交换机的工作原理是什么(交换机的基本工作原理是什么)

工作原理： 1、地址表端口地址表记录了端口下包含主机的MAC地址，端口地址表是交换机上电后自动建立的，保存在RAM中，并且自动维护。交换机隔离冲突域的原理是根据其端口表和转发决策决定的。2、转发决策交换机的转发决策有三种操作：丢弃、转发和扩散。丢弃：当本端口下的主机访问已知本端口下的主机丢弃。转发：当口端口下的主机访问已知端口下的主机时转发。扩散：当某端口下的主机访问未知端口下的主机时要扩散。 每个操作都要记录下发包的MAC期，以备其他主机的访问。

1、像集线器一样，交换机提供了大量可供线缆连接的端口，这样可以采用星型拓扑布线。2、像中继器、集线器和网桥那样，当它转发帧时，交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。3.像网桥那样，交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。3、像网桥那样，交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都是有独立的宽带，因此大大提高了局域网的带宽。交换机通过方式进行交换：1、直通式：直通方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。2、存储转发：存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC（循环冗余码校验）检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。

交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。 学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络（如以太网和快速以太网）之间起到互连作用。如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或FDDI等的高速连接端口，用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。一般来说，交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段，但是有时为了提供更快的接入速度，我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。这样，网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度，支持更大的信息流量。交换机通过以下三种方式进行交换：1) 直通式：直通方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快，这是它的优点。它的缺点是，因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。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，而且容易丢包。2) 存储转发：存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC（循环冗余码校验）检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。3) 碎片隔离：这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于64字节，则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。简略的概括一下交换机的基本功能：1. 像集线器一样，交换机提供了大量可供线缆连接的端口，这样可以采用星型拓扑布线。2. 像中继器、集线器和网桥那样，当它转发帧时，交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。3. 像网桥那样，交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。4. 像网桥那样，交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都是有独立的宽带，因此大大提高了局域网的带宽。5. 除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外，交换机还提供了更先进的功能，如虚拟局域网（VLAN）和更高的性能。交换机的传输模式传输模式有全双工，半双工，全双工/半双工自适应交换机的全双工是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的交换机都支持全双工。全双工的好处在于迟延小，速度快。 提到全双工，就不能不提与之密切对应的另一个概念，那就是“半双工”，所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生，举个简单例子，一条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两量车对开，这种情况下就只能一辆先过，等到头儿后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半双工的原理。早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是实行半双工的产品。

