01
交换机工作原理
以太网交换机，在不做特别说明的情况下，一般指的是二层交换机。这种设备工作在OSI参考模型的第二层。依靠二层消息中的源和目标转发数据，可以提供多个接口，让各种设备互相连接起来。
交换机主要有三个功能
地址学习
帧的转发和过滤
环路防止
地址学习
首先在刚开机时，MAC地址表是空的。交换机依靠这张表转发数据。可是在刚开机时，这张表里没有任何信息。这里以思科的设备为例。在设备上使用show mac address-table查看mac地址表
这张表根据设备的不同，存储条目的上限也有不同。交换机学习mac地址的过程如下：
假设主机A发送数据帧给主机C。会带着自己的源mac地址发送数据。这里先不管目标mac是多少，交换机会先从E0接口学习到一个条目。那就是E0接口连接的设备mac地址是0260.8c01.1111.这是由源地址学习过来的。那么交换机上的mac表这时会多一个条目，变成如下所示的样子。
但是这个时候给C的消息由于mac表中依然没有对应C的条目，所以这个时候交换机会做一个操作叫做泛洪。泛洪是指，当交换机收到未知的单播帧（目标mac地址在mac表中没有对应条目）时，将会把这个数据发送给除了收到这个帧的接口的所有接口，在图中，交换机会将从E0收到的未知单播帧发给E1，E2，E3。这样一来C一定会收到这个消息。C在回复A的时候由于之前已经记录过一次MAC地址，所以回复的帧不会泛洪，并且同时可以由E2学习到C的MAC地址。
帧的过滤
02
VLAN
由于交换机在不做任何配置的情况下，收到广播会往所有接口转发，这样一来，广播域的范围便是整个交换机本身。会带来不便与管理和安全隐患。所以人们希望能够通过某种技术在交换机上逻辑地分隔广播范围。VLAN技术便应运而生了。
一个VLAN中的所有设备都是在同一广播域内，不同VLAN为不同的广播域。
VLAN之间相互隔离，广播不能跨越VLAN传播，所以不同的VLAN之间的设备一般需要通过三层设备实现互相通信
一个VLAN一般就是一个子网。
VLAN的成员大多数是基于端口划分的。划分VLAN就是对交换机的端口划分。
VLAN工作在二层
VLAN工作原理
交换机内部的数据一律带有VLAN Tag，当一个数据进入交换机端口时，如果没有带VLAN Tag，且该端口配置了PVID（Port VLAN ID）那么该数据就会被标记上端口的PVID。如果该数据已经带了VLAN Tag，那么即使该端口已经配置了PVID，交换机也不会再给数据帧标记VLAN Tag.PVID是指“端口缺省ID”的意思。
交换机端口类型一共有三种，由于端口类型不同所以对帧的处理过程也不同。
1.Access端口处理帧的流程：
1） 收到一个二层帧
2） 判断该帧有没有VLAN tag
没有，则标记上Access端口的PVID，进行第三步
有Tag，则比较该Tag和端口的PVID是否一致。若一致，进行第三步，否则丢弃。
3） 根据帧的目标MAC地址和VLAN ID查找VLAN配置信息，决定从哪个端口把帧发送出去。
4） 交换机根据查到的出接口发送帧。
当数据从access接口发出时，交换机先剥离VLAN Tag。然后再发送出去。
当数据帧从Trunk接口发出时，直接发送帧。
当数据从Hybrid接口发出时，交换机先判断VLAN在本端口的属性时Untag还是Tag。如果是Untag，则剥离VLAN Tag之后再发送，如果是Tag，则直接发送帧。
2.Trunk端口处理帧的过程
1） 收到一个二层帧。
2） 判断帧是否有VLAN Tag。
没有Tag，则标记上Trunk端口的PVID，进行下一步处理。
有Tag，则判断该trunk接口是否允许该Tag通过，允许则进行下一步处理，否则丢弃。
3） 二层交换机根据目标MAC和VLAN ID，查找VLAN信息并把帧转发出去。
4） 交换机根据查到的出接口转发数据帧。
当数据从access接口发出时，先剥离VLAN tag 再发送出去。
当数据从trunk接口发出时，直接发送帧。
当数据从hybird接口发出时，交换机先判断该接口的属性时tag还是untag。如果是tag则直接发送，如果是untag则剥离标签后再发送。
03
Native Vlan
在802.1q中，Native Vlan是不打标签的Vlan。默认的Native Vlan是Vlan1。建议将一个生僻的Vlan设置为Native Vlan。两个互联的交换机的Native Vlan必须一致。否则将会出现流量互串的问题。
如上图，首先两边的vlan2互相通信肯定是没有问题的，但是当vlan3，vlan4通信时就会出现问题了。首先假设vlan3的用户发送一个数据，到了左边交换机的trunk接口，发现vlan3时native vlan 不打标签，就直接出去了。到了右边的交换机，由于native vlan为4，右边的交换机会认为这个流量属于vlan4。
本期技术课堂就到这里结束啦，更多干货请点击下方延伸阅读！
Get到交换机的三个重要前提，期待下篇更多的精彩哦~
本文作者：Lee Xu
HCIE-R&S、CCIE-R&S
擅长路由交换、安全、无线等技术
湖北省职业院校计算机网络赛项获奖指导老师
主要技术方向Cisco和Huawei
讲授课程:HCIE、CCNA、CCNP、HCNA、HCNP等
