沒別的，就聊聊以太網和交換機

零、前言

上一篇文章咱們梳理了一下兩個模型的分級，咱們就“接地氣”來聊吧，咱們從第二層數據鏈路層開始聊，然后再聊第三層的網絡層。至于為什么不是從第一層物理層開始，看看你電腦主機后面連的網線，手機通知欄顯示的信號就知道了吧，物理層就是規定這些介質應該遵守什么的協議，從而保證數據能穩定準確得傳輸。廢話不多說，開始我們得正題，聊聊這個我們每天都在使用的以太網以及不每天都在用但沒什么感知的交換機

一、以太網是什么？

以太網是當今現有局域網（Local Area Network, LAN）采用的最通用的通信協議標準，定義了局域網中采用的電纜類型和信號處理方法。

以太網是建立在CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，載波監聽多路訪問/沖突檢測)機制上的廣播型網絡。

也就是說咱們使用的是一種為了實現局域內通信所采用的一種標準，現在咱們使用的以太網基本屬于交換式以太網，但在早期都是使用共享式以太網，要說這兩個的區別，其實也挺簡單的，咱們這舉個例子來說說這個 交換式以太網 與 共享式以太網 ：

假設一開始有一群志同道合的小伙伴打算創業，早期沒錢租辦公區域，索性買下一個小門面，每天給很多潛在客戶打電話，這幾個小伙伴每天都忙著打電話談業務，但幾個人同時說話，讓一個門面中的每個人都聽不清客戶說了啥東西，這個情況咱們叫這個門面是一個 沖突域 ，因為每個人說話都影響到別人了，那怎么解決？

那就買臺座機唄，誰先打電話誰就先說話，別人就先聽著，等第一個說完了再第二個打電話，總之只有一個人能說話，不然就混亂了，這就是 CSMA/CD（載波監聽多路訪問/沖突檢測） 。

聽起來現在還算能解決，但隨后客戶越來越多了，小伙伴們覺得有點資金了，業務也越來越多了，這樣下去影響公司發展，所以租下一層樓的門面，開始擴招，這個時候每個人都有一個小房間了，每個人打電話都是單獨分開的，每個人打業務電話都不影響其他人。遇到公司月總結、季度總結時，就會通過 廣播 告訴每個員工“準備開會啦”，這個時候這一層樓就叫一個 廣播域 ，這里的發布通知消息的“大喇叭”就是 交換機 ，交換機的每個鏈路就是一個沖突域。

再之后，公司越來越有錢了，乃至能買下一棟辦公樓了，剛開始創業的那幾個小伙伴覺得怎么說也得分部門了，創業的這幫人怎么也是董事了，得搬到上層辦公區。這個時候下面的 廣播 已經通知不到上層的各位董事了，那怎么辦？假如員工有積極的提議向上層報告呢？那就安排各個部門的管理人收集意見，篩選出需要反饋給上層的有用信息，再開個領導會議，這里的各個部門的管理人就是網絡中的 路由器 ，路由器可以隔離出各個廣播域。

好了各位，別做夢了，咱們還是老老實實當個打工人吧。

打工人，打工魂，打工都是人上人。

二、以太網幀又是什么？

以太網技術所使用的幀稱為以太網幀 (Ethernet Frame)，或簡稱以太幀。

以太幀的格式有Ethernet_II格式和IEEE 802.3格式這兩種幀格式。

這兩種幀就長這樣：

上一篇文章咱們最后是不是聊到一個詞叫 MAC地址表 的東西當時我將它比喻成人員清單，結合一下上面那個案例，假如說這個時候張三打個電話到董事之一那去了，說是要找個低層辦公區的一個年輕妹子叫李四，這個時候怎么辦？董事就根據電話里的部門找來部門經理，然后告訴他找李四，讓她回個電話給張三，部門經理當時就懵了，就在廣播里問“誰是李四”，結果來了兩個同名的妹子，好在當時張三還留下李四的 身份證號 ，確認身份的李四就知道原來是她前男友跑來和她復合了。。。

這里的 身份證號 就是MAC（Media Access Control）地址，咱們的電腦都有一個MAC地址，被燒寫在網卡上，同樣的，每個交換機的接口也有MAC地址，路由器的每個接口也有MAC地址，而且這個MAC地址是全世界獨一無二的，為什么這么說？因為MAC地址的前三個字節統一是由IEEE組織管理分配的，一般情況下一個廠商對應一個OUI（當然，有些通信設備大廠還是需要有幾個廠商代碼的，不然MAC地址分配不夠用吶），而后三個字節廠商分配時也是會保證唯一性，可參考下表內容：

OUI（Organizationally Unique Identifier,組織唯一標識符）在任何一塊網卡（NIC）中燒錄的6字節MAC地址中，前3個字節體現了OUI，其表明了NIC的制造組織。通常情況下，該標識符是唯一的。

三、交換機能做什么？

剛說過，交換機有一張MAC地址表，可以保存和查詢它連接的設備的接口信息與MAC信息，當然只有在終端發送請求時，交換機才會記錄，就像假如你不去和部門經理對線一次，他估計壓根不會認識你一樣。。。所以在終端數據向外發送，經過交換機時，它就會記錄下來發送端的信息，同時當有數據發送給這個終端時，它就能直接轉發這個數據給它接口下的終端，這種單對單的就是交換機的 單播 ，這種幀處理方式咱們叫 轉發（Forwarding）。

當然，假如部門經理要下達小組任務時，就會采用一種叫 組播 的特殊通知通道（比如偷偷給每個小組建個QQ群啥的）。

假如這個時候部門經理找一個他也不認識的人，就會直接通過大喇叭喊，這種全員通知的方式就是 廣播 ，這種幀處理方式咱們叫 泛洪（Flooding），然后當那個人回復自己時，就會把這個人的信息 寫入MAC地址表 中。

當然還有一種最無情的，別的部門實習一周的新人來找部門經理麻煩，說管理上這里那里有問題，這個時候部門經理可能管都不想管，就是俗話說的左耳朵進右耳朵出，咱們叫這種幀處理方式叫 丟棄 （Discarding）。

四、結尾

雖然看起來交換機的處理數據幀的方式很合理，但是之前的文章里提到過，交換機假如不做任何配置，它總會想著怎么把數據扔出去，假如接收到一個不存在的請求，就好比在一個部門找一個不是這個公司的人，假如A部門經理喊喇叭沒回復。而B部門經理聽見了，在B部門也開始喊，也沒人回復。這個時候C部門經理剛好路過，也聽到喊話了，也在C部門喊。然后A部門經理也沒記著這事，聽見C部門都喊喇叭了，又開始喊了，然后就一直循環。。。下一次咱們聊聊怎么解決這種無限無休止的喊話行為，同時開始聊咱們的第一個協議STP協議（Spanning Tree Protocol，生成樹協議）。別擔心，沒別的，就聊聊而已。

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