2023-5-10 16:22:03

以下内容源自《【实验】【计算机网络】》 仅供学习交流使用

2直接连接的网络与VLAN划分-2.1【实验】【计算机网络】

2直接连接的网络与VLAN划分-2.1【实验】【计算机网络】

1.理解交换机通过逆向学习算法建立MAC地址表的过程。 2.能根据站点通信过程正确给出交换机当前的MAC地址表内容; 3.了解动态表项和静态表项的区别，能够正确添加静态表项。 4.理解交换机对入境帧的处理过程。 5.能够根据实际数据传输场景，准确判断交换机对入境帧的转发处理

1.使用1台交换机，1台集线器，5台计算机搭建网络拓扑环境; 2.清空交换机的MAC地址表，构造站点间的通信，观察拓扑中各台交换机的MAC地址表的构建过程; 3.构造不同的数据传输场景，分析交换机对数据帧的处理过程; 4.添加静态表项并验证其有效性; 5.对比静态表项和动态表项的优先级。

下面我们首先来学习交换机如何构建MAC地址表。图中有一台交换机连接了四台主机交换机。在刚启动的时候，MAC地址表是空的，他要通过一个自动的逆向学习园地址的过程来不断的完善这张表。

假设现在A向D发出了一个数据帧，这个数据帧的源MAC地址是Mac-A，目标地址是MAC_D。这个帧由F0/1接口进入交换机后。 交换机：首先要逆向学习园地址，将源地址MAC_A与这个帧的进入端口关联起来，记录在MAC地址表中，这样交换机就知道了主机A所处于的位置。

与此同时呢，我们要记录这个帧的到达时间。并且，设定一个老化的计时器老化计时器，默认从三百秒开始倒计时;计数到零的时候，这个表象呢就要被清除掉。

为什么要定时删除学习到的表项? 假设A发生了故障或者A的连接端口发生了变化，那么交换机刚才学习到的这条表项就失效了，如果没有定时清除这条表项，其他主机给A给A发送的帧依然会被交换机从FO/1端口转发出去。 因此设定老化时间可以…。注意MAC地址表空间满了以后就无法学习新的MAC地址了，设定老化时间的机制有助于MAC地址表空间的及时回收。

现在MAC地址表当中已经有了MAC地址a的相关的这个表项，那么交换机是如何学习到BCD的MAC地址的呢？

不难看出，主机只要向外发送数据，其MAC地址就会被交换机学习到。 比如说主机B向外发送数据帧，交换机收到该帧之后，会将该帧的源地址Mac_B与该帧的入境端口F0/2关联起来，登记在表中。 C向外发送数据时，交换机会将该帧的源地址MAC_C与它的数据端口F0/3关联起来，登记在表中。 同理,D向外发送数据时，交换机会将该帧的源地址MAC_D与该帧的入境端口F0/4关联起来也在表中。

交换机就是通过这样一个源地址自学习的过程，不断的去完善MAC地址表。那么通过查看交换机的MAC地址表，我们能够直观地看出来哪一个设备连接在交换机的哪个接口上。建立好了这个MAC地址表，它的最重要的作用就是作为交换机以后进行数据帧转发的依据。

对于我们图中的这个网络拓扑而言，这个交换机的mac地址表已经完善了。

那么，这个时候如果A向外发出了数据帧，那么交换机还是要去自学习该帧的源地址，但是它发现，这个源地址MAC_A已经在表中了; 这个时候交换机该怎么做呢？他会更新这个真的到达时间;并且，将这个表项的老化时间重置为最大值三百秒。

交换机通过逆向学习真的原地址获知主机所处的位置，构建MAC地址表交换机会依据MAC地址表来完成对入境数据帧的转发处理。

下面我们将详细的为大家讲解交换机对数据帧的三种处理方式，转发泛红过滤。

首先我们来看一个交换机转发单播帧的例子，假设A向D发出了一个数据帧，

这个数据帧的目的地址是一个单站地址，我们称这样的数据帧为单播帧，

这个帧用F0/1接口进入了交换机。

交换机首先要做的就是逆向学习源地址。那么这个源地址已经在表中了，那么它会更新这个真的到达时间，并且呢将老化时间重置为最大值。

接下来交换机要根据这个帧的目的地址MAC_D去查表。我们可以找到MAC_D的这条表象，那么它对应的端口呢是F0/4。

这个时候，交换机会将这个帧从F0/4端口转出,那么这个数据帧就到达了主机D。

我们再来看交换机泛红广播帧的例子。假设A发出了一个广播帧。

什么是广播帧?就是帧的目的地址是全一地址，我们知道MAC地址是48个比特位，那么这48个比特位全部为1，那么这样的地址，称为广播地址。如果真的目的地址为广播地址，那么这个针呢被称为广播帧。

