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MAC,二层转发与组播 目录 1.MAC地址转发表管理操作 2.网络中主机间通信过程 3.组播 1.1 MAC地址转发表 以太网交换机的主要功能是在数据链路层对报文进行转发，也就是根据报文的目的MAC 地址将报文输出到相应的端口。MAC 地址转发表是一张包含了MAC 地址与转发端口对应关系的二层转发表，是以太网交换机实现二层报文快速转发的基础。 MAC 地址转发表的表项中包含如下信息： ?? 目的MAC 地址 ?? 端口所属的VLAN ID ?? 本设备上的转发出端口编号 以太网交换机在转发报文时，根据MAC 地址表项信息，会采取以下两种转发方式 ?? 单播方式：当MAC 地址转发表中包含与报文目的MAC 地址对应的表项时，交换机直接将报文从该表项中的转发出端口发送。 ?? 广播方式：当交换机收到目的地址为全F 的报文，或MAC 地址转发表中没有包含对应报文目的MAC 地址的表项时，交换机将采取广播方式将报文向除接收端口外的所有端口转发。 1.2 MAC地址的学习 MAC 地址转发表中的表项可以通过两种方式进行更新和维护： 手工配置方式 MAC 地址学习方式 通常情况下，多数MAC 地址表项都是通过MAC 地址学习功能创建和维护的。 以太网交换机学习MAC 地址的过程如下： USER A要与VLAN 1中的USER B通信时，将报文发至交换机的Ethernet1/0/1 端口，交换机将源MAC即USER A的MAC写入转发表。 学习过程完成后，交换机对该报文进行转发，由于现有的MAC 地址转发表中没有关于UserB 的MAC 地址及端口的对应表项，因此，交换机会如所示将该报文向除Ethernet1/0/1 之外的所有端口进行转发，以尽最大能力保证UserB能够收到该报文。 交换机采用广播方式发送报文，UserB和UserC都会收到，但UserC不是该报文的目的设备，因此不会进行处理。正常情况下，UserB会向UserA发送报文进行响应。当该响应报文发送至Ethernet1/0/4 端口时，交换机会采取同样的MAC地址学习方式将UserB的地址和端口对应关系保存到MAC地址转发表中。此时转发表已包含两条条目，如图所示。 1.3 MAC地址转发表管理 1. MAC 地址表项的分类与特点 根据自身特点和配置方式等的不同，MAC 地址表项可以分为三类： ?? 静态MAC 地址表项：也称为“永久地址”，由用户手工添加和删除，不会随着时间老化。对于一个设备变动较小的网络，手工添加静态地址表项可以减少网络中的广播流量。 ?? 动态MAC 地址表项：可以按照用户配置的老化时间而老化掉的MAC 地址表项，交换机可以通过MAC 地址学习机制或通过用户手工建立的方式添加动态MAC 地址表项。 ?? 黑洞MAC 地址表项：由用户手工配置的一类特殊的MAC 地址，当交换机接收到源MAC 地址或目的MAC 地址为黑洞MAC 地址的报文时，会将该报文丢弃。 2. MAC 地址转发表的老化机制 以太网交换机的MAC 地址转发表是有容量限制的，为了最大限度利用地址转发表资源，以太网交换机利用老化机制更新MAC 地址转发表，即：系统在动态创建某条表项的同时，开启老化定时器，如果在老化时间内没有再次收到来自该表项中的MAC 地址的报文，交换机就会把该MAC 地址表项删除。MAC 地址老化时间的配置对所有端口都生效，但只对动态的MAC 地址表项起作用。设置合适的老化时间可以有效利用MAC 地址的老化功能。 4. 环路引起的MAC地址表问题 在一个交换网络中有可能会出现单点失效的故障，即由于网络中某一台设备的故障，而影响整个网络的通信。为了避免单点失效，提高网络的可靠性，可以通过构建一个冗余拓扑来解决。但是，一个冗余的拓扑，又会给我们的网络造成环路，而产生其它的影响。 广播风暴：广播流量占用过多链路使数据无法传递 MAC地址表不稳定：不断的更改MAC地址表中的条目 如上图中所示交换机的MAC地址表不断修改，无法达到稳定。 而生成树协议(STP）正是用来解决忽而这个问题的。 2. 网络中两台主机间通信过程 网络中的主机间能够相互通信，是因为所有的主机及网络设备都符合OSI参考模型，遵循相同的规范来传递信息。现今网络上，TCP/IP协议是主要的通信协议，现在就以TCP/IP网络中的通信为例说明网路中主机间的通信过程，以及二层及三层网络中转发的过程。 OSI模型及TCP/IP协议模型 主机A在应用层的操作 应用层：为应用程序访问网络提供接口。每种网络服务在应用层中都有相应接口，称为端口。在网络通信中，应用层的功能有： 为网