📘 以太网交换基础

✅ 一、以太网协议简介

📌 以太网定义

• 以太网是最常用的局域网通信协议，采用 CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）机制；
• 支持共享介质和交换式链路；
• 典型场景包括主机互联、交换机组网。

✅ 二、冲突域与广播域

📍 冲突域（Collision Domain）

• 同一物理链路下多个设备共享带宽，数据冲突可能发生；
• 使用交换机可以将不同端口隔离为独立冲突域，从而减少冲突。

📍 广播域（Broadcast Domain）

• 同一个交换网络中，广播帧可达的范围；
• 默认情况下，所有交换机接口处于同一广播域；
• 广播域的划分需引入VLAN或三层设备。

✅ 三、以太网帧格式

• 帧长度范围：64～1518字节；
• FCS：帧校验序列，用于差错检测。

✅ 四、MAC地址详解

📍 定义与作用

• MAC（媒体访问控制）地址：用于在局域网中唯一标识一个设备的网卡；
• 48位（6字节），由厂商预设，全球唯一。

📍 表示方式

• 通常用十六进制表示，如 00-1E-10-DD-DD-02。

📍 MAC地址分类

✅ 五、二层交换机工作原理

📌 基本机制

• 工作在数据链路层；
• 依据帧头中的目的MAC地址进行转发；
• 使用MAC地址表维护地址到端口的映射。

📘 MAC地址学习

1. 初始：MAC地址表为空；

2. 收到帧后记录源MAC与端口；

3. 查询目标MAC：

   • 若匹配 → 转发至目标端口；
   • 若不匹配 → 泛洪（Flooding）至所有端口；
   • 若端口与进入端口相同 → 丢弃。

✅ 六、三种帧处理行为

✅ 七、同网段数据通信过程

🌐 通信步骤

1. 主机发送ARP请求获取目标MAC；
2. 交换机记录源MAC，进行泛洪；
3. 目标主机回应ARP Reply；
4. 交换机学习目标MAC，转发帧；
5. 数据传输正式建立。

🛠 数据封装结构

以太网头部 | IP头部 | TCP头部 | 数据 | FCS

✅ 八、本章小结

🧪以太网交换基础 配套练习题

✅ 一、选择题（每题 2 分）

1. 以太网交换机的转发决策依据是：

   A. IP地址
   B. MAC地址
   C. 子网掩码
   D. 网关地址
   ✅ **答案：B**


2. 广播帧的目标MAC地址为：

   A. 00-00-00-00-00-00
   B. FF-FF-FF-FF-FF-FF
   C. 01-00-5E-xx-xx-xx
   D. 11-11-11-11-11-11
   ✅ **答案：B**

3. 在以太网中，冲突域的划分单位是：
   A. 交换机
   B. 广播包
   C. 网络层地址
   D. 交换机端口
   ✅ **答案：D**

4. 以下哪项属于IEEE 802.3帧结构中独有的字段？
   A. 类型字段（Type）
   B. 长度字段（Length）
   C. 源MAC地址
   D. FCS
   ✅ **答案：B**

5. 当交换机收到目标MAC不在地址表中的数据帧时，默认行为为：
   A. 丢弃
   B. 只发给源主机
   C. 全端口广播（Flooding）
   D. 通知路由器转发
   ✅ **答案：C**

✅ 二、判断题（每题 1 分）

1.（✔）交换机工作在OSI模型的数据链路层。

2.（✘）广播域可被交换机默认隔离。

3.（✔）以太网帧的最小长度是64字节。

4.（✔）交换机使用MAC地址表进行转发。

5.（✘）MAC地址由32位二进制组成。

✅ 三、简答题（每题 5 分）

1. 简述交换机的MAC地址学习与转发机制。
   参考答案：

   • 学习：记录源MAC与进入端口形成MAC表；
   • 查表：查询目标MAC；
   • 若匹配 → 转发至对应端口；
   • 若不匹配 → 泛洪到所有端口；
   • 若匹配端口与入口相同 → 丢弃。

2. 广播域与冲突域的区别是什么？如何划分它们？
   参考答案：

   • 冲突域：设备共享带宽产生冲突，交换机端口可隔离；
   • 广播域：广播帧传播的范围，VLAN或三层设备可隔离；
   • 冲突域更小，广播域更大，默认交换机端口在同一广播域。

✅ 四、图解计算题（每题 10 分）

题目：请根据下图场景说明数据帧在以太网交换机中的处理流程。

（图示：主机A与主机B连接至二层交换机，主机A第一次发送数据帧给B）

参考答案：

1. 主机A发送帧 → 交换机记录A的MAC地址与端口；
2. 目标B的MAC地址不在交换机表中 → 执行泛洪；
3. 主机B收到数据并回应 → 交换机学习B的MAC与端口；
4. 后续通信，交换机直接查表精准转发；
5. 学习表稳定后可实现单播通信。

✅ 附加题（可选）

题目：请列出以太网II型帧结构，并简述各字段作用。

参考答案：

| 目标MAC | 源MAC | 类型 | 数据 | FCS |
- 目标MAC（6字节）：接收设备的硬件地址；
- 源MAC（6字节）：发送设备的硬件地址；
- 类型（2字节）：上层协议指示（如0x0800表示IP）；
- 数据（46-1500字节）：有效负载；
- FCS（4字节）：校验字段，用于错误检测。