交換機(jī)工作原理

交換機(jī)工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機(jī)內(nèi)部的CPU會(huì)在每個(gè)端口成功連接時(shí)，通過(guò)將MAC地址和端口對(duì)應(yīng)，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發(fā)往該MAC地址的數(shù)據(jù)包將僅送往其對(duì)應(yīng)的端口，而不是所有的端口。因此，交換機(jī)可用于劃分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。

交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會(huì)查找內(nèi)存中的地址對(duì)照表以確定目的MAC（網(wǎng)卡的硬件地址）的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個(gè)端口上，通過(guò)內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)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(yīng)后交換機(jī)會(huì)“學(xué)習(xí)”新的MAC地址，并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。使用交換機(jī)也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過(guò)對(duì)照IP地址表，交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過(guò)交換機(jī)。通過(guò)交換機(jī)的過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的減少?zèng)_突域。

交換機(jī)交換方式

交換機(jī)通過(guò)以下三種方式進(jìn)行交換：

1.直通式：直通方式的以太網(wǎng)交換機(jī)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(jī)。它在輸入端口檢測(cè)到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動(dòng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)查找表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)包直通到相應(yīng)的端口，實(shí)現(xiàn)交換功能。由于不需要存儲(chǔ)，延遲非常小、交換非常快，這是它的優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是，因?yàn)閿?shù)據(jù)包內(nèi)容并沒(méi)有被以太網(wǎng)交換機(jī)保存下來(lái)，所以無(wú)法檢查所傳送的數(shù)據(jù)包是否有誤，不能提供錯(cuò)誤檢測(cè)能力。由于沒(méi)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(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的方式。它把輸入端口的數(shù)據(jù)包先存儲(chǔ)起來(lái)，然后進(jìn)行CRC（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)）檢查，在對(duì)錯(cuò)誤包處理后才取出數(shù)據(jù)包的目的地址，通過(guò)查找表轉(zhuǎn)換成輸出端口送出包。正因如此，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式在數(shù)據(jù)處理時(shí)延長(zhǎng)時(shí)間大，這是它的不足，但是它可以對(duì)進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，有效地改善網(wǎng)絡(luò)性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口間的轉(zhuǎn)換，保持高速端口與低速端口間的協(xié)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(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度是否夠64個(gè)字節(jié)，如果小于64字節(jié)，說(shuō)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(shù)據(jù)校驗(yàn)。它的數(shù)據(jù)處理速度比存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式快，但比直通式慢。

交換機(jī)的作用介紹

1. 提供網(wǎng)絡(luò)接口的

交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中重要的應(yīng)用就是提供網(wǎng)絡(luò)接口，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)都必須借助交換機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。主要包括：

(1)連接交換機(jī)、路由器、防火墻和無(wú)線接入點(diǎn)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

(2)連接計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等計(jì)算機(jī)設(shè)備。

(3)連接網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、IP電話等其它網(wǎng)絡(luò)終端。

2. 擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)接口

盡管有的交換機(jī)擁有較多數(shù)量的端口(如48口)，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，一臺(tái)交換機(jī)所能提供的網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)量往往不夠。此時(shí)，就必須將兩臺(tái)或更多臺(tái)交換機(jī)連接在一起，從而成倍地?cái)U(kuò)充網(wǎng)絡(luò)接口。

交換機(jī)的MAC地址

交換機(jī)中的MAC地址表初始為空，交換機(jī)自投入使用后，會(huì)通過(guò)一定的措施構(gòu)建并完善MAC地址表，這一過(guò)程主要包含4個(gè)重要概念:學(xué)習(xí)、轉(zhuǎn)發(fā)、泛洪和更新。

①學(xué)習(xí)。當(dāng)端口E0/1連接的設(shè)備pc1要發(fā)送數(shù)據(jù)幀給另外一臺(tái)設(shè)備時(shí)，交換機(jī)會(huì)先檢查數(shù)據(jù)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(guān)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(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)檢查數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，查詢MAC地址表中與目的MAC地址相關(guān)的記錄，若找到相應(yīng)記錄，則將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到記錄對(duì)應(yīng)的端口。

③泛洪。若MAC地址表中不存在與目的MAC地址相關(guān)的記錄，交換機(jī)一時(shí)無(wú)法獲取目的主機(jī)所連接的端口，此時(shí)交換機(jī)將發(fā)送數(shù)據(jù)幀給除源端口外所有的端口(此即泛洪)，等到相應(yīng)的目的端口回復(fù)后，交換機(jī)記下回應(yīng)數(shù)據(jù)幀的源MAC地址和對(duì)應(yīng)端口，以方便后續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。

④更新。為保證MAC地址表的正確，交換機(jī)內(nèi)部每隔一定時(shí)間會(huì)將表進(jìn)行一次更新。