美國赫斯曼交換機SPIDER 1TX/1FX-SM原裝

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交換機（Switch）意為“開關(guān)”是一種用于電（光）信號轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以為接入交換機的任意兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供獨享的電信號通路。zui常見的交換機是以太網(wǎng)交換機。其他常見的還有語音交換機、光纖交換機等。

定義

交換（switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動完成的方法，把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)的統(tǒng)稱。交換機根據(jù)工作位置的不同，可以分為廣域網(wǎng)交換機和局域網(wǎng)交換機。廣域的交換機（switch）就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備，它應(yīng)用在數(shù)據(jù)鏈路層。交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網(wǎng)或一臺高性能服務(wù)器或工作站。實際上，交換機有時被稱為多端口網(wǎng)橋。

在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，交換概念的提出改進了共享工作模式。而HUB集線器就是一種物理層共享設(shè)備，HUB本身不能識別MAC 地址和IP地址，當(dāng)同一局域網(wǎng)內(nèi)的A主機給B主機傳輸數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)包在以HUB為架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)上是以廣播方式傳輸?shù)?，由每一臺終端通過驗證數(shù)據(jù)報頭的MAC地址來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網(wǎng)絡(luò)上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀的通訊，如果發(fā)生碰撞還得重試。這種方式就是共享網(wǎng)絡(luò)帶寬。通俗的說，普通交換機是不帶管理功能的，一根進線，其他接口接到電腦上就可以了。

在今天，交換機以更多的卻是以應(yīng)用需求為導(dǎo)向，在選擇方案和產(chǎn)品時用戶還非常關(guān)心如何有效保證投資收益。在用戶提出需求后，由系統(tǒng)集成商或廠商來為其需求來提供相應(yīng)的服務(wù)，然后再去選擇相應(yīng)的技術(shù)。這點是在網(wǎng)絡(luò)方面表現(xiàn)尤其明顯，廣大用戶，不論是重點行業(yè)用戶還是一般的企業(yè)用戶，在應(yīng)用IT技術(shù)方面更加明智，也更加穩(wěn)健。此外，寬帶的廣泛應(yīng)用、大容量視頻文件的不斷涌現(xiàn)等等都對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹袠?-交換機的性能提出了新的要求。

據(jù)《2013-2018年中國交換機市場競爭格局及投資前景評估報告》中顯示：隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展從技術(shù)驅(qū)動應(yīng)用，轉(zhuǎn)為從應(yīng)用選擇技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)的融合也從理論走向?qū)嵺`；網(wǎng)絡(luò)的安全越來越受到重視。而交換網(wǎng)絡(luò)的智能化提供了解決這些問題的方法。網(wǎng)絡(luò)將在綜合應(yīng)用、速度和覆蓋范圍等方面繼續(xù)發(fā)展。

原理

交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機內(nèi)部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應(yīng)，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發(fā)往該MAC地址的數(shù)據(jù)包將僅送往其對應(yīng)的端口，而不是所有的端口。因此，交換機可用于劃分數(shù)據(jù)鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。

交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC（網(wǎng)卡的硬件地址）的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個端口上，通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后交換機會“學(xué)習(xí)”新的MAC地址，并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。使用交換機也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對照IP地址表，交換機只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的減少沖突域，但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。

端口

交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨立的物理網(wǎng)段（注：非IP網(wǎng)段），連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設(shè)備競爭使用。當(dāng)節(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個傳輸都享有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網(wǎng)交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps?？傊?，交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機可以“學(xué)習(xí)”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址。

傳輸

交換機的傳輸模式有全雙工，半雙工，全雙工/半雙工自適應(yīng)

交換機的全雙工是指交換機在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時也能夠接收數(shù)據(jù)，兩者同步進行，這好像我們平時打一樣，說話的同時也能夠聽到對方的聲音。交換機都支持全雙工。全雙工的好處在于遲延小，速度快。

提到全雙工，就不能不提與之密切對應(yīng)的另一個概念，那就是“半雙工”，所謂半雙工就是指一個時間段內(nèi)只有一個動作發(fā)生，舉個簡單例子，一條窄窄的馬路，同時只能有一輛車通過，當(dāng)有兩輛車對開，這種情況下就只能一輛先過，等到頭兒后另一輛再開，這個例子就形象的說明了半雙工的原理。早期的對講機、以及早期集線器等設(shè)備都是實行半雙工的產(chǎn)品。隨著技術(shù)的不斷進步，半雙工會逐漸退出歷史舞臺。