交換機工作原理

交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數據鏈路層。交換機內部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發(fā)往該MAC地址的數據包將僅送往其對應的端口，而不是所有的端口。因此，交換機可用于劃分數據鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網絡層廣播，即廣播域。

交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數據包以后，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC（網卡的硬件地址）的NIC（網卡）掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應后交換機會“學習”新的MAC地址，并把它添加入內部MAC地址表中。使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照IP地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發(fā)，可以有效的減少沖突域。

交換機交換方式

交換機通過以下三種方式進行交換：

1.直通式：直通方式的以太網交換機可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入端口檢測到一個數據包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內部的動態(tài)查找表轉換成相應的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數據包直通到相應的端口，實現交換功能。由于不需要存儲，延遲非常小、交換非?？?，這是它的優(yōu)點。它的缺點是，因為數據包內容并沒有被以太網交換機保存下來，所以無法檢查所傳送的數據包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力。由于沒有緩存，不能將具有不同速率的輸入/輸出端口直接接通，而且容易丟包。

2.存儲轉發(fā)：存儲轉發(fā)方式是計算機網絡領域應用較為廣泛的方式。它把輸入端口的數據包先存儲起來，然后進行CRC（循環(huán)冗余碼校驗）檢查，在對錯誤包處理后才取出數據包的目的地址，通過查找表轉換成輸出端口送出包。正因如此，存儲轉發(fā)方式在數據處理時延長時間大，這是它的不足，但是它可以對進入交換機的數據包進行錯誤檢測，有效地改善網絡性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口間的轉換，保持高速端口與低速端口間的協同工作。

3.碎片隔離：這是介于前兩者之間的一種解決方案。它檢查數據包的長度是否夠64個字節(jié)，如果小于64字節(jié)，說明是假包，則丟棄該包；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。這種方式也不提供數據校驗。它的數據處理速度比存儲轉發(fā)方式快，但比直通式慢。

交換機的作用介紹

1. 提供網絡接口的

交換機在網絡中重要的應用就是提供網絡接口，所有網絡設備的互聯都必須借助交換機才能實現。主要包括：

(1)連接交換機、路由器、防火墻和無線接入點等網絡設備。

(2)連接計算機、服務器等計算機設備。

(3)連接網絡打印機、網絡攝像頭、IP電話等其它網絡終端。

2. 擴充網絡接口

盡管有的交換機擁有較多數量的端口(如48口)，但是當網絡規(guī)模較大時，一臺交換機所能提供的網絡接口數量往往不夠。此時，就必須將兩臺或更多臺交換機連接在一起，從而成倍地擴充網絡接口。

交換機的MAC地址

交換機中的MAC地址表初始為空，交換機自投入使用后，會通過一定的措施構建并完善MAC地址表，這一過程主要包含4個重要概念:學習、轉發(fā)、泛洪和更新。

①學習。當端口E0/1連接的設備pc1要發(fā)送數據幀給另外一臺設備時，交換機會先檢查數據幀中的源MAC地址(00-0B-2F-4B-60-26)，判斷MAC地址表中是否存在相關記錄，若有則更新記錄(00-0B-2F-4B-60-26，E0/1)，否則新增記錄。

②轉發(fā)。交換機檢查數據幀中的目的MAC地址，查詢MAC地址表中與目的MAC地址相關的記錄，若找到相應記錄，則將數據幀轉發(fā)到記錄對應的端口。

③泛洪。若MAC地址表中不存在與目的MAC地址相關的記錄，交換機一時無法獲取目的主機所連接的端口，此時交換機將發(fā)送數據幀給除源端口外所有的端口(此即泛洪)，等到相應的目的端口回復后，交換機記下回應數據幀的源MAC地址和對應端口，以方便后續(xù)轉發(fā)。

④更新。為保證MAC地址表的正確，交換機內部每隔一定時間會將表進行一次更新。