这个广播帧由F0/1接口进入交换机之后，交换机首先要学习帧的源地址，这个过程我们不再重复的讲解。 接下来，因为它是一个广播帧，所以交换机会直接地将其呢泛洪到除了入口以外的所有其他出口，也就是BCD都会收到这样一个广播帧。 交换机对广播帧直接执行泛红的操作。

除此以外，交换机对未知单播帧也会进行泛洪。

那什么是未知单播帧呢？就是指针的目的地址在MAC地址表中查不到相关的匹配，像这样的针我们称之为未知单播帧。

下面我们就举一个例子。

假设在这个表中呢MAC_B这个条目，它的老化时间到期了指的是老化时间从最大值三百秒倒计时为零，那么这个表象呢，就应该被清除掉。

假设MAC_B这个表项刚被删除之后，A就向B发出了一个数据帧，这个数据帧用F0/1进入了交换机。

首先应该完成的是原地址的逆向学习过程，然后呢，就要根据这个帧的目的地址来查看MAC地址表，查找相关的匹配。

但是表中呢，已经不存在MAC_B的这个表象了，所以没有查到这个时候交换机会将这个帧泛洪出去，也就是除了入境端口以外的所有其他端口各送一份。

那么这样的一个操作，它的好处是什么呢？保证了B1定收到了这个数据帧。 但是它的缺点是什么呢？使得无关的两个站点也收到了这个数据帧对他们来说是一种干扰，那么从安全的角度来考虑，那么C和D可以轻松的看到AB之间转发的这个数据帧，这是存在安全隐患的。

最后我们来学习一下交换机是如何过滤数据帧的。

首先我们将拓扑进行了一些改动。交换机的右侧F0/3接口出来连接集线器，由集线器连接主机C和D。

假设MAC地址表示完善的。这个时候，C向D发出了一个数据帧，这个数据帧由集线器直接就可以转发到的。

但是由于集线器是广播式的，转发会有一个副本呢。通过F0/3接口。 进入交换机交换机： 首先，完成的就是逆向学习园地址的过程。 然后，根据该帧的目的地址去查看MAC地址表，找到相关的表项。这个匹配项告知交换机，这个帧应该从F 0-3接口转出， 但是交换机发现帧的入境口和他的出境口是相等的。这种情况下交换机不会转发该帧，而是将这个针直接丢弃。 那么丢弃的这个操作使得这个帧，不会通过交换机转发到无关的网段去。 那么对于其他网段而言，实现了数据帧的过滤。

下面我们对之前讲过的原理性内容，进行一个简单的小结。

逆向学习源地址 - 根据帧的源地址在MAC地址表查找匹配表项: - 如果没有，则增加一个新表项（源地址、入境端口、帧到达时间) - 如果有，则更新原表项的帧到达时间，重置老化时间。

对入境帧的转发处理过程（三选一) - 根据帧的目的地址在MAC地址表查找匹配表项: - 如果有，且入境端口≠出境端口，则从对应的出境端口转发帧; - 如果有，且入境端口=出境端口，则丢弃帧（即过滤帧); - 如果没有，则向除入境端口以外的其它所有端口泛洪帧。

实验原理讲到这里，下面演示实验过程。

交换机使用PT-Switch而不是2096 PT-Switch的端口不一样，自己对应匹配 或者在手工配置中重新用PT-Switch来搭建网络拓扑 之前使用2096做实验并没有修改

选择一台交换机、三台PC：使用直通线将交换机与PC连接

选择一台集线器、两台PC：使用直通线将集线器与PC连接

交换机与集线器先不要连接

给五台PC配置IP地址： PC1:192.168.1.1 PC2:192.168.1.2 PC3:192.168.1.3 PC4:192.168.1.4 PC5:192.168.1.5

