lesson27-29计算机网络第三章精讲：交换机与VLAN的工作原理、区别与实战应用

第三章 Lesson 27 交换机（★★★★★）

第一部分：为什么需要交换机？

假设：

有四台电脑。

1A      B
2
3C      D
4

如果：

没有交换机。

是不是：

谁也不能通信？

于是：

把大家连起来。

1A
2      │
3      │
4B ── Switch ── C
5      │
6      │
7      D
8

这样：

所有电脑：

都能通信。

交换机的作用（★★★★★）

一句话：

根据目的 MAC 地址，转发数据帧。

★★★★★

这是考试最喜欢考的定义。

记住：

交换机看的是 MAC 地址，不是 IP 地址。

第二部分：交换机和集线器（Hub）有什么区别？

这是 考试必考比较题 。

先看 Hub。

Hub（集线器）

例如：

A：

发送数据。

1A
2
3↓
4
5Hub
6

Hub：

不知道：

发给谁。

怎么办？

答案：

全部发送。

例如：

1B ← 收到
2
3A → Hub → C ← 收到
4
5      D ← 收到
6

是不是：

大家：

都收到？

效率：

很低。

Switch（交换机）

如果：

A：

发给：

C。

1A
2
3↓
4
5Switch
6

交换机：

查表。

知道：

C：

在哪个端口。

于是：

只发送：

1A
2
3↓
4
5Switch
6
7↓
8
9C
10

B：

不知道。

D：

不知道。

是不是：

效率高很多？

第三部分：交换机为什么知道发给谁？

答案：

因为：

它有一张：

MAC 地址表（MAC Address Table）

★★★★★

这是第三章最重要的知识点之一。

例如：

交换机：

里面：

保存：

1MAC地址              端口
2
300-AA-11-22       Port1
4
511-BB-22-33       Port2
6
722-CC-33-44       Port3
8

以后：

收到：

数据。

例如：

目的：

122-CC-33-44
2

交换机：

查表。

发现：

Port3。

于是：

发：

Port3。

第四部分：MAC 地址表怎么来的？

很多同学：

都会问。

老师：

提前配置？

不是。

厂家：

写进去？

不是。

答案：

交换机自己学习。

★★★★★

例如：

A：

第一次：

发送。

1源MAC：
2
300-AA
4

进入：

Port1。

交换机：

马上：

记住：

100-AA
2
3↓
4
5Port1
6

以后：

再看到：

00-AA。

直接：

知道：

就在：

Port1。

所以：

交换机：

越来越聪明。

因为：

MAC 地址表：

越来越完整。

第五部分：交换机学习过程（★★★★★）

来看完整过程。

第一步：

A：

发送。

1源MAC：
2
3A
4

进入：

Port1。

交换机：

学习：

1A
2
3↓
4
5Port1
6

第二步：

目的：

C。

交换机：

查表。

发现：

没有。

怎么办？

答案：

广播（Flood）。

★★★★★

什么意思？

除了：

Port1。

其他：

全部发送。

1Port2
2
3Port3
4
5Port4
6

大家：

都收到。

只有：

C：

回应。

第三步：

C：

回复。

1源MAC：
2
3C
4

进入：

Port3。

交换机：

再次学习：

1C
2
3↓
4
5Port3
6

以后：

A：

再找：

C。

直接：

Port3。

不用：

广播。

这就是：

交换机：

学习 MAC 地址表。

第六部分：交换机转发过程（★★★★★）

考试：

特别喜欢画图。

例如：

1A
2       │Port1
3       │
4     Switch
5     │     │
6Port2│     │Port3
7     B     C
8

MAC 表：

1A → Port1
2
3B → Port2
4
5C → Port3
6

A：

发送：

给：

C。

交换机：

查：

1C
2
3↓
4
5Port3
6

于是：

只：

发：

Port3。

是不是：

特别简单？

第七部分：交换机的三种转发方式（了解）

教材：

有时：

会提。

知道即可。

① 存储转发（Store and Forward）

整个帧：

全部收到。

检查：

CRC。

没问题。

再发。

优点：

可靠。

② 直通交换（Cut-through）

收到：

目的 MAC。

马上：

开始转发。

速度：

快。

③ 无碎片交换

了解即可。

考试：

很少。

第八部分：交换机和路由器区别（★★★★★）

这是考试超级喜欢比较的。

★★★★★

一定要背。

第九部分：交换机为什么没有冲突？

上一课：

我们：

学：

CSMA/CD。

共享网线：

会：

冲突。

现在：

交换机：

每个端口：

独立。

例如：

1A
2
3↓
4
5Port1
6

B：

1↓
2
3Port2
4

是不是：

互不影响？

所以：

现代交换机：

基本：

没有：

冲突。

★★★★★

考试：

非常喜欢。

第十部分：交换机工作流程（★★★★★）

完整过程：

1收到帧
2
3↓
4
5读取源MAC
6
7↓
8
9学习MAC地址
10
11↓
12
13读取目的MAC
14
15↓
16
17查MAC地址表
18
19↓
20
21找到？
22
23↓
24
25是
26
27↓
28
29定向转发
30
31↓
32
33否
34
35↓
36

