MAC地址表

說到MAC地址表，就不得不說一下交換機的工作原理了，因為交換機是根據MAC地址表轉發數據幀的。在交換機中有一張記錄著局域網主機MAC地址與交換機接口的對應關系的表，交換機就是根據這張表負責將數據幀傳輸到指定的主機上的。

交換機的工作原理

交換機在接收到數據幀以后，首先、會記錄數據幀中的源MAC地址和對應的接口到MAC表中，接著、會檢查自己的MAC表中是否有數據幀中目標MAC地址的信息，如果有則會根據MAC表中記錄的對應接口將數據幀發送出去(也就是單播)，如果沒有，則會將該數據幀從非接受接口發送出去(也就是廣播)。

如下圖：詳細講解交換機傳輸數據幀的過程

1) 主機A會將一個源MAC地址為自己，目標MAC地址為主機B的數據幀發送給交換機。

2) 交換機收到此數據幀后，首先將數據幀中的源MAC地址和對應的接口(接口為f 0/1) 記錄到MAC地址表中。

3) 然后交換機會檢查自己的MAC地址表中是否有數據幀中的目標MAC地址的信息，如果有，則從MAC地址表中記錄的接口發送出去，如果沒有，則會將此數據幀從非接收接口的所有接口發送出去(也就是除了f 0/1接口)。

4) 這時，局域網的所有主機都會收到此數據幀，但是只有主機B收到此數據幀時會響應這個廣播，并回應一個數據幀，此數據幀中包括主機B的MAC地址。

5) 當交換機收到主機B回應的數據幀后，也會記錄數據幀中的源MAC地址(也就是主機B的MAC地址)，這時，再當主機A和主機B通信時，交換機根據MAC地址表中的記錄，實現單播了。

如下圖：當局域網存在多個交換機互聯的時候，交換機的MAC地址表是怎么記錄的呢?

1) 主機A將一個源MAC地址為自己，目標MAC地址主機C的數據幀發送給交換機

2) 交換機1收到此數據幀后，會學習源MAC地址，并檢查MAC地址表，發現沒有目標MAC地址的記錄，則會將數據幀廣播出去，主機B和交換機2都會收到此數據幀。

3) 交換機2收到此數據幀后也會將數據幀中的源MAC地址和對應的接口記錄到MAC地址表中，并檢查自己的MAC地址表，發現沒有目標MAC地址的記錄，則會廣播此數據幀。

4) 主機C收到數據幀后，會響應這個數據幀，并回復一個源MAC地址為自己的數據幀，這時交換機1和交換機1都會將主機C的MAC地址記錄到自己的MAC地址表中，并且以單播的形式將此數據幀發送給主機A。

5) 這時，主機A和主機C通信就是一單播的形式傳輸數據幀了，主機B和主機C通信如上述過程一樣，因此交換機2的MAC地址表中記錄著主機A和主機B的MAC地址都對應接口f 0/1。

總結：從上面的兩幅圖可以看出，交換機具有動態學習源MAC地址的功能，并且交換機的一個接口可以對應多個MAC地址，但是一個MAC地址只能對應一個接口。

注意：交換機動態學習的MAC地址默認只有300S的有效期，如果300S內記錄的MAC地址沒有通信，則會刪除此記錄。

ARP緩存表

上面我們講解了交換機的工作原理，知道交換機是通過MAC地址通信的，但是我們是如何獲得目標主機的MAC地址呢?這時我們就需要使用ARP協議了，在每臺主機中都有一張ARP表，它記錄著主機的IP地址和MAC地址的對應關系。

ARP協議：ARP協議是工作在網絡層的協議，它負責將IP地址解析為MAC地址。

如下圖：詳細講解ARP的工作原理。

1) 如果主機A想發送數據給主機B，主機A首先會檢查自己的ARP緩存表，查看是否有主機B的IP地址和MAC地址的對應關系，如果有，則會將主機B的MAC地址作為源MAC地址封裝到數據幀中。如果沒有，主機A則會發送一個ARP請求信息，請求的目標IP地址是主機B的IP地址，目標MAC地址是MAC地址的廣播幀(即FF-FF-FF-FF-FF-FF)，源IP地址和MAC地址是主機A的IP地址和MAC地址。

