一、交换机的基本原理

交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域

MAC地址

（1）计算机联网必须的硬件是安装在计算机上的网卡

（2）通信中，用来标识主机身份的地址就是制作在网卡上的一个硬件地址。每块网卡在生产出来后，都有一个全球唯一的编号来标识自己，这个地址就是MAC地址，即网卡的物理地址

（3）MAC地址由48位二进制数组成，通常分成六段，用16进制表示，其中前24位是生产厂商向IEEE申请的厂商编号，后24位是网络接口卡序列号

（4）MAC地址的第8位为0时，表示该MAC地址为单播地址；为1时，表示该MAC地址为组播MAC地址。

（5）单播的发送方式为一对一，即一台主机发送的数据只发送给另一台主机。

（6）广播方式为一对多，即一台主机发送一个数据，在这个网段的所有主机都能收到

（7）组播方式介于单播和广播之间，也是一对多，但接收者不是网段上的全体成员，而是一个特定的组的成员。

以太网帧格式

类型	用途
目的地址（DA）	标识了帧的目的站点的MAC地址
源地址（SA）	标识了发送帧的站点的MAC地址
类型	标识上层协议的类型
数据	用来标识上层协议的类型
帧校验序列（FCS）	是从DA开始到数据域结束这部分的校验和。校验和的算法是32位的循环冗余校验法（CRC）

交换机的工作原理

PC1想与PC2通信，过程如下：

1.MAC地址学习：PC1发送数据帧（源MAC为PC1，目的MAC为PC2）到交换机f0/1接口，交换机先查询MAC地址表，若地址表中无数据帧的源MAC地址，它会将接口与数据帧的源MAC地址对应，并记录到地址表中。

2.广播未知数据帧：如果交换机没在MAC地址表中找到数据帧目的地址对应的条目，那么就无法转发该数据帧，此时，它会向全网广播，除了f0/1接口外所有接口都将收到这个数据帧。

3.接收方回应：PC2收到数据帧后，发现目的地址为它本身，会回复交换机一个数据帧（源MAC为PC2，目的MAC为PC1），交换机通过PC2连接的接口f0/2收到数据帧后，将PC2的MAC地址与f0/2接口对应后，记录在MAC地址表中。

4.交换机实现单播通信：此时交换机中记录了PC1与f0/1接口，PC2与f0/2接口的信息在MAC地址表中，PC1与PC2再通信，就不需要交换机广播，而是对应接口进行数据的接收和发送。

5.老化时间：交换机MAC地址条目是动态的，不会永久存储在MAC地址表中，而是300s（老化时间）后自动消失；如果在此期间，交换机收到对应条目的MAC地址数据帧，老化时间会重新计算。

二、IP地址概述与应用

IP地址

概述

互联网上连接的网络设备和计算机都有唯一的地址，以此作为该主机在Internet上的唯一标识，称其为IP地址。在计算机网络中，每个被传送的数据包包括源IP地址和目的IP地址。

IP地址有32位二进制数组成，分为四段，每段八位，采用点分十进制表示

组成

IP地址由两部分组成：网络部分和主机部分

网络部分：用于标识不同网络

主机部分：用于标识在一个网络中的特定主机

公有IP地址分类

A类地址

1.前8位为网络部分，后24位为主机部分

2.）IP地址的前几个比特位称为引导位，对A类地址来说，它的第1个八位组的第1个比特位是0，因此范围：00000000~01111111（0~127），127为特殊地址，本地测试地址为127.0.0.1，又称为回环地址

3.全0表示本地网络，全1表示保留诊断使用，因此A类地址的有效范围为1~126，最大主机数为 $2^{24}$ 个，可用主机为 $2^{24-2}$ 个（全零为网络ID，全一为本网广播）；A类地址适用于大型网络中使用

B类地址

1.前16位为网络部分，后16位位主机部分

2.B类地址中作为引导位的前两个比特位必须是10，因此范围：1000000.00000000～10111111.11111111（128～ 191）

3.有效网络部分是 $2^{14}$ ，最大主机数 $2^{16}$ 个，可用主机数 $2^{16-2}$ 个；B类地址适用于中等规模网络

C类地址

1.前32位位网络部分，后8位位主机部分

2.C类地址中作为引导位的前三个比特位必须是110.因此它的网路部分的范围就是 11000000.00000000.00000000~11011111.11111111.11111111（192~223）

3.有效网部分是 $2^{21}$ 个，每个C类地址最大主机数为 $2^{8}$ ，最大可用主机数为 $2^{8-2}$ 个；C类地址适用于主机数较少的中小型网络。

D类为组播通信地址，E类为科学研究保留地址

私有IP地址分类

目前Internet上只使用A、B、C三类地址，为了满足企业需求，从A、B、C三类地址中，划分出一部分地址供内网使用，这类地址被称为私有地址。

A类：10.0.0.0~10.255.255.255

B类：172.16.0.0~172.31.255.255

C类：192.168.0.0~192.168.255.255

子网掩码

在网络中，不同主机之间的通信分为以下两种情况

同一网段中两台主机之间的通信

不同网段中两台主机之间的通信

相同网段通信，可以直接将数据发送到另一台主机；跨网段通信，需要先将数据发送给网关，再由网关进行转发。

子网掩码与IP地址一样，由32为二进制组成，对应的网络部分为1，主机部分为0。采用点分十进制表示，分为4段，每段8位。

A类默认子网掩码：255.0.0.0

B类默认子网掩码：255.255.0.0

C类默认子网掩码：255.255.255.0

将子网掩码与IP地址进行按位“与”运算，所得结果就是IP的网络地址。

与运算：IP地址与子网掩码同为1的地方，向下抄下来，同为0或0，1的情况，视为0，将最后的结果转换位十进制表示，就是该IP地址的网段。为了书写方便，子网掩码转换为2进制后，为1的个数相加，最后用/将合表示在IP地址后。如：192.168.1.100，255.255.255.0，表示为192.168.1.100/24。

大网知识点（二）