交换机MAC地址表如何形成_交换机MAC学习与老化原理【科普】

星夢妙者
发布: 2025-12-16 16:59:13
原创
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交换机MAC地址表通过接收数据帧的源MAC地址自动学习并动态更新:上电后为空,首次收到帧即学习源MAC、端口和VLAN;后续同源帧刷新时间戳,迁移时覆盖旧端口,老化时间默认300秒随机清理,BPDU等特殊帧不参与学习。

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一、MAC地址表的初始化与学习触发

交换机在加电启动后,MAC地址表为空,此时无法识别任何终端设备的位置。当任意物理端口接收到以太网数据帧时,即触发学习流程;该流程仅提取帧头中的源MAC地址(第7–12字节),结合接收端口编号与所属VLAN ID,生成一条动态表项。

1、交换机上电完成,内部MAC地址表初始为空,无任何有效表项。

2、任一端口(如GigabitEthernet0/0/1)接收到终端发出的数据帧。

3、交换机解析该帧,提取源MAC地址(例如00:11:22:33:44:55)。

4、将该MAC地址、接收端口编号、VLAN ID(默认为VLAN 1)三元组写入MAC地址表,并标记当前时间为时间戳。

5、此过程不依赖人工配置,也不处理目的MAC地址,仅源MAC地址参与学习

二、MAC地址表的动态更新机制

已建立的表项并非静态不变,而是通过持续接收来自同一MAC地址的新流量来刷新其活跃状态。每次成功解析到匹配的源MAC地址,交换机即重置该表项的老化计时器,确保高频通信设备的表项长期有效。

1、交换机在MAC地址表中查找到某条目对应的源MAC地址再次出现。

2、系统立即更新该表项的时间戳,使老化倒计时重新归零。

3、若该MAC地址同时出现在不同端口(如主机迁移),新端口的学习将覆盖旧端口记录,一个MAC地址始终仅关联一个最新端口

4、对于连接Hub或多台终端的端口,该端口可关联多个不同MAC地址,一个端口允许多个MAC地址映射

三、MAC地址老化时间的作用与执行逻辑

为防止地址表被离线设备或拓扑变更后的残留条目占满,交换机对每条动态表项设定生存周期。老化时间并非固定时刻删除,而是在设定值至两倍设定值之间随机触发清理,主流厂商默认为300秒。

1、系统按设定间隔(如每300秒)启动一次老化扫描任务。

2、遍历所有动态表项,检查其时间戳是否超过设定老化时长且未被刷新。

3、对满足条件的表项标记为“待淘汰”,并在后续扫描周期内择机清除。

4、若老化时间设为0,该表项将永久保留,但可能导致MAC地址表溢出并引发泛洪加剧

四、特殊帧与例外场景的处理规则

并非所有接收到的帧都会触发MAC地址学习。交换机依据协议类型与地址特征实施过滤,确保表项质量与转发效率。BPDU帧、未知组播地址等均被排除在学习范围之外。

1、交换机收到BPDU帧(源MAC形如0180-c200-xxxx)时,直接丢弃学习动作。

2、接收到目的MAC为全F(FF:FF:FF:FF:FF:FF)的广播帧时,仍会提取其源MAC进行学习。

3、ARP应答帧作为单播响应帧,携带响应方真实源MAC,是批量学习的重要来源之一

4、若端口处于down状态或被配置为禁止MAC学习,则不参与任何学习行为。

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