一、以太网交换基础
1.以太网协议介绍
定义：以太网是当今现有局域网（Local Area Network, LAN）采用的最通用的通信协议标准，该标准定 义了在局域网中采用的电缆类型和信号处理方法。
以太网是建立在CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，载波监听多路访 问/冲突检测)机制上的广播型网络
2.冲突域
冲突域是指连接在同一共享介质上的所有节点的集合，冲突域内所有节点竞争同一带宽，一个节 点发出的报文（无论是单播、组播、广播），其余节点都可以收到。
3.广播域
广播报文所能到达的整个访问范围称为二层广播域，简称广播域，同一广播域内的主机都能收到 广播报文。 全1MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF为广播地址
4.以太网卡
网络接口卡 (Network Interface Card, NIC)也称为“网卡”，是计算机、交换机、路由器等网络 设备与外部网络世界相连的关键部件。我们所说的交换机也均为以太网交换机，则交换机上每个转发数据的网口所使用的网卡都 是以太网卡。
二、以太网帧介绍
1.以太网帧格式：
以太网技术所使用的帧称为以太网帧 (Ethernet Frame)，或简称以太帧。 以太帧的格式有两个标准：Ethernet_II格式和IEEE 802.3格式。
2.什么是MAC地址
MAC (Media Access Control)地址在网络中唯一标识一个网卡，每个网卡都需要并拥有唯一的一 个MAC地址。 一块网卡的MAC地址是具有全球唯一性的。MAC地址是在IEEE 802标准中定义并规范的，凡是符合IEEE 802标准的以太网卡，都必须 拥有一个MAC地址，用MAC地址来定义网络设备的位置。不同的网卡，MAC地址也不同。
3.IP地址 & MAC地址
每个以太网设备在出厂时都有一个唯一的MAC地址，那为什么还需要为每台主机再分配一 个IP地址呢？
▫ IP地址是根据网络的拓朴结构分配的，MAC地址是根据制造商分配的，若路由选择建 立在设备制造商的基础上，这种方案是不可行的。
▫ 当存在两层地址寻址时，设备更灵活，易于移动和维修。
MAC地址表示：一个MAC地址有48 bit，6 Byte， MAC地址通常采用“十六进制”+“-”表示。
局域网上的帧可以通过三种方式发送：
1.第一种是单播，指从单一的源端发送到单一的目的端。
2.第二种发送方式是广播，表示帧从单一的源发送到共享以太网上的所有主机。
3.第三种发送方式为组播，组播比广播更加高效。
三、以太网交换机介绍
1.园区网典型架构
一个典型的园区数据网络由路由器、交换机、防火墙等设备构成，通常会采用多层架构， 包括：接入层、汇聚层、核心层和出口层。
2.以太网交换机
以太网二层交换机
在园区网络中，交换机一般来说是距离终端用户最近的设备，用于终端接入园区网， 接入层的交换机一般为二层交换机。二层交换设备工作在TCP/IP对等模型的第二层，即数据链路层，它对数据包的转发是 建立在MAC（Media Access Control ）地址基础之上的。
以太网三层交换机：
不同局域网之间的网络互通需要由路由器来完成。随着数据通信网络范围的不断扩大， 网络业务的不断丰富，网络间互访的需求越来越大，而路由器由于自身成本高、转发 性能低、接口数量少等特点无法很好的满足网络发展的需求。因此出现了三层交换机 这样一种能实现高速三层转发的设备。
3.交换机的工作原理
二层交换机工作在数据链路层，它对数据帧的转发是建立在MAC地址基础之上的。交换机 不同的接口发送和接收数据是独立的，各接口属于不同的冲突域，因此有效地隔离了网络 中的冲突域。
二层交换设备通过学习以太网数据帧的源MAC地址来维护MAC地址与接口的对应关系（保 存MAC与接口对应关系的表称为MAC地址表），通过其目的MAC地址来查找MAC地址表决 定向哪个接口转发。
4.MAC地址表
每台交换机中都有一个MAC地址表，存放了MAC地址与交换机端口编号之间的映射关系。
5.交换机的3种数据帧处理行为
交换机对于从传输介质进入某一端口的帧的处理行为一共有3种：
▫ 泛洪：交换机把从某一端口进来的帧通过所有其它的端口转发出去（注意，“所有其 它的端口”是指除了这个帧进入交换机的那个端口以外的所有端口）。
▫ 转发：交换机把从某一端口进来的帧通过另一个端口转发出去（注意，“另一个端口” 不能是这个帧进入交换机的那个端口）。
▫ 丢弃：交换机把从某一端口进来的帧直接丢弃。
四、同网段数据通信全过程
数据封装过程：主机1在发送数据报文前，需要先进行报文封装，包括源目IP地址、源目MAC地址等
初始状态：主机1为了进行报文封装，会查本地的ARP缓存表。初始状态下，主机1的ARP缓存是空的。而刚上电的交换机，初始状态下，交换机的MAC地址表也是空的。
泛洪数据帧：主机1发送ARP请求报文，请求目的MAC地址。 交换机收到数据帧后，直接向所有非接收端口泛洪该数据帧
学习MAC地址 ：交换机将收到的数据帧的源MAC地址和对应端口记录到MAC地址表中。
目标主机回复 ：主机2收到ARP请求报文后，会进行相应的处理，并发送ARP响应报文，回复主机1。
交换机收到的数据帧后查MAC地址表，发现有对应表项，则向对应端口转发该数据帧；并 且交换机将收到的数据帧的源MAC地址和对应端口记录到MAC地址表中。
最终，主机1收到主机2的ARP响应报文后，就会将对应的IP地址和MAC地址记录到自己的 ARP缓存中，并封装自己的报文，访问主机2。