一、MAC地址表详解

说到MAC地址表，就不得不说一下交换机的工作原理了，因为交换机是根据MAC地址表转发数据帧的。在交换机中有一张记录着局域网主机MAC地址与交换机接口的对应关系的表，交换机就是根据这张表负责将数据帧传输到指定的主机上的。**(交换机中的MAC表)**

交换机的工作原理

交换机在接收到数据帧以后，首先、会记录数据帧中的源MAC地址和对应的接口到MAC表中，接着、会检查自己的MAC表中是否有数据帧中目标MAC地址的信息，如果有则会根据MAC表中记录的对应接口将数据帧发送出去(也就是单播)，如果没有，则会将该数据帧从非接受接口发送出去(也就是广播)。
如下图：详细讲解交换机传输数据帧的过程
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  1. 主机A会将一个源MAC地址为自己，目标MAC地址为主机B的数据帧发送给交换机。
  2. 交换机收到此数据帧后，首先将数据帧中的源MAC地址和对应的接口（接口为f0/1）记录到MAC地址表中。
  3. 然后交换机会检查自己的MAC地址表中是否有数据帧中的目标MAC地址的信息，如果有，则从MAC地址表中记录的接口发送出去，如果没有，则会将此数据帧从非接收接口的所有接口发送出去（也就是除了f0/1接口）。
  4. 此时，局域网的所有主机都会收到此数据帧，但是只有主机B收到此数据帧时会响应这个广播，并回应一个数据帧，此数据帧中包括主机B的MAC地址。
  5. 当交换机收到主机B回应的数据帧后，也会记录数据帧中的源MAC地址（也就是主机B的MAC地址），这时，再当主机A和主机B通信时，交换机根据MAC地址表中的记录，实现单播了。

如下图：当局域网存在多个交换机互联的时候，交换机的MAC地址表是怎么记录的呢？
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  1. 主机A将一个源MAC地址为自己，目标MAC地址主机C的数据帧发送给交换机。
  2. 交换机1收到数据帧后，会学习源MAC地址，并检查MAC地址表，发现没有目标MAC地址的记录，则会将数据帧广播出去，主机B和交换机2都会收到此数据帧。
  3. 交换机2收到此数据帧后也会将数据帧中的源MAC地址和对应的接口点记录到MAC地址表中，并检查自己的MAC地址表，发现没有目标MAC地址记录，则会广播此数据帧。
  4. 主机C收到数据帧后，会响应这个数据帧，并回复一个源MAC地址为自己的数据帧，这时交换机1和交换机2都会将主机C的MAC地址记录到自己的MAC地址表中，并且以单播的形式将此数据帧发送给主机A。
  5. 这时，主机A和主机C通信就是一单播的形式传输数据帧了，主机B和主机C通信如上述过程一样，因此交换机2的MAC地址表中记录着主机A和主机B的MAC地址都对应接口f 0/1。
  6. 总结：从上面的两幅图可以看出，交换机具有动态学习源MAC地址的功能，并且交换机的一个接口可以对应多个MAC地址，但是一个MAC地址只能对应一个接口。