★★★★★

这是：

考试：

综合题。

第十一部分：整个第三章知识串起来

看看：

是不是：

已经全部连接起来了。

1应用层数据
2
3↓
4
5IP数据报
6
7↓
8
9数据链路层
10
11↓
12
13封装成帧
14
15↓
16
17加入MAC地址
18
19↓
20
21加入CRC(FCS)
22
23↓
24
25形成以太网帧
26
27↓
28
29交换机查MAC表
30
31↓
32
33转发
34
35↓
36

是不是：

整个局域网：

已经会工作了？

第十二部分：本课总结（★★★★★）

1交换机（Switch）
2│
3├── 工作在数据链路层
4├── 根据MAC地址转发
5├── 自动学习MAC地址
6├── 建立MAC地址表
7├── 未知目的MAC→广播
8└── 已知目的MAC→定向转发
9

第三章 Lesson 28 VLAN（虚拟局域网）★★★★★

考试重要程度：

⭐⭐⭐⭐☆

VLAN 本身不算特别难，但"广播域"是考试重点。

第一部分：为什么需要 VLAN？

先来看一个公司。

有三个部门：

1交换机
2  ┌────┼────┐
3  │    │    │
4财务  技术  人事
5

所有电脑：

都接在同一个交换机。

是不是很好？

其实：

不好。

为什么？

假设：

财务电脑：

发送广播。

例如：

1"谁是192.168.1.10？"
2

结果：

整个公司：

全部收到。

1财务 ✔
2
3技术 ✔
4
5人事 ✔
6

是不是：

很多电脑：

根本不用收到？

这就是：

广播风暴 。

（广播太多，占用网络资源。）

于是：

出现了：

VLAN（Virtual LAN）

中文：

虚拟局域网。

第二部分：什么是 VLAN？

一句话：

把一个物理局域网，划分成多个逻辑局域网。

★★★★★

这句话：

考试：

经常考。

注意：

是：

逻辑划分。

不是：

重新拉网线。

例如：

原来：

1一个交换机
2
3↓
4
5一个局域网
6

现在：

1一个交换机
2
3↓
4
5VLAN10（财务）
6
7↓
8
9VLAN20（技术）
10
11↓
12
13VLAN30（人事）
14

是不是：

一个交换机。

变成：

三个局域网。

第三部分：VLAN 最大特点

★★★★★

一句话：

不同 VLAN 属于不同广播域。

这是：

整节课：

最重要的一句话。

一定背。

例如：

财务：

发送广播。

1VLAN10：
2
3广播
4

结果：

只有：

1财务
2
3收到。
4

技术：

收不到。

人事：

收不到。

是不是：

广播：

变少了？

第四部分：什么叫广播域？

★★★★★

考试：

最喜欢。

定义：

广播能够到达的范围，就叫广播域。

例如：

没有 VLAN。

1交换机
2
3↓
4
5ABCDE
6

广播：

全部收到。

所以：

整个交换机：

一个广播域。

有 VLAN。

1VLAN10
2
3AB
4

1VLAN20
2
3CD
4

广播：

只能：

AB。

不能：

CD。

于是：

两个广播域。

口诀：

一个 VLAN = 一个广播域。

★★★★★

第五部分：为什么不同 VLAN 不能通信？

例如：

1VLAN10
2
3A
4

1VLAN20
2
3B
4

A：

发送：

给：

B。

交换机：

会：

阻止。

为什么？

因为：

属于：

不同：

广播域。

那怎么办？

答案：

需要路由器（三层交换机也可以）。

★★★★★

考试：

喜欢问。

所以：

记一句：

1同一VLAN
2
3↓
4
5直接通信
6

1不同VLAN
2
3↓
4
5路由器
6

★★★★★

第六部分：交换机如何区分 VLAN？

交换机：

每个端口：

都可以：

属于：

不同 VLAN。

例如：

1Port1
2
3↓
4
5VLAN10
6

1Port2
2
3↓
4
5VLAN10
6

1Port3
2
3↓
4
5VLAN20
6

1Port4
2
3↓
4
5VLAN30
6

是不是：

一个交换机：

变成：

多个网络。

第七部分：VLAN 的优点（★★★★★）

教材：

经常总结。

① 减少广播

广播：

不会：

整个公司：

到处跑。

② 提高安全性

财务：

收不到：

技术：

广播。

是不是：

更安全？

③ 易于管理

例如：

财务：

全部：

VLAN10。

以后：

新增：

财务电脑。

直接：

加入：

VLAN10。

不用：

重新布线。

第八部分：VLAN 标签（了解）

考试：

偶尔考。

交换机：

之间：

传输。

需要：

知道：

属于：

哪个 VLAN。

于是：

会：

加入：

一个：

802.1Q 标签。

了解即可。

本科考试：

一般：

不会计算。

第九部分：交换机与 VLAN 的关系

很多学生：

容易混。

记一句。

交换机：

负责：

划分 VLAN。

路由器：

负责：

连接 VLAN。

★★★★★

这是：

考试：

经典。

第十部分：交换机、Hub、路由器总结（★★★★★）

★★★★★

这是第三章最喜欢出的综合比较题。

第十一部分：整个局域网终于完整了！

来看完整流程。

1应用层
2
3↓
4
5网络层（IP）
6
7↓
8
9数据链路层
10
11↓
12
13MAC地址
14
15↓
16
17CRC
18
19↓
20
21以太网帧
22
23↓
24
25交换机
26
27↓
28
