交换机工作原理实验：地址转发表建立与数据转发

1. 实验原理

交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。

在以后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上。

通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会'学习'新的MAC地址，并把它加入内部MAC地址表中。

2. 实验环境

实验设备：三台PC机，三台交换机。
所需软件环境：Windows 系统、Cisco的PacketTracer软件
模拟的拓扑结构:

3. 实验内容

准备工作
- 步骤1：构建拓扑结构。
- 步骤2：配置PC0—PC2的MAC地址、IP地址、子网掩码等参数
清空交换机的MAC地址表
- 清空Switch0上MAC地址表，截屏为图5 Switch0清空MAC地址表；
- 清空Switch1上MAC地址表，截屏为图6 Switch1清空MAC地址表；
- 清空Switch2上MAC地址表，截屏为图7 Switch2清空MAC地址表。
观察和了解交换机的工作原理

在该任务中，使用Simulation观察PC0向PC2发送数据、PC1向PC0发送数据、清空Switch1的地址转发表后PC1向PC0发送数据的过程。观察每个数据包发送过程中，每台交换机在接收到数据前/后地址转发表的变化情况，目的是验证交换机通过逆向自学习建立地址转发表的过程；观察在现有地址转发表的情况下交换机如何处理数据包（转发？洪泛转发？丢弃？），目的是验证交换机转发数据的规则。

据以上实验结果分析交换机地址转发表建立的工作过程内容：实验结果显示，交换机会通过逆向自学习的方式建立地址转发表。在观察PC0向PC2发送数据的过程中，PC0发送数据包给Switch0，Switch0查找地址转发表，发现目的MAC地址对应的端口是连接到Switch1的端口，所以将数据包转发到Switch1。Switch1再次查找地址转发表，发现目的MAC地址对应的端口是连接到Switch2的端口，所以将数据包转发到Switch2。最后，Switch2查找地址转发表，发现目的MAC地址对应的端口是连接到PC2的端口，所以将数据包转发到PC2。

在观察清空Switch1的地址转发表后PC1向PC0发送数据的过程中，PC1发送数据包给Switch1，由于地址转发表被清空，Switch1无法确定目的MAC地址对应的端口，所以将数据包进行洪泛转发，即广播到所有的端口。Switch0和Switch2收到数据包后，查找地址转发表，发现目的MAC地址对应的端口是连接到PC0的端口，所以将数据包转发到PC0。