网络 2.0 交换机概述

交换机

如果把网络布线系统当成一条条宽阔的道路，那么，网络交换机就像是一座座立交桥，将通往各个方向的道路汇连在一起，实现彼此之间的互相连通。

交换机功能

交换机是构建局域网络不可或缺的集线设备。作为局域网通信的重要枢纽和节点，其主要功能就是连接设备。

局域网：若干计算机的集合，而这些计算机就是借助交换机相互连接在一起的。交换机往往拥有数量众多的端口（通常为 8 到 52 个端口）。

交换机最主要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。
并实现与其他交换机、无线接入点、网络防火墙、路由器等网络设备的互连，从而构建局域网络，实现所有设备之间的通信。

作为局域网的核心与枢纽，交换机的性能决定着网络性能，交换机的带宽决定着网络带宽。因此，局域网络的升级往往就是交换机的升级。

交换机与交换式网络

计算机好比写字楼，网络布线好比城市马路或高速公路，网络应用是不同类型的汽车，各种数据是装在车上的货物，而交换机就是连接来自所有道路的立交桥。

立交桥拥有多向车道，可以从任何一条路转向另外其他一条路，而且所有车辆都可以自行起到，相互之间没有障碍和影响。

由交换机构建的网络则是“交换式网络”。
交换式网络的工作模式通常为全双工，即终端设备可以同时接收和发送数据，数据流是双向的。对于 100 Mbs端口，全双工模式下，接收和发送数据的速率都是 100 Mbs，总带宽可达 200 Mbs。

交换机工作原理

交换机位于 OSI 参考模型中的数据链路层，是一种基于 MAC 地址识别的，用于完成数据的封装和转发的网络设备。

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，使得数据帧直接由源地址到达目的地址。

交换机像一个业务熟练的调度员，能够准确的将装载数据的汽车从出发路由直接派送到目的地的路由。完成这样繁重和智能化的工作，交换机也需要一个学习和记忆的过程。

计算机借助网卡连接到局域网络，而每块网卡都有与生俱来的 MAC 地址。交换机通过学习，会把连接到每个端口的 MAC 地址记住，形成一个端口与 MAC 地址得对应表。

MAC 地址是识别局域网节点的标识，所有网络设备（包括每块网卡、交换机和路由器）都有唯一的 MAC 地址，通常是由网卡生产厂家直接少如 EPROM 中的，是传输数据时真正用来标识发出数据的设备和接收数的设备的标志。

工作过程：

1. 交换机从某个端口收到一个数据包时，先读取包头的源 MAC 地址，从而建立源端口与源 MAC 地址得对应关系，并将其添加至地址表中。由于交换机能够自动根据收到的以太网帧中的源 MAC 地址更新地址表的内容，所以交换机使用的时间越长，学习到的 MAC 地址就越多，未知的 MAC 地址越少，所以广播的包就越少，处理速度就越快。（如果目的 MAC 地址位置，则将包作为广播包处理）
2. 读取包头中的目的 MAC 地址，并在地址表中查找相应的端口号。
3. 如果地址表中有，就将数据包复制到相应的端口上。由于不是给所有端口，所以别得端口此时能正常通信，所以传输效率高。
4. 如果在 地址表中没有找到该 MAC 地址，也就是说，该目的 MAC 地址是首次出现，则将该帧发送到所有其他端口（源端口除外），相当于该帧是一个广播帧。拥有该 MAC 地址的网卡在接收到 该广播帧后，将立即做出应答，从而使交换机将 “端口号-MAC 地址” 加入地址表。

交换机不会永久性记住所有的端口和地址匹配关系。他有一个自动老化时间机制，若某 MAC 地址在一定时间内（默认 300 s）不再出现，那么交换机将自动把该 MAC 地址从地址表中清除。当下一次该 MAC 出现时，当做新的处理。

由于地址表是保存在内存中的，因此当交换机断点或重新启动后，地址表数据全部丢失，重新学习。

交换机可以在任意一对端口之间建立临时专用通道，不同端口间的转发可以并行操作。这就像在各端口建建立了一座立交桥。
另外，当两个或两个以上的端口与同一目的端口进行通信时，交换机将把这些数据帧暂时保存进缓存中，根据顺序逐一处理和准发，从而实现多对一的通信。