基础网络设备-交换机介绍
交换机介绍
什么是交换机？
交换机，英文名称为Switch，也称为交换式集线器，它是一种基于MAC地址(网卡的硬件地址)识别，能够在通信系统中完成信息交换功能的设备。
交换机的工作特点
- 拥有一条很高带宽的背板总线和内部交换矩阵
- 所有的端口都挂接在这条背板总线上
- 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地址的网卡（NIC）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若不存在才广播到所有的端口，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。
交换机的交换模式
交换机将数据从一个端口转发至到另一个端口的处理方式称为交换模式。
交换类型：
- 存储转发（Store and Forward ）——交换机接收到数据包后，首先将数据包存储到缓冲器中，进行CRC循环冗余校验,如果这个数据包有CRC错误，则该包将被丢弃；如果数据包完整，交换机查询地址映射表将其转发至相应的端口。
- 直通交换（Cut—Through ）——交换机只读出数据帧的前6个字节，即通过地址映射表中查找目标地址，将数据帧传送到相应的端口上。直通交换能够实现较少的延迟，因为在数据帧的目的地址被读出，确定了转发端口后马上开始转发这个数据帧。
- 碎片丢弃（Fragmentfree）——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；如果大于等于64字节，则发送该包。
转发速率：存储转发<碎片丢弃<直通交换
交换机、网桥、集线器（HUB）的区别
交换机与网桥的主要区别：
- 延迟小。交换机通过硬件实现，而网桥通过软件实现。网桥是通过运行于计算机系统上的桥接协议实现；交换机使用了专用集成电路（Application-Specific-Integrated Circuit，ASIC)，大大提高了网络转发速度。
- 端口多。交换机得端口密度远大于网桥。
- 功能强大。交换机除了转发/过滤的功能，还有诸多管理功能，如网络管理协议的支持、虚拟局域网的划分等。
交换机与集线器（HUB）的主要区别：
- 在OSI/RM网络体系结构中的工作层次不同——集线器工作在物理层，而交换机工作在数据链路层。更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）、第四层（传输层）或更高层。
- 数据传输方式不同——集线器的数据传输方式是广播（broadcast）方式，即所有端口处在一个冲突域中；而交换机的数据传输一般只发生在源端口和目的端口之间，即交换机的每个端口处在不同的冲突域。
- 带宽占用方式不同——集线器所有端口共享集线器的总带宽，而交换机的每个端口都具有自己独立的带宽。
- 传输模式不同——集线器采用半双工方式进行数据传输；交换机采用全双工方式来传输数据。
交换机的工作原理
1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。
2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。
3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪(flood)。
4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。
交换机的分类
从应用区域划分：
广域网交换机——主要应用于电信领域，提供通信基础平台。
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。
按网络拓扑结构层次划分：
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；
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1000M端口为主，以固定端口或扩展槽方式提供1000Mbps的上联端口。
根据传输介质、传输速度以及发展历史上看，局域网交换机有这样一些类型：
- 以太网交换机
- 快速以太网交换机
- 千兆以太网交换机
- 万兆以太网交换机
- FDDI交换机
- ATM交换机
- 令牌环交换机
交换机的主要性能指标
背板带宽与端口速率：
背板带宽——指通过交换机所有通信的最大值。
交换机的端口速率——每秒通过的比特数。10Mbps、100Mbps、1000Mbps、10000Mbps
模块化与固定配置：
模块化交换机——具有很强的可扩展性，可在机箱内提供一系列扩展模块。它的价格一般也比较昂贵。模块化交换机一般作为骨干交换机来使用。
固定配置交换机—— 一般具有固定端口配置。固定配置交换机的可扩充性显然不如模块化交换机，但是价格要低得多。
专用芯片与通用芯片：
X86——通用计算机芯片
ASIC——（Application-Specific-Integrated Circuit ）
NP——专用网络处理器
单/多MAC地址类型：
单MAC交换机——每个端口只有一个MAC地址
多MAC交换机——每个端口捆绑有多个MAC硬件地址
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