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  • 交换机工作原理、MAC地址表、路由器工作原理详解一:MAC地址表详解说到MAC地址表,就不得不说一下交换机工作原理了,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...

    交换机工作原理、MAC地址表、路由器工作原理详解

    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

    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f 0/1) 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f 0/1接口)。

    4)这时,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?

    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收到此数据帧后,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地址的记录,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1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。

    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。

     


    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,在每台主机中都有一张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。

    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,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IP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接受到此数据帧后,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。

     


    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。

    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:就是不是直接连接在路由器接口上的网段,此记录需要手动添加或者是使用动态路由。

    路由表中记录的条目有的需要手动添加(称为静态路由),有的测试动态获取的(称为动态路由)。直连路由属于静态路由。

    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逻辑地址的网络部分,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。

    如下图:详细介绍路由器的工作原理

    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,HostA会用本机配置的24位子网掩码与目标地址进行“与”运算,得出目标地址与本机不是同一网段,因此发送HostB的数据包需要经过网关路由A的转发。

    2)HostA通过ARP请求获取网关路由A的E0口的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MAC地址,封装的目标MAC地址则是路由器2的E1接口的MAC地址。

    4)路由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口的直连网段,路由器B通过ARP广播,获知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E0接口的MAC地址,目标MAC地址是HostB的MAC地址。封装完成后直接从路由器的E0接口发送给HostB。

    5)此时HostB才会收到来自HostA发送的数据。

    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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  • 交换机原理详解

    2017-10-13 20:32:21
    实验名称:交换机 MAC 表形成 实验需求: 1、确保 PC-1 与 PC-3 可以互相Ping通; 2、查看交换机的 MAC 地址表 ; 实验步骤: 1、互联交换机与 PC-1/2/3 ; 分别对应交换机的 Fas0/1/2/3口 2、配置PC-1/2/3的IP地址...

    wKioL1ngrrLwBJV0AAA-vnvZxv0756.png

    实验名称:交换机 MAC 表形成
    实验需求:
        1、确保 PC-1 与 PC-3 可以互相Ping通;
        2、查看交换机的 MAC 地址表 ;
    实验步骤:
        1、互联交换机与 PC-1/2/3 ; 分别对应交换机的 Fas0/1/2/3口
        2、配置PC-1/2/3的IP地址(此时可以不配置网关IP地址)
        3、在Ping之前,查看交换机的 MAC地址表(空)
        4、PC-1 ping PC-3 之后,然后查看交换机的MAC地址表;
    过程分析:
       PC1 --> PC3
        
       192.168.1.1  ---> 192.168.1.3  
          A         --->   C  
     

    原理详解:

        1、交换机收在 Fas0/1 端口收到 PC1 发送的数据包,
           关注源MAC地址,形成 MAC 地址表条目:
                  A --- Fas0/1    
        2、交换机关注PC1发送的数据包的目标MAC地址,然后进行查表;
              目标MAC : C  
              MAC地址表:show mac-address-table  
                          默认情况下,刚开机时,该表是空的;
              匹配:
                  结果 - 不成功,所以,广播;
        3、交换机将 PC1 的数据包从 Fas0/2 和 Fas0/3 发送出去;
        4、Fas0/2口连接的 PC-2 收到数据包以后,首先查看 目标MAC
           地址是否与自己的网卡地址相同。不同,则丢弃数据包;
        5、Fas0/3口连接的 PC-3 收到数据包以后,首先查看 目标MAC
           地址是否与自己网卡地址相同。相同,则继续分析 目标IP
           地址,如果与自己的IP地址相同,则接收(反之,丢弃)
            
        6、PC-3 基于收到的Ping 的请求,进行构建回应报文:
                192.168.1.3  ---->  192.168.1.1  
                   C         ---->     A  
            并且发送出去;
        7、交换机在 Fas0/3 口接收到 PC-3发送的数据包,首先查看源
           MAC,从而形成MAC地址表条目:
                    C ---- Fas0/3 ;
        8、交换机关注 PC-3 发送的数据包的目标 MAC 地址, 查找MAC
            地址表 : show  mac-address-table
                         A -- Fas0/1  
        此时的数据包的目标MAC地址为  A,恰好与改条目匹配成功,则将数据包从 Fas0/1 口发送出去;
        9、PC-1收到数据包以后,首先分析目标    MAC地址是否与自己的网卡地址相同,如果相同,则继续分析目标IP地址,是否与自己的IP地址相同,如果相同,则接收。Ping显示成功。               
        

    总结:
        1、成表 - 查看源MAC;  
        2、查表 - 查看目标MAC;
        3、MAC表的动态条目是有一定的存活时间的,默认值为 300s
        4、MAC表的大小是有一定空间的(show mac-address-table)
         
