MAC 地址学习

当交换机刚接入网络时，它的 MAC 地址表是空的。当一个数据帧进入交换机的某个端口时，交换机首先会读取该数据帧中的源 MAC 地址。例如，一台计算机 A 通过网线连接到交换机的端口 1，并发送一个数据帧，交换机就会从这个数据帧中提取计算机 A 的 MAC 地址。

然后交换机将这个 MAC 地址和数据帧进入的端口号（这里是端口 1）记录到自己的 MAC 地址表中。这样，随着网络中设备不断发送数据帧，交换机就逐渐学习到各个设备的 MAC 地址及其对应的端口。

例如，在一个小型办公室网络中有 5 台计算机分别连接到交换机的不同端口，经过一段时间的通信后，交换机的 MAC 地址表中就会记录下这 5 台计算机的 MAC 地址和它们所连接的端口信息。

数据帧转发

当交换机收到一个数据帧后，它会查看数据帧中的目的 MAC 地址。如果交换机在自己的 MAC 地址表中找到了目的 MAC 地址对应的端口，就会将数据帧直接转发到该端口。

例如，计算机 A 要向计算机 B 发送数据，交换机已经学习到计算机 A 的 MAC 地址对应端口 1，计算机 B 的 MAC 地址对应端口 3。当交换机收到计算机 A 发往计算机 B 的数据帧时，它就会把这个数据帧从端口 3 转发出去，从而使数据能够准确地到达计算机 B。

如果交换机在 MAC 地址表中没有找到目的 MAC 地址对应的端口，这种情况称为 “未知单播帧”。此时，交换机就会采取泛洪（Flooding）的方式来转发数据帧。它会把这个数据帧从除了数据帧进入端口之外的所有其他端口转发出去。这是因为交换机不知道目的 MAC 地址在哪个端口，所以通过泛洪的方式来确保数据帧能够到达目的设备。当目的设备收到数据帧后做出响应，交换机就可以学习到目的 MAC 地址对应的端口，之后就可以进行正常的转发了。

数据帧过滤

交换机还具有数据帧过滤的功能。它只会把数据帧转发到目的 MAC 地址对应的端口，而不会像集线器那样把数据帧向所有端口广播。

例如，在一个有多个 VLAN（虚拟局域网）的网络中，交换机可以根据 VLAN 信息来过滤数据帧。如果一个数据帧的源设备和目的设备在同一个 VLAN 中，交换机就会按照正常的 MAC 地址转发规则来处理；如果它们在不同的 VLAN 中，交换机可能会根据配置将数据帧转发到连接路由器的端口，由路由器来处理跨 VLAN 的通信。

对于多层交换机（如第三层交换机、第四层交换机），它们在上述数据链路层工作原理的基础上，还增加了网络层（基于 IP 地址）和传输层（基于端口号等）的功能。第三层交换机可以根据 IP 地址进行路由选择，第四层交换机可以根据 TCP 或 UDP 端口号等对流量进行更精细的转发和控制。