为每台PC标注MAC地址 在Config：FE0：MAC地址找到 这样，在实验中，方便我们通过MAC地址找到具体主机。

现在，我们已经网络拓扑中的设备和链接的位置调整到位了 并且进行了相关的标注：PC名称与MAC地址

下面，进行训练，避免ARP请求使得情况复杂。

PC1给PC3发送简单数据包 PC1给PC2发送简单数据包 PC2给PC3发送简单数据包 PC4给PC5发送简单数据包

然后，清除当前场景，切换到Simulation模式

在事件列表过滤器中选择ICMP

对实验环境进行初始化： 因为之前对训练，会对交换机的MAC地址表做出改变

点击交换机，进入CLI选项卡：

为了，清楚： 点击Inspect，查看交换机的MAC Table

现在开始演示： PC1给PC3发送简单数据表

单步执行仿真

逆向学习源地址

单步执行仿真 可以看到，交换机进行了泛洪操作

为什么会进行泛洪操作？ 因为，目的地址PC3未在MAC表中出现 交换机会对未知单播帧进行泛洪

单步执行仿真

PC3给PC1响应

首先，逆向学习源地址。

通过MAC帧的目的地址，进行转发

MAC表中找到了PC1的MAC地址

单步执行仿真

交换机转发已知帧

清除当前场景

PC2给PC3发送数据

首先，学习源地址MAC_2与路径端口F0/2关联起来，存进表中

通过目的地址，转发给PC3

PC3向PC2发回响应数据

已有条目，更新其到达时间，更新老化时间为最大值300秒

根据目的地址，找到匹配 从F0/2转出

下面我们将集线器与交换机用交叉线连接起来

并尽快将阻塞变为转发状态

现在， PC4给PC5发数据

集线器会广播该帧

另外一个副本会被交换机收到

学习源地址MAC_4

泛洪未知帧

同时，PC5给PC4的响应到达集线器

PC4受到了响应

同时交换机收到了这个副本

交换机学习源地址

可以看到MAC地址表中有两条端口对应F0/4 这是因为网络拓扑中PC4与PC5都连接到交换机的F0/4上

交换机通过目的地址进行转发

找到PC4对应F0/4

这个端口既是入境端口又是出境端口，会被交换机丢弃

清除当前场景

接下来，让PC1发送一个广播帧，观察情况

创建一个复杂PDU

交换机对所有端口进行泛洪

清除场景

下面：来演示手工配置

打开配置：CLI选项

输入enable，进入特权模式 输入config terminal 进入全局配置模式 输入mac-address-table static 00D0.FF0C.173D vlan 1 interface f0/4 将PC1的mac地址添加 错写端口f0/4而不是f0/1

出现命令不正确的问题： 发生在交换机2960

思科2950配置mac地址表超时 用：2950(config)#mac-address-table aging-time 100

解决：换一台交换机PT-Switch

重新搭建网络拓扑

如下

进行配置 打开配置：CLI选项

输入enable，进入特权模式 输入config terminal 进入全局配置模式 输入mac-address-table static 000C.CF1E.93C7 vlan 1 interface f3/1 将PC1的mac地址添加 错写端口f3/1而不是f0/1

下面：演示配置错误MAC地址的影响

PC3给PC1发送数据包

数据帧到达交换机

学习源地址MAC_3 f2/1

转出

观察到它从f3/1转出

因为找到的mac表项的mac地址匹配的端口是f3/1

然后，集线器发给PC4与PC5

由于帧的目的地址与其不匹配，而丢弃

下面： 如果PC1向外发送数据 会不会替换原有的静态表项

PC1向PC3发送数据

到达交换机，之后 发现：静态表项并没有改变 由于静态表项的优先级高于动态

PC3给PC1响应时：

还是从f3/1转出

导致PC1收不到PC3的响应

通过本次实验：

我们学习到交换机如何通过逆向学习源地址来构建MAC地址转发表 以及交换机如何利用mac地址转发表对帧进行合理的转发操作

实验过程的演示就到这里

1【单选题】交换机中的转发表是如何建立的? A交换机在处理数据帧时学习源地址得来。 B由生产厂家在出厂时写入交换机。 C由网络管理员根据网络实际情况,写入交换机。 D交换机和路由器交换信息得来。