            
    小小的扩展:
        当PC机配置IP地址时,该设备会首先发送一个无故ARP,用于检测
        配置的IP地址是否可以用(确定本网段没有重复的IP地址)
            
        无故ARP的请求报文:
            源MAC ---> 目标MAC  
              E   --->  全F ;(表示的是广播MAC地址)  
        1、交换机在 Fas0/4 口收到 PC-4 发送的无故 ARP 之后,  
            首先查看报文的源MAC地址,形成MAC地址表条目:
                E --- Fas0/4 ;  
        2、其次交换机会查看数据包的目标 MAC 地址,并进行MAC地址表
            条目的匹配:
                 小问题:
                      在MAC地址表中是否存在全F对应的 条目;  
                         比如: 全 F ----- Fas0/10  
                            答案:不存在!
        
        交换机可以隔离冲突域,不可以隔离广播域;
        路由器可以隔离广播域,可以隔离冲突域;

        ARP :          IP --- MAC  
        MAC 地址表 :   MAC --- Port 

    转载于:https://blog.51cto.com/13395140/1972227

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  • PoEPoEPoE供电方式介绍及典型组网应用
  • 以太网 交换机工作原理 vlan详解

    千次阅读 2018-09-14 20:41:43
    3 案例3:跨交换机同vlan通信 4 案例4:trunk链路配置 5 案例5:多vlan跨交换机通信 6 案例6:以太网通道 1 案例1:vlan基本命令 1.1 问题 1)在交换机上创建vlan10,修改名称为web并查看vlan配置 2)删除...

     

    NSD NETWORK DAY02

    1. 案例1:vlan基本命令
    2. 2 案例2:vlan基本配置
    3. 3 案例3:跨交换机同vlan通信
    4. 4 案例4:trunk链路配置
    5. 5 案例5:多vlan跨交换机通信
    6. 6 案例6:以太网通道

    1 案例1:vlan基本命令

    1.1 问题

    1)在交换机上创建vlan10,修改名称为web并查看vlan配置

    2)删除vlan10,查看vlan配置

    3)创建vlan20,将端口f0/1加入此vlan,查看vlan配置

    4)将f0/1从vlan20中删除,查看vlan配置

    1.2 步骤

    实现此案例需要按照如下步骤进行

    步骤一:在交换机上创建vlan10,修改名称为web并查看vlan配置

    Switch>enable 
    Switch#configure terminal 
    Switch(config)#vlan 10
    Switch(config-vlan)#name web
    Switch(config-vlan)#end
    Switch#show vlan brief
    
    

    步骤二:删除vlan10,查看vlan配置

    Switch#configure terminal 
    Switch(config)#no vlan 10
    Switch(config)#end
    Switch#show vlan brief
    
    

    步骤三:创建vlan20,将f0/1端口加入此vlan,查看vlan配置

    Switch#configure terminal
    Switch(config)#vlan 20
    Switch(config-vlan)#exit
    Switch(config)#interface fastethernet 0/1
    Switch(config-if)#switchport access vlan 20
    Switch(config)#end
    Switch#show vlan brief
    
    

    步骤四:将f0/1端口从vlan20中删除,查看vlan配置

    Switch#configure terminal
    Switch(config)#interface fastethernet 0/1
    Switch(config-if)#no switchport access vlan 20
    Switch(config)#end
    Switch#show vlan brief
    

    2 2 案例2:vlan基本配置

    2.1 问题

    在交换机上创建以下vlan,按照拓扑图-1将端口加入到指定的vlan并配置服务器IP地址,实现通vlan主机的通信

    图-1

    2.2 步骤

    Switch>enable 
    Switch#configure terminal 
    Switch(config)#vlan 2
    Switch(config-vlan)#vlan 3
    Switch(config-vlan)#exit
    Switch(config)#interface range fastEthernet 0/3-4
    Switch(config-if-range)#switchport access vlan 2
    Switch(config-vlan)#exit
    Switch(config)#interface range fastEthernet 0/5-6
    Switch(config-if-range)#switchport access vlan 3
    Switch#show vlan brief
    

    3 3 案例3:跨交换机同vlan通信

    3.1 问题

    通过配置交换机实现图-2中的vlan主机互通

    图-2

    3.2 步骤

    S1配置

    Switch#configure terminal
    Switch(config)#interface fastethernet 0/7
    Switch(config-if)#switchport access vlan 3
    

    S2配置

    Switch>enable 
    Switch#configure terminal 
    Switch(config)#vlan 3
    Switch(config-vlan)#exit
    Switch(config)#interface range fastEthernet 0/5-7
    Switch(config-if-range)#switchport access vlan 3
    

