以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸原理是這樣的

首先我們來回顧一下路由的基本概念，什么是路由?所謂路由就是當(dāng)一臺(tái)路由器(或其他三層設(shè)備)收到一個(gè)IP數(shù)據(jù)包時(shí)，路由器查看IP數(shù)據(jù)包的IP頭部，將IP頭部中的目的IP地址拿到路由表中進(jìn)行查找，找到匹配的條目后，依照條目所指示的下一跳IP地址及出接口信息將數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

這時(shí)候我們說，連接在這臺(tái)交換機(jī)上的PC，都屬于一個(gè)LAN。這些PC都擁有同一個(gè)網(wǎng)段的IP地址，同時(shí)也處于同一個(gè)廣播域中，所謂的一個(gè)廣播域，指的是一個(gè)廣播數(shù)據(jù)幀所能泛洪的范圍，舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，那就是PC1發(fā)送一個(gè)廣播幀，接在交換機(jī)上的所有的PC都會(huì)收到這個(gè)廣播數(shù)據(jù)幀并且都要去分析這個(gè)報(bào)文(即使它可能并不需要這個(gè)數(shù)據(jù)并且最終將收到的數(shù)據(jù)幀丟棄，但check數(shù)據(jù)是否是發(fā)送給自己的這一過程仍然會(huì)消耗設(shè)備資源)。

現(xiàn)在我們來分析一下，PC1發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包給PC4時(shí)，都發(fā)生了什么。

1.PC1構(gòu)造IP數(shù)據(jù)包，IP報(bào)文頭部里的源IP地址為自己的IP也就是IP1，目的IP地址為IP2。

上述IP數(shù)據(jù)包為了能夠在以太網(wǎng)環(huán)境中去傳輸，還需要封裝上一個(gè)以太網(wǎng)的頭部。在以太網(wǎng)頭部中源MAC地址為MAC1，目的MAC地址為MAC2(這里我們暫且忽略ARP的過程)。

2.這個(gè)數(shù)據(jù)幀發(fā)送到了PC1所連接的交換機(jī)上。我們知道路由器都維護(hù)一張路由表，用于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，而交換機(jī)在做數(shù)據(jù)交換的時(shí)候依據(jù)的是MAC地址表。在初始情況下，交換機(jī)的MAC表是空的。那么當(dāng)交換機(jī)收到PC-A發(fā)送出來的這個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，它首先將數(shù)據(jù)幀的以太網(wǎng)頭部中的源MAC地址學(xué)習(xí)到MAC地址表，并與收到該數(shù)據(jù)幀的接口及VLAN進(jìn)行關(guān)聯(lián)。如下圖：

3.接下去交換機(jī)會(huì)拿著這個(gè)數(shù)據(jù)幀的以太網(wǎng)頭部中目的MAC地址，到MAC地址表中去查詢。由于此時(shí)MAC地址表中，并沒有匹配MAC2這個(gè)地址的條目，因此交換機(jī)將對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行泛洪Flooding，所謂泛洪就是將這個(gè)數(shù)據(jù)幀從除了收到它的接口之外的所有其他接口都發(fā)一份拷貝。這樣做的目的事實(shí)上是：“哥不知道你在哪，哥索性就全都發(fā)一份，愛誰誰”。

4.連接在該臺(tái)交換機(jī)上的其他PC都能收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀，但是除了PC2之外的其他PC在收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀之后，將bit流成幀并查看以太網(wǎng)頭部的目的MAC，發(fā)現(xiàn)該MAC與本機(jī)的MAC并不一致，因此判斷這個(gè)數(shù)據(jù)幀并非發(fā)送給自己，于是丟棄。

而PC2在收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀并查看目的MAC發(fā)現(xiàn)，這個(gè)數(shù)據(jù)幀的目的MAC與自己的MAC是相同的，因此判斷這個(gè)數(shù)據(jù)幀是發(fā)送給自己的，于是進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后將以太網(wǎng)頭部解封裝，將內(nèi)層的IP數(shù)據(jù)將給IP協(xié)議棧去處理，進(jìn)一步查看IP頭部，發(fā)現(xiàn)IP頭部中的目的IP地址就是本機(jī)的IP，于是將IP頭部解封裝，將內(nèi)層的payload將給上層協(xié)議處理。如此一來PC1發(fā)送給PC2的數(shù)據(jù)就完成了單向的傳輸。對(duì)于交換機(jī)而言，MAC地址表里就有了一個(gè)條目。

現(xiàn)在，PC2要回送數(shù)據(jù)給PC1，數(shù)據(jù)的構(gòu)造如下圖所示：

5.交換機(jī)在收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀后，首先是查看數(shù)據(jù)幀以太網(wǎng)頭部的源MAC地址，將該MAC地址學(xué)習(xí)到MAC地址表中，并關(guān)聯(lián)到接收該數(shù)據(jù)幀的接口24。

6.接下去交換機(jī)拿著數(shù)據(jù)幀以太網(wǎng)頭部中的目的MAC到自己的MAC地址表里去查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MAC1這個(gè)目的MAC地址在MAC地址表中是有一條匹配表項(xiàng)的，并且關(guān)聯(lián)到接口1，于是交換機(jī)將這個(gè)數(shù)據(jù)幀交換到接口1。這就是所謂的交換(switching)。

這個(gè)數(shù)據(jù)幀最終被PC-A接收到，這就完成了一個(gè)在以太網(wǎng)環(huán)境中的數(shù)據(jù)交互過程。

小結(jié)一下：所謂的以太網(wǎng)環(huán)境中的二層交換(lay2-switching)，就是指的當(dāng)一臺(tái)二層交換機(jī)收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，分析數(shù)據(jù)幀頭部的目的MAC地址，拿著MAC地址去MAC地址表中進(jìn)行查找，如果有匹配項(xiàng)，則將數(shù)據(jù)幀從該匹配項(xiàng)所關(guān)聯(lián)的接口換出去，如果沒有匹配項(xiàng)，則將數(shù)據(jù)幀進(jìn)行泛洪。所以：以太網(wǎng)二層交換是基于數(shù)據(jù)幀的幀頭中的目的MAC地址進(jìn)行查找的;

查找的是MAC地址表。

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