交换机MAC地址学习与帧过滤原理

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"交换机如何过滤帧-CCNA Module 5-1 交换技术" 本文主要探讨了交换机在过滤和转发数据帧方面的原理,以及与之相关的CCNA(Cisco Certified Network Associate)交换技术知识。内容包括以太网标准、交换机的核心概念,如背板带宽、吞吐量、地址学习、帧的转发/过滤和环路防止,并详细解释了交换机如何学习并建立MAC地址表,以及如何基于这个表进行帧的转发和过滤。 首先,以太网标准的发展历程被提及,从最初的10Mb/s传统以太网,到快速以太网(FE)的100Mb/s,再到千兆以太网(GE)的1000Mb/s,以及万兆以太网(10GE)的10Gb/s。这些标准分别应用于不同的传输介质,如双绞线、光纤等。 交换机的核心性能指标包括背板带宽和吞吐量。背板带宽是指交换机内部接口处理器或接口卡之间能够处理的最大数据量,而吞吐量则表示交换机每秒可以处理的数据包数量,通常以pps(包每秒)为单位。例如,一个千兆端口在包长为64字节时,其理论吞吐量为1.488Mpps。 交换机在学习主机位置的过程中,会构建和维护MAC地址表。初始时,地址表为空,随着网络中数据帧的传输,交换机会记录源MAC地址与入站端口的关系。当接收到新的MAC地址且表已满时,交换机会将最老的条目老化,为新条目腾出空间。MAC地址表条目的老化时间默认为300秒,可以通过配置命令来修改。 在数据帧的转发和过滤过程中,如果交换机知道目标主机的MAC地址,它会直接将帧发送到相应的端口。例如,当交换机A收到主机C的数据帧时,会学习到主机C的MAC地址对应端口E0,并记录在地址表中。之后,当交换机需要转发到C的帧时,只将帧发送到E0端口。相反,如果不知道目标主机位置,交换机会采用广播(泛洪)的方式,将帧发送到所有非源端口。 此外,交换机还具有防止环路的功能,这是通过生成树协议(STP)或其他类似机制实现的,防止在网络中形成循环路径,导致广播风暴和数据包丢失。 交换机通过学习、记录和更新MAC地址表,实现精确的帧转发和过滤,从而优化网络流量,提高效率并避免不必要的广播。这一过程是现代局域网(LAN)高效运行的关键。了解和掌握这些交换技术对于CCNA认证和网络管理至关重要。
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