    4 4 案例4:trunk链路配置

    4.1 问题

    如图-3所示

    1)配置s1的f0/1端口为trunk模式,分别查看两台交换机f0/1端口的状态

    2)恢复s1的f0/1端口为默认模式,分别查看两台交换机f0/1端口的状态

    图-3

    4.2 步骤

    配置s1的f0/1口为trunk模式,分别查看两台交换机f0/1端口状态

    Switch>enable 
    Switch#configure terminal 
    Switch(config)#interface fastEthernet 0/1
    Switch(config-if)#switchport mode trunk 
    Switch(config-if)#end
    Switch#show interfaces fastEthernet 0/1 switchport 
    

    恢复s1的f0/1口为默认模式,分别查看两台交换机f0/1端口状态

    Switch#configure terminal 
    Switch(config)#interface fastEthernet 0/1
    Switch(config-if)#no switchport mode trunk 
    Switch#show interfaces fastEthernet 0/1 switchport
    

    5 5 案例5:多vlan跨交换机通信

    5.1 问题

    通过配置实现跨交换机的同vlan通信,如图-4所示

    图-4

    5.2 步骤

    注:以下配置需要在练习3的基础上完成

    S1配置

    Switch>enable 
    Switch#configure terminal 
    Switch(config)#interface fastEthernet 0/7
    Switch(config-if)#switchport mode trunk 
    

    S2配置

    Switch>enable 
    Switch#configure terminal 
    Switch(config)#vlan 2
    Switch(config-vlan)#exit
    Switch(config)#interface range fastEthernet 0/3-4
    Switch(config-if-range)#switchport access vlan 2
    Switch(config-if-range)#exit
    Switch(config)#interface fastEthernet 0/7
    Switch(config-if)#switchport mode trunk
    

    6 6 案例6:以太网通道

    6.1 问题

    参照图-5将交换机的f0/7-f0/9端口配置为以太网通道

    图-5

    6.2 步骤

    S1配置

    Switch>enable 
    Switch#configure terminal 
    Switch(config)#interface range fastEthernet 0/7-9
    Switch(config-if-range)#channel-group 1 mode on 
    Switch(config-if-range)#end
    Switch#show etherchannel summary
    

    S2配置

    Switch>enable 
    Switch#configure terminal 
    Switch(config)#interface range fastEthernet 0/7-9
    Switch(config-if-range)#channel-group 1 mode on 
    Switch(config-if-range)#end
    Switch#show etherchannel summary
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  • 交换机原理详解

    2019-01-15 00:19:00
    不懂交换机的,看这一个文档就能入门了,大公司技术专家写的,讲的深入浅出,非常清楚明白。包括VLAN原理等。
  • ATM交换机技术原理简介 起因,背景: ATM交换技术是ATM网络技术的核心。交换结构的性能将决定ATM网络的性能和规模。交换机设计的方法将影响交换吞吐量、信元阻塞、信元丢失和交换延时等,交换结构不仅影响交换机的...

      ATM交换机技术原理简介

      起因,背景:

      ATM交换技术是ATM网络技术的核心。交换结构的性能将决定ATM网络的性能和规模。交换机设计的方法将影响交换吞吐量、信元阻塞、信元丢失和交换延时等,交换结构不仅影响交换机的性能和扩展特性,而且也影响交换机支持广播方式和点到点方式的能力。

      交换原理和方式:

      1.ATM交换原理

      ATM交换结构应该能够完成两方面基本功能,一是空间交换,即将信元从一条传输线上交换到另一条上,又叫路由选择;另一功能是时间交换,即将信元从一个时隙转移到另一时隙。ATM交换机从基本构成上可分为接口模块、交换模块、和控制模块。接口模块位于交换机的边缘,为交换机提供对外的接口;交换模块是整个交换机的核心模块,它提供了信元交换的通路,通过交换模块的两个基本功能(排队和选路),将信元从一个端口交换到另一个端口上去;控制模块是交换机的中央枢纽,它完成ATM信元处理、资源管理和流量控制中的连接接纳控制,以及设备管理、网络管理等功能、在实现时,设备管理和网管多在外接的管理维护平台上完成。

      2.ATM交换方式和结构:

      现代通信网中广泛应用的交换方式有两种:电路交换方式和分组交换方式。电路交换方式包括传统电路交换、多速率电路交换、快速电路交换等,分组交换方式包括帧交换、帧中继、快速分组交换等。电路交换方式适用于话音等实时性业务,而分组交换方式适用于数据业务。在综合业务环境下,不同业务对网络的要求不同,电路交换方式和分组交换方式都不能满足综合业务环境下的使用要求。ATM交换技术是一种融合了电路交换方式和分组交换方式优点而形成的新型交换方式。

