交換機(jī)概述

交換機(jī)意為“開關(guān)”是一種用于電（光）信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以為接入交換機(jī)的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供獨(dú)享的電信號(hào)通路。較常見的交換機(jī)是以太網(wǎng)交換機(jī)。其他常見的還有電話語音交換機(jī)、光纖交換機(jī)等。

交換是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動(dòng)完成的方法，把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)的統(tǒng)稱。交換機(jī)根據(jù)工作位置的不同，可以分為廣域網(wǎng)交換機(jī)和局域網(wǎng)交換機(jī)。廣域的交換機(jī)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備，它應(yīng)用在數(shù)據(jù)鏈路層。交換機(jī)有多個(gè)端口，每個(gè)端口都具有橋接功能，可以連接一個(gè)局域網(wǎng)或一臺(tái)較高的性能服務(wù)器或工作站。實(shí)際上，交換機(jī)有時(shí)被稱為多端口網(wǎng)橋。

Switch是交換機(jī)的英文名稱，這個(gè)產(chǎn)品是由原集線器的升級(jí)換代而來，在外觀上看和集線器沒有很大區(qū)別。由于通信兩端需要傳輸信息，而通過設(shè)備或者人工來把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦髽?biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)的路由器上的方式，這個(gè)技術(shù)就是交換機(jī)技術(shù)。從廣義上來分析，在通信系統(tǒng)里對(duì)于信息交換功能實(shí)現(xiàn)的設(shè)備，就是交換機(jī)。

交換機(jī)用途

交換機(jī)的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、錯(cuò)誤校驗(yàn)、幀序列以及流控。交換機(jī)還具備了一些新的功能，如對(duì)VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的支持、對(duì)鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。

學(xué)習(xí)：以太網(wǎng)交換機(jī)了解每一端口相連設(shè)備的MAC地址，并將地址同相應(yīng)的端口映射起來存放在交換機(jī)緩存中的MAC地址表中。

轉(zhuǎn)發(fā)/過濾：當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時(shí)，它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點(diǎn)的端口而不是所有端口（如該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉(zhuǎn)發(fā)至所有端口）

消除回路：當(dāng)交換機(jī)包括一個(gè)冗余回路時(shí)，以太網(wǎng)交換機(jī)通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時(shí)允許存在后備路徑。交換機(jī)除了能夠連接同種類型的網(wǎng)絡(luò)之外，還可以在不同類型的網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)）之間起到互連作用。如今許多交換機(jī)都能夠提供支持快速以太網(wǎng)或FDDI等的高速連接端口，用于連接網(wǎng)絡(luò)中的其它交換機(jī)或者為帶寬占用量大的關(guān)鍵服務(wù)器提供附加帶寬。

一般來說，交換機(jī)的每個(gè)端口都用來連接一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段，但是有時(shí)為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)直接連接到交換機(jī)的端口上。這樣，網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵服務(wù)器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。

交換機(jī)的功能和工作原理

交換機(jī)的功能

交換機(jī)的功能是連接計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、IP電話等終端設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)與其它交換機(jī)、無線接入點(diǎn)、路由器、網(wǎng)絡(luò)防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)，從而構(gòu)建局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備之間的通信。

交換機(jī)的工作原理

交換機(jī)位于OSI參考模型中的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），交換機(jī)的工作依賴于對(duì)MAC地址的識(shí)別（所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)一的MAC地址，通常是由廠商直接燒錄進(jìn)網(wǎng)卡中）。

交換機(jī)工作方式

當(dāng)一臺(tái)交換機(jī)安裝配置好之后，其工作過程如下：

1、收到某網(wǎng)段（設(shè)為A）MAC地址為X的計(jì)算機(jī)發(fā)給MAC地址為Y的計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)包。交換機(jī)從而記下了MAC地址X在網(wǎng)段A。這稱為學(xué)習(xí)（learning）。

2、交換機(jī)還不知道MAC地址Y在哪個(gè)網(wǎng)段上，于是向除了A以外的所有網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。這稱為泛洪（flooding）。

3、MAC地址Y的計(jì)算機(jī)收到該數(shù)據(jù)包，向MAC地址X發(fā)出確認(rèn)包。交換機(jī)收到該包后，從而記錄下MAC地址Y所在的網(wǎng)段。

4、交換機(jī)向MAC地址X轉(zhuǎn)發(fā)確認(rèn)包。這稱為轉(zhuǎn)發(fā)（forwarding）。

5、交換機(jī)收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，查表后發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)包的來源地址與目的地址屬于同一網(wǎng)段。交換機(jī)將不處理該數(shù)據(jù)包。這稱為過濾（filtering）。

6、交換機(jī)內(nèi)部的MAC地址-網(wǎng)段查詢表的每條記錄采用時(shí)間戳記錄后一次訪問的時(shí)間。早于某個(gè)閾值（用戶可配置）的記錄被清除。這稱為老化（aging）。