以太网二层交换原理

以太网二层交换原理
二层交换设备工作在OSI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。
二层交换设备不同的接口发送和接收数据独立，各接口属于不同的冲突域，因此有效地隔离了网络中物理层冲突域，使得通过它互连的主机（或网络）之间不必再担心流量大小对于数据发送冲突的影响。
二层交换设备通过解析和学习以太网帧的源MAC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表），通过其目的MAC来查找MAC表决定向哪个接口转发，基本流程如下：
二层交换设备收到以太网帧，将其源MAC与接收接口的对应关系写入MAC表，作为以后的二层转发依据。如果MAC表中已有相同表项，那么就刷新该表项的老化时间。
MAC表表项采取一定的老化更新机制，老化时间内未得到刷新的表项将被删除掉。
根据以太网帧的目的MAC去查找MAC表，如果没有找到匹配表项，那么向所有接口转发（报文的入接口除外）；如果目的MAC是广播地址，那么向所有接口转发（报文的入接口除外）；如果能够找到匹配表项，则向表项所示的对应接口转发。
从上述流程可以看出，二层交换通过维护MAC表以及根据目的MAC查表转发，有效的利用了网络带宽，改善了网络性能。


图1 二层交换示例
上图1是一个二层交换的示例。 
上图PC A启动后，网卡会发送带有PCA MAC地址的数据包到交换机，交换机是从port1收到的PC A的MAC地址，然后将MAC和端口记录在FDB表里，同样会依据此规则记录PC C和PC B。如果PC A 要与PC C 通信，则交换机根据FDB查找相应的端口转发数据到该PC。详细过程可见后面三层交换原理。
二层交换设备虽然能够隔离冲突域，但是它并不能有效的划分广播域。因为从前面介绍的二层交换设备转发流程可以看出，广播报文以及目的MAC查找失败的报文会向除报文的入接口之外的其它所有接口转发，当网络中的主机数量增多时，这种情况会消耗大量的网络带宽，并且在安全性方面也带来一系列问题。
当然，通过路由器来隔离广播域是一个办法，但是由于路由器的高成本以及转发性能低的特点使得这一方法应用有限。基于这些情况，二层交换中出现了VLAN技术。