交换机的原理是什么?交换机工作原理详解!

交换机是一种用于电(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。最常见的交换机是以太网交换机。交换机工作于OSI参考模型的第二层,即数据链路层。交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵,在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。交换机的传输模式有全双工,半双工,全双工/半双工自适应。接下来我们就来为大家详细介绍下交换机的原理以及交换机的工作原理,感兴趣的就一起来看看吧!

一、交换机原理

交换机是根据网桥的原理发展起来的,学习交换机先认识两个概念:

a、冲突域

冲突域是数据必然发送到的区域。

HUB是无智能的信号驱动器,有入必出,整个由HUB组成的网络是一个冲突域。

交换机的一个接口下的网络是一个冲突域,所以交换机可以隔离冲突域。

b、广播域

广播数据时可以发送到的区域是一个广播域。

交换机和集线器对广播帧是透明的,所以用交换机和HUB组成的网络是一个广播域。

路由器的一个接口下的网络是一个广播域。所以路由器可以隔离广播域。

二、交换机工作原理

a、地址表

端口地址表记录了端口下包含主机的MAC地址。端口地址表是交换机上电后自动建立的,

保存在RAM中,并且自动维护。

交换机隔离冲突域的原理是根据其端口地址表和转发决策决定的。

b、转发决策

交换机的转发决策有三种操作:丢弃、转发和扩散。

丢弃:当本端口下的主机访问已知本端口下的主机时丢弃。

转发:当某端口下的主机访问已知某端口下的主机时转发。

扩散:当某端口下的主机访问未知端口下的主机时要扩散。

每个操作都要记录下发包端的MAC地址,以备其它主机的访问。

c、生存期

(1)生存期是端口地址列表中表项的寿命。每个表项在建立后开始进行倒计时,每次发送。

(2)数据都要刷新记时。对于长期不发送数据的主机,其MAC地址的表项在生存期结束时删除。

(3)所以端口地址表记录的总是最活跃的主机的MAC地址。

(4)应该说交换机有很多值得学习的地方,这里我们主要介绍交换机结构及组网方式,21世纪10年代以来网络应用越来越广泛,交换机作为网络中的纽带发挥了越来越大的作用。简单的说,交换机就是将它与用户计算机相连就行了,完成各个计算机之间的数据交换。复杂来说,交换机针对在整个网络中的位置而言,一些高层交换机如三层交换、网管型的产品,在交换机结构方面就没这么简单了。

d、三层交换机

通常,普通的交换机只工作在数据链路层上,路由器则工作在网络层。而功能强大的三层交换机可同时工作在数据链路层和网络层,并根据 MAC地址或IP地址转发数据包。但是要注意到三层交换机并不能完全取代路由器,因为它主要是为了实现处于两个不同子网的Vlan进行通讯,而不是用来作数据传输的复杂路径选择。

e、网管功能

一台交换机所支持的管理程度反映了该设备的可管理性与可操作性。带网管功能的交换机可对每个端口的流量进行监测,设置每个端口的速率,关闭/打开端口连接。通过对交换机端口进行监测,便于对网络业务流量的区分和迅速进行网络故障定义,提高了网络的可管理性。

f、端口聚合

这是一种封装技术,它是一条点到点的链路,链路的两端可以都是交换机,也可以是交换机和路由器,还可以是主机和交换机或路由器。基于端口汇聚(Trunk)功能,允许交换机与交换机、交换机与路由器、主机与交换机或路由器之间通过两个或多个端口并行连接同时传输以提供更高带宽、更大吞吐量, 大幅度提供整个网络能力。

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