知识点-交换机 | HoleLin's Blog

参考文献

聊聊什么是“以太网交换机”？

交换机定义

**交换机(Switch)意为“开关”,是一种用于电(光)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.从广义上来分析,在通信系统里对于信息交换功能实现的设备,就是交换机.最常见的交换机是以太网交换机.其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等.
**交换式集线器又称为以太网交换机、二层交换机(表明此交换机工作在数据链路层),或直接简称为交换机.**交换是按照通信两端传输信息的需要,用人工或设备自动完成的方法,把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称

交换机分类

按照`OSI`划分

二层交换机:基于MAC地址工作的第二层交换机最为普遍,用于网络接入层和汇聚层.
三层交换机:基于P地址和协议进行交换的第三层交换机应用于网络的核心层,也少量应用于汇聚层.部分第三层交换机也同时具有第四层交换功能,可以根据数据帧的协议端口信息进行目标端口判断.
四层交换机:它是一种功能,它决定传输不仅仅依据MAC地址(第二层网桥)或源/目标P地址(第三层路由),而且依据TCP/UDP(第四层)应用端口号.第四层交换功能就象是虚IP,指向物理服务器.它所传输的业务服从各种各样的协议,有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议.这些业务在物理服务器基础上,需要复杂的载量平衡算法.
四层以上交换机:第四层以上的交换机称之为应用型交换机,主要用于互联网数据中心.

按照网络层次划分

接入层交换机:一般是固定配置的交换机,端口密度较大,具有较高的接入能力,以10/100M端口为主,以固定端口或扩展槽方式提供1000Mbps的上联端口.
核心层交换机:一般采用机箱式模块化设计,机箱中可承载管理模块、光端口模块、高速电口模块、电源等,具有很高的背板容量；
汇聚层交换机:可以是机箱式模块化交换机,也可以是固定配置的交换机,具有较高的接入能力和带宽,一般会包含光端口、高速电口等端口；

按照应用区域划分

广域的交换机:是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备,它应用在数据链路层.交换机有多个端口,每个端口都具有桥接功能,可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站.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；
局域网交换机:应用于局域网络,用于连接终端设备,如PC机及网络打印机等.

交换机的技术原理

**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物理网段(注:非IP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.