29VLAN判断
30
31↓
32
33目的主机
34

是不是：

第三章：

全部：

串起来了？

第十三部分：本课总结（★★★★★）

1VLAN
2│
3├── 虚拟局域网
4├── 一个交换机划分多个逻辑网络
5├── 一个VLAN=一个广播域
6├── 减少广播
7├── 提高安全
8├── 易于管理
9└── 不同VLAN通信需要路由器
10
11

Lesson 29 第三章总复习（★★★★★）

第一部分：一张图串起第三章（★★★★★）

这是整个第三章最重要的一张图。

请先整体看一遍。

1					数据链路层
2                       │
3       ┌───────────────┼───────────────┐
4       │                               │
5     功能                          可靠传输
6       │                               │
7       │                          滑动窗口
8       │
9       ▼
10    封装成帧
11       │
12       ▼
13     差错检测
14       │
15     CRC（FCS）
16       │
17       ▼
18   两种典型协议
19  ┌─────────────┐
20  │             │
21PPP协议      以太网(Ethernet)
22                │
23                ▼
24            MAC地址
25                │
26                ▼
27           CSMA/CD
28                │
29                ▼
30             交换机
31                │
32                ▼
33              VLAN
34

这张图建议你抄到笔记本第一页。

考试所有知识点都在这里。

第二部分：第三章知识链（★★★★★）

假设：

你的电脑：

访问学校网站。

真正发生了什么？

来看完整过程。

① 应用层：

产生数据。

例如：

1HTTP 请求
2

↓

网络层：

加入：

IP 地址。

↓

数据链路层：

开始工作。

② 封装成帧

1数据
2
3↓
4
5Frame
6

③ 加入 MAC 地址

例如：

1目的MAC
2
3源MAC
4

交换机：

以后：

就靠它。

④ 计算 CRC

算出：

FCS。

放：

帧尾。

保证：

数据：

有没有错。

⑤ 形成以太网帧

1目的MAC
2
3源MAC
4
5Type
6
7Data
8
9FCS
10

⑥ 如果共享网络

使用：

CSMA/CD。

口诀：

先听后说，边说边听。

⑦ 到交换机

交换机：

查：

MAC 地址表。

找到：

目的端口。

转发。

⑧ 如果划分 VLAN

先判断：

是不是：

同一个 VLAN。

同一个：

直接转发。

不同：

交给：

路由器。

是不是：

整个第三章：

已经：

连起来了？

第三部分：考试最爱比较（★★★★★）

① MAC 地址 vs IP 地址

这是 必考 。

口诀：

MAC 找设备，IP 找网络。

② Hub vs Switch

口诀：

Hub 全发，Switch 查表。

③ Switch vs Router

口诀：

交换机看 MAC，路由器看 IP。

④ PPP vs Ethernet

第四部分：考试数字（★★★★★）

这一部分一定会出选择题。

这四个数字必须会默写。

第五部分：第三章口诀（★★★★★）

数据链路层

封装成帧，CRC 检错。

PPP

点对点，Flag01111110，五个1插个0。

滑动窗口

窗口决定能发多少，ACK决定窗口怎么滑。

MAC 地址

48位，网卡身份证。

CSMA/CD

先听后说，边说边听。

Switch

学习源 MAC，查目的 MAC。

VLAN

一个 VLAN，一个广播域。

第六部分：第三章终极思维导图（★★★★★）

1数据链路层
2                       │
3      ┌────────────────────────┐
4      │                        │
5    封装成帧              差错检测
6      │                    │
7      │                  CRC(FCS)
8      │
9      ▼
10  PPP协议
11      │
12  Flag=01111110
13      │
14  五个1插个0
15      │
16      ▼
17  滑动窗口
18      │
19   ACK确认
20      │
21      ▼
22  MAC地址(48位)
23      │
24      ▼
25   以太网
26      │
27      ▼
28  CSMA/CD
29      │
30  先听后说
31  边说边听
32      │
33      ▼
34   交换机
35      │
36MAC地址表学习
37

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