交换机负责连接网络设备（如交换机、路由器、防火墙、无线AP等）和终端设备（如计算机、服务器、摄像头、网络打印机等）；路由器实现局域网与局域网的互联，局域网与Internet的互联；而防火墙作为一个安全网络设备，作用于内部网络与内部网络之间，或者内部网络与Internet之间。总的来说，交换机负责连接设备，路由器负责连接网络，防火墙负责网络访问限制。1.交换机的功能交换机的功能是连接计算机、服务器、网络打印机、网络摄像头、IP电话等终端设备，并实现与其它交换机、无线接入点、路由器、网络防火墙等网络设备的互联，从而构建局域网络，实现所有设备之间的通信。2.交换机的工作原理交换机位于OSI参考模型中的第二层（数据链路层），交换机的工作依赖于对MAC地址的识别（所有的网络设备都有一个唯一的MAC地址，通常是由厂商直接烧录进网卡中）。当交换机从其某个端口收到一个数据包时，先读取包头中的源MAC地址（即发送该数据包的设备网卡的MAC地址），将该MAC地址和端口对应起来添加到交换机内存里的地址表中；然后再读取包头中的目的MAC地址，对照内存里的地址表看该MAC地址与哪个端口对应，如果地址表中有该MAC地址的对应端口，则将该数据包直接复制到对应的端口上，如果没有找到，则将该数据帧作为一个广播帧发送到所有的端口，对应的MAC地址设备会自动接受该帧数据，同时，交换机将接受该帧数据的端口与这个目的MAC地址对应起来放入内存中的地址表中。飞畅科技，专业做工业交换机的厂家，自主研发品牌，欢迎前来了解、交流。
功能：1、像集线器一样，交换机提供了大量可供线缆连接的端口，这样可以采用星型拓扑布线。2、像中继器、集线器和网桥那样，当它转发帧时，交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。3、像网桥那样，交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。4、像网桥那样，交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都是有独立的宽带，因此大大提高了局域网的带宽。5、除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外，交换机还提供了更先进的功能，如虚拟局域网（VLAN）和更高的性能。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。工作方式当一台交换机安装配置好之后，其工作过程如下：1、收到某网段（设为A）MAC地址为X的计算机发给MAC地址为Y的计算机的数据包。交换机从而记下了MAC地址X在网段A。这称为学习（learning）。2、交换机还不知道MAC地址Y在哪个网段上，于是向除了A以外的所有网段转发该数据包。这称为泛洪（flooding）。3、MAC地址Y的计算机收到该数据包，向MAC地址X发出确认包。交换机收到该包后，从而记录下MAC地址Y所在的网段。4、交换机向MAC地址X转发确认包。这称为转发（forwarding）。5、交换机收到一个数据包，查表后发现该数据包的来源地址与目的地址属于同一网段。交换机将不处理该数据包。这称为过滤（filtering）。6、交换机内部的MAC地址-网段查询表的每条记录采用时间戳记录最后一次访问的时间。早于某个阈值（用户可配置）的记录被清除。这称为老化（aging）。以上内容参考百度百科-交换机

原理 工作在数据链路层，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MAC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，但它不能划分网络层广播，即广播域。交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据帧功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