注意：交换机动态学习的MAC地址默认只有300s的有效期，如果300s内记录的MAC地址没有通信，则会删除此记录。（**交换机Mac表动态学习功能**）

二、ARP缓存表详解

上面我们讲解了交换机的工作原理，知道交换机是通过MAC地址通信的，但是我们是如何获得目标主机的MAC地址呢？这时我们就需要使用ARP协议了，并且每台主机都有一张ARP表，它记录着主机的IP地址和MAC地址的对应关系。
ARP协议：ARP协议是工作在网络层的协议，它负责将IP地址解析为MAC地址。
如下图：详细讲解ARP的工作原理。
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1）如果主机A想发送数据给主机B，主机A首先会检查自己的ARP缓存表，查看是否有主机B的IP地址和MAC地址的对应关系（这就是ARP缓存表），如果有，则会将主机B的MAC地址作为源MAC地址封装到数据帧中。如果没有，主机A则会发送一个ARP请求信息，请求的目标IP地址是主机B的地址，目标MAC地址是MAC地址的广播帧（即FF-FF-FF-FF-FF-FF），源IP地址和MAC地址是主机A的IP地址和MAC地址。
2）当交换机接受到此数据帧之后，发现此数据帧是广播帧，因此，会将此数据帧从非接收的所有接口发送出去。
3）当主机B接收到此数据帧之后，会校对IP地址是否是自己的，并将主机A的IP地址和MAC地址的对应关系记录到自己的ARP缓存表中，同时会发送一个ARP应答，其中包括自己的MAC地址。
4）主机A在收到这个回应的数据帧之后，在自己的ARP缓存表中记录主机B的IP地址和MAC地址的对应关系。而此时交换机已经学习到了主机A和主机B的MAC地址了。

三、路由表详解

  • 路由器负责不同网络之间的通信，它是当今网络中的重要设备，可以说没有路由器就没有当今的互联网。在路由器中也有一张表，这张表叫路由表，记录着到不同网段的信息。路由表中的信息分为直连路由和非直连路由。**（**非直连路由如：添加的静态路由）
  • 直连路由：是直接连接在路由器接口的网段，由路由器自动生成。
  • 非直连路由：就是不是直接链接在路由器接口上的网段，此记录需要手动添加或者使用动态路由。
  • 路由表中记录的条目有的需要手动添加（称为静态路由），有的则是动态获取的（称为动态路由）。非直接路由属于静态路由。
  • 路由器是工作在网络层的，在网络层可以识别逻辑地址。当路由器的某个接口收到一个包时，路由器会读取包中相应的目标的殴地址的网络部分，然后在路由表中进行查找。如果在路由表中找到目标地址的路由条目，则把包转发到路由器的相应接口，如果在路由表中没有找到目标地址的路由条目，那么，如果路由配置默认路由，就科举默认路由的配置转发到路由器的相应接口；如果没有配置默认路由，则将该包丢弃，并返回不可到达的信息。这就是数据路由的过程。路由第一步

如下图：详细讲解交换机传输数据帧的过程

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  1. HostA在网络层将来自上层的报文封装成IP数据包，其中源IP地址为自己，目标IP地址是HostB，**
  2. HostA通过ARP请求获取网关路由A的E0的MAC地址，并在链路层将路由器E0接口的MAC地址封装成目标MAC地址，源MAC地址是自己。
  3. 路由器A从E0可接收到数据帧，把数据链路层的封装去掉，并检查路由表中是否有目标IP地址网段（即192.168.2.2的网段）相匹配的项，根据路由表中记录到192.168.2.0网段的数据请发送给下一跳地址10.1.1.2，__因此数据在路由器A的E1口重新封装，此时，源MAC地址是路由器A的E1接口的地址，封装的目标MAC地址是路哟器2的E1接口的MAC地址。
  4. 路由器B从E1口接收到数据帧，同样会把数据链路层的封装去掉，对目标IP地址进行检测，并与路由表进行匹配，此时发现目标地址的网段正好是自己E0的直连网段，路由器B通过ARP广播，获取HostB的MAC地址，此时数据包在路由器B的E0接口再次封装，源MAC地址是路由器B的EO接口的MAC地址，目标地址是HostB的MAC地址。封装完全后直接从路由器B的E0接口发送给HostB。
  5. 此时HostB才会收到来自HostA发送的数据。
  6. 总结：
    1. 主机中ARP缓存表是TCP/IP协议第二层（链路层）内容；
    2. ARP协议是TCP/IP协议第三层（网络层）内容；
    3. ARP缓存表——>计算机主机；MAC地址表——>交换机； 路由表——>路由器

总结：路由表负责记录一个网络到另一个网络的路径，因此路由器是根据路由表工作的。

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