2) 當交換機接受到此數據幀之后，發現此數據幀是廣播幀，因此，會將此數據幀從非接收的所有接口發送出去。

3) 當主機B接受到此數據幀后，會校對IP地址是否是自己的，并將主機A的IP地址和MAC地址的對應關系記錄到自己的ARP緩存表中，同時會發送一個ARP應答，其中包括自己的MAC地址。

4) 主機A在收到這個回應的數據幀之后，在自己的ARP緩存表中記錄主機B的IP地址和MAC地址的對應關系。而此時交換機已經學習到了主機A和主機B的MAC地址了。

windows/linux下可以通過命令行中輸入"arp -a"查看本機的ARP緩存表。

路由表

路由器負責不同網絡之間的通信，它是當今網絡中的重要設備，可以說沒有路由器就沒有當今的互聯網。在路由器中也有一張表，這張表叫路由表，記錄著到不同網段的信息。路由表中的信息分為直連路由和非直連路由。

直連路由：是直接連接在路由器接口的網段，由路由器自動生成。

非直連路由：就是不是直接連接在路由器接口上的網段，此記錄需要手動添加或者是使用動態路由。

路由表中記錄的條目有的需要手動添加(稱為靜態路由)，有的測試動態獲取的(稱為動態路由)。直連路由屬于靜態路由。

路由器是工作在網絡層的，在網絡層可以識別邏輯地址。當路由器的某個接口收到一個包時，路由器會讀取包中相應的目標的邏輯地址的網絡部分，然后在路由表中進行查找。如果在路由表中找到目標地址的路由條目，則把包轉發到路由器的相應接口，如果在路由表中沒有找到目標地址的路由條目，那么，如果路由配置默認路由，就科舉默認路由的配置轉發到路由器的相應接口;如果沒有配置默認路由，則將該包丟棄，并返回不可到達的信息。這就是數據路由的過程。

如下圖：詳細介紹路由器的工作原理

1) HostA在網絡層將來自上層的報文封裝成IP數據包，其中源IP地址為自己，目標IP地址是HostB，HostA會用本機配置的24位子網掩碼與目標地址進行“與”運算，得出目標地址與本機不是同一網段，因此發送HostB的數據包需要經過網關路由A的轉發。

2) HostA通過ARP請求獲取網關路由A的E0口的MAC地址，并在鏈路層將路由器E0接口的MAC地址封裝成目標MAC地址，源MAC地址是自己。

3) 路由器A從E0可接收到數據幀，把數據鏈路層的封裝去掉，并檢查路由表中是否有目標IP地址網段(即192.168.2.2的網段)相匹配的的項，根據路由表中記錄到192.168.2.0網段的數據請發送給下一跳地址10.1.1.2，因此數據在路由器A的E1口重新封裝，此時，源MAC地址是路由器A的E1接口的MAC地址，封裝的目標MAC地址則是路由器2的E1接口的MAC地址。

4) 路由B從E1口接收到數據幀，同樣會把數據鏈路層的封裝去掉，對目標IP地址進行檢測，并與路由表進行匹配，此時發現目標地址的網段正好是自己E0口的直連網段，路由器B通過ARP廣播，獲知HostB的MAC地址，此時數據包在路由器B的E0接口再次封裝，源MAC地址是路由器B的E0接口的MAC地址，目標MAC地址是HostB的MAC地址。封裝完成后直接從路由器的E0接口發送給HostB。

5) 此時HostB才會收到來自HostA發送的數據。

總結：路由表負責記錄一個網絡到另一個網絡的路徑，因此路由器是根據路由表工作的。