC地址是一个二层地址，Ethernet协议也是一个二层协议，MAC地址只能作为一个网络内的身份地址信息，网络间的身份地址信息需要三层或以上的信息才行。

3、二层数据帧： Ethernet2 | IPv4 | TCP | HTTP | FCS

​ 二层帧头 网络层报头 传输层报头 载荷数据 二层帧尾

Ethernet2中包含的数据：DMAC SMAC Type

其中Type是用来决定三层使用什么封装协议的，0800=IPv4，0806=ARP等等。

二层数据帧尾，用来判断数据是否完整，通过CRC校验算法，得到数据帧的乱码，传输过程中碰到的网络设备都会比较FCS中的乱码，对数据帧再次进行CRC校验，如果确认乱码一致，说明数据是完整的，继续保存转发。

三、MAC地址和IP地址有什么关系，为什么需要多个地址？

四、交换机的控制层面和数据层面工作原理

思科的所有交换机产品都是通过Catalyst生产的。

Switch有下联接口（双绞线连接）、级联接口（光纤连接），例如24口交换机，指的是有24个下联接口，2个级联接口的交换机。一般下联接口与级联接口的数量比和支持带宽比分别为10：1和1：10。

交换机能够读懂MAC地址信息、Type和FCS。

发送数据时，交换机会先查询CAM表（内容可寻址存储器），一般是基于ASIC芯片来调用，硬件转发（线速转发）几乎零延迟。

控制层面 Control Plane

交换机是如何得知一个网络范围的主机是和自身如何连接的，保存于CAM表中，也称MAC地址表，会记录：

• 交换机的哪个接口；

• 主机的MAC地址；

• 该主机属于哪个VLAN。

可以通过静态指定MAC地址表项的方式填充MAC地址表，比较麻烦，不灵活；

动态MAC地址表项的学习，交换机默认开启，交换机通过一个接口收到一个数据后，会认为数据的发送者就连在该接口。

Aging Timer 老化计时器 默认300s。

数据层面 Data Plane

当交换机实际收到一个数据的时候，如何判断数据去往哪里，如何查表确定怎么转发这个数据：

• 当不知道目的MAC地址位置的时候，交换机会采取泛洪的方式来转发数据；

• 如果知道目的MAC地址位置的时候，交换机会采取精确转发的方式转发数据；

• 如果目的MAC地址和源MAC地址相同时，交换机会精确丢弃。

五、IPv4领域的3大流量类型在交换网络中的转发特点

TCP/IP协议栈下IPv4规定的流量类型分为：

1、单播 Unicast 一对一 安全性

2、组播 Multicast 一对多 源地址为单播地址 | 目的地址为组播地址，没有强制性，分布性

3、广播 Broadcast 一对所有 一个范围内的一对所有 强制性，

广播域。