什么是交换机？交换机的详细知识

什么是交换机

交换机(Switch)是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。

我们常见的交换机是以太网交换机。交换机比较适合接入计算机数量多、数据传输要求高的网络使用。

以太网交换机

网络交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如个人计算机、网络打印机等。

网络交换机

从规模应用上，网络交换机又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不完全一致。一般来讲，企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式，也可以是固定配置式，而工作组级交换机为固定配置式。

交换机的工作原理

1.工作原理

交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵，它工作在数据链路层。交换机所有的端口都挂接在这条背部总线上，并有固定的MAC(网卡的硬件地址)。控制电路收到来自节点A的数据包以后，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，控制电路将用广播的方式，把数据发送到所有的端口，接收端口回应后，交换机会记录新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。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，如图所示。

2.交换机的特性

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，可以有效地减少冲突域，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，都有自己的虚拟连接。

3.层

一层交换机：只支持物理层协议，电话程控交换机就是一层交换机。

二层交换机：支持物理层和数据链路层协议，我们常见的以太网交换机就是二层交换机。

三层交换机：支持物理层、数据链路层及网络层协议，现在很多带路由功能的交换机就是三层交换机。

4.交换机堆叠

交换机堆叠是通过厂家提供的一条专用连接电缆，从一台交换机的“UP”堆叠端口直接连接到另一台交换机的“DOWN”堆叠端口，以实现单台交换机端口数的扩充。堆叠中所有的交换机从拓扑结构上可视为一个交换机。堆叠在一起的交换机可以当作一台交换机来统一管理，如图所示。

交换机堆叠

5.全双工

全双工是指数据交换时，可以同时发送和接收数据。以前的交换机分为全双工、半双工、全双工/半双工。全双工就像打电话一样，可以一边说一边听到对方说的话。半双工则像对讲机一样，只能说话或听对方说话。全双工/半双工是自动调节全双工和半双工。这个概念现在说起来已经有些过时了，因为基本上所有的新型交换机都是全双工机制的。