一、概念

交换机(英文：Switch，意为“开关”)是一种用于转发电信号的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供一条独占的电信号通路。最常见的交换机类型是以太网交换机。其他常用交换机包括电话语音交换机和光纤通道交换机。

二、主要特点

交换机的主要功能包括物理寻址、网络拓扑、错误检查、帧序列和流控制。目前，交换机还具有一些新的功能，如支持VLAN(虚拟局域网)，支持链路聚合，有的甚至还具有防火墙的功能。

学习：以太网交换机学习每个端口所连接的设备的MAC地址，并将其映射到对应的端口，将MAC地址表保存在交换机缓存中。

转发/过滤：当数据帧的目的地址映射到MAC地址表中时，将其转发到目的节点连接的端口，而不是转发到所有端口(如果数据帧是广播或组播帧，则转发到所有端口)。

环路消除：当交换机包含冗余环路时，以太网交换机使用生成树协议来避免环路，并允许备用路径。

除了连接同一类型的网络外，交换机还可以连接不同类型的网络，例如以太网和快速以太网。如今许多交换机都可以提供支持快速以太网或FDDI等的高速连接端口，以连接到网络中的其他交换机或为带宽密集型关键服务器提供额外带宽。

通常情况下，交换机上的每个端口连接到一个单独的网段，但有时重要的网络计算机可以直接连接到交换机端口，以提供更快的访问速度。通过这种方式，网络中的关键服务器和重要用户可以获得更快的访问速度，支持更大的信息流量。

3.交换机的基本功能：

1. 像集线器一样，交换机提供大量的端口用于电缆连接，这些端口可以以星形拓扑形式路由。

2. 像中继器、集线器和桥接器一样，当它转发帧时，交换机重新生成一个未失真的方形电信号。

3.与桥接器一样，交换机在每个端口上使用相同的转发或过滤逻辑。

4. 像桥梁一样，交换机将局域网划分为多个冲突区域。每个冲突区域都有自己的宽带，从而大大增加了局域网的带宽。

4. 基本条款

交换机支持全双工、半双工和全双工/半双工自适应传输模式。全双工意味着交换机可以同时发送和接收数据。两种模式同步。当前交换机支持全双工。全双工的优点是低延迟和高速度。

当我们谈到全双工时，我们不得不提到另一个密切相关的概念，即“半双工”。所谓的半双工是指在一个时间段内只发生一个动作。例如，一条狭窄的道路只能同时通过一辆汽车。这个例子生动地说明了半双工的原理。早期的对讲机、集线器和其他设备都是半双工产品。随着技术的不断进步，半双重联盟逐渐退出历史舞台。

从广义上讲，网络交换机有两种类型：WAN交换机和LAN交换机。广域网交换机主要用于电信领域，为通信提供一个基础平台。局域网交换机在局域网中用于连接终端设备，如pc、网络打印机等。按传输介质和传输速度可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机。按规模应用可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组级交换机。一般来说，企业级交换机是机架式，部门级交换机可以是机架式(槽位少)或固定配置，工作组级交换机是固定配置(功能更简单)。另一方面，作为骨干交换机，支持500个信息点以上的交换机为企业级交换机，支持300个信息点以下的交换机为部门级交换机，支持100个信息点以下的交换机为工作组级交换机。本文中描述的交换机是指局域网交换机。

诉原则

该交换机工作在数据链路层，具有高带宽的回总线和内部交换矩阵。交换机的所有端口都连接到这条母线上。控制电路接收到数据包后，处理端口在内存中查找地址映射表，确定目的MAC(网卡硬件地址)的网卡所连接的端口，并通过内部交换矩阵快速将数据包发送到目的端口。如果目的MAC不存在，向所有端口广播，接收端口响应，交换机“学习”新地址并将其添加到内部MAC地址表中。网络也可以使用交换机进行“分段”，通过引用MAC地址表，只允许必要的网络流量通过交换机。交换机的过滤转发可以有效减少冲突域，但不能划分网络层广播，即广播域。交换机可以在多个端口对之间同时传输数据。每个端口可以看作一个独立的网段，连接到该端口的网络设备享有所有带宽，而不与其他设备竞争。当节点A向节点D发送数据时，节点B可以同时向节点C发送数据，并且两种传输都享有网络的全部带宽，并且都有自己的虚拟连接。如果使用10Mbps以太网交换机，则交换机的总流量为

2 10Mbps=20Mbps，当使用10Mbps的共享HUB时，HUB的总循环不会超过10Mbps。简而言之，交换机是一种基于MAC地址识别对数据帧进行封装和转发的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址并将其存储在内部地址表中，通过在发送者和目的接收者之间建立临时交换路径，允许数据帧直接从源地址传输到目的地址。