2【单选题】某以太网拓扑及交换机当前转发表如下图所示:

主机00-e1-d5-00-23-a1向主机00-e1-d5-00-23-c1发送1个请求数据帧，之后主机00-e1-d5-00-23-c1收到该帧后向主机00-e1-d5-00-23-a1发送1个响应数据帧，交换机对这两个帧的转发出口分别是()。

A{3}和{1} B{2,3}和{1} C{2,3}和{1,2} D{(1,2,3}和{1}

3【单选题】

路由器R通过以太网交换机S1和S2连接两个网络，R的接口、主机H1和H2的IP地址与MAC地址如上图所示。若H1向H2发送一个IP分组P，则H1发出的封装P的以太网帧的目的MAC地址和H2收到的封装P的以太网帧的源MAC地址分别是()

A 00-a1-b2-c3-d4-62、00-1a-2b-3c-4d-52 B 00-1a-2b-3c-4d-51、00-1a-2b-3c-4d-52o C 00-a1-b2-c3-d4-62、00-1a-2b-3c-4d-61 D 00-1a-2b-3c-4d-51、00-a1-b2-c3-d4-61

4【单选题】交换机依据()，判断如何转发数据帧。 A依据帧的源地址在路由表中查找匹配 B依据帧的源地址在MAC地址表中查找匹配 C依据帧的目的地址在访问权限表中查找匹配 D依据帧的目的地址在静态列表中查找匹配 E依据帧的目的地址在MAC地址表中查找匹配 F依据帧的目的地址在路由表中查找匹配

5【单选题】一台交换机有8个端口，一个单播帧从某一端口进入了该交换机，但交换机在MAC地址表中查不到关于该帧的目的MAC地址的表项，那么交换机对该帧进行的操作是?() A丢弃 B泛洪 C转发

6【单选题】一台交换机有8个端口，一个单播帧从某一端口进入了该交换机，交换机在MAC地址表中查到了关于该帧的目的MAC地址的表项，那么交换机对该帧进行的操作是?() A一定是转发 B 一定是丢弃 C 可能是转发，也可能是丢弃 D 泛洪

7 【单选题】标准规定，MAC地址表中的倒数计时器的缺省初始值是?() A 100s B 5min C 30min D 300ms

8【单选题】交换机上连接了两台主机，假设交换机MAC地址表为空，当PC1 ping PC2时，交换机先学习到()的MAC地址。 A PC1 B PC2 C 同时学习到两个MAC地址 D 不会学习地址

9【阅读理解】

嫳络拓扑图如上，假设嫟嫮机刚嬶动MAC地址表为空，嬺嬹答相嬸问题：

(1) [多选题] 若主机PC1向主机PC3发送1个数据帧，从物理层上能够收到该数据帧的主机有（ ） A、PC0 B、PC2 C、PC3 D、没有主机收到

ABC

(2) [单选题] 若主机PC1向主机PC3发送1个请求帧，主机PC3向主机PC1立即发送一个响应帧，从物理层上能够收到该响应帧的主机有（ ） A、仅PC1 B、仅PC2 C、PC0和PC1 D、PC1和PC2 E、PC1 、PC2和PC3

10【多选题】以下关于MAC地址表的说法，错误的是( )

AMAC地址表是交换机的转发数据帧的依据。

B交换机的MAC地址表需要占据设备的存储空间，因此它不能无限扩大。

CMAC地址表项有静态及动态之分，静态MAC地址表项需要网络管理员手工配置，并且永不老化。

DMAC地址表中的所有表项保存在交换机的内存中，重启之后表项不会丢失。

EMAC地址表中静态表项的优先级低于动态表项。

11【多选题】下列描述中正确的是?()

A交换机的某个端口在收到一个广播帧后，会对该帧执行泛洪操作

B交换机中的MAC地址表也具有老化机制

C从统计的角度看，如果交换机MAC地址表中的地址表项越少，则交换机执行泛洪操作的可能性就越大

D交换机的某个端口在收到一个广播帧后，一定会将帧中的载荷数据送给上层协议去处理

2023-5-12 21:03:00

你对我百般注视， 并不能构成万分之一的我， 却是一览无余的你。

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