      ATM交换结构有总线结构和共享存储器结构两种。总线结构如图1所示,各路ATM信元经输入处理后汇集到总线上,输出处理从总线上取出信元,处理后形成输出信号。总线工作在分时状态,把不同时隙分配给不同的输入、输出。

      存储器结构如图2所示,各端口信元经过输入处理后送入存储器,输出处理器从存储器取出信元,处理后形成输出信号。

      若将存储器结构稍加变形,则其结构和总线结构是非常相似的。两种结构都存在信元的汇集点,这时就需要以时分和空分相结合的方式提高交换容量。

    4dbe23974caeb6d5be1a256a6298641f.png

      ATM交换特点:

      (1)采用统计时分复用

      传统的电路交换中用STM(Synchronous Transfer Mode)方式将来自各种信道上的数据组成帧格式,每路信号占固定比特位组,在时间上相当于固定的时隙,即属于同步时分复用。在ATM方式中保持了时隙的概念,但是采用统计时分复用的方式,取消了STM中帧的概念,在ATM时隙中存放的实际上是信元。

      (2)以固定长度(53字节)的信元为传输单位,响应时间短

      ATM的信元长度比X.25网络中的分组长度要小得多,这样可以降低交换节点内部缓冲区的容量要求,减少信息在这些缓冲区中的排队时延,从而保证了实时业务短时延的要求。

      (3)采用面向连接并预约传输资源的方式工作

      在ATM方式中采用的是虚电路形式,同时在呼叫过程向网络提出传输所希望使用的资源。考虑到业务具有波动的特点和网络中同时存在连接的数量,网络预分配的通信资源小于信源传输时的峰值速率(PCR)。

      (4)在ATM网络内部取消逐段链路的差错控制和流量控制,而将这些工作推到了网络的边缘

      X.25运行环境是误码率很高的频分制模拟信道,所以X.25执行逐段链路的差错控制。又由于X.25无法预约网络资源,任何链路上的数据量都可能超过链路的传输能力,因此X.25需要逐段链路的流量控制。而ATM协议运行在误码率较低的光纤传输网上,同时预约资源保证网络中传输的负载小于网络的传输能力,ATM将差错控制和流量控制放到网络边缘的终端设备完成。

      (5)ATM支持综合业务

      ATM充分综合了电路交换和分组交换的优点,既具有电路交换“处理简单”的特点,支持实时业务、数据透明传输,在网络内部不对数据作复杂处理,采用端-端通信协议;又具有分组交换的特点,如支持可变比特率业务,对链路上传输的业务采用统计时分复用等。所以ATM支持话音、数据、图象等综合业务。

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  • 交换机工作原理介绍

    2020-08-17 11:07:24
    交换机是一种用于电(光)信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。...一、交换机原理 交换机是根据网桥的原理发展起来的,学习交换机先认识两个概念:a、冲突域 冲突域
  • 2)交换机工作于OSI参考模型的第二层,数据链路层。 1.4路由器 广播风暴 广播风暴(broadcast storm)简单的讲是指当广播数据充斥网络无法处理,并占用大量网络带宽,导致正常业务不能运行,甚至彻底瘫痪,这...
  • 三层交换机,通俗一点来说就是具有二层交换技术+三层转发技术的交换机。“一次路由,多次转发”是三层...讲原理太难懂,不如举个栗子来说明三层交换机工作原理,比谈恋爱还简单剧情开始在一个教室中,有两个男生(...
  • 了解交换机工作原理

    2021-03-09 13:16:49
    什么是ARP协议3.ARP工作原理 网络层功能 1.定义了IP协议的逻辑地址 2.连接不同的媒介类型 3.选择数据通过网络的最佳路径 IP数据包的格式 1.IP字段 版本(Version)a该字段包含的是P的版本号,4bit。目前的版本为4(即...
  • 第三层交换技术也称为IP交换技术。它将第二层交换机和第三层路由器两者的优势结合成为一个有机的整体,是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制,是新一代局域网路由和交换技术。
  • 交换机工作原理 讲到交换机必须要了解MAC地址 MAC地址是由48位二进制数组成,通常分为6段,用十六进制表示 交换机的通信方式为单播或者广播,交换机根据MAC转发数据的单位是帧 交换机并不会把收到的每条信息都...
  • 2、交换机工作在数据链路层,对数据帧进行操作。在收到数据帧后,交换机会根据数据帧的头部信息对数据帧进行转发。 二、交换机的转发行为 1、交换机中有一个MAC地址表,里面存放了MAC地址与交换机端口的...
  • 数据链路层的建立维护与删除,数据帧的包装,传输与同步, 以太网帧的格式,交换机的转发原理(环境,过程,原理交换机的命令行配置(用户,特权,接口,全局配置模式,)

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交换机工作原理详解