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交换机工作原理

交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的MAC地址，并把它添加入内部MAC地址表中。使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照IP地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域。

交换机的作用介绍

1. 提供网络接口的

交换机在网络中重要的应用就是提供网络接口，所有网络设备的互联都必须借助交换机才能实现。主要包括：

(1)连接交换机、路由器、防火墙和无线接入点等网络设备。

(2)连接计算机、服务器等计算机设备。

(3)连接网络打印机、网络摄像头、IP电话等其它网络终端。

2. 扩充网络接口

尽管有的交换机拥有较多数量的端口(如48口)，但是当网络规模较大时，一台交换机所能提供的网络接口数量往往不够。此时，就必须将两台或更多台交换机连接在一起，从而成倍地扩充网络接口。

交换机的特点

交换机主要具有以下特点。

①独享带宽。若一台端口速率为100Mbit/s的交换机同时连接N台计算机，那么网络的总带宽为N x 100Mbit/s。换言之，采用交换机组建的交换式以太网的网络带宽不会因节点数量的增加而减少，网络性能也不会因负荷的增加而降低。

②多对节点可并行通信。交换机允许自身连接的多对设备同时建立通信链路，进行数据交换。

③可灵活配置端口速率。交换机允许各节点按照自身需求灵活配置端口速率，且交换机不仅支持某种速率的端口，还支持端口自适应配置。

④便于管理。交换机支持构造虚拟局域网(VLAN),以软件的方式通过逻辑工作组划分和管理网络中的设备。

交换机可与使用集线器搭建的网络兼容，在从共享式局域网过渡到交换式以太网时可替代集线器，实现网络的无缝连接。

交换机数据交换方式

数据交换方式

交换机的数据交换方式分为直接交换和存储交换两种。

直接交换指交换机接收到数据帧后，立即获取帧中的目的地址，并通过MAC地址表获取目的端口号，转发数据帧。此种数据交换方式快、延迟小，但又具有如下缺点：

①可靠性较低。数据在传输过程中可能因碰撞而损坏，但直接交换方式不检查数据帧的完整性和正确性，直接转发数据，无法保证数据帧传输的可靠性。

②不同速率的端口无法直通。由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通。

③实现困难。当交换机的端口增加时，交换矩阵的复杂性也随之增加，实现起来比较困难。

存储转发是应用比较广泛的一种数据交换方式，使用此种方式，交换机接收到数据帧后会将数据帧进行存储与校验，若校验结果表明数据无误，再取出目的MAC地址，通过映射表查找相应端口进行转发。

与直接交换相比，存储转发方式的延迟较大，但具有检错能力，且可支持不同速率的端口间的数据交换。