六、交换机与路由器的区别

传统交换机是由网桥发展而来，属于OSI第二层(数据链路层)设备。它通过站表来寻址MAC地址和选择路由，站表由交换机自动建立和维护。路由器属于OSI三层(网络层)设备。它们基于IP地址进行寻址，并使用路由表中的路由协议生成。这种交换机最大的优点是速度快。由于交换机只需要识别帧中的MAC地址，因此直接根据MAC地址选择转发端口的算法简单，易于ASIC实现，因此转发速度极高。

但是开关的工作方式存在问题。

1. 循环：基于交换机地址学习和站点表构建算法。交换机之间不允许有环路。一旦存在环路，必须启动生成树算法，阻塞产生环路的端口。但是，路由器的路由协议不存在这个问题。路由器可以配置多条路径，实现负载均衡，提高可靠性。

2. 负载集中：交换机之间只有一条通道，信息集中在一条通信链路上，无法动态分配以均衡负载。路由器的路由协议算法可以避免这个问题。OSPF路由协议算法不仅可以生成多条路由，而且可以针对不同的网络应用选择不同的最优路由。

3.广播控制：交换机只能缩小冲突域，不能缩小广播域。整个交换网是一个大的广播域。广播数据包分散在交换网络中。但是，路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器。

4. 子网：交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，具有平面地址结构。因此，不能根据MAC地址划分子网。路由器识别IP地址，IP地址是网络管理员分配的逻辑地址，具有层次结构。IP地址分为网络号和主机号，便于划分子网。路由器的主要功能是连接不同的网络。

5. 安全问题：交换机也可以根据源MAC地址、目的MAC地址和其他帧内容进行过滤，但路由器根据源IP地址、目的IP地址和TCP端口地址进行过滤，更直观、方便。

7. 交换机和集线器的区别

1. 从OSI体系结构来看，集线器属于第一层物理层设备，而交换机属于OSI第二层数据链路层设备。也就是说，集线器只起到对数据传输进行同步、放大和整形的作用，不能有效地处理数据传输中的短帧=片段，不能保证数据传输的完整性和正确性。该交换机不仅可以对传输的数据进行同步、放大和整形，还可以对短帧和片段进行过滤。

2. 集线器工作在广播模式。也就是说，当集线器的一个端口工作时，所有其他端口都可以接收信息。当网络规模较大时，容易出现广播风暴，对网络性能影响较大。但是，开关可以避免这种现象。交换机工作时，只有发出请求的端口和目的端口可以相互响应，而不影响其他端口。因此，交换机可以隔离冲突区域，有效抑制广播风暴。

3.在带宽方面，无论集线器中有多少端口，所有端口共享一个带宽。同时只有两个端口可以传输数据，其他端口只能等待，集线器只能以半双工模式工作。在交换机上，每个端口都有一个独占带宽。当两个端口正常工作时，其他端口不受影响。此外，交换机还可以工作在半双工和全双工模式下。

8交换方式

开关可通过以下三种方式切换：

1)直通：

直通式以太网交换机可以理解为纵横交错端口的线矩阵电话交换机。当在输入端口上检测到报文时，检查报文头，得到报文的目的地址，启动内部动态查找表转换到相应的输出端口，在输入和输出的交叉处连接，将报文通过发送到相应的端口，实现交换功能。它的优点是延迟非常短，交换非常快，因为不需要存储。缺点是，由于以太网交换机不保存数据包内容，因此无法检查数据包是否错误，从而无法提供错误检测功能。由于没有缓存，不同速率的I/O端口不能直接连接，容易丢包。

2)存储转发：

存储转发模式是计算机网络中应用最广泛的一种模式。它首先将数据包存储在输入端口，然后进行CRC(循环冗余码校验)校验。处理完错误报文后，取出数据包的目的地址，通过查找表将其转换为输出端口。因此，存储转发模式在数据处理上有较大的延迟，这是它的缺点。但是，它可以检测到进入交换机的数据包的错误，有效地提高了网络性能。尤其重要的是，它可以支持不同速率端口之间的转换，保持高速端口和低速端口之间的协作。

3)碎片隔离：

这是一个介于两者之间的解决方案。检查报文长度是否为64字节。如果小于64字节，则表示该报文为假报文，丢弃该报文。如果大于64字节，则发送该报文。这种方法也不提供数据验证。它的数据处理速度比存储转发模式快，但比直通模式慢。