交换机
复习
- MAC 地址：链路层用 MAC 地址在本地交付帧
- 共享信道与冲突：共享介质会带来冲突，需要接入规则
- 以太网：规定了有线局域网的帧格式与接入方式
TL;DR
- 交换机学习 MAC 地址与端口的对应关系
- 已知目的端口就只转发到那里，未知时暂时泛洪
- 把冲突域拆小，交换机让大多数本地通信不再打扰全网
正文
上一章留下一个问题：交换机怎样知道某个 MAC 地址在哪一根线上？
答案藏在一个很巧妙、又很自然的动作里：它不需要事先知道，它可以边收边学。
从“来向”学习
交换机有很多端口，每个端口接一条线路。每当一帧从某个端口进来，交换机就顺便记下一件事：这帧的源 MAC 地址，来自这个端口。
为什么记源地址，而不是目的地址？因为一个简单的道理：你既然从这个口收到它发的帧，它当然就在这个口这一侧。 而目的地址此刻还没有任何证据表明它在哪一侧，所以不能乱记。
就这样，随着通信不断发生，交换机会逐渐建立起一张转发表：哪个 MAC 地址，对应哪个端口。
知道了就直送，不知道就先广播
有了这张表，转发就变得聪明起来：
- 如果目的 MAC 已在表里，就只从对应端口转发出去，别的端口不受打扰
- 如果目的 MAC 还不在表里，就暂时把帧从其他所有端口送出去，这叫泛洪
- 等对方回应时，交换机又会从回应帧里学到“原来它在这个口”，此后就能精准转发了
这就像一位前台：第一次见到某人时还认不得，但他一开口登记，前台就记住了他常去哪间办公室；下次找他就直接指路，不必挨个敲门。
把大冲突域拆小
交换机的意义，不只是“转发得更精准”。更重要的是，它让每台设备大多拥有独立的线路，把原本一个大冲突域拆成了许多小段。这样一来，前面那套“先听再说、冲突退避”的紧张感就大大缓解了。
不过，交换机只认识本地的 MAC 地址，它不知道“网络的位置”。规模一大，跨网络寻路仍然是难题。接下来，我们需要一套可分层、可路由的地址。
思考题 1
交换机为何从源地址学习，而不是从目的地址学习？
思考题 2
转发表为空时，第一帧似乎只能泛洪。这与交换机的“聪明转发”矛盾吗？
小结
知识点
- 交换机用观察到的来向建立转发表
- 已知目的端口则定向转发，未知则泛洪
- 交换机缩小了冲突域，但不负责跨网络路由
参考资料
- Wikipedia(zh)：网络交换机：基于 MAC 地址转发帧的设备
- Wikipedia(zh)：MAC地址表：交换机记录地址与端口对应关系的表
思考题答案（仅供参考）
思考题 1
收到帧时，已经能确定源设备就在入端口这一侧；而目的地址此刻还未证明在哪一侧，若贸然记录，日后转发就可能出错。所以先学有证据的来源，是稳妥的做法。
思考题 2
不矛盾。泛洪正是“还不知道”时的合理选择，它的目的是让通信先跑起来，并在对方的回应中收集信息。等表逐渐建好，转发就会越来越精准。先保证能动，再逐步变聪明，这也是很多协议的通用思路。
协议
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封面图
设计师 | 南国微雪