如果你知道mac和IP地址概念，那么用“交换机工作原理”作关键字，去看知道或文库都有相应的介绍，如果不清楚哪就比较麻烦。 先这样理解：mac就好像人的指纹（或者声波、虹膜等原始唯一特征），无论计算机在哪儿上网mac都不会变；ip则是对外身份证明，就像身份证，入了某国的国籍就要换。也就是说在家里上网和在公司上网你的ip是不同的，而一旦入互联网（段），这次的身份证却是唯一的（和别人不同）。上网相当于一个人入世，不上网的计算机就是一个山野人士，登不登记身份无所谓。再说一下通讯中mac和ip的应用过程。首先，网络访问通常是有目标的，就是知道目标ip是什么，这是由用户确定的目标，但用户很难知道（也不需要知道）目标的mac。当访问请求发出后（其信息中包含了自己的mac、ip和目标ip，但目标mac空白），如果目标存在则会根据访问者提供的源IP产生回应，并告知访问者自己的mac，同时也会记住访问者的mac。访问者收到回应后也就记住了目标的mac，之后的通讯地址中都会首先包含完整的ip和mac信息。讨论交换机之前必须先说一下集线器，集线器也是将若干台电脑捏到一起的设备。你可以想象成一个大杂院，大家都不出门而是通过一根管子通话，各家各户的管子都接到了一个通讯室中（即相互之间不能直接通话），且有一个人负责传话（转发）。通话第一步是要让传话人知道我要和谁通话，即告知传话人目标mac和ip，当然传话人也不知道这个目标mac或ip是谁（很笨），传话人会向所有管道喊这个指纹（第一次是身份证）是谁的？没人回答则失败，有则完成本次转发。注意转发过程中，传话人会堵上其他所有的管子（只留两个），也就是说此时其他人只能闭嘴。在专业术语中，这样一个网络环境叫做一个冲突域，也就是一对用户通讯时，其他用户等待。交换机则相当于通讯室中有足够多的人负责传话工作，当传话人1负责甲、乙两个用户通讯时，传话人2可以（在同一时刻）负责丙、丁两个用户的通讯，当然此时其他用户不能和这四个用户通讯，也就是说交换机的每一个端口是一个冲突域。由于首次通讯交换机不知道目标mac，所以交换机依然会采用广播方式询问所有端口（广播时禁止其他通讯），一旦得到响应后，交换机会记住该mac对应的端口，后续通讯则不再需要广播（除非mac被清除）。因此，专业术语中交换机形成的网络称为广播域。 以上是最简单的交换说明，想成为专业人士就要去找专业文章，很多东西不是一堂课能说清楚的。
1、交换机的定义 局域网交换机拥有许多端口，每个端口有自己的专用带宽，并且可以连接不同的网段。交换机各个端口之间的通信是同时的、并行的，这就大大提高了信息吞吐量。为了进一步提高性能，每个端口还可以只连接一个设备。为了实现交换机之间的互连或与高档服务器的连接，局域网交换机一般拥有一个或几个高速端口，如100MB以太网端口、FDDI端口或155MBATM端口，从而保证整个网络的传输性能。2、交换机的特性通过集线器共享局域网的用户不仅是共享带宽，而且是竞争带宽。可能由于个别用户需要更多的带宽而导致其他用户的可用带宽相对减少，甚至被迫等待，因而也就耽误了通信和信息处理。利用交换机的网络微分段技术，可以将一个大型的共享式局域网的用户分成许多独立的网段，减少竞争带宽的用户数量，增加每个用户的可用带宽，从而缓解共享网络的拥挤状况。由于交换机可以将信息迅速而直接地送到目的地能大大提高速度和带宽，能保护用户以前在介质方面的投资，并提供良好的可扩展性，因此交换机不但是网桥的理想替代物，而且是集线器的理想替代物。与网桥和集线器相比，交换机从下面几方面改进了性能：（1）通过支持并行通信，提高了交换机的信息吞吐量。（2）将传统的一个大局域网上的用户分成若干工作组，每个端口连接一台设备或连接一个工作组，有效地解决拥挤现像。这种方法人们称之为网络微分段（Micro一segmentation）技术。（3）虚拟网（VirtuaILAN）技术的出现，给交换机的使用和管理带来了更大的灵活性。我们将在后面专门介绍虚拟网。（4）端口密度可以与集线器相媲美,一般的网络系统都是有一个或几个服务器，而绝大部分都是普通的客户机。客户机都需要访问服务器，这样就导致服务器的通信和事务处理能力成为整个网络性能好坏的关键。交换机就主要从提高连接服务器的端口的速率以及相应的帧缓冲区的大小，来提高整个网络的性能，从而满足用户的要求。一些高档的交换机还采用全双工技术进一步提高端口的带宽。以前的网络设备基本上都是采用半双工的工作方式，即当一台主机发送数据包的时候，它就不能接收数据包，当接收数据包的时候，就不能发送数据包。由于采用全双工技术，即主机在发送数据包的同时，还可以接收数据包，普通的10M端口就可以变成20M端口，普通的100M端口就可以变成200M端口，这样就进一步提高了信息吞吐量。3、交换机的工作原理传统的交换机本质上是具有流量控制能力的多端口网桥，即传统的（二层）交换机。把路由技术引入交换机，可以完成网络层路由选择，故称为三层交换，这是交换机的新进展。交换机（二层交换）的工作原理交换机和网桥一样，是工作在链路层的联网设备，它的各个端口都具有桥接功能，每个端口可以连接一个LAN或一台高性能网站或服务器，能够通过自学习来了解每个端口的设备连接情况。所有端口由专用处理器进行控制，并经过控制管理总线转发信息。同时可以用专门的网管软件进行集中管理。