网络规划师学习-二层交换机工作原理和二层交换机为啥不能跨网段通信

目前正在学习网络规划师，听到老师讲网络设备中的二层交换机，于是想把在学习这一过程中遇到的疑问记录下来。。。。。

首先，在老师之前讲到TCP/IP模型时，曾说过，跨网段实现数据交换必须使用三层设备，如路由器或者三层交换机。此时，我就有了一个问题，出现这个问题的思路如下：

1.首先在网络模型中的第三层，通过ip地址进行通信，在二层时，通过MAC地址进行通信。

2.如果两个不同网段的PC通过二层交换机相连接，如下图所示

3.这两个PC通过ARP协议，应该能知道对方的MAC地址。如果两个PC互相知道了对方的MAC地址，应该就可以进行通信。

4。但是这两个PC并没有通信成功。

带着这个问题，我在某度上查找资料，最终解答了我的问题。

为了能更好的解释为什么跨网段的设备在二层交换机上不能通信，首先要明白的是两个知识点：第一是，第二是以太网帧结构是什么。

问：第一是网络模型是什么样子？

答：现在大家熟知的网络模型有两种，第一种是，OSI七层模型，第二种是TCP/IP模型。在实际运用中，使用的是TCP/IP模型。在这里简单的给大家放张图，来解释两种模型的结构：

OSI模型

TCP/IP模型

能看懂的就懂，看不懂的先去百度学习一下，哈哈哈哈哈。

现在，我们明白了网络模型的结构，总结一点就是：从上到下，层层封装，再层层拆包。在二层数据链路层，我们的数据已经被层层封装为以太网帧结构。所以，现在有了下一个问题，以太网帧结构是什么?

问：第二是以太网帧结构是什么？

先上一张，通过上一个问题，我们明白了，网络数据传输是，层层封装到层层拆包。

以太网帧结构

如果想要完全明白以太网帧结构，我只能说，请自行百度。哈哈哈哈

在这里，我们只要知道在以太网帧头中有，目的MAC地址和源MAC地址。源MAC地址就是设备自身的MAC地址，而目的MAC地址是通过ARP协议获得的。ARP协议是什么，我在这里就不说了。

好现在，到这一步，我们明白了网络模型是什么，以太网帧结构是什么，现在就要明白二层网络交换机的工作原理是什么。

在这里，举例说明来说：四个PC通过二层交换机连接，如图所示

第一步，当PC1想要与PC2的设备进行通信时，PC1只知道PC2的IP地址，但并不知道PC2的MAC 地址。所以首先，PC1首先发送ARP请求帧到二层交换机。

第二步，二层交换机得到他的目的地址为全F的广播地址，于是将该帧泛洪至所有接口并将源MAC地址记录到自己的MAC表中。

第三步，此时，其他的三个PC都收到了，来自PC1的数据包，PC3,PC4明白，PC1想要通信的IP地址并不是自己，便将PC1的包丢弃。PC2则返回ARP应答帧。

第四步，二层交换机通过PC2返回的ARP应答帧，将PC2的mac地址记录在自己的MAC地址表中。

第五步，在PC1知道PC2的MAC地址后，PC1传输数据时，在以太网帧的帧头，目的地址中将会将会写入PC2的MAC地址，当该帧到交换机后，交换机根据其目的MAC地址，查找自己MAC地址表中的地址对应的接口，实现数据的转发。

交换机中的MAC地址表如下图所示：

在192.168.1.1的ARP表中，可以看到已经存在192.168.1.2的表项

同样的，在192.168.1.2的ARP表中，也可以看到192.168.1.1的表项

现在通过，上面五步，已经明白了，二层交换机的工作原理，总结起来就是，交换机根据MAC地址表，进行数据的转发。

在了解到这些基础信息后，回过头来看最开始提出的问题，为什么二层交换机不能跨网段通信，要想跨网段通信只能通过三层设备。

以上图为例，当PC1想要去访问PC2时， PC1首先在第三层网络层通过IP协议，会判断目的地址是否为同一网段，若在同一网段就直接查找ARP缓存,查找目的MAC,如果目的IP地址是否和源IP不在同一网段,那么就将数据包发送到网关。此时若在PC1电脑上没有配置网关，数据包到这一步就丢弃了，若是配置了一个网关，IP协议也只知道网关IP,但是不知道网关MAC,所以会查找PC1中的ARP缓存,看里面有没有网关MAC,即使发送了ARP请求去寻找网关，也不会有任何响应,因为环境里并没有这个网关设备存在。所以最终IP协议无法知道目的MAC,就无法将数据包往下一个层数据链路层传递.

所以最终数据包停留在了第三层，并没有到达第二层。对于二层交换机来说，也是因为二层交换机，只能配置网管IP不能配置网关。

但是这种拓扑情况下，两台PC真的无法通信吗？

其实只要将两台PC的网关互相配置为对方的IP的地址，便能够使两台PC通信。

希望各位大佬指点!!!!

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