除此之外，交换机为了提高数据交换的速度和效率，一般支持多种方式。（1）存储转发：所有常规网桥都使用这种方法。它们在将数据帧发柱其他端口之前，要把收到的帧完全存储在内部的存储器中，对其检验后再发往其他端口，这样其延时等于接收一个完整的数据帧的时间及处理时间的总和。如果级联很长时，会导致严重的性能问题，但这种方法可以过滤掉错误的数据帧。（2）切入法：这种方法只检验数据帧的目标地址，这使得数据帧几乎马上就可以传出去，从而大大降低延时。其缺点是：错误帧也会被传出去。错误帧的概率较小的情况下，可以采用切入法以提高传输速度。而错误帧的概率较大的情况下，可以采用存储转发法／以减少错误帧的重传。4、交换机的配置我们下面以Cisco公司的Catlystl900交换机为例，介绍交换机的一般配置过程。对一台新的Catlystl900交换机，使用它的缺省配置就可以工作了。这因为它是一种将软件装在FlashMemory中的硬件设备，当加电时，它首先要进行一系列自检，对所有端口进行测试之后，交换机就处于工作状态。这时它的交换表是空的，它可以通过自学习来了解各个端口的设备连接情况，并将设备的MAC地址记录在交换表中，当有信息交换时，交换机就根据交换表来进行数据转发。但为了便于对它进行网络管理，Catlystl900交换机自己有一个MAC地址，这样就可以为它分配一个IP地址和屏蔽码。网络管理员须通过交换机的串口接一台终端或仿真终端，才能为它指定一个IP地址，其缺省值是0．0．0．0。指定IP地址以后，网络管理员就可以通过网络进行远程管理了。Catlystl900交换机的配置界面是菜单形式，缺省配置下，它的所有端口都属于同一个VLAN，很多情况下都不需要作什么修改。（1）将微机串口通过RS一232电缆与Cata1yst1900的Console口连接，运行仿真终端软件，Catalyst1900启动后。（2）回车后，进入主菜单。（3）按“S”键，进入系统配置菜单：（配置系统名，位置，日期）。（4）在主菜单中按“N”键进入网络管理菜单。（5）配置IP地置。（6）配置SNMP参数。5、交换机的种类交换机是数据链路层设备，它可将多个物理LAN网段连接到一个大型网络上，与网络类似交换机传输和溢出也是基于MAC地址的传输。由于交换机是用硬件实现的，因此，传输速度很快。传输数据包时，交换机要么使用存储---转发交换方式，要么使用断---通交换方式。目前有许多类型的交换机，其中包括ATM交换机，LAN交换机和不同类型的WAN交换机。ATM交换机ATM（AsynchronousTransferMode）交换机为工作组，企业网络中枢以及其它众多领域提供了高速交换信息和可伸缩带宽的能力。ATM交换机支持语音，视频和文本数据应用，并可用来交换固定长度的信息单位（有时也称元素）。企业网络是通过ATM中枢链路连接多个LAN组成的。局域网交换机LAN交换机用于多LAN网段的相互连接，它在网络设备之间进行专用的无冲突的通信，同时支持多个设备间的对话。LAN交换机主要是用于高速交换数据帧。通过LAN交换机将一个0Mbps以太网与一个100Mbps以太网互联。作者：doorsir 来源：赛迪网技术社区
二层交换机工作在数据链路层，主要用于转发数据帧，基于MAC地址表进行寻址，具体工作过程如下：（1）首次寻找局域网某台计算机MAC地址，会以广播包的形式在链路上转发；该广播包中包含发送端的MAC地址。（2）接收端收到该信息后，记录发送端MAC地址，并回复自身MAC地址信息；（3）交换机记录MAC地址，再次发送同样MAC地址时查询MAC地址表，匹配到信息后发送单播包。三层交换机工作在网络层，其技术原理包含：二层交换技术＋三层转发技术，具体工作过程如下：（1）假设两个使用IP协议的站点A、B通过三层交换机进行通信，发送站点A在数据发送前，将自己的IP地址与B站的IP地址进行比较，判断B站是否与自己在同一子网内。（2）若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A就需要向三层交换模块发出ARP请求，当发送站A对三层交换模块广播出一个ARP请求时,如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址,则向发送站A回复B的MAC地址；否则三层交换模块会根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存地址并回复给发送站A，同时将B站的MAC地址发送到二层引擎的MAC地址表中。此后，A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，能够更好地实现信息高速转发。
简单来说，每台接交换机的计算机（或类似设备），都会把mac地址告诉交换机，交换机记着哪个口来的mac地址，然后记录在一个叫fabric表里，这个表就是MAC地址和端口的对应表。 交换机就是根据每个帧的目的MAC地址（这个目的MAC地址，是通过上一层路由设备的ARP询问而得到的），找到哪个